空分装置冷箱内配管的工艺流程要求

孙东升 李 超

（开封空分集团有限公司设计研究院，河南 开封 475004）

本文通过笔者所设计的“开祥35000”、“盈德45000”、“恒通20000”空分项目阐述工艺流程对冷箱内配管的要求。“开祥 35000”、“盈德 45000”是四塔内压缩流程，“恒通20000”是单塔自增压流程。

1 满足流体靠自重流动的要求

空分装置冷箱内空气的分离是靠精馏实现的，各个塔器、容器是靠很多气相、液相或者气液两相流管道相互关联的。对于从单元设备A流向单元设备B的液体管道，如果单元设备A的操作压力与单元设备B的操作压力一致，又没有泵或其他装置提供压头，必须将设备A布置在高于设备B的位置，并且其高度差要同时满足液体能克服管道阻力及其他要求，例如汽蚀余量要求［1］。以下列举了常见的四塔内压流程和自增压流程液位高差要求［2］：

①粗氩I的安全液面必须高于“氩泵进口”，并且高度差应该满足氩泵汽蚀余量的要求；

②粗氩II“液氩出”管口必须高于上塔“液氩回”管口并且高度差应该尽量小，以降低粗氩II的安装高度，一来可以降低冷箱的高度，二来对管道的竖向补偿有利；

③精氩塔“液氩出”管口应高于液氩储槽最高液面；

④液氧、液氮量筒的液面应该分别高于液氧储槽、液氮储槽的最高液面；液氧量筒“液氧进”管口应该低于主冷“液氧出”管口，并且高度差应该能克服阀门及管道阻力；

⑤对于自增压流程，液氧蒸发器“液空出”管口应该高于相对应的“液空进”管口；

2 两相流管道的配管要求

空分装置冷箱内涉及很多两相流管道，如果两相流管道处理不好，轻则影响流动的稳定性，重则使流程无法走通。

液氩出粗氩塔冷凝器管道是较容易出现问题的地方，如果对工艺流程了解不够很容易配错，我们一般直接规定，液氩出粗氩塔冷凝器两根支管必须水平配管，然后再插入到分离器。

其实是不是必须水平配管与精氩塔进料方式有关，如果精氩塔为气相进料，粗氩塔冷凝器的冷凝量是有比例的，冷凝器出口为汽液两相流，那么两根支管必须水平。向上翻：液体迟早要灌满两根支管，汽相无法通过；向下翻：如果分离器的插入点低于分离器液面，那么也会使汽相无法通过。如果精氩塔为液相进料，那么两根支管是可以向下翻的，但向上翻会影响冷凝器有效换热面积。

3 气封的设置

本节所述气封是指可以防止塔器中的液体进入管道系统所设置的管道Z型结构。需要设置气封的位置大概分为以下几种：

①考虑事故液位。空气进下塔管道，保守做法是，气封应该高过下塔筛板所持液体和主冷板式及管道内液氮全落到底部后的液面；氧气出主冷管道，气封应该高过所有液体全部打入到上塔后，主冷的液面；粗氩气进粗氩II管道，气封应该高过粗氩I液体泵送到粗氩II后，粗氩II的液面；

②液氮量筒的回气管线应该引到上塔顶部再插入氮气管线或接入氮气去主冷管线；液氧量筒回气管线的插入氧气管道的标高应该与氧气出主冷气封高度相同。

③防带液、防溅、防壁流。如果塔内并没有设置防溅、防壁流挡板，则污氮气出上塔应该向上倾斜，膨胀空气进上塔应该设置气封，沿塔布置的气体仪表管也应该设置气封，防止压力波动。

4 液封的设置

设置液封的主要目的是防止“串气”，否则开工的时候回流无法建立，产品气组分受到影响，即便是正常操作下，有液封也便于塔的安全稳定操作。塔顶气经过冷凝器以后温度下降，压力也会下降，因压力低于塔内的压力，会造成塔内气体反串，设置液封后，液面与回流管口的高度差形成压力差，冷凝液能够顺利流入塔内并封住塔内气体防止反串，液封的高度要经流程计算并根据具体情况来确定。

靠重力回流的管道必须设置液封，氩泵后液氩进粗氩II、高压氧泵回流主冷、V8阀后分离罐液相回流下塔等强制回流不需要液封。

5 避免管道形成袋形

管道形成袋形会阻碍气体或液体的流动，气体管如果出现U形，它的低点应该避开比其温度更低的管道，防止饱和气体液化残存在管道低点。液体管在冷箱内最好“步步低”或者“步步高”，不应出现高点，以防止形成气阻。

①液氧、液氮产品管道。与冷箱外工程管道设计人员沟通，根据液体产品管在管廊的放置高度确定相应的冷箱开孔标高和液体管引出位置以及阀门放置高度，如果能将液体产品管布置为“步步低”，那么冷箱内外将不会出现袋形，整个管线不需要另设排气。

②过冷器不应放置过低。过冷器下部一般有污氮气和氮气管线，如果这两根汇总管分层布置，那么过冷器可能要布置在较高位置，但对于某些较小等级空分，或者不分层布置氮、污氮管线，过冷器可能不需要放置很高，但是它的最低标高是有限制的，限制条件为：下塔富氧液空抽口至过冷器进口的管道应该为“步步高”，以免形成气阻。

6 低温液体节流阀的适宜安装高度

过冷器过冷后的液氮、污液氮、液空和贫液空在节流阀后会汽化，液体部分汽化后会加剧流体的脉动，如果流体脉动的频率和管道的固有频率一致，将引起阀门、管道、管架的震动，不但缩短了阀门的寿命，还给管道带来安全隐患。

在流体流量一定的情况下，阀门的震动与阀门口径和阀门前后的压差等因素有关，阀门放置在低处，阀后的液柱静压较大，阀门前后的压差较小，不易产生震动。

①液氮、污液氮、液空和贫液空节流阀一般放置在一层（5m）平台以上；

②液空去粗氩塔冷凝头节流阀，受过冷器安装高度限制，可以放置在二层（9m）平台，如果精氩塔蒸发器用液空做热源，与液空去粗氩塔冷凝头节流阀相联系的“液空去精氩塔蒸发器”、“液空去粗氩塔冷凝器”两个手动蝶阀也设置在二层（9m）平台，还可以方便操作。

7 碳氢化合物的安全防护要求

对于氧气管道，如果碳氢化合物浓度达到一定程度，又满足其他条件的话，可能引起爆炸［2］。液氧管道应该防止出现“死区”，例如液氧排放管，如果从主管道底部引出，碳氢化合物将集聚在液氧排放管低点。国外厂家通常将排液支管从主管道上部引出，主冷液氧排放从管口接出后倾斜45°向上引出冷箱（引出点不高过排液口600mm）。笔者认为如果气封可靠，液氧排放管线从主管下部引出也是可以的，但必须防止阀门泄露或过程压力变化等原因导致液氧漫过高点进入常温区，因为碳氢化合物干蒸后使它在气相的浓度增加，增加安全隐患。

［1］潘德胜，谢春晖.华鲁恒升48 000m3/h空分设备流程特点和投运［J］.深冷技术，2012（04）：41-44.

［2］周慧明，马恒高.大型空分设备冷箱内低温管道设计优化技术［J］.深冷技术，2012（S1）：22-23.