旋转臂在油脂油罐区管道工艺中的设计与应用

2022-10-17路咸阳

粮食与食品工业 2022年5期

路咸阳，吴涛，孙乐，顾明，王强，朱伶

1. 无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035) 2. 中粮东海粮油工业(张家港)有限公司 (张家港 215600)

随着油脂工业规模越来越大，油罐区工艺也越来越复杂。目前，处理复杂管路切换，最常用的解决办法软管切换。软管工艺切换其优点是工艺简单，操作灵活，对场地要求不高，能满足任何复杂的工艺要求。在化工行业有“软管走天下”的说法，说明软管对管道工艺适用性较广，正是软管这一特性，目前油罐区及化工行业大量采用软管解决方案。但缺点是当管径较大时(软管口径大于150 mm)，软管柔软性会变差，在对接的时候，至少需要3名工人借助工具才能完成，且软管中残液清理也较为困难。在此背景下，提出一种旋转臂替代软管的新方案，该技术可以改善操作环境，减轻工人劳动强度。

旋转臂的工作原理可以参考鹤管，主要由旋转接头，管件等部件组成，利用旋转功能实现不同油路之间的切换。旋转臂作用和软管的功能一样，可应用于管道与管道、管道与设备、设备与设备之间的连接。

1 旋转臂工艺设计

金属软管由于具有任意方向弯曲性，无须考虑管道碰撞。而旋转臂路径需在固定的范围内运动，实现管道对接。与软管方案相比，旋转臂工艺设计要求更高，多组旋转臂还需要考虑热膨胀、旋转接头受力及辅助设施等一系列问题。

以6组旋转臂与12组DN200 mm管道对接为例，经计算共有72种切换方式。旋转接头是整套装置的核心，占据了制造成本的80%以上。为了增加切换的灵活性和操作的安全性，设计时考虑在每组旋转臂设置若干个旋转接头。通过软件模拟及造价测算发现，每组组旋转臂仅需2组旋转接头，就能够满足不同油品切换需求，且抗弯曲装置及辅助设施简单，性价比较好。具体工艺设计如图1所示。

图1 旋转臂俯视图

每组臂配两个旋转接头，臂长分别为1 m和0.8 m。12根管道在半径1.5 m等距布置，6组旋转臂分上下布置，在1 m臂0.8 m处设置托架，减轻旋转接头弯曲负荷，提高旋转接头使用寿命。该设计具有以下优势：旋转臂的长短臂长度固定，降低了设计及施工难度；碰撞检验由72种工况减少到2种工况，实施及现场工人操作简便。

1.1 旋转臂与管道连接附件

旋转臂旋转到所需位置，需要把旋转段与连接段连接，连接形式要求安全、使用寿命长、操作简单、成本也不能太高。最初设计采用快接头连接，但在实际使用过程中发现对接困难，易卡箍不到位情况。采用法兰连接虽比较麻烦，但从安全性、成本，使用寿命来考虑，法兰连接是比较好的选择。

1.2 旋转臂与管道连接热膨胀问题

旋转臂都是硬管组合，结合处直接误差要求比较高，由于安装温度和使用温度存在比较大温差，可能有较大间隙或根本没有间隙的情况，导致无法顺利连接。虽然可以通过增加旋转接头、增加活动范围的方式来解决，但增加了阻尼装置，所需的空间也变大，施工难度增大，成本增高，实际操作不可行。建议增加膨胀节，根据使用工况，调节膨胀节位移量，来解决热膨胀问题。

1.3 旋转臂与管道连接成功判定

旋转臂与管道连接成功后，可通过设置激光探头采集信号，使PLC系统检查并判定连接情况，减少误接、连接失误等问题，提高工作效率。由于旋转臂与管道每次连接，都是新的工况，为确保每次连接都万无一失，可封闭旋转臂，通入压缩气体，现场观察表压5 min内无明显下降，以此判定连接合格，进行下一步工序。

2 旋转臂的工程应用

2.1 旋转臂操作工况

由图2可知，旋转臂操作现场干净整齐，管路走向清晰明了。在借用旋转接头作用下，转动比较省力，单人就能轻松操作(尤其对于大口径管道优势更明显)。连接处设有探头，连接完成后，电脑能显示工艺路径，避免连错。旋转臂可以通过PIG球清理管道残油，解决软管不能采用PIG球吹扫的难点。

图2 旋转臂操作现场

2.2 使用寿命与成本

旋转臂使用寿命估计10年左右，单组旋转臂造价约15 000元，其中两个旋转头9 000元左右，管道1 000元左右，施工成本1 000元，辅助设施4 000元左右。而软管使用寿命一般在6～8年，以150 mm口径、2 m软管为例，单价约8 000元。虽然旋转臂一次性投资略高，但使用过程中减少了操作工人数量和工作量，优势较为明显。