联合压缩厂房的布置特点

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

在大型合成氨尿素装置中，蒸汽驱动的离心压缩机是整个装置的关键设备之一，通常情况下,这些压缩机都成组布置在一个共用厂房内，这个公用的厂房就被称为联合压缩厂房。联合压缩厂房的布置对整个装置的布置以及后期装置的操作和检修有重大影响，需要认真地对待。

大型合成氨尿素装置中，常规的设计思路是将装置内的所有离心压缩机组都布置在同一个厂房内，包括工艺空气压缩机、原料气压缩机(如果有)、合成气压缩机、氨压缩机和CO2压缩机。采用联合压缩厂房的布置形式有以下优点：结构上整洁美观，节省占地，运行阶段便于压缩机的操作和检修，也节省项目投资。但因为多台大型压缩机集中布置在同一个建筑物内，而且随着装置规模的扩大，压缩机组也日益复杂，导致联合压缩厂房内的布置难度大大增加，需要关注和考虑的方面增多。笔者以自己近年来参与的多个大型合成氨尿素项目中联合压缩厂房的设计为例，初步探讨联合压缩厂房内的布置特点与进一步的优化方案。

1 联合压缩厂房在装置内的整体布置方式

联合压缩厂房通常是作为一个工序，整体布置在合成氨装置的界区内，其布置形式有以下两种。

(1)合成氨装置沿着主管廊布置。这种布置方式的特点是方便压缩机以及透平的进出口管道与管廊上管道的连接，同时，厂房的另一侧也可以留出足够的检修空间，是最常用的布置方式(见图1)。

(2)在合成氨装置沿管廊方向布置受长度限制的情况下，也可采用压缩厂房垂直于主管廊，同时为压缩厂房设置内部支管廊的布置方式(见图2)。

图1 合成氨装置沿主管廊的布置

图2 压缩厂房设置内部支管廊的布置

2 联合压缩厂房安全布置的注意事项

从安全的角度出发，作为合成氨装置的一部分，联合压缩厂房的布置需要注意以下事项。

(1)联合压缩厂房，包括厂房内的压缩机，与装置内其他键构筑物以及设备之间的防火间距要求，必须满足国家标准GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》中表5.2.1给出的最小防火距离要求，压缩机段间分离器、冷却器以及高位油箱等可以认为是与压缩机密切联系的设备，可以与压缩机本体就近布置。

(2)根据GB50160—2008《石油化工企业设计防火规范》第5.3.1条的要求，为了防止可燃气体聚积，联合压缩厂房宜采用敞开或者半敞开式结构，同时由于存在比空气轻的天然气和合成气介质，联合压缩厂房的顶部需要采取通风措施，厂房的楼板部分宜采用钢格板。

(3)合成氨装置的联合压缩厂房为甲类气体压缩机厂房，根据GB 50160—2008第5.2.16条的要求，装置的控制室、机柜间、变配电所、化验室、分析室、办公室等不得与甲及乙A类设备的房间布置在同一建筑物内，因此不能在联合压缩厂房中设置控制室、机柜间、变配电所、化验室、分析室、办公室等房间。

3 联合压缩厂房的结构特点

通常排架轴距设置为6m一跨，但根据检修要求，也可局部设置为7.5m、8m或9m一跨，厂房的纵向跨距是根据项目现场的地质情况、结构基础的设计形式、压缩机组的布置形式以及桥式吊车的标准跨距来确定的，可以采用16m、18m、20m、21m、24m、30m等。

需要特别说明的是，压缩厂房采用排架结构，由四周的排柱和两端的抗风柱合围成的建筑物，在厂房内部再设置支撑柱，用来支撑二楼的操作面，内部的支撑柱可以不和四周的排架柱在一条轴线上，厂房内部的设备布置可以不受排架跨距的影响，压缩厂房内的压缩机和油站等大型设备既可以布置在一跨范围内，也可以布置在两跨之间，厂房的排架轴距不受压缩机和油站尺寸的限制。

4 联合压缩厂房二楼楼面标高确定

通常情况下，联合压缩厂房二楼楼面标高与压缩机基础顶板的顶标高一致，但部分压缩机供货商也会要求二楼操作面的标高与压缩机底盘顶面高度一致，以便更方便地操作和检修压缩机，这两种布置方式都是可行的，设计人员可以根据项目的实际情况来选择任意一种方式或者两种方式的组合。但不管哪种布置方式，二楼楼面的标高最终取决于最高的压缩机基础顶板的标高。

压缩机基础顶板标高是由蒸汽透平表冷器以及冷凝液泵的汽蚀余量决定的，参照SH/T 3014-2012《石油化工储运系统泵区设计规范》中的说明，具体计算见图3和图4。从图中可以看出，在同等设备条件下，采用立式液下泵可以显著地降低压缩机基础顶板的高度，从而降低二楼楼面的标高，因此，在可能的情况下，设计中冷凝液泵应尽可能地采用立式液下泵。

Ha=H1+H2+H3+H4(应用于图3的布置方式)；

Ha=H2+H3+H4-H1(应用于图4的布置方式)。

其中，H1表示泵吸入口中心到地面的高度，根据泵进出口管道布置情况决定；H2表示防止泵汽蚀净吸入压头(NPSHr)的最低高度，一般由泵供货商提供；H3表示表冷器的中心与表冷器最低液位之间的距离；H4表示表冷器的中心到压缩厂房楼面之间的距离。

图3 水平布置的卧式冷凝液泵

图4 立式布置的液下冷凝液泵

5 联合压缩厂房内设备布置特点

压缩厂房内布置的设备包括压缩机本体和透平，压缩机本体附属设备如仪表盘、干气密封、段间分离器和冷却器、表冷器及附属真空系统、润滑油系统以及厂房上部的检修吊车。

5.1 压缩厂房上部的维修吊车

(1)最大起吊质量的确定。最大起吊质量应以压缩机供货商提供的最大检修质量为基数，再考虑15%～20%的余量，然后从吊车的样本中向上圆整确定。检修吊车是用于维修压缩机组及附属设备和管道的，不是用来安装压缩机组的，因此不需要考虑吊起压缩机整体底板上的机组。

(2)吊车轨道轨顶标高的确定。吊车轨道轨顶标高是以压缩机供货商提出的最大检修起吊高度为基数，再加上桥式吊车样本中吊钩到轨顶之间的最小距离，然后还要考虑吊装时吊绳的长度和余量，以及多台压缩机之间的相对布置位置，最后确定桥式吊车轨道轨顶标高。

通常情况下，在1个联合压缩厂房中只布置1台桥式吊车，但如果业主提出要求布置2台吊车，或者厂房中布置的压缩机超过4台，为了便于工厂正常运行后能够在大修期间快速完成压缩机的检修工作，可以考虑设置2台规格相同的桥式吊车。

与检修吊车配套的还有二楼的吊装孔以及一楼的检修区域(Dropping Area)，布置有2～3台压缩机的联合压缩厂房，设置1个吊装孔就能够满足检修的要求，4台以上的压缩厂房，建议设置2个吊装孔；吊装孔的尺寸要满足最大检修部件的尺寸要求(所有压缩机检修部件中最大检修部件尺寸)，通常需要在设计阶段向压缩机供货商核实确认。吊装孔位置的确定需要考虑两方面因素：①二楼吊装孔的位置。二楼的吊装孔应该不妨碍周边设备的检修，不应阻断楼面的操作通道，同时应满足检修任意一台压缩机时，其需要检修部件可以在不跨越其他压缩机的情况下，用吊车转移至吊装孔；②地面检修区域的通道问题，地面检修区域应该有通向公共道路的通道。

5.2 二楼的压缩机本体及附属辅助设备

二楼作为压缩机的主操作面，主要布置压缩机本体、透平、干气密封盘以及仪表控制盘等。压缩机本体和透平在联合压缩厂房中的布置方式通常有两种：①平行于联合压缩厂房的长轴方向，成一条直线居中布置；②平行于联合压缩厂房的短轴方向并排布置。采用哪种布置方式主要取决于压缩厂房的占地尺寸。多台压缩机之间的间距，主要考虑操作和检修距离的要求，一般2台压缩机基础之间的净距不应小于3.5m。附属辅助设备的布置通常可以参考压缩机供货商给出的建议布置图，总体来说，是要确保压缩机和透平本体的检修空间，留出日常操作的通道。

5.3 压缩厂房地面上的布置

压缩厂房的地面上主要布置压缩机的段间冷却器和分离器、蒸汽透平的表冷器以及附属冷凝泵、润滑油站等辅助设备。

(1)段间设备(段间冷却器和分离器)。这类设备的布置首先是要保证与压缩机管口间的管道距离最短，以减少阻力降；其次，是要保证段间冷却器有足够的抽芯检修或者清洗空间；另外，也需要满足管道从段间冷却器出口坡向段间分离器进口，尽量避免出现液袋。一台压缩机的所有段间冷却器和分离器宜成排布置在一起。

(2)润滑油站的布置。压缩机组的润滑油系统通常是集成在一个公用底盘上的集成设备，布置时只需要考虑其公用底盘占地面积、油冷却器以及电加热器的抽芯检修空间的要求即可。

(3)表冷器的布置。表冷器是合成氨尿素装置中循环冷却水的用水大户，其布置方式会影响装置地下循环冷却水管网的布置。在合成氨尿素装置中，常规配置是1台蒸汽凝气透平设置1台表冷器，表冷器布置在透平的正下方，用矩形管道连接透平蒸汽出口和表冷器乏汽进口，确保乏汽管道的阻力降最小。另外，由于表冷器是固定管板式换热器，为了留出换热管清洗的空间，表冷器的布置方向需要与压缩机组的方向成90°夹角，垂直于压缩机基础布置。

在部分项目中,业主和专利商会要求设置1台公用的表冷器。装置内多台透平的乏汽都通过管道接入这台表冷器，在这种配置下，公用表冷器宜布置在压缩厂房外，相应的冷凝液泵也需要布置在厂房外。

(4)冷凝液泵的布置。由于表冷器是在微负压的状态下操作，为了保证冷凝液泵的安全稳定运行，冷凝泵宜靠近表冷器布置，以减少泵入口管道的阻力降。在采用水平布置卧式地上泵时，要考虑在泵的一端留出检修叉车的通道，如果是采用立式液下泵，还需要额外考虑在泵的顶部上方留出检修的吊装点。

6 结语

联合压缩厂房作为合成氨尿素装置的关键区域，对装置的操作和检修都有重要的影响，需要在工程设计中综合考虑各方面的需求，合理规划联合压缩厂房内外的立体空间，才能做到联合压缩厂房的布置满足规范要求，易于操作，便于检修。