空分装置后备系统低温液体管道设计
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第 ９期
叶春峰 ： 空分装 置后备系统低温液体管道设计
・１ ｌ ５・
空 分 装 置 后 备 系统低 温 液 体 管 道 设 计
叶 春 峰
（ 中石化 宁波工程有限公司 ， 浙江 宁波 ３ １ ５ １ ０ ３ ）
摘要 ： 低温液体管道在化工装置 中较为常见 ， 如何降低“ 冷损” 是低温液体管道设计 的关键 。文章结合某空分装置 后备系统 内液 氮 、 液氧 管道的设计经验 ， 对低温液体管道在设计过程 中的一些问题进行探讨 。 关键词 ： 低温管道 ； 保冷方式 ； 隔冷支架 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ Ｏ ５ ５ ． ８ 文 献标 识 码 ： Ｂ
道 的保冷效果 。适用于后备储罐 的保 冷基础 和管路短 、 管 线少 的部位 。
１ ９ ６ ℃和 一１ ８ ３ ℃ 的超低 温液体 ； 低 温液体 受热 极易 气化 ， １ Ｌ
低温液体 气化后的气体体积 ： 氮为 ６ ９ ６ Ｌ ， 氧为 ８ ０ ０ Ｌ ； 在 密闭的
容器或管 道内 ， 低 温液体 受热 气化 会 导致 内压 急剧 升高 ， 易 引 起容器或 管道超压爆炸 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ３—１ ５
备的操作空间 ； １ Ｊ － ， 量 的珠光 砂 可采 用人 工完 成装 填 。在 液氮 、
作者 简介 ： 叶春 峰（ １ ９ ８ ４ 一） ， 男， 工程师 ， 现从 事配管设 计工作 。
・
ｌ Ｉ ６・
山 东 化 工 Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ ０ Ｎ Ｇ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
一
燃烧 ， 强度高 ， 使用 温度 广 （一１ ９ ６～４ ０ ０ ￣ Ｃ） 。采用 泡 沫玻 璃保 冷结构 时 ， 保冷层 较厚 （ 通 常为 １ ５ ０— ２ ５ ０ ｍｍ） ， 保 温 外径 及配 管安装 的空 间要求较大 ； 保冷结构 由保冷层 ＋防潮 层 ＋保 护层 构成 （ 见图 １ ） ， 施工工序复杂 ， 热导率高 ， 管道荷载较 大 ； 由于接 缝过多 ， 接缝 处理又较 困难 ， 保 冷结 构 的安装 质量 直接 影 响管
文章 编 号 ： １ ０ ０ ８— ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ９－ ０ １ １ ５－ ０ ２
近年来 ， 随着煤 化工产 业 的快 速发 展 ， 对空 分装 置 的产 品 规模 、 运行 可靠 性等提 出了更高 的要求 ； 空分 装置 的故 障停车 ，
２ 保 冷 方式
由于介质 的特殊性 ， 如何 控制 液氮 、 液氧等 低温 液体 管 道 的冷损 ， 减少 由热漏 引起 的管内气化 ， 是 管道设计 的关键 ； 空 分
然后将 配合料放入 耐热 模具 中， 经 过预 热 、 烧结 、 发泡、 冷 却 和 退火 等工艺生 产而成 的轻 质无机 非金 属 玻璃材 料 ； 不 吸水 ， 不
ｌ 介 质特 点
液氮气化是窒息 性气 体 ， 会对 人 体造成 大 伤 害 ， 液 氧是 强
氧化 剂 ， 遇可燃 物极 易燃 爆 ； 在标 准状态 下 ， 液氮 和液氧分 别为
是裸 管接头需现场 保冷 ， 管 与管 的拆 卸只 能将 焊道 割 开 ； 法 兰
连 接方 式（ 插拔式法兰连接方式 除外 ） 拆装较 简便 ， 但 相 比焊接 连接形 式冷损较大。 真 空管 的冷损小 ， 保冷效果 最佳 ， 管道所 占空 间小 ； 但 是价 格 相对 较高 ， 运输及现场施工要 求高 ， 使用 寿命取决 于真 空度 ， 需要定期抽 真空 ； 失效后现场无 法维修 ， 对生 产影 响较大 ； 主要 适用 于冷损要求 高 、 输送距离远 的低 温液体输送 管道。
将直接导致 下游 装 置停 车 ， 为 了保 证 下游 用 气 装置 的正 常运 行， 通 常在 空分装置 内设置后备储 存 系统 ； 液氮、 液氧是 空分装 置的主要产品 ， 以低温液体形态储存 。 某煤制 甲醇装置 中配置 了 ６套 ８ ． ２×１ ０ Ｎ ｍ ／ ｈ的空分装 置 为气化装置提供氧气 ， 为全厂提供所需 氮气 ， ６套空分 单元共 用１ 套后 备系统 ； 本 文主要以后备 系统 的液氮 、 液氧 管道 为例 ， 结合 工程实践 ， 对低 温液体管道设计 的一些 问题进行讨论 。
２ ０ １ ７年 第 ４ ６卷
图１ 泡 沫 玻 璃 保 冷 结 构
（ ２ ） 真空管 由内管 、 外管 、 补偿 器及多 层绝热 层 （ 减少 辐射 传热 ） 等组成 ， 内外管之 间的夹 层抽成高 真空状态 ， 以降低对 流 传热 （ 见图２ ） 。真空管 由专 门的低 温设 备厂根据设计院提供 的 轴侧 图进行二次设计 、 预制和分段供货 ， 每段长度为 ５— ６ ｍ， 现 场完 成连接安装 。常用 的连接方 式有 两种 ： （ ａ ） 焊 接接头连接 ， （ ｂ ） 法兰连接 ； 焊接接头连接 的结构 简单 、 加 工容易 、 冷损小 ， 但
１一内管 ； ２一支撑环 ； ３一补偿器 ； ４一防爆装置 （ 兼抽真空 口）； ５一吸附剂 ； ６一外管 ； ７一多层绝热层 ； ８一 端板
图２ 真 空管结构 图 （ ３ ） 珠 光砂具有传热系数小 、 堆积密度小 、 不霉 烂及不燃 烧 冷 。对于大量 的填装 ， 周边 应预 留有珠 光砂加 热膨化 及填 充设 等特性 ， 主要适 用 于 低温 液 体设 备及 管 道 阀 门 的整体 填 充保
装置常用的保冷方式有奥 氏体不锈 钢管外 覆泡沫 玻璃保 冷 、 奥 氏体 不锈 钢真空管 （ 以下简称 真空 管 ） 和整体 箱式 填充珠 光砂
保冷 ３ 种。
（ １ ） 泡 沫玻 璃是一种 性能 优越 的绝热 材料 ， 以碎 玻璃 为 主
要原 料 ， 添加适量 的发泡 剂 和添加 剂 ， 经 过粉磨 ， 形成 配合 料 ；
叶春峰 ： 空分装 置后备系统低温液体管道设计
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空 分 装 置 后 备 系统低 温 液 体 管 道 设 计
叶 春 峰
（ 中石化 宁波工程有限公司 ， 浙江 宁波 ３ １ ５ １ ０ ３ ）
摘要 ： 低温液体管道在化工装置 中较为常见 ， 如何降低“ 冷损” 是低温液体管道设计 的关键 。文章结合某空分装置 后备系统 内液 氮 、 液氧 管道的设计经验 ， 对低温液体管道在设计过程 中的一些问题进行探讨 。 关键词 ： 低温管道 ； 保冷方式 ； 隔冷支架 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ Ｏ ５ ５ ． ８ 文 献标 识 码 ： Ｂ
道 的保冷效果 。适用于后备储罐 的保 冷基础 和管路短 、 管 线少 的部位 。
１ ９ ６ ℃和 一１ ８ ３ ℃ 的超低 温液体 ； 低 温液体 受热 极易 气化 ， １ Ｌ
低温液体 气化后的气体体积 ： 氮为 ６ ９ ６ Ｌ ， 氧为 ８ ０ ０ Ｌ ； 在 密闭的
容器或管 道内 ， 低 温液体 受热 气化 会 导致 内压 急剧 升高 ， 易 引 起容器或 管道超压爆炸 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ３—１ ５
备的操作空间 ； １ Ｊ － ， 量 的珠光 砂 可采 用人 工完 成装 填 。在 液氮 、
作者 简介 ： 叶春 峰（ １ ９ ８ ４ 一） ， 男， 工程师 ， 现从 事配管设 计工作 。
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ｌ Ｉ ６・
山 东 化 工 Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ ０ Ｎ Ｇ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
一
燃烧 ， 强度高 ， 使用 温度 广 （一１ ９ ６～４ ０ ０ ￣ Ｃ） 。采用 泡 沫玻 璃保 冷结构 时 ， 保冷层 较厚 （ 通 常为 １ ５ ０— ２ ５ ０ ｍｍ） ， 保 温 外径 及配 管安装 的空 间要求较大 ； 保冷结构 由保冷层 ＋防潮 层 ＋保 护层 构成 （ 见图 １ ） ， 施工工序复杂 ， 热导率高 ， 管道荷载较 大 ； 由于接 缝过多 ， 接缝 处理又较 困难 ， 保 冷结 构 的安装 质量 直接 影 响管
文章 编 号 ： １ ０ ０ ８— ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ９－ ０ １ １ ５－ ０ ２
近年来 ， 随着煤 化工产 业 的快 速发 展 ， 对空 分装 置 的产 品 规模 、 运行 可靠 性等提 出了更高 的要求 ； 空分 装置 的故 障停车 ，
２ 保 冷 方式
由于介质 的特殊性 ， 如何 控制 液氮 、 液氧等 低温 液体 管 道 的冷损 ， 减少 由热漏 引起 的管内气化 ， 是 管道设计 的关键 ； 空 分
然后将 配合料放入 耐热 模具 中， 经 过预 热 、 烧结 、 发泡、 冷 却 和 退火 等工艺生 产而成 的轻 质无机 非金 属 玻璃材 料 ； 不 吸水 ， 不
ｌ 介 质特 点
液氮气化是窒息 性气 体 ， 会对 人 体造成 大 伤 害 ， 液 氧是 强
氧化 剂 ， 遇可燃 物极 易燃 爆 ； 在标 准状态 下 ， 液氮 和液氧分 别为
是裸 管接头需现场 保冷 ， 管 与管 的拆 卸只 能将 焊道 割 开 ； 法 兰
连 接方 式（ 插拔式法兰连接方式 除外 ） 拆装较 简便 ， 但 相 比焊接 连接形 式冷损较大。 真 空管 的冷损小 ， 保冷效果 最佳 ， 管道所 占空 间小 ； 但 是价 格 相对 较高 ， 运输及现场施工要 求高 ， 使用 寿命取决 于真 空度 ， 需要定期抽 真空 ； 失效后现场无 法维修 ， 对生 产影 响较大 ； 主要 适用 于冷损要求 高 、 输送距离远 的低 温液体输送 管道。
将直接导致 下游 装 置停 车 ， 为 了保 证 下游 用 气 装置 的正 常运 行， 通 常在 空分装置 内设置后备储 存 系统 ； 液氮、 液氧是 空分装 置的主要产品 ， 以低温液体形态储存 。 某煤制 甲醇装置 中配置 了 ６套 ８ ． ２×１ ０ Ｎ ｍ ／ ｈ的空分装 置 为气化装置提供氧气 ， 为全厂提供所需 氮气 ， ６套空分 单元共 用１ 套后 备系统 ； 本 文主要以后备 系统 的液氮 、 液氧 管道 为例 ， 结合 工程实践 ， 对低 温液体管道设计 的一些 问题进行讨论 。
２ ０ １ ７年 第 ４ ６卷
图１ 泡 沫 玻 璃 保 冷 结 构
（ ２ ） 真空管 由内管 、 外管 、 补偿 器及多 层绝热 层 （ 减少 辐射 传热 ） 等组成 ， 内外管之 间的夹 层抽成高 真空状态 ， 以降低对 流 传热 （ 见图２ ） 。真空管 由专 门的低 温设 备厂根据设计院提供 的 轴侧 图进行二次设计 、 预制和分段供货 ， 每段长度为 ５— ６ ｍ， 现 场完 成连接安装 。常用 的连接方 式有 两种 ： （ ａ ） 焊 接接头连接 ， （ ｂ ） 法兰连接 ； 焊接接头连接 的结构 简单 、 加 工容易 、 冷损小 ， 但
１一内管 ； ２一支撑环 ； ３一补偿器 ； ４一防爆装置 （ 兼抽真空 口）； ５一吸附剂 ； ６一外管 ； ７一多层绝热层 ； ８一 端板
图２ 真 空管结构 图 （ ３ ） 珠 光砂具有传热系数小 、 堆积密度小 、 不霉 烂及不燃 烧 冷 。对于大量 的填装 ， 周边 应预 留有珠 光砂加 热膨化 及填 充设 等特性 ， 主要适 用 于 低温 液 体设 备及 管 道 阀 门 的整体 填 充保
装置常用的保冷方式有奥 氏体不锈 钢管外 覆泡沫 玻璃保 冷 、 奥 氏体 不锈 钢真空管 （ 以下简称 真空 管 ） 和整体 箱式 填充珠 光砂
保冷 ３ 种。
（ １ ） 泡 沫玻 璃是一种 性能 优越 的绝热 材料 ， 以碎 玻璃 为 主
要原 料 ， 添加适量 的发泡 剂 和添加 剂 ， 经 过粉磨 ， 形成 配合 料 ；