空分装置低温管道设计分析

沈杰 袁杨杨

摘 要：目前大部分空分装置均采用深度冷冻法制氧，管道长期在低温条件下运行，低温管道设计的安全可靠将直接影响装置的运行及能耗。基于此，本文将从管道配管、管道绝热、管道阀门、管道支架四个方面对空分装置低温管道设计进行分析，从而提高空分装置管道的设计质量，使其能够稳定运行，减少跑冷，降低装置运行能耗。

关键词：空分装置;低温管道;管道配管;绝热设计

引言：空分装置管道具有严格的要求，需要在低温环境下进行工作，为此，需要做好管道温度的控制工作，使温度能够稳定在一定范围，并且具有良好的绝热效果，降低管道内部温度的传递。为了满足上述要求，需要保障管道设计的合理性，使管道具有良好的结构，进而使空分装置能够正常工作。

1空分装置低温管道概述

空分装置可以有效地对空气组分进行分离，如N2、O2等，进而实现气体的生产过程，完成气体的制备。空分装置使用时，需要对管道温度进行控制，保障温度满足界定条件。空分装置低温界定温度为-29℃，在实际操作时需要温度控制在界定温度以下，这样可以使气体以液态的形式进行呈现，保障不同气体成分能够有效地分离。以氧气分离为例，氧气的沸点为-183℃，为了使氧气为液态形式，需要保障管道温度在-183℃附近，而其它的气体已经被分离或者呈现为气态，这样便实现的氧气的分离，完成了氧气生产过程。因此，需要合理地对空分装置管道进行设计，使管道温度能够得到控制，保障装置的气体分离效果[1]。

2空分装置低温管道设计

2.1低温液体管道配管

2.1.1立式低温配管

当管道流量需求过大时，需要采用立式低温配管方式，使泵体能够起到良好的泵进效果，使液体能够在管道中顺利流动。泵体采用向上抽吸方式，使泵体符合立式工作特征，使液体能够被有效地吸入，保障液体的传递效果。立式低温配管设计时需要注意以下几点：第一，泵进口需要采用顶平设计，保障液体能够正常进行吸入，使液体能够充满整个管道，进而提高液体流量的稳定性。第二，需要对管道坡度进行控制，使管道能够以2%的坡度进入泵入口，保障管道内部流体能够稳定地进行衔接。第三，需要合理构建虹吸管线，使液化后的气体能够及时排出，使泵体具有良好的冷却效果。

2.1.2卧式低温配管

当管道流量需求较小时，需要采用卧式低温配管方式，使泵体可以有效地对液体进行泵进，使液体能够更好地进行输送。为了保障管道的输送效果，需要对管道长度进行限制，将长度控制在5m以内，空分装置具有稳定的工作状态。通过这种方式，一方面，有助于温度的控制，防止液体在流动中造成热量损失，提高对管道温度的控制水平。另一方面，可以实现小流量的输送，使液体能够在管道中顺利流动，使液体流量能够得到有效控制。泵吸管道坡度需要控制在10%以内，使液体能够顺利地流入管道，对液体进行输送。在泵出口处需要设置阀门，用于对气体进行排放，进而减少管道内部的压力，保障液体的流速。

2.1.3低溫富氧配管

若管线中含有碳氢化合物且氧浓度大于20%时，管道将会存在爆炸的隐患。为了解决这一问题，需要将房阀门结构应用在其中，使氧气能够顺着阀门排出管道外，使管道内氧浓度能够控制在20%以下，进而提高管道使用的安全性，保障液体的正常输送。当阀门开放时，阀门附近温度将会升高，导致液体产生沸腾现象。该现象将会导致碳氢化合物大量堆积，使管道安全隐患增加，因而需要对阀门位置进行合理选择。通常情况下，阀门位置需要设置在管道较高点，当开放阀门排氧时，位于高点的阀门能够形成气封效果，可以降低沸腾现象的发生时间，再加上液体流动会带走部分碳氢化合物，进而提高低温富氧配管的安全性[2]。

2.1.4储罐进液配管

储罐进液配管需要具有良好的真空绝热特性，以此来减少热量的散失，使管道满足低温环境的要求。为此，需要为管道设置保冷层，使管道温度能够得到控制，减少管道与外界温度的交换，为管道提供良好的温控条件。以液氮输送为例，若不采取温控手段，液氮每流动1m，将损耗8%-12%的热量。因此，对管道合理地采用温控手段非常重要。管道配置需要防止局部高点或低点的出现，需要采取逐步降低的管道配置方式，使管道的走向更加地具有合理性，防止管道内部热量发生传递，进而实现良好的温度控制效果。储罐配管过程中需要对管线高差进行控制，使高差处于较低水平，进而提高高差布置合理性。

2.2低温管道绝热设计

做好低温管道的保冷工作非常重要，需要采用保冷结构进行设计，使热量传递得到有效地控制，保障管道具有良好的绝热能力。为了提高管道的保冷能力，一方面，需要合理地对管道材料进行选择，保障管道材料的韧性不受温度的影响，使管道能够稳定对液体进行传输。由于空分装置管道需要在低温环境下进行工作，需要使材料具有较强的抗低温效果，避免材料在温度变化时发生损坏。另一方面，需要使用保温材料，如珠光砂、PIR等，可以起到良好的保温效果，增加低温管道的绝热能力，使低温管道能够稳定运行。

2.3低温管道阀门设计

空分装置管道需要装有一定量的阀门，保障管道具有良好的功能性，使管道能够稳定工作。管道阀门设计时需要注意以下几点：第一，需要保障阀门的密封效果，避免发生热量散失，使管道能够正常对液体进行输送，使阀门使用更加地安全。第二，需要将阀门位置尽可能设置在水平管段，这样可以减少液体压力对阀门的影响，避免液体从阀门处泄漏，增强阀门位置选择的合理性。第三，阀门关闭时会形成密闭空间，一旦气体在空间中逐渐累积，将会增加阀门漏液的风险，容易引起安全事故。第四，需要在管道中设置安全阀，使管道能够得到紧急控制，对管道实施紧急关闭或导通。

2.4低温管道支架设计

为了保障液体输送的稳定性，需要使用支架对管道进行固定。支架使用过程中需要注意以下几点：第一，支架需要具有较强的耐低温特性，需要防止管道低温变化导致支架出现开裂，对支架固定效果造成影响。第二，需要保障支架具有良好的承载效果，能够稳定地对管道进行支撑，保障液体流动的稳定性。第三，需要保障支架与保冷层进行稳定搭接，防止支架使管道热量出现散失，进而实现良好的保冷效果。第四，需要增加支架的轴向位移，防止支架发生脱落现象，使支架安装更加地稳定，使支架对管道进行有效支撑，保障支架设计的合理性。

结论：综上所述，管道是空分装置重要组成部分，需要具有良好的低温特性。为此，需要合理地进行设计，使管道能够有效地对温度进行控制，使管道具有可靠的温控范围，保障空分装置有效地对空气组分进行分离，使装置能够正常投入使用。

参考文献：

[1]王炎，申世勇.空分装置低温管道研究[J].河南科技，2020，39（26）：50-52.

[2]陈渭中.空分装置低温液体管道的配管设计[J].云南化工，2019，46（05）：102-103.

（1.杭州杭氧化医工程有限公司;2.浙江省天正设计工程有限公司，浙江 杭州 310012）