浅谈MTO装置主风机管道设计

饶世川（天津辰鑫石化工程设计有限公司，天津 300350）

浅谈MTO装置主风机管道设计

饶世川（天津辰鑫石化工程设计有限公司，天津 300350）

本文以某MTO装置为例，通过对主风机组及其附属设备平面布置、主风机进出口管道设计以及主风机管嘴受力校核的介绍，分析了此类装置中主风机组设备平面布置及管道设计中的重点与难点，并提出了设计过程中应注意的问题，对后期同类装置主风机组管道设计具有一定的借鉴作用。

MTO装置;主风机组;管道设计;管嘴受力

烯烃作为基本有机化工原料在现代石油和化学工业中具有十分重要的作用。我国石油资源紧缺、煤资源丰富、煤制甲醇工业化生产早已实现，发展以煤为源头制取低碳烯烃的技术可以优化产业结构，缓解石油资源紧张的压力，且经济效益可观，具有广泛的发展前景。其中最具代表性的是甲醇制烯烃技术,即MTO（Methanol-To-Olefins）。在MTO装置中主风机是十分重要的转动设备，主要作用是给再生系统提供风源，保证再生系统催化剂的流化和烧焦，其运行的好坏关系着整个装置的正常运行。与主风机相关的设备、仪表和管道等辅助设备特别是主风机出入口管线的设计是保证整个机组长期正常运转的关键之一。下面结合某公司MTO装置，对装置内的主风机组设备平面布置及工艺管道设计进行介绍和探讨。

1 主风机组平面布置

本装置设置两台主风机，一开一备，采用离心式压缩机，电机驱动。管嘴为下进下出，机组布置在长36m、宽18m的半敞开式厂房内。厂房分上下两层，分别为地面层和6.0m层，如图1所示。

图1 主风机棚地面层

1.1 主风机组附属设备特性及布置

主风机组附属设备主要包括润滑油站、高位油箱、空气过滤器、放空消音器。在不妨碍主风机出入口管道布置的原则下,润滑油站布置在地面层。布置润滑油站时，主要考虑与主风机供油、回油总管的位置关系。除此之外，还要考虑以下因素：(1)油站上换热器抽芯的空间以及其循环水进出口的方位；(2)油站上是否有电加热器以及电加热器的抽出空间；(3)油站上的油箱人孔需要的检修空间。

高位油箱的布置应按机组制造厂要求的高差布置，一般要满足高位油箱入口法兰（事故状态为出口）的中心线与主风机轴中心线的垂直距离不小于6米。另外，还要考虑一些问题，如寒冷地区，最好把它布置在房子内，配备防冻凝措施。

空气过滤器的布置主要考虑距离主风机尽量近，要求空气质量良好。另外需要满足空气过滤器厂家要求的四周的检修空间。本装置中，空气过滤器布置在与主风机棚连接的构架上。

放空消音器布置时，应考虑放空消音器出口高过厂房房檐2.2m,并尽量远离风机吸入口布置。本装置中，把放空消音器布置在主风机棚外。

1.2 主风机组的布置

在厂房内布置主风机组时，除主风机本身的占地要求外，机组与厂房墙壁的净距离应满足压缩机或驱动机的活塞、曲轴、转子等部件的检修要求，并且不应小于2m；在6.0m层设置承重检修区和吊装孔以检修时机组部件放置、吊装。承重检修区所能承受荷载应按所算出的单位面积最大检修荷重设置,并按要求将其范围和承载能力明确标记在相应的建（构）筑物上。吊装孔尺寸及位置应考虑吊车死点位置后，机组最大尺寸检修部件能顺利通过为原则来确定。

主风机的基础为混凝土基础，应与厂房的基础分开，也应与附属设备基础分开。

2 主风机进出口管道布置

2.1 主风管道工艺流程、工况组合和介质参数

主风机管道运行存在以下几种工况：

工况1：主风机A开，B停，辅助燃烧室A开，B停（正常工况）；

工况2：主风机A停，B开，辅助燃烧室A开，B停（正常工况）；

工况3：主风机A，B同开，辅助燃烧室A，B同开，辅助燃烧室后主风线上跨线不

开（烘衬里工况）；

工况4：主风机A，B同开，辅助燃烧室A，B同开，跨线开，再生器用盲板隔断。

主风介质参数见表1：

表1主风介质参数

2.2 主风机进口管道

主风机进口管道尽量少用弯头并需保证自控流量元件前后所需直管长度。当管道公称直径DN＞500时，应在适当位置设置人孔；当管道公称直径DN≤500时，应在适当位置设置可拆卸短接。宜在正对主风机入口的管道弯头处采用刚性固定支架，并在此固定支架与风机入口的管段上设置一级普通型金属波纹管膨胀节。在本装置中，主风机进口管道自空气过滤器穿构架平台后经地面到主风机入口，在空气过滤器后的竖直管段上布置自控流量元件，在地面直管段上布置人孔、控制阀，在靠近主风机入口管段上设置金属波纹管膨胀节，如图2所示。

图2 主风机入口管道布置图

图2中主风机入口处的膨胀节1为单式轴向型膨胀节。这种膨胀节主要用于吸收轴向位移而不能承受波纹管压力推力。此处设置膨胀节主要为了吸收主风机入口嘴子工作中自身产生的热位移。

2.3 主风机出口管道

2.3.1 出口管道布置

主风机出口管道原则上在满足热补偿和允许受力的条件下应尽量减少弯头、三通，以降低压降。主风机出口管道分支与主管连接处应顺介质流向45°斜接，且连接点应在扩径之后。主风机出口管道应进行统一规划，并进行详细管道柔性分析计算，使管道队设备管嘴的推力和力矩符合制造厂提供的风机及其相连设备的允许受力限制条件(当制造厂未提供允许受力限制条件时，可参照API-617相关部分设计)。

在本装置中，主风机出口管道由二

层楼板穿下后经地面到厂房内侧平台下回合后进入管桥，调节阀及蝶阀布置在地面上。由于主风机出口嘴子受力要求比较苛刻，并且管径较大，通过自然补偿的方式

图3 主风机出口管道布置图

不仅空间上受到限制，而且阻力降会大大增加。因此在出口管道上水平段和垂直段设置多个膨胀节，并相应设置合理的支架形式来满足管道应力补偿和设备嘴子受力要求。如图3所示。

2.3.2 出口管道柔性设计

主风机出口管道柔性设计的重点是波纹管膨胀节的选取和支架的设计。图4为主风机出口管道的柔性分析简图。在图4中的膨胀节1，3，4，5，6为复式万向铰链型膨胀节；膨胀节2为单式铰链型膨胀节。复式万向铰链型膨胀节由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收互相垂直的两个平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移并能承受波纹管的压力推力；单式铰链型膨胀节由一个波纹管及销轴和铰链板组成，用于吸收单平面角位移。在主风机出口的垂直管段上设置复式万向铰链型膨胀节（膨胀节1）及正对主风机出口的管道弯头处采用弹簧支架有效地减小了主风机出口所承受的力和力矩。为了使膨胀节起到相应的功效，还需要在膨胀节前后设置一系列止推支架、滑动支架、导向支架和弹簧支架，如图4所示。

图4 主风机出口管道的柔性分析简图

在设计中一定要注明膨胀节的铰链板安装方向、止推支架和导向支架类型以防施工安装错误。

3 主风机出入口嘴子受力校核

主风机管嘴受力不应超过制造厂提供的允许受力值或者API-617关于管嘴受力的规定。由于主风机入口管道为常温常压管道，入口嘴子法兰上的力和力矩非常小，基本上可以忽略。但主风机出口带温带压且管线管径较大，产生的力和力矩可能超过允许值，必须进行嘴子受力校核。

4 高位油箱附属管道的布置

为了保证润滑油的质量，机组润滑油管道、管件、阀门等的材质均应为不锈钢。

高位油箱与机组供油总管相接管道应短而直，避免出现“U”形。

机组上回油总管至油站的管道一般要有不小于4%的坡度坡向油站进、出口。

为了便于润滑油管道去污清洗及酸洗钝化，润滑油管道应分段用法兰连接。根据酸洗设施的大小确定每段管段的空间尺寸，其每段管子的尺寸不宜大于6m×1m×1m或4m×2m×2m，弯头不宜多于2个。

5 结语

本文重点介绍了某MTO装置主风机组的设备及工艺管道的布置。该装置已经平稳运行四年多，实践证明该装置的主风机组设备及管道设计达到预期要求，对今后的同类装置设计工作起一定的借鉴作用。

[1]Axial and Centrifugal Compressors and Expander-compres⁃sors for Petroleum,Chemical,and Gas Industry Services，AP Std617-2003.

饶世川(1983-)，男，四川省南充市(籍贯)，中级，大学本科，研究方向：炼油装置工艺管道。