浅谈硫回收装置透平鼓风机的配管设计

张保申

(山东三维石化工程股份有限公司，山东 青岛 266071)

鼓风机作为硫回收装置中的关键动设备，其主要作用是为硫回收装置制硫配风及尾气焚烧提供风源。一旦风机出现故障，就会造成硫回收装置停车，酸性气无法处理，导致上游装置被迫停产，造成巨大经济损失。因此，保证鼓风机的正常运转关系到炼化企业主装置能否正常运行，而鼓风机管道的合理布置，又是保证风机机组能否正常运行的关键。随着大型炼化企业的建立，本着节能原则，透平鼓风机越来越多地应用到大型硫回收装置中。本文以某炼化企业10万t/a硫回收装置制硫部分用透平鼓风机配管为例，简单探讨一下透平鼓风机的配管设计。

1 透平鼓风机的组成及工作原理

硫回收装置中用到的透平鼓风机其实是离心鼓风机的一种，出口压力约0.070 MPa。主要由叶轮、集流器、涡壳、进气箱等部件组成。其原理是根据动能转换为势能。利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速，改变流向，使动能转换成势能(压力)。压力增高主要发生在叶轮中，其次发生在扩压过程。

2 透平鼓风机的平面布置

透平鼓风机的布置在满足工艺专业的要求下，还应满足制造厂的要求，其附属设备宜靠近机组布置，汽轮机周围应留有足够的空地以满足配管和操作的需要[1]。硫回收装置中，小型鼓风机一般布置在管廊下面，借助管廊平台进行配管。但是受空间限制，大型透平鼓风机一般布置在宽阔位置，且靠近制硫炉及焚烧炉。某炼化企业10万t/a硫回收装置制硫部分用鼓风机采用1台电机驱动鼓风机和1台透平鼓风机。为便于鼓风机进行吊装维修以及减小风机出口管道压力损失，鼓风机布置在制硫炉管廊的西侧，风机上面设置高4、7.0 m的平台，透平鼓风机附属油站置于平台外面。

3 透平鼓风机管道布置

3.1 透平鼓风机入口管道布置

透平鼓风机入口管道由防雨帽、消声器(过滤器)、流量计及蝶阀组成。图1为透平鼓风机入口典型的管道示意图。

图1 透平鼓风机入口典型管道示意图

根据硫黄回收工艺要求，透平鼓风机吸入口的顶部应设置防雨帽，防雨帽的安全安装位置应以不吸入装置操作人员及其它杂物为宜，推荐高出操作及维修人员头顶1 m左右，即2.8～3.0 m，过高易造成管材浪费。防雨帽四周环形面积应满足风机入口风量的要求。在入口管道上加消声器是为了降低入口流速过大造成的噪声污染，使风机运行产生的噪声符合国家有关标准规范。

风机在正常运转的情况下，机器本身存在着热位移，对风机入口管嘴所受的外力和力矩的要求应满足厂家所供要求及标准规范规定。管道工程师主要考虑的问题是：合理布置管道，满足风机入口管嘴受力要求，减少压降损失，尽量做到施工简单，操作方便，维修便捷。图2为某炼化企业10万t/a硫回收装置透平鼓风机入口管道平面布置图。

图2 透平鼓风机入口管道平面布置图

风机入口阀门、流量计均放置于风机上方7 000 mm平台上，便于装置人员日常操作与维护。防雨帽安装位置比7 000 mm平台高2 500 mm以上，保证安全距离。

3.2 透平鼓风机出口管道布置

透平鼓风机出口管道一般由温度计、压力表、防喘振支线、蝶阀及止回阀组成，蝶阀用于切断，单向阀防止逆流。防喘振支线由防雨帽、消声器、蝶阀组成，消声器的作用主要降低噪声污染，见图3。

图3 透平鼓风机出口管道示意图

在满足工艺安装要求的前提下，风机出口配管上的阀门仪表可布置在地面上，也可借助构架平台布置在平台上。根据某炼化企业10万t/a硫回收装置透平鼓风机出口配管布置，见图4。

图4 透平鼓风机出口管道布置图

借助构架平台更易解决防喘振支线出口消声器的支撑问题，阀门的日常操作与维护方便快捷。多台风机并联时，出口管线一般顺介质流向45°斜接至风线主管，但受条件限制时也可垂直接入。

3.3 汽轮机中蒸汽管线的布置

透平鼓风机以中压蒸汽或过热中压蒸汽为驱动，用于消耗装置中产生的中压蒸汽。某炼化企业10万t/a硫回收装置蒸汽透平机的入口管道和蒸汽抽出线压力、温度均很高，入口过热中压蒸汽，管道直径DN150，操作压力3.6 MPa，操作温度410 ℃，抽出低低压蒸汽管道直径DN250，操作压力0.40 MPa，操作温度297 ℃。

汽轮机是一种高速精密的转动机械，工程设计中既要考虑气缸因温度变化引起的热胀冷缩问题，又要保证转动和静止部分之间留有一定的间隙。一旦汽轮机的进出口管道设计出现问题，就会影响汽轮机的找正，甚至引起间歇破坏，造成蒸汽的损失和降低汽轮机的效率。当管道的推力(力矩)超过了汽轮机气缸自重的自稳能力，就会引起汽轮机的转动机械移位或卡住，进而影响风机的安全运行[2]。

蒸汽轮机进汽管道上通常会接出一个带阀门的分支管道，防止远距离输送蒸汽时，压降和温降较大，通过放空来提高蒸汽的温度，促使汽轮机正常平稳工作。为避免放空管道对机器的影响过大，在管道布置满足工艺要求的前提下，将进汽管道的放空管尽可能远离进汽管嘴。另外，在进汽切断阀前还应设置分支管道引至安全位置，此目的是防止开机时有蒸汽凝结，即“暖管线”，暖管线应尽量靠近嘴子处引出。还需防止凝结水带入汽轮机损坏叶片，增加排凝。除了“暖管线”外，还需设置“暖机线”，汽轮机在高温下运行，开机前应对机壳、转子进行预热，主蒸汽管道上的切断阀应设预热旁路阀。

汽轮机管口附近管道应保证竖直及水平方向都具有足够的柔性，如果蒸汽管线布置不当，管道对汽轮机管口的作用力和力矩达不到制造厂或者NEMA SM23的要求，使得汽轮机管嘴受力过大，造成汽轮机振动。因此布置用于动力的蒸汽管道时，一般需设置“π”形补偿器吸收管道的热膨胀，严禁使用波纹管膨胀节来吸收管道的热膨胀，原因为波纹管膨胀节价格相对较贵，并且容易损坏。如何选择合适的位置来设置蒸汽管道上的“π”形补偿器，应由管道应力分析工程师通过计算进行确定。中压蒸汽经过消耗后，温度压力依然较高，根据节约能耗的原则，需要进一步回收低品质蒸汽。此时汽轮机出口蒸汽管线需设置减温器或减温减压器来得到压力温度稳定的低低压蒸汽。低低压蒸汽配管除需满足蒸汽配管标准规范规定以外，还要满足减温器或减温减压器的直管段要求。根据工艺要求蒸汽出口管线还需设置安全阀，防止超压及有效出力。

本次设计中压蒸汽管线从主管廊过来(见图5)，借助副管廊边梁设置支架，利用管道的自然走向补偿热膨胀，减小热应力对透平机管嘴的影响。图中配管由于管线较短，没有设置“π”形补偿，经应力专业严格计算得知，管道对汽轮机管口的作用力和力矩已达到制造厂的要求。

蒸汽抽出线经蒸汽透平机管嘴平拐进行配置出口安全阀及减温器，为保证减温器直管段要求，管线沿管廊前行3 m以上，然后上管廊送出界区，这样配置的优点是：既能满足减温器的直管段要求，也能设置“π”形补偿器来吸收管道的热膨胀，同时蒸汽透平机蒸汽距地面1 m左右，便于操作和维护管线上的阀门、减温器及相应仪表，具体见图5。

图5 汽轮机出入口管道布置图

4 透平鼓风机管嘴受力解决办法

在工程设计中，管道工程师在布置风机管道时需要特别注意的是如何减少风机管嘴受力。一般有以下几种措施：①在风机出入口管道上且靠近管嘴处设置波纹管膨胀节，波纹管膨胀节的价格相对较贵，但效果良好，硫回收装置一般采用此方法；②在风机出入口管道靠近管嘴处采用软连接，此方法投资少，施工简单，便于检修和更换，是目前较多采用的方法之一。③将管嘴处管道弯头处的支架做成软体材质垫板。这种方法简单易做，但软体材质容易变质，不易更换，故不宜采用；④在出入口管道上采用合适的弹簧支吊架，但容易造成投资增加，相应也增加了设计和施工的工作量及难度。

5 结语

硫回收装置透平鼓风机出入口管道布置要根据标准规范，合理布置管线走向问题，解决好管嘴受力问题，才能保证风机能够正常、有效及平稳运行。汽轮机出入口管道布置最好设置“π”形补偿以解决管道柔性问题，此过程要与应力专业紧密结合。