浅谈膜回收撬块管道设计

于千石

摘要：撬块模块化设计是欧美国家在二十世纪五十年代提出的一种设计理念和方法。撬块就是把一部分工艺所需的设备、管道、阀门、仪表等放在一个或者多个钢结构框架中，实现独立功能的单个运行体。多个撬块再进行拼接将实现整个系统的功能。为了降低施工的难度，所有的对外接口均采用法兰连接。与传统的设计理念相比，撬块把钢结构及管道管件等进行了最大化的预制，给现场施工节约了大量的步骤与时间。撬块还有如下几个显著的优势：1.便于运输、安装。2.节约装置的空间。3.撬块生产的安全性高、精度高。4.缩短了设计周期和建设周期。

关键词：撬块;膜回收;管道设计。

1.工艺简介

聚乙烯装置的尾气膜回收单元工艺流程简介如下：装置排放气从缓冲罐进入膜分离撬块，经过膜前加热器，与热水换热之后进入到一级膜分离器。一级膜的特性为优先透过乙烯等烃类物质。通过膜分离器的两股物流中，一股为富集烴类的渗透气，被收集在低压积液器中。另一股贫烃物流进入到二级膜分离器。二级膜的特性为优先透过氢气。物流再次被分为两股，其中一股富含氢气的物流排放到低压火炬。另一股贫氢物流进入到下一个撬块—深冷分离回收撬块。在深冷分离回收单元中，物流经过板翅式换热器不断降低温度。将重组分的液态烃分离出来，回收到低压积液器中。自板翅式换热器来的不凝气进入和其他物流继续进行换热，温度逐渐降低，到达换热器底部时变成气液混合物进入高压分液罐。从高压分离罐中得到的液态烃主要组分为乙烯，经减压节流返回板翅式换热器回收冷量，变成常温后返回乙烯裂解装置。制冷系统中，由高压分液罐顶部出来的物流，返回到板翅式换热器，经过复热回收冷量后没进入一号膨胀机膨胀制冷，膨胀后的低温气体进入板翅式换热器，经过复温回收冷量后，进入二号膨胀机膨胀制冷，膨胀后的低温气体再进入板翅式换热器为系统提供冷量。该物流离开板翅式换热器后，在经过膨胀机的制动端，变为常温气体，一部分作为回收氮气循环利用，富余的部分汇总至膜分离撬块的低压火炬管线内。

2.设备布置

尾气膜回收单元的设备布置不只需要考虑设备的摆放，工艺中涉及的涡街流量计与调节阀组较多，这些都是占据空间较大的元件，并且需要留出相应的直管段与检维修空间。因此还需要考虑这些仪表的安装位置。设备布置的大致思路是：将两组膜分离器置于撬块的一层框架，换热器置于二层框架。这样可以将立面的空间也利用起来，缩短水平管段的长度。火炬总管置于二层框架的另一侧，与换热器分开。总体上将设备与阀组靠两个长边布置，中间留出800mm左右的净空作为人行通道。外层阀门利用撬外的空间操作检修。内层的阀门侧向摆放，把人行通道让出来。两组膜分离器之间的距离主要由一级膜分离器的渗透气管线长度决定。主物料管线上有较多的调节阀组和涡街流量计，占据了较多空间。撬块整体长度也取决于这部分的布置。这类撬块的宽度一般做到3m，一是能满足运输的条件限制，二是这样的宽度在撬块内也足以摆放三到四排阀组和人行通道。对外管口方面，根据排放气缓冲罐和深冷分离回收撬块的位置将管口分两层集中布置。

3.管道布置

管道布置应考虑如何节约空间，尤其是水平方向的空间。既要保证管线采用最小连接，又要考虑到施工的误差，在与设备相连接的地方留出可调节的直管段。膜分离器和换热器需要的吊装和检维修空间较大，需要充分考虑。可以合理得利用撬外的空间，例如抽芯时从撬外操作。阀组的布置应尽量紧凑，可将手阀置于立管上，水平方向留出做管道支架的位置，缩短其他直管段。止回阀形式可选用对夹式。在管道布置时需要将检修空间和人行通道以及二层框架的爬梯位置预留出来，将调节阀组布置在通道两侧。需要注意的是如果有安全阀组放在撬块内时，可能会造成阀门高度较高，这时应考虑利用框架的宽边布置相应的管线。在层高的布置上，一层框架中除去型钢的高度一般只有2.7m左右。还需考虑到电仪的线槽与支吊架的位置。高度方面想要留出足够的净空则管道很难错层布置。需要在设计早期就规划好对外管口的高度及顺序，否则在修改时会造成较大的工作量。

4.安装与施工

除撬块对外的管口使用法兰连接外，一层框架与二层框架在运输时与需要拆卸，到现场恢复。因此穿层的管道需设置配对法兰。并且考虑到拆装运输过程中的稳定性。穿层的管道在上下两层需要单独做支撑。尤其一些管径较小的管道，如仪表空气管线与调节阀相连的部分，如不注意则很容易造成损耗。在钢结构设计方面，框架一般采用H型钢，设备与管道的一次支架视情况选用相应的槽钢。在合适的位置设置直爬梯围栏格栅板吊耳等，这些一般采用螺栓连接，便于装卸。另外在试压过程中需要将精密的仪表元件卸下使用“假件”连接管道。

撬块设计主要有以下几个难点：

（1）撬块尤其空间以及运输条件的限制，既要保证工艺的合理性，管道布置符合相关规范，又要节约空间降低制造的难度和成本。在设备布置和管道布置方面需要一定的经验和技巧。

（2）撬块的吊装方案，也是进行撬块设计的一个重要部分。因为其吊装方案的确定，决定撬块是否要拆分成几个模块，并且吊装方案也会影响撬块的设计。

（3）撬块中的空间有限也对施工造成影响。在设计的过程中还需考虑管道施工过程中可能有的误差，考虑从设计上减小施工的难度。需在合适的位置增加配对法兰，并拟定施工方案。

结束语：

麻雀虽小五脏俱全，一个撬块虽然占地不大，但是其内部也是一个完整的工艺系统，堪比一个小型装置。需要工艺、管道、结构、仪表、电气等各专业设计人员的相互协作。在撬块设计中需要下一番功夫周密的布置，有时还需要反复的修改方案才能不断将设计优化。撬块是对各种工艺设备的集成，它具有集成度高、占地面积小，控制系统现金、运行可靠等优点，其后在工程中的应用将会越来越多。

参考文献：

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