山东华鲁恒升化工股份有限公司酰胺及尼龙新材料工程30 万t/a 己内酰胺装置项目管道设计探究

佟浩

（中国兴辰工程技术服务有限公司管道工程部,天津 300000）

本文所涉及项目为： 建设内容包括30 万t/a己内酰胺装置及配套公辅装置。

本项目包括：氨肟化装置、己内酰胺精制装置、原料及中间品罐区、成品罐区、中心控制室、冷冻站（冷凝液回收）、焚烧、机柜间、消防水池及泵房。

1 泵的设计

1.1 泵的间距

1）根据装置现场实际情况，两台泵之间的净距选为0.8m，泵的间距同时考虑了泵体的机封水所占空间以及检修空间。2）泵布置在管廊下方时，泵的检修空间净空＞3m。 泵端前面的操作通道宽度大于1.1m。 泵端前面的检修通道宽度大于1.30m[1]。3）泵布置在装置外时，泵端与墙之间的净距＞1.1m，两排泵间距＞2.0m[2]。 4）泵进出口阀门手轮到邻近泵的最突出部分的净距最少为0.85m，电机之间的间距为1.5m[3]。

1.2 泵的基础

泵的基础根据厂家提供的外形图进行设计，一般情况下预留孔的边缘到基础边缘的距离为100mm， 泵基础高度设计要考虑进泵管线的放净净空， 过滤器尺寸。 一般泵要比地面高出200～300mm。

1.3 泵的进出管线的管架

1）进口管线一般采用T 型架加可调支架的组合方式。

2）进出管线附近的调节阀组，一般采用一侧在弯头处固定，另一侧采用滑动架[4]。

1.4 泵的进出管线的管架

泵进口管线： 泵的吸入管线应保持水平，或者带有一定的坡度。 当泵入口需要有变径的时候，应该使用顶平偏心异径管，为了防止泵吸入口处发生偏流、漩涡流导致泵的性能下降，应在泵的吸入口与弯头之间留出大于或者等于3～5管径的直管段。 如果泵进口管道有切断阀，应尽量将切断阀放在垂直管道上。 泵的出口管线应具有柔性，如果是工况是高温高压状态下，泵的出口管线必须经过应力计算。 泵出口管道为了防止液体倒流，一般情况下会安装止回阀，升降式止回阀一般安装在水平管道上，如果管内的介质存在自下而上的流动应采用立式升降式止回阀，旋启式止回阀应尽量安装在水平管道上，在特殊情况下也可安装在管内介质自下而上的的垂直管道中。 泵的辅助管道包括冷却水管道、冲洗水管道、密封液管道。 泵的冷却水管线应该紧贴泵体布置，由于泵的冷却水管道管径较细，在气温较低时会出现管内介质结冰，因此泵的冷却水管线的供水管线与回水管线应有连通线并配有阀门。

2 塔的设计

2.1 塔的布置

1）单排布置：在塔器设备布置时，常采用单排布置的方式，管廊的一侧有两个以上的塔器时，一般中心线对齐， 如两个或两个以上的塔设置联合平台时，可以中心线对齐，也可以一边切线对齐。

2）非单排布置：对于直径较小本体较高的塔，可以双排布置或成三角形布置，这样，可以利用平台将塔联系在一起提高稳定性，但应注意平台生根构件应采用可以滑动的导向节点以适应不同操作温度的热膨胀影响[6]。

3） 框架式布置:DN≤1000mm 的塔还可以布置在框架内或框架的一边， 利用框架提高稳定性。

4）两塔之间的最小间距＞2.5m，为配管及搭设平台留出空间[7]。

2.2 附塔管线设计

1）塔顶管道一般有塔顶气体、放空管道、以及安全阀泄放管道。 塔顶放空管道一般安装在塔顶油气管道最高处水平管段的顶部，如果塔附近有框架，可将塔的调节阀组以及安全阀管线放置在框架上（见图1 和图2）。

图1 附塔管线

图2 附塔管线的安全阀管线

2）塔顶管线内的介质多为气相，因此附塔管线应做到管道尽量短，步步低，避免出现袋型以免发生积液。 并且附塔管线应具有一定的柔性。

3） 当排放取放空总管或火炬总管的介质为易凝结或者含有凝液时，安全阀所在高度应该高于总管， 并且管道应满足介质顺流45 度进入放空或者火炬总管。

3 塔的设计

3.1 塔的附件

塔的的平台为了方便人孔、手孔、调节阀组、法兰的检修，液位计、温度计、压力表的安装而设计。当塔的高度超过3600mm 以上应该设置平台。塔的平台宽度为1500mm。 在设计塔平台的时候考虑了以下事项：1）人孔中心线到塔平台的最佳距离为600 ～1000mm， 通常最适合的高度为750mm。 2）当有两个及以上的塔并排布置时应考虑采用联合平台，平台的护栏高度为1.2m。 3）塔平台的荷载一般采用400kgf/m2。 4）当塔的高度＜15m 时，塔平台上梯子每段高度为5m。 当他的高度为＞15m 时，每段的高度应＞5m[8]。

3.2 塔的管道支架

1）从他顶部出来的管道，第一个靠近管口的支架为承重架，在承重架下为导向架。 2）直接与塔管口相连接的大于或等于DN150 的阀门下应该设置支架。

4 装置内管廊的布置以及配管

管子外壁或保温外皮到管道法兰外径的距离应满足≥25mm。管子外壁到保温外皮之间距离应满足≥50mm。 阀门手柄之间的距离应满足≥100mm，管廊上的阀门应该错位布置。 装置内电缆桥架之间和桥架至土建构件的净距应满足≥200mm。 桥架顶部净空应＞200mm。

空气、氮气等公用工程气体和蒸汽管线上的支管应从主管的上部引出。 公用工程介质总管末端要加放净阀。 管廊上的所有保温管道在支撑处都要设管托。 碳钢支架不得与不锈钢管道直接焊接，应使用管夹式支吊架，管夹与不锈钢管道接触部位应用隔离垫。 所有保温管道在支撑处都要设管托。

5 压缩机

在布置压缩机进出口管的时候，压缩机的出口管道应具备足够的柔性， 优先使用自然补偿，这样做可以使压缩机管口力和力矩满足应力要求。 在配管设计中我们可以将压缩机管道和气缸视为一个整体，可以采用将压缩机中的气缸死点设置为固定架，利用止推支架或者双向止推支架将管道位移和应力分成若干部分，可以减小压缩机管口所受的力或力矩。 为了管道内的介质不发生偏流、漩涡流，离心式压缩机进口弯头不宜直接接入，应该留有一定直管段，直管段的距离应满足3～5 倍公称直径，并应满足供货商要求。 为了防止杂物异物进入压缩机，可以在压缩机的入口管道上安装一段短管，短管应该可拆卸，并且在入口管道上安装临时的粗过滤器。 压缩机出口管线上的止回阀需要尽量靠近管口安装，以避免压缩机停车时，压缩机出口到止回阀之间管段中积存的高压气体导致压缩机转子反转。 压缩机出口管线到分离罐的管道应注意避免形成倒U 型管道，倒U 型管道会产生凝液。 压缩机管口的配管应遵循不承受自身的重量，因此需要在压缩机出口管道处设置支架，支架的形式可以采用弹簧吊架，如果弹簧吊架不能实现，应在压缩机机体附近设计支撑点，承受管道自身重量[9,10]。

压缩机厂房采用敞开、 半敞开式建筑形式，满足防火防爆要求，保证压缩机的安全运行。 在实际的设计工作中，采用一种半封闭形式，比如一楼敞开，二楼封闭或者部分封闭的结构。 丙烯压缩厂房的整体尺寸应根据总图上占地规模，综合考虑压缩机及附属设备尺寸， 吊装及检修区域，楼梯的设置，级间分离及冷却设备的布置方式，吊车的跨距等因素来确定。 机组由压缩机和汽轮机组成，附属设备包括润滑油系统和密封系统。 丙烯压缩厂房一般布置两层，上层布置丙烯压缩机、干气密封盘、射汽抽汽装置、汽封阀组等设备，下层布置稀油站、凝汽器、冷凝液泵、汽封冷却器等设备。 入口缓冲罐、级间的分离与冷却设备可布置在厂房外毗邻的地面或框架上。 厂房二楼面的高度一般与压缩机的基础高度一致，需要根据冷凝器外形尺寸及冷凝液泵的NPSH 值来确定，而且要满足冷凝器的安装就位要求。二楼以上楼面的高度取决于最大需要维修件的起吊高度，应满足压缩机吊装和检修的要求。压缩机厂家确定后，应及时要求厂家提供初版的布置，布置中应包括压缩机主要部件的初步尺寸和相对位置关系，得到材料后，确定压缩机厂房的布置。

6 换热器管道设计

换热器的管道布置应方便操作，并且不影响设备的检修操作，同时管道布置不应影响设备的抽芯。 换热器的基础标高设计时应满足下部的放净以及排液管线到楼面以及地面的净距大于150mm。 换热器的管道，应避免高点和低点，如有高点，应在高点设置放空。 如有低点，则需设置放净。 换热设备配管区域管道应该做到避免交叉绕行。 换热器的测量仪器应设置在易观测和易检修的地方。 在寒冷地区，换热器的循环水管道的上水管线与回水管线应设置防冻线和排液阀。

7 软管站

软管站一般包括工艺空气、 水和蒸汽等介质。 排列顺序为氮气、空气、水和蒸汽（面向软管站方向）。 每个软管站的服务半径为15m。

8 装置内管架

在每一个支吊点的支吊架结构型式选择前，应仔细研究管道布置周围的建筑结构以及邻近的管道和设备。 支吊架必须支承在可靠的构筑物上，且不应影响设备检修以及其他管道的安装和扩建。 在水平管道方向改变处，两支吊架之间的管子展开长度不应超过水平直管支吊架间距的3/4，其中一个支吊架尽量靠近弯管或弯头的起弯点。 当支吊架承载结构的承载能力受到限制时，可采用较小的支吊架间距。 要设计适合的管道支架以避免过大的荷载和热应力作用在设备管口上。 与管道直接接触的支吊架零部件，其材料应按管道设计温度选用。 与管道直接焊接的零部件，其材料还应与管道材料相同。

对于以后可能要拆卸的管道，管架的设置要符合要求。 与泵口连接管线的管架设计类型要便于泵和电机的对中及维修，靠近吸入口的支架应是可调支架。 压力泄放阀出口管线的管架设置要经过管机专业人员确认。 非金属管道的支架选用除了符合《管架标准图》HG/T21629-1999，还应符合非金属管道制造厂家的支架要求。 振动管道支架应采用管夹式支架， 其上不得支撑其他管道。应设独立基础， 尽量避免生根在厂房的梁柱上，不可避免时，应与结构专业商定。 保冷管道，应选用管夹支吊架，管夹与管道之间可选用高密度的硬质聚氨酯为隔冷块。

9 总结

1）氨肟化装置、己内酰胺精制装置内设备布置按功能分别布置，储罐布置在装置外围，反应器中心对齐，离心泵进口对齐，精馏塔在钢框架内中心对齐，这样为了好进行管道设计。

2)按照HGT20519-2009 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定，在氨肟化装置、己内酰胺精制装置内，泵之间按净距为0.8m 考虑比较合理可行，这样同时考虑了泵体的机封水所占空间以及检修空间。

3）在氨肟化装置内，泵进出管线的管架采用T 型架加可调支架的组合方式。 阀组采用一侧在弯头处固定，另一侧采用滑动架，这样可以降低管道产生的应力。

4）附塔管线设计做到管道尽量短，步步低，避免出现袋型以免发生积液。 并且附塔管线应具有一定的柔性，充分考虑附塔气相管道无应力的设计要求。

5）在己内酰胺精制装置内，塔平台的设置综合考虑了人孔的位置、调节阀组检修、自控仪表的安装方便等因素， 使平台的设计更趋合理，检修更方便。

6）在氨肟化装置内，压缩机厂房采用敞开、半敞开式建筑形式， 使其装置满足防火防爆要求，保证压缩机的安全运行。

7） 按照化工工艺设计施工图内容和深度统一规定，换热器的管道，应避免高点和低点，如有高点，应在高点设置放空。 如有低点，则需设置放净。 应考虑在冬季生产中，换热器的冷却水管道设置防冻线和排液阀。