在焦炉气制液化天然气项目中氮气压缩机的布置设计

李永健 天津市成晟石化技术有限公司 天津 300201

在焦炉气制液化天然气项目中氮气压缩机的布置设计

李永健*天津市成晟石化技术有限公司 天津 300201

介绍焦炉气制取液化天然气项目中氮气往复式压缩机的布置和配管设计。

往复式压缩机布置配管

1 工艺

焦炉气预处理后，进CO变换炉，经MDEA脱硫、脱碳送变压吸附PSA－H2，解吸气压缩送深冷工序制取液化天然气。

系统的冷量由氮气循环闭式制冷系统提供。0.22 MPa的氮气压缩至1.6 MPa，经水冷后进膨胀机增压端增压至2.22 MPa后进冷箱，温度降至－105℃后进精馏塔再沸器，供热后温度降至－123℃进膨胀机制冷，膨胀后的低温气体经精馏塔顶部冷凝器供冷后再回换热器组的冷端，复热后的氮气回压缩机入口循环使用。

2 压缩机型号及参数

焦炉气项目中有两组氮气往复式压缩机，型号HW－69/2.2～18，为H型两级四缸水冷气缸，曲轴转速428 r/min，频率50 Hz，进气压力0.22 MPa，排气压力1.6 MPa，入口温度40℃，出口温度120℃，进气和排气缓冲罐、油站等均由厂家成套供应。

3 厂房结构

往复式氮气压缩厂房采用混凝土结构，半露天布置，厂房侧面设置防雨挡板，这种布置通风良好且节约建筑成本。厂房结构跨距为6 m×15 m。根据厂商提供的最大检修部件重量，起吊重量确定为5 t，选用电动桥式吊车。

厂房高度主要根据设备吊装所需空间和设备进出口管道标高确定。固定式起重设备厂房的最低高度，取决于压缩机基础高度、固定件高度、被起吊件必须跨越其他设备的高度、被起吊件和吊钩的间隙、起重设备结构要求的高度之和。氮气压缩机组最高点一级排气缓冲冷却器距地面高度为2.6 m，最大的起吊件高度为1.2 m，吊车最低结构高度为1.8 m，被起吊件和吊钩的间隙取0.8 m，吊装间隙取0.5 m，计算高度为2.6+1.2 +1.8+0.8+0.5=6.9 m。本项目中往复式氮气压缩机与离心式压缩机共用一幢建筑物，离心压缩机二层平台标高为7.3 m，与结构专业协商后，确定往复式氮气压缩厂房梁顶标高为7.3 m。

4 设备的布置

焦炉气制取液化天然气项目中氮气往复式压缩机采用半露天布置。布置时充分考虑防火要求、操作条件、操作通道。起吊重量根据厂家提供的最大检修部件重量确定，厂房高度满足起吊要求。为减少压缩机的振动影响，尽可能降低压缩机的安装高度，机组及附属设备的布置满足制造厂要求。

压缩机的布置内容包括机组的布置和附属设备的布置。机组由压缩机和驱动机组成。多级压缩的附属设备有气液分离器和各级冷却器等，此外还有润滑油、封油系统设备和机组的布置。本文主要介绍氮气压缩机组与二级冷却器的布置。

压缩机布置在厂房内时，设备基础不应与厂房基础直接相连。布置和配管应满足压缩机或驱动机的转子或活塞、曲轴等的抽出空间要求;机组一侧应有检修时放置机组部件的场地，其大小应能放置机组最大部件并能进行检修作业。往复式氮气压缩机组的对称中心线布置在距A轴7.5 m处，这样既能满足检修空间要求，又避免了设备基础与厂房基础相连。

为减少往复式压缩机的振动，在满足管道与地面净空等要求下应尽量降低其安装高度。厂商提供的机组及附属设备的建议布置图中，压缩机组的部分基础在地面标高(EL±0.000)以下，二级冷却器基础高为EL－0.267。将基础开洞边缘与设备底板间留200 mm的净距，可以满足设备的安装要求，因此，压缩机组的基础高度采用了制造厂的建议布置。

二级冷却器应尽量靠近压缩机组布置，这样有助于减少弯头数量。压缩机出口管道温度较高，管道要求具有很好的柔性，因此二级排气缓冲器至二级冷凝器之间管道至少应设置一个弯头。初版设备布置见图1。

图1 初版设备布置图

对初版布置方案进行管道研究，从二级缓冲罐至二级冷却器的管道的设计压力为1.98 MPa，设计温度为140℃，管径为DN150，经应力分析，其柔性不能满足要求，见图2。

图2 最初出口管道布置

应力工程师建议通过增加管线长度或增加弯头数量来增加管系的柔性。结合初版设备布置图1可以看出，需改变二级冷却器的布置，否则很难改善管系的柔性。管线2所接二级冷却器B/D南面和西面空间充足，因此通过平移二级冷却器B/ D，增加管线长度实现管线柔性的改善。但由于管线1接的二级冷却器A/C南面为润滑站，属于厂家成套供货范围，与压缩机的位置关系也相对固定，建议不改变其位置，因此考虑增加管线的弯头数量。将二级冷却器A和C旋转90°并重新布置，通过增加弯头数量改善管线柔性。布置修改后的管线走向见图3。

图3 修改后出口管道布置

修改后的管线经过应力计算，柔性满足要求。确定压缩机的设备布置见图4和图5。

图4 终版设备布置平面图

图5 终版设备布置剖视图

5 管道布置

往复式压缩机进出口管道布置应短而直，在满足管道柔性要求的前提下，应尽量减少弯头数量，因为过多的弯头会减弱管系的刚度，使管系的固有频率降低，且弯头处容易产生激振力而引发振动。为防止振动和振动的传递，管道布置尽量沿地面敷设;进出口管道应进行振动分析，详细进行支架规划，支架为独立基础且敷设在地面上;管道布置不应妨碍压缩机的操作和检修，不应影响吊车的行走。

5.1 入口管道

压缩机的入口管线经蝶阀，送一级进气缓冲过滤器。管线若经三通后接直管进缓冲过滤器，管口承受应力太大，因此采用管线先接弯头拐出后再汇合的布置方式。管道沿地面敷设，会影响气缸的抽芯，且阻碍通行，因此阀门后管道采用架空敷设。入口管线配管见图6。

图6 压缩机入口管线布置

5.2出口管道

压缩机二级排气缓冲器至二级冷却器间的配管前面已述，此处不再重复。压缩机组的氮气经二级冷却器冷却，接安全阀和止回阀，汇合后接切断阀。经二级冷却器后，管线的脉动和振动有所减弱，但仍未完全消除，因此管线仍按振动管线考虑。综合考虑防振、设备抽芯、检修空间和通道等要求，二级冷却器出口管线先沿地面敷设，接安全阀后管线架空敷设。二级冷却器出口支管汇合时采用斜接方式，这样有利于减弱流体对管道的冲击力。汇合后管线的管底标高取2.4 m，将切断阀安装在水平管段，侧面设阀门操作平台。该布置方式与通过增加弯头将切断阀降低的布置方式相比，弯头数量少，配管无袋形，管线阻力小且美观。

5.3 循环冷却水管道

压缩机组的一级和二级冷却器、油站、一级和二级压缩气缸均需循环水冷却，且都需要设置单独的阀组和视镜。PID要求每台压缩机组的进水和回水设总管切断阀。结合设备图，可以看出用水点非常分散，基本分布在压缩机的四个角。若水管沿地敷设后汇合，则会影响通行和检修;若架空敷设，则水管会将压缩机组整个包围起来，由于管径较小，支架设置密度较大，对检修和设备吊装有影响。经与给排水工程师协商后决定，将各用水点分支管位置提给给排水工程师，循环水各支管采取地下汇合后，引出地面，接总切断阀后再埋地接循环水管网。

6 管架的设置

振动管道的支架为独立基础，适当加大支架的强度，增加支架数量。管系进行必要的振动分析，详细规划支架，确定支架形式和支架间距。压缩机进出口管线采用不均匀的管架间距可改变管系的固有频率。入口和出口管道均由管道应力工程师详细分析，要满足设计要求。管架形式和间距根据计算结果确定。沿地面敷设管道采用管墩支撑，架空敷设管道采用T型架，结构工程师根据应力计算得到各个方向的受力值和T型架尺寸，强度要完全满足设计要求。

7 结语

(1)往复式压缩机的进出口管道可能会出现柔性不够或管系固有频率不合适等问题，在设计中需要对压缩机的进出口管道进行应力和振动分析。

(2)在进行往复式压缩机布置和配管设计时，将配管研究工作适当提前，以避免设计后期时间太过紧张的情况发生。

1 党锡淇．活塞式压缩机气流脉动与管道振动［M］．西安:西安交通大学出版社，1984．

2 国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局．全国压力管道设计审批人员培训教材［M］．北京:中国石化出版社，2005．

3 张德姜，王怀义，刘绍叶等．石油化工装置工艺管道安装设计手册，第一篇，设计与计算［M］．北京:中国石化出版社，2007．

4 胡跃华，钱文臣．管系振动问题的分析及消振处理措施［J］．石油化工设计，2008，25(1):22－26．

This article presents the layout and piping design of the reciprocating nitrogen compressor in coke oven gas-to-liquefied natural gas project．

Nitrogen Compressor Layout Design in Coke Oven Gas-to-LNG Project

Li Yongjian
(Tianjin Chengsheng Petrochemical Technology Co.，Ltd．Tianjin 300201)

reciprocating compressorlayoutpiping design

*李永健:助理工程师。2001年毕业于华东理工大学高分子材料与工程。一直从事石油化工工程设计工作。电话:15201655628，E－mail:liyongjian－7136@163.com。

2011－02－05)