山東華魯恒升化工股份有限公司酰胺及尼龍新材料工程30 萬t/a 己內酰胺裝置項目管道設計探究

佟浩

（中國興辰工程技術服務有限公司管道工程部,天津 300000）

本文所涉及項目為： 建設內容包括30 萬t/a己內酰胺裝置及配套公輔裝置。

本項目包括：氨肟化裝置、己內酰胺精制裝置、原料及中間品罐區、成品罐區、中心控制室、冷凍站（冷凝液回收）、焚燒、機柜間、消防水池及泵房。

1 泵的設計

1.1 泵的間距

1）根據裝置現場實際情況，兩臺泵之間的凈距選為0.8m，泵的間距同時考慮了泵體的機封水所占空間以及檢修空間。2）泵布置在管廊下方時，泵的檢修空間凈空＞3m。 泵端前面的操作通道寬度大于1.1m。 泵端前面的檢修通道寬度大于1.30m[1]。3）泵布置在裝置外時，泵端與墻之間的凈距＞1.1m，兩排泵間距＞2.0m[2]。 4）泵進出口閥門手輪到鄰近泵的最突出部分的凈距最少為0.85m，電機之間的間距為1.5m[3]。

1.2 泵的基礎

泵的基礎根據廠家提供的外形圖進行設計，一般情況下預留孔的邊緣到基礎邊緣的距離為100mm， 泵基礎高度設計要考慮進泵管線的放凈凈空， 過濾器尺寸。 一般泵要比地面高出200～300mm。

1.3 泵的進出管線的管架

1）進口管線一般采用T 型架加可調支架的組合方式。

2）進出管線附近的調節閥組，一般采用一側在彎頭處固定，另一側采用滑動架[4]。

1.4 泵的進出管線的管架

泵進口管線： 泵的吸入管線應保持水平，或者帶有一定的坡度。 當泵入口需要有變徑的時候，應該使用頂平偏心異徑管，為了防止泵吸入口處發生偏流、漩渦流導致泵的性能下降，應在泵的吸入口與彎頭之間留出大于或者等于3～5管徑的直管段。 如果泵進口管道有切斷閥，應盡量將切斷閥放在垂直管道上。 泵的出口管線應具有柔性，如果是工況是高溫高壓狀態下，泵的出口管線必須經過應力計算。 泵出口管道為了防止液體倒流，一般情況下會安裝止回閥，升降式止回閥一般安裝在水平管道上，如果管內的介質存在自下而上的流動應采用立式升降式止回閥，旋啟式止回閥應盡量安裝在水平管道上，在特殊情況下也可安裝在管內介質自下而上的的垂直管道中。 泵的輔助管道包括冷卻水管道、沖洗水管道、密封液管道。 泵的冷卻水管線應該緊貼泵體布置，由于泵的冷卻水管道管徑較細，在氣溫較低時會出現管內介質結冰，因此泵的冷卻水管線的供水管線與回水管線應有連通線并配有閥門。

2 塔的設計

2.1 塔的布置

1）單排布置：在塔器設備布置時，常采用單排布置的方式，管廊的一側有兩個以上的塔器時，一般中心線對齊， 如兩個或兩個以上的塔設置聯合平臺時，可以中心線對齊，也可以一邊切線對齊。

2）非單排布置：對于直徑較小本體較高的塔，可以雙排布置或成三角形布置，這樣，可以利用平臺將塔聯系在一起提高穩定性，但應注意平臺生根構件應采用可以滑動的導向節點以適應不同操作溫度的熱膨脹影響[6]。

3） 框架式布置:DN≤1000mm 的塔還可以布置在框架內或框架的一邊， 利用框架提高穩定性。

4）兩塔之間的最小間距＞2.5m，為配管及搭設平臺留出空間[7]。

2.2 附塔管線設計

1）塔頂管道一般有塔頂氣體、放空管道、以及安全閥泄放管道。 塔頂放空管道一般安裝在塔頂油氣管道最高處水平管段的頂部，如果塔附近有框架，可將塔的調節閥組以及安全閥管線放置在框架上（見圖1 和圖2）。

圖1 附塔管線

圖2 附塔管線的安全閥管線

2）塔頂管線內的介質多為氣相，因此附塔管線應做到管道盡量短，步步低，避免出現袋型以免發生積液。 并且附塔管線應具有一定的柔性。

3） 當排放取放空總管或火炬總管的介質為易凝結或者含有凝液時，安全閥所在高度應該高于總管， 并且管道應滿足介質順流45 度進入放空或者火炬總管。

3 塔的設計

3.1 塔的附件

塔的的平臺為了方便人孔、手孔、調節閥組、法蘭的檢修，液位計、溫度計、壓力表的安裝而設計。當塔的高度超過3600mm 以上應該設置平臺。塔的平臺寬度為1500mm。 在設計塔平臺的時候考慮了以下事項：1）人孔中心線到塔平臺的最佳距離為600 ～1000mm， 通常最適合的高度為750mm。 2）當有兩個及以上的塔并排布置時應考慮采用聯合平臺，平臺的護欄高度為1.2m。 3）塔平臺的荷載一般采用400kgf/m2。 4）當塔的高度＜15m 時，塔平臺上梯子每段高度為5m。 當他的高度為＞15m 時，每段的高度應＞5m[8]。

3.2 塔的管道支架

1）從他頂部出來的管道，第一個靠近管口的支架為承重架，在承重架下為導向架。 2）直接與塔管口相連接的大于或等于DN150 的閥門下應該設置支架。

4 裝置內管廊的布置以及配管

管子外壁或保溫外皮到管道法蘭外徑的距離應滿足≥25mm。管子外壁到保溫外皮之間距離應滿足≥50mm。 閥門手柄之間的距離應滿足≥100mm，管廊上的閥門應該錯位布置。 裝置內電纜橋架之間和橋架至土建構件的凈距應滿足≥200mm。 橋架頂部凈空應＞200mm。

空氣、氮氣等公用工程氣體和蒸汽管線上的支管應從主管的上部引出。 公用工程介質總管末端要加放凈閥。 管廊上的所有保溫管道在支撐處都要設管托。 碳鋼支架不得與不銹鋼管道直接焊接，應使用管夾式支吊架，管夾與不銹鋼管道接觸部位應用隔離墊。 所有保溫管道在支撐處都要設管托。

5 壓縮機

在布置壓縮機進出口管的時候，壓縮機的出口管道應具備足夠的柔性， 優先使用自然補償，這樣做可以使壓縮機管口力和力矩滿足應力要求。 在配管設計中我們可以將壓縮機管道和氣缸視為一個整體，可以采用將壓縮機中的氣缸死點設置為固定架，利用止推支架或者雙向止推支架將管道位移和應力分成若干部分，可以減小壓縮機管口所受的力或力矩。 為了管道內的介質不發生偏流、漩渦流，離心式壓縮機進口彎頭不宜直接接入，應該留有一定直管段，直管段的距離應滿足3～5 倍公稱直徑，并應滿足供貨商要求。 為了防止雜物異物進入壓縮機，可以在壓縮機的入口管道上安裝一段短管，短管應該可拆卸，并且在入口管道上安裝臨時的粗過濾器。 壓縮機出口管線上的止回閥需要盡量靠近管口安裝，以避免壓縮機停車時，壓縮機出口到止回閥之間管段中積存的高壓氣體導致壓縮機轉子反轉。 壓縮機出口管線到分離罐的管道應注意避免形成倒U 型管道，倒U 型管道會產生凝液。 壓縮機管口的配管應遵循不承受自身的重量，因此需要在壓縮機出口管道處設置支架，支架的形式可以采用彈簧吊架，如果彈簧吊架不能實現，應在壓縮機機體附近設計支撐點，承受管道自身重量[9,10]。

壓縮機廠房采用敞開、 半敞開式建筑形式，滿足防火防爆要求，保證壓縮機的安全運行。 在實際的設計工作中，采用一種半封閉形式，比如一樓敞開，二樓封閉或者部分封閉的結構。 丙烯壓縮廠房的整體尺寸應根據總圖上占地規模，綜合考慮壓縮機及附屬設備尺寸， 吊裝及檢修區域，樓梯的設置，級間分離及冷卻設備的布置方式，吊車的跨距等因素來確定。 機組由壓縮機和汽輪機組成，附屬設備包括潤滑油系統和密封系統。 丙烯壓縮廠房一般布置兩層，上層布置丙烯壓縮機、干氣密封盤、射汽抽汽裝置、汽封閥組等設備，下層布置稀油站、凝汽器、冷凝液泵、汽封冷卻器等設備。 入口緩沖罐、級間的分離與冷卻設備可布置在廠房外毗鄰的地面或框架上。 廠房二樓面的高度一般與壓縮機的基礎高度一致，需要根據冷凝器外形尺寸及冷凝液泵的NPSH 值來確定，而且要滿足冷凝器的安裝就位要求。二樓以上樓面的高度取決于最大需要維修件的起吊高度，應滿足壓縮機吊裝和檢修的要求。壓縮機廠家確定后，應及時要求廠家提供初版的布置，布置中應包括壓縮機主要部件的初步尺寸和相對位置關系，得到材料后，確定壓縮機廠房的布置。

6 換熱器管道設計

換熱器的管道布置應方便操作，并且不影響設備的檢修操作，同時管道布置不應影響設備的抽芯。 換熱器的基礎標高設計時應滿足下部的放凈以及排液管線到樓面以及地面的凈距大于150mm。 換熱器的管道，應避免高點和低點，如有高點，應在高點設置放空。 如有低點，則需設置放凈。 換熱設備配管區域管道應該做到避免交叉繞行。 換熱器的測量儀器應設置在易觀測和易檢修的地方。 在寒冷地區，換熱器的循環水管道的上水管線與回水管線應設置防凍線和排液閥。

7 軟管站

軟管站一般包括工藝空氣、 水和蒸汽等介質。 排列順序為氮氣、空氣、水和蒸汽（面向軟管站方向）。 每個軟管站的服務半徑為15m。

8 裝置內管架

在每一個支吊點的支吊架結構型式選擇前，應仔細研究管道布置周圍的建筑結構以及鄰近的管道和設備。 支吊架必須支承在可靠的構筑物上，且不應影響設備檢修以及其他管道的安裝和擴建。 在水平管道方向改變處，兩支吊架之間的管子展開長度不應超過水平直管支吊架間距的3/4，其中一個支吊架盡量靠近彎管或彎頭的起彎點。 當支吊架承載結構的承載能力受到限制時，可采用較小的支吊架間距。 要設計適合的管道支架以避免過大的荷載和熱應力作用在設備管口上。 與管道直接接觸的支吊架零部件，其材料應按管道設計溫度選用。 與管道直接焊接的零部件，其材料還應與管道材料相同。

對于以后可能要拆卸的管道，管架的設置要符合要求。 與泵口連接管線的管架設計類型要便于泵和電機的對中及維修，靠近吸入口的支架應是可調支架。 壓力泄放閥出口管線的管架設置要經過管機專業人員確認。 非金屬管道的支架選用除了符合《管架標準圖》HG/T21629-1999，還應符合非金屬管道制造廠家的支架要求。 振動管道支架應采用管夾式支架， 其上不得支撐其他管道。應設獨立基礎， 盡量避免生根在廠房的梁柱上，不可避免時，應與結構專業商定。 保冷管道，應選用管夾支吊架，管夾與管道之間可選用高密度的硬質聚氨酯為隔冷塊。

9 總結

1）氨肟化裝置、己內酰胺精制裝置內設備布置按功能分別布置，儲罐布置在裝置外圍，反應器中心對齊，離心泵進口對齊，精餾塔在鋼框架內中心對齊，這樣為了好進行管道設計。

2)按照HGT20519-2009 化工工藝設計施工圖內容和深度統一規定，在氨肟化裝置、己內酰胺精制裝置內，泵之間按凈距為0.8m 考慮比較合理可行，這樣同時考慮了泵體的機封水所占空間以及檢修空間。

3）在氨肟化裝置內，泵進出管線的管架采用T 型架加可調支架的組合方式。 閥組采用一側在彎頭處固定，另一側采用滑動架，這樣可以降低管道產生的應力。

4）附塔管線設計做到管道盡量短，步步低，避免出現袋型以免發生積液。 并且附塔管線應具有一定的柔性，充分考慮附塔氣相管道無應力的設計要求。

5）在己內酰胺精制裝置內，塔平臺的設置綜合考慮了人孔的位置、調節閥組檢修、自控儀表的安裝方便等因素， 使平臺的設計更趨合理，檢修更方便。

6）在氨肟化裝置內，壓縮機廠房采用敞開、半敞開式建筑形式， 使其裝置滿足防火防爆要求，保證壓縮機的安全運行。

7） 按照化工工藝設計施工圖內容和深度統一規定，換熱器的管道，應避免高點和低點，如有高點，應在高點設置放空。 如有低點，則需設置放凈。 應考慮在冬季生產中，換熱器的冷卻水管道設置防凍線和排液閥。