浅析空分装置空压机出口管布置要点及应力

于浩松

摘要：针对空分装置空压机出口管道的特点，选用管道应力分析软件CAESARⅡ对此进行建模分析，对空冷塔管口荷载以及空压机进行校核，查找管道管口推力或力矩过大的原因，提出设置限位架以及选取大补偿量波纹管的应用思路，对管口荷载进行控制。

关键词：空分装置空压机;出口管;布置要点;应力

引言

在空分裝置中，原料空气经空气过滤器后能有效去除过多的灰尘与机械性杂质，然后进入空压机中进行压缩，再到冷却塔中进行预冷。空气通过全面压缩后，温度会发生相应变化，要控制空压机管道操作温度，使其保持在95℃至105℃，操作压力数值控制在0.45 MPa（G）至0.54MPa（G）。随着空分装置应用范围不断扩大，空压机排气管管径也在进一步扩大，如管道布置不合理，热位移得不到有效补偿，就会对冷却塔连接处管口以及空压机产生较大的推力，从而导致设备发生不同程度的损坏。空压机排气管连接压缩机和空冷塔，相关人员通过分析管道参数，运用计算机进行精确的应力计算，得出在管口推力与力矩控制过程中，可以应用限位架分割热位移和补偿波纹管来控制。

一、管道概况

某空分装置应用的是3MSGXL型空压机，压缩空气出口位置朝上，其中公称直径为DN600，带短拉杆波纹管，各项数据如表1所示。对空冷塔气体进入口位置进行判定，管口不能产生初始性位移，其中承受合力不能超出25 000N。再对滑动支架、空板流量计等进行设计[1]。

二、管道应力分析

1.初始分析

通过实践证明，管道温度压力相关数值不是很高，其中正常情况下管道一次应力与二次应力都在许用值规定的范围内。此管道判定的重点是对管道口实际许用荷载进行校核。在节点位移值变化影响下，将相关数据相减之后能够获取实际超出位移量以及波纹管横向变形数值。得出的超出波纹管设计补偿量产生的热位移各项结果将会导致超负荷发生变形，对管道基本应用质量会产生不同程度影响[2]。

上述问题是由于管道热膨胀发生所致。管道接口热位移包括X、Y、Z方向，其中Z向热位移不能得到有效补偿，能够得出空压机排气管Z向热伸长量，得出相应公式△L=Lα（t2-t1）。其中△L是管道热伸长量，L是计算管长，t2是管道设计温度（℃），t1是管道安装温度（℃），t1取20℃。α是管道线性膨胀系数[cm/（m·℃）]，此例取11.16×10-4cm/（m·℃）。计算各项数据，将各项数据带入能够得出△L=22.3mm。

为了对热位移进行吸收，可以对直管段长度进行适度补充。然后通过应用软件模拟计算出空压机力矩和出口处推力，此方法应用价值较高，但是不能对管口与管道基本荷载与负荷进行控制，主要原因是由于气体管道基本刚度值与管径较大。如果管径较大，管道补偿能力将会降低，所以在空分装置中，通过自然补偿提升管道柔性具有一定难度[3]。

2.设置限位架分割热位移

当前要对管道基本应用特点进行分析，在分析管道基本布置状态基础上，通过限位支架对热位移进行分割，这样能将管道热位移分为不同段，其中波纹管主要是吸收节点之前的热位移，要注意此类方法能对限位架进行调节，促使不同节点段热胀量能均匀分布，使得限制架两端具有较高的柔性，保障空压机以及空冷塔能够适应实际要求。要对CAESARⅡ限位架间隙值进行多次转变与试算。

3.应用大补偿量补偿器

当前除了要设置限位架之外，还需要应用补偿力较高的补偿器对Z向基本位移进行有效吸收，比如长拉杆波纹管以及复式铰链波纹管，能替换原空压机自带的短拉杆波纹管。图1为带复式铰链式波纹管的管道应力计算模型图。

三、结语

复式铰链式波纹管横向补偿量与管道Z向热膨胀量能被波纹管有效吸收。复式铰链式波纹管在实际应用中要注意相应问题，其轴向没有补偿能力，将滑动支架作为弹簧支架，保障空压机管口能承担相应的重力荷载。但是如果管道直径较大，要想全面提升管道支撑性能以及应用稳定性，相关技术人员可以结合实际应用要求在管道支架位置添加相应弹簧，促使空压器出口荷载能得到有效控制。

随着空分装置应用规模的逐步扩大，空压机排气管道直径也在扩大。针对大直径钢管，可以通过自然补偿来提升应用效果。在实际应用中选取限位架与补偿器对运行状态下的管口荷载与设备允许荷载进行控制。通过补偿量较大的补偿器能够对管道热膨胀进行有效吸收，降低管口荷载。

参考文献：

[1] 杨唯，高小玲.空分装置空压机出口管布置要点及应力分析[J].浙江化工，2015（1）：49-53.

[2] 于涛.空分装置空压机振动监测及故障诊断[J].炼油技术与工程，2005（12）：36-39.

[3] 卢万里，楚明哲.空分装置空压机改造技术应用[J].江西化工，2013（3）：213-217.