浅谈大型空分装置设备布置与氧气管线设计

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Equipment Layout of Large Air Separation Plant and Design of the Oxygen PipelineWANG F g-如ng，YUAN Liang-zheng(East China Engineering Science and Technology Co.，Ltd.，Anhui Hefei 230024，China)Abstract：With the continuous large-scale of air separation plant，equipment layout was more and more importantin engineering design，equipment layout and oxygen pipeline design of large-scale coal chemical space was summarizedand discussed。

Key words：air separation plant；equipment layout；oxygen compressor；oxygen pipeline1 空分装置简介与组成空气分离装置简称空分装置，主要是利用空气中各组分物理性质不同，采用深度冷冻、吸附、膜分离等方法分离出氧气、氮气，或同时提趣气、氩气等稀有气体的过程≌分产品广泛应用于石油、化工、冶金、医药等各行各业；目前大型煤化工行业多运用深冷法生产氧气、高纯度氮气及液氩。

l 堡墨竺lI垫垫至竺lI 塑墨竺图1 深冷法空分装置流程框图2 空分装置的设备布置空分装置布置主要包含空分空压机系统、空分主装置、空压站、氮压机厂房、液体贮罐区几个组成部分，各组成部分间由内管廊连接；大型空分占地面积大，如52000 Nm /h(0 )的空分装置占地总长约150 m，总宽约130 m≌分装置设备布置时主要从以下方面考虑：2.1 安全性要求空分装置生产类别为乙类，危险介质有氧气、氮气、液氧、液氮、液氩；氧气属于助燃物，氮气易引起窒息，液氧、液氮、液氩会使人发生冻伤的危险。设备布置时应严格遵守《石油化工企业设计防火规范》、《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》 中的规定。

(2)冷箱氧氮总放空塔与氧气阀门室相连布置，并放置在装置空旷区。

(3)高压氧放空阀、氧压机、氨冷器等设备根据要求设置防爆墙。

(4)氧压机宜单独设置厂房，若与氮压机等布置在-个厂房时，要设置防火墙将氧压机隔开。

黠 藩图2 氧压机与氮压机布置在-个厂房时的-般布置(5)蒸汽放空消音器尽量不要挂在压缩厂房外墙上，以防蒸汽放空时太热对外墙体造成损害，可在管廊上设置框架放置作者简介：王芳芳 (1980-)，女，毕业于郑州大学化工学院，工程师，目前从事化工工艺及管道设计工作。

第4l卷第 l6期 王芳芳等：浅谈大型空分装置设备布置与氧气管线设计 175消音器。

(6)空分中液氮贮槽 、液氧贮槽、液氩贮槽应尽量放在-起；根据工艺要求 ，设置贮槽区防护围堰。

(7)氧气 (包括液氧)储罐间的防火间距 ，应不小于相邻两罐中较大罐的半径；氧气与氮气、氩气储罐的间距及氮气、氩气储罐之间的间距应满足施工和检修要求，且不宜小于2 m。

(8)液氧与液氮、液氩储罐的间距及液氮、液氩储罐之间的间距应满足施工和检修要求，且不宜小于2 m。

(9)对排液、放空、吹扫管路应尽量集中放空排放，医便对这些物料采取统-的治理措施。

2.2 满足工艺流程要求设备布置要符合工艺流程设计要求，做到布置合理，并根据工艺要求将各种设备布置在合适的层高，必要时设置厂房、框架或利用管廊上部的空间放置设备，还有根据地形 、全年最小频率风向等情况布置 ，以免影响工艺的要求 。

(1)空气过滤器吸入 口应布置在装置全年最小频率风向的下风侧 ；并且远离全厂 CO 气体排放口；如空气吸人 口总图布置没考虑好风向，经常有碳氢化合物吹来或距离 CO：排气口太近，则会加大分子筛吸附负荷，严重时开车会后因分子筛出口CO 含量超标而导致空分装置经常停车。

(2)压缩机布置考虑蒸汽管道机械应力，预留进出口气路大管线上的阀组及放空调节阀组位置。

(3)压缩机油站与高位油箱放在厂房同侧，压缩机油站位置放在压缩机组总进油和总回油管-端。

(4)氨冷器放置在防爆厂房中，或装置边缘，并与附近的设备以防爆墙隔开。

(6)设备布置及厂房设置时要考虑大管道上流量计的安装距离要求，如污氮气、空气管道 ，膨胀机增压端进口管线上均有流量计，最好预先将管道粗略布置-下。

(7)设备布置时要考虑大管道的机械应力，如分子筛系统管道 ，最好先大致布置-下较大管道并通过应力计算后再确定最终布置，不然以后配管有修改时可能会影响到设备布置。

(8)液体贮槽基础高度要满足液体泵的净正吸人压头，防止汽蚀。 。

(9)液体贮存管线从冷箱到贮槽区距离尽量近，可设置单独的桁架跨至贮槽区，以减少冷量损失。

2.3 满足设备的操作、检修、施工要求设备布置时应考虑到既要给操作者创造-个良好的操作环境和空间，也要考虑到设备以后的维修空间和施工安装空间。

(1)汽轮机驱动的空压机增压机厂房，最好将两级抽汽射气装置和排气安全阀布置在二楼楼面上，方便操作和检修 ，又整洁美观。

(2)汽轮机表冷器上方的空间要留足，能使表冷器下方的热井抬起放到表冷器基础里面。

(3)压缩机基础表冷器附近的基础柱间距布置时，需满足表冷器循环水配管的空间要求。

(5)压缩机厂房设置检修吊车，吊车轨顶高度要根据最大检修部件尺寸及压缩机尺寸计算。

(6)压缩机厂房吊车有操作室时，要设置吊车检修平台，平台高度要根据吊车尺寸参数计算。

(7)寒冷地区压缩机的高位油箱最好放在厂房内，防止油箱被冻坏，南方地区可考虑高位油箱放室外。

(9)控制室和分析小屋位置合理，避开危险区，远离震动设备。

(10)合理安排设备间距和净空高度；设置必要的操作通道和平台。

(12)设备布置时要预先考虑好大管道阀组的放置，方便操作检修，不要让阀组堵塞设备的操作和检修通道。

(13)分子筛吸附器布置时需要考虑分子筛和活性氧化铝的装填和卸料，各个厂家设计的吸附器吸附器装填人孔位置不同，分子筛平台的设置也有所不同；卧式分子筛装填人孔在设备中间-侧时，可考虑将分子筛对称布置在设备 中间设置-个联合大平台；当装填人孑L在设备两端时，设备两端分设平 台，有管道进出的-端，上方可设置联合操作平台并支撑管道。

2.4 设备布置力求经济合理设备布置在符合工艺要求的前提下，还应以经济合理为主，并注意整齐美观；除管道机械应力有要求的管道外，设备布置时应考虑管道尽量短而直。满足各项要求的情况下，旧能缩小占地面积 ，减少能耗 、节约投资，做到最经济合理的工程造价。

2.5 其他(1)满足业主的特殊要求，由于各当地习惯不同，或为了操作偏好，业主往往提出要求，如建筑物类型、铺砌范围、楼梯、升降设备、净空高度、搬运工具等。

(2)根据气温、降水、风沙等当地条件和生产过程或某些设备的特殊要求，决定是否采用室内布置。如寒冷地区压缩机需放置在全封闭的厂房内，厂房内要设置采暖；南方地区压缩机可设置在隔音罩，或半封闭厂房中达到降噪目的。

(3)注意装置的整齐美观，如离心泵成排排列，应以泵出口管中心线取齐。

图3 某厂52000 Nm /h氧气的空分装置设备及管道布置3 氧气管线的设计空分装置管道布置中比较重要的部分是氧气管线的布置设计，氧气管线布置关系到整个空分装置的安全，所以布置时必须严格按照规范要求。

3.1 工艺设计(1)氧气管道内介质流速选取要合适，管径不宜选小，管176 广 州 化 工 2013年 8月道阀门前后要有-定的直管段，的冲击，避免引起火灾事故。

这些都能减少氧气对管道内壁 3. 4 管道的施工验收(2)高压低温空气节流从流程上精心设计节流阀前后压差，以降低每级节流压差，减小流速，提高阀门使用寿命，减少管系振动。

(3)高压氧气输送管路设置高压空气预充气管，以确保高压氧气送气时的安全性。

(4)在高压差大口径自动阀和特殊的通过阀上设置旁通阀，防止高速气流对设备、阀门和管路造成损害，尤其对氧气管路更可起到事故防范作用。

(5)氧气管道的阀门要选择专用的氧气阀门，当工作压力大于 0.1 MPa时，严 禁采 用 闸 阀；公 称 压力 大 于 或等 于1.0 MPa且公称直径大于或等于 150 mm的手动氧气阀门，宜选用带旁通的阀门。

3.2 管材的选取管道材质方面，根据 《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》 (GB16912-2008)第 8.3条选用不用压力等级下的氧气管道材质；大型煤化工所需氧气压力较高，大多数t>5.0 MPa，所以在阀后 5倍外径 (并不小于 1.5 In)范围、压力调节阀组前后各 5倍外径 (各不小于 1.5 m)范围内、放散阀后我们-般选用镍基合金材料；3.3 管道的敷设(1)氧气管道必须架设在非燃烧体支架上。

(2)氧气管道架空敷设时，要注意和其他管道及电缆桥架的间距，按照《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》(GB16912-2008)第 8.1.10条规定确定最谢距。 。

(4)氧气调节阀组要设置单独的阀门室，氧气安全阀放空最好接到放空总管上排至消音塔 ，阀门室里的手动阀要选用加长阀杆，将闽杆伸出阀门室外操作。

(5)氧气管道的连接尽量采用焊接，但与设备、阀门连接处可采用法兰或螺纹；螺纹连接处，应采用聚四氟乙烯薄膜作为填料 ，严禁采用涂铅红的麻、棉丝、或其他含油脂的材料。

(1)氧气管道、阀门、仪表垫片及其他附件等安装前必须进行严格的除锈、脱脂 J。氧气管线各个分支采用三氯乙烯、丙酮等脱脂剂反复擦洗脱脂，擦洗完的部件应及时用无脂塑料布包好阀门以免二次污染。氧气主管线采用强制循环清洗，将要清洗的管线充满清洗液，通过临时管线与清洗泵站相连接 ，形成清洗回路通过泵的强制循环来清洗 ；主要有水清洗及管道系统试压、脱脂、水冲洗、酸洗、水冲洗、漂洗、中和钝化、人工处理、干燥几个步骤。脱脂合格后的管道应及时封闭管口并充入干燥氮气。

(2)氧气管道压力试验介质采用无油的干燥空气或氮气，并按照 GB16912-2008规定执行。

(3)在安装过程中及安装后要采取有效措施，如钝化或充氮气，防止受到油脂污染 ，防止可燃物、锈屑、焊渣、砂土及其他杂物进入或-流在管道内，并进行严格的检查。

(4)在安装、检修后或长时间停用后再投入使用前，应将管内残留的水分、铁屑、杂物等用无油干燥空气或氮气吹扫干净。吹扫速度应不小于 20 m/s，且不低于氧气管道设计流速。

4 结 语随着空分单套装置产氧量的不断增大，设备布置和管道设计布置也越来越重要，是空分工程设计中重要的组成部分≌分设备和管道布置是-门需要综合各个专业知识的技术，需要在工程设计中长期实践和积累经验，-个好 的装置和管道布置，可以为用户节约投资，节省能耗，创造效益，需要设计人员耐心、细致和艰辛的脑力劳动。