神华宁煤10万m_3_h等级空分设备冷箱内管道设计

收稿日期：2015-

03-12作者简介：周将龙，男，1989年生，助理工程师，2011年毕业于浙江工业大学过程装备与控制工程专业，现在杭州杭氧股份有限公司设计院从事管道设计工作。

神华宁煤10万

m 3

/h 等级空分设备冷箱内管道设计周将龙，文云锋，樊

虹

（杭州杭氧股份有限公司设计院，浙江省杭州市中山北路592号弘元大厦310014）

摘要：从冷箱内设备布置、管道布置、应力分析和管道支吊架设计等方面，详细阐述神华宁

煤10万m 3

/h 等级空分设备冷箱内管道设计的特点和经验。

关键词：特大型空分设备；冷箱；低温管道；设计；应力分析中图分类号：TB657.9文献标识码：B

Design of inner pipelines of cold box of 10ˑ104m 3/h grade air

separation plant of Shenhua Ningxia Coal Industry Group

Zhou Jianglong ，Wen Yunfeng ，Fan Hong

（Designing Institute ，Hangzhou Hangyang Co．，Ltd．，Hongyuan Building ，592#North Zhongshan Ｒoad ，Hangzhou 310014，Zhejiang ，P．Ｒ．China ）

Abstract ：The features of and the experiences in design of inner pipelines of cold box of 10ˑ104m 3/h grade air separation plant of Shenhua Ningxia Coal Industry Group are detailed from the equipment layout in the cold box ，the pipeline layout ，the stress analysis ，and the design of pipeline brackets （hangers ）．

Keywords ：Extra-large sized air separation plant ；Cold box ；Cryogenic pipeline ；Design ；Stress analysis

前言

空分设备冷箱内管道都是在常温下安装、低温下（一般在－180ħ左右）运行，选用的管道及管件材质基本上是耐低温的铝合金和奥氏体不锈钢。与普通的工艺管道不同，空分冷箱内管道的设计、应力分析和安装检验环节中的任何一个出现问题，都有可能引起冷箱内管道严重变形、拉裂，造成介质泄漏，甚至破坏容器设备等导致冷箱扒砂的重大事故发生。

神华宁煤10万m 3

/h 等级空分设备冷箱内管道设计除应考虑普通空分设备设计过程中遇到的一些问题外，还需考虑管道通径变大后管道刚性、柔性、管道支架强度、变工况运行等影响因素。

10万m 3/h 等级空分设备冷箱内塔器直径大、换热器数量多、管道复杂，如何实现冷箱内管道工

艺性、安全性、经济性和美观性的完美契合是一个

值得深究的课题。

1管道设计

关于神华宁煤10万m 3

/h 等级空分设备冷箱内设备和管道布置，前期共设计了6套方案。

方案一：下塔和主冷组合（中间加空桶段）、上塔落地，增效塔旁立；

方案二：下塔和主冷组合（中间无空桶段）、上塔落地，增效塔旁立；

方案三：下塔、主冷和增效塔组合（中间加空桶段）、上塔落地；

方案四：下塔、主冷和增效塔组合（中间无空桶段）、上塔落地；

方案五：在方案三的基础上优化冷箱尺寸；方案六：在方案四的基础上优化冷箱尺寸。

1.1

设备布置

通过对6套方案进行设计比对，结合塔器的设计制造工艺、运输条件、整体布局高度、流程工艺性实现、成本和用户现场实际占地情况等多方面因素综合考虑，最终选择方案一作为最终执行方案。

结合总图和流程图，在造型设计过程中不断优化和细化，最终形成的设备布置：主冷箱里下塔和主冷组合（中间加空桶段）、上塔落地，增效塔半

空旁立；板式冷箱里前后各布置6台板翅式换热器（分2列，3台1列），中间布置2台过冷器；冷箱左面布置3台高压液氧泵和1台高压液氮泵，冷箱后面布置1台高压液氮泵和2台循环液氧泵，并将氩预留隔箱设置在主冷箱后面。采用国际通用的三维造型软件PDMS （Plant Design Management System ，即工厂三维布置设计管理系统）形成的设备布置如图1所示

。

图1冷箱内设备布置示意图

1.2管道布置

神华宁煤10万m 3

/h 等级空分设备冷箱内管道采用PDMS 软件辅助设计，管道布置与管道支吊架的设置紧密结合，最大限度地利用容器、容器支架、冷箱型钢支撑管道，部分管道支吊架合并设置，以节省支吊架材料和空间，避免管道支吊架的设置影响管道的正常安装。

进出塔器的管道，利用同步收缩的原理基本都是沿塔布置，并沿塔设置管道支吊架。该布置形式的优越性在于：

（1）在提高管道运行安全性的同时可以优化冷箱尺寸大小。

（2）相对于传统管道沿冷箱壁布置形式，该设计所用管道、管件及管架材料明显减少，经济性明显提高。

（3）因所用管件减少，阻力相应减小，运行能耗降低。

阀门的安装位置在冷箱内管道的设计过程中不断做出调整，以保证管路通畅。通过这种配合，许多管道避免绕行，明显减小阻力，对成本及能耗的控制贡献不小。

主冷和上塔安全阀设计成冷箱顶出，管道无弯头等阻力件，减小安全阀的泄放阻力。

液体膨胀机后管线和高压节流阀后管线汇集，将液体膨胀机后管线作为主流路，通过这样设计减