大型空分制氧工程设计经验

商玉龙

(中冶京诚工程技术有限公司,北京 100176)

大型空分制氧工程设计经验

商玉龙

(中冶京诚工程技术有限公司,北京 100176)

本文结合工程实际分析了大型空分制氧工程设计需要注意的一些问题,并根据笔者多年工作经验,就如何管理好一个大型空分制氧工程设计,给出了一些建议。

空分制氧 设计 管理

1 前言

近些年,空分制氧设备在化工、冶金等企业得到越来越广泛的应用。空分制氧设备的良好运行是化工、冶金企业保证生产的必要条件。一套制氧设备要想充分发挥其功效,除了有性能可靠的设备、合理正确的安装、细心及时的维护,设计单位对于该制氧工程的工厂设计也是极其重要的。并且随着科技的进步、设备的不断更新,制氧站规模趋于大型化,多样化。

因而,对一个合格的制氧空分工程设计者提出了更高的要求。

2 大型空分工程设计需要注意事项

(1)总平布置 总平布置要控制好安全距离。内部重点控制对象有:甲类车间、液氧贮槽、氧气球罐、变电站;外部重点控制对象有:重要公用建筑、铁路、可燃气体储罐、民用建筑。

设备及管线布置要以工艺流程舒畅、操作维护方便与站区整洁美观、符合安全规范为原则,布置方案要尽量满足流程顺序。

(2)主厂房主厂房跨度选择要考虑空压机冷却器的检修。在厂房跨度不能满足空压机冷却器检修,又不宜扩大跨度的情况下,可在厂房的墙上开门,但要避开厂房柱,或局部调整空压机所在位置的厂房柱距。主厂房设置吊车规格按照检修最重件或者设备安装时起吊最重件选择,设计师亦要考虑业主要求。轨面标高需要根据设备的高度和起吊件的特点计算确定。如果是汽轮机驱动的空压机,往往安装在比较高的二层平台,需要抬高轨面,以满足检修要求。如果需要的轨面标高很高,造成了投资的不合理增加,可考虑局部采用活动屋面。例如由中冶京诚工程技术有限公司设计完成的某钢厂40000Nm3/h空分,厂房屋面设计了可拆卸的检修孔,检修时使用汽车吊。

(3)空气过滤、压缩系统过滤器的反吹气源一般用仪表空气,压力0.5MPa,但要核实过滤器厂家资料。有的过滤器要求反吹压力为0.8MPa,仪表气压力不能满足,需要用满足压力要求的空气或氮气反吹。过滤器管口标高应与空压机入口标高一致,减小阻损。入口管道宜采用不锈钢管,防止管道锈蚀。空压机排气管道由于温度高、应力大,需要进行应力计算,避免出现排气管道上补偿器拉裂的情况。另外不同厂家的设备,其流程亦有不同,排气管路上的止回阀、流量计及空冷塔进口等的安装要求需要细心核实资料。

(4)氧压机系统 氧压机的保安和试车用氮气管道必须除锈脱脂。氧压机放空阀与安全阀在配管时尽可能使排出气流的方向朝向放空消音器,减少弯头,以缓冲高速气流的冲击,消除安全隐患。氧压机放空消音器放散口的标高不宜低于10米,对于大型氧压机,氧气放散量大,在不利氧气扩散的大气条件下,会造成放空消音器附近氧气浓度大幅升高,形成安全隐患,因此放散口标高要现场情况进行适当的加高。

(5)空气预冷系统 对于室内布置,一定要核实空、水冷塔的人孔、爬梯与屋面梁、构造梁的关系。分馏塔出来去水冷塔的氮气、污氮气管道往往比较大,穿屋面、或墙面时需与厂房土建图纸细细核实,避免碰撞。空冷塔是压力容器,设计往往需要增设贴板以进行管道支架的安装,这就需要设计人员在设备审查阶段告知设备厂家。冷冻机冷却器需要定期抽芯检修,设计需留出足够空间。

(6)分子筛纯化系统分子筛吸附器的进出口空气、污氮管道尽可能对称布置,以均衡管道阻力。场地布置紧张的项目,建议提前跟业主沟通采用立式吸附器,节约占地。如果建设地点在冬季严寒地带,建议系统阀门设置在有采暖的厂房内,如严寒地区某钢厂15000Nm3/h空分,在分子筛吸附器下面设计成了封闭的房间,冬季有采暖,分子筛系统的阀门布置在该房间内。分子筛系统管道直径大(如6万空分为DN1400)、温度高(加热器后可达170℃以上)、应力大,因而设计时需要进行应力计算,达到管系的合理布置。分子筛系统管道支架多、型式多样,有滑动支架、单片支架、弹簧支架等,提土建任务和会签时一定要仔细、慎重。

(7)空分塔/膨胀机系统空分塔与主厂房的距离以方便操作为宜,一般情况下空分冷箱壁与厂房距离为3～4米。对于膨胀机布置在室外,且空分塔、膨胀机是垂直于厂房的情况,膨胀机系统与厂房间应留出2米左右通道。进出换热器冷箱的空气、氧气、氮气等管道如果有若干支管,配管时要尽量对称布置,保证气流均匀分配。换热器冷箱的配管不仅考虑外部管道变形量,亦要考虑内部管道变形量,进行管系的柔性计算,通过加设弹簧支架或者设置补偿器来解决。对于室外布置的膨胀机,要设计防雨棚。防雨棚可以设计成承重钢平台,作为空分系统的阀门操作平台,节省占地。

空分出来的低压氧氮产品进入氧、氮压缩机厂房的路由要提前考虑,与厂房吊车梁及辅助间屋面的设计有很大关系。

(8)液体贮存系统 液氧贮槽的布置要考虑区域内外设施的安全距离。液体贮槽区要设置围堰,当发生液体泄漏时,尽可能把泄漏的液体控制在围堰内逐渐蒸发,避免引发事故。

(9)站区管线系统 制氧站站区管线往往设计成管廊形式,首先根据工艺管道中大口径管道的跨距来确定管廊的跨距,以减少落地支架的数量,小口径管道由于跨距小,可通过增加管廊中的横梁数量来解决。但要注意的是管廊跨距如果选的过大,势必要加大管廊框架的杆件截面,增加钢材消耗。为了确保经济合理,可与钢结构专业协商,进行优化。

(10)氧气调压站 氧气调压站应设防护墙,防护墙上方不宜设顶盖或雨棚,应保证一定的通风面积,氧气阀门的阀杆穿防护墙开洞的缝隙应用钢板封堵。电气仪表电缆不得穿越防爆墙。

3 空分制氧项目管理的几点建议

以往设计院面对的客户主要为钢厂、化工企业等,而近些年来我们的主要客户是各类气体公司。为了适应不同的客户需求,我们需要对自己提出更高要求,主要就体现在工程设计的项目管理上。

由于空分项目的工艺流程较为复杂,专业性强,所以体现在设计项目的管理上,最好的是由工艺负责人兼任设计经理,作为项目技术和管理的核心,专人从头负责到底。让合适的工艺负责人统领全局,基本上就有了胜算的把握,剩下就要各专业的积极协同配合。

其次重视与业主的沟通,一个优秀的设计是以对工艺流程的透彻领悟和与业主的良好沟通为基础,形成一个有业主特色的优秀设计理念,然后在各专业的协同配合下,将其转化成优秀的设计成果。

再次合理签订进度表,进度表有其严肃性,同时也有很大的局限性。当初按计划制订的进度表,难免会有事先的估计不足,在进度控制过程中必须要及时更新。进度表是综合内部、外部条件和需求的产物,有强制性也有灵活性。合理的进度表能够保证设计有序开展,而僵化的进度表会暗藏设计质量隐患。

做好成品的会签工作也很重要。工艺负责人在对各专业的设计图纸进行会签的同时,要确认各专业成品是否符合工艺设计思路,是否满足了甲方的要求,是否执行了会议纪要,把好成品发送的质量关。

最后良好的设计现场服务是很必要的。设计指导现场施工,而施工反馈的问题亦能有助设计,这是个相辅相成的过程。

4 结语

笔者是站在一个工艺负责人的角度结合多年的工作经验,就空分制氧分系统设计注意事项和项目管理给出了自己的看法。一个优秀的制氧工程项目,是需要各专业设计师、业主、施工方等群策群力共同完成的,要把项目当做是自己的作品,认真对待。希望本文对于刚涉足此领域的年轻同志有所帮助,也欢迎各位同仁提出诚恳意见及分享宝贵经验。

[1]深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程,GB16912-2008.

[2]建筑设计防火规范,GB50016-2006.