德州“四万”空分设备冷箱内低温管道的设计及应力校核
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德州“四万”空分设备冷箱内低温管道的设计及应力校核

开封空分集团有限公司 张涛
  
  　　开封空分集团有限公司于2002年签订了一套“四万”空分装置。本套空分在2004年9月一次开车成功，经过裸冷，开车调试和连续的运行，从运行数据和冷箱的外观现象(无挂霜现象)来看，本套空分设备的管道设计是成功的。
　　在进行本套冷箱配管工作之前，我也从事过多套不同流程形式的配管工作，也积累了一定的实践经验，但对于“四万”空分来说，还有许多难点，基于以上情况，我公司决定采用单独开发，自主设计。
　　我们主要围绕以下几个方面进行设计工作。
　　空分设备冷箱内低温管道的工作特点是从常温到超低温变化(40～－193℃)，温度梯度超大。GB50316－2000“工业金属管道设计规范”，对低温管道提出了较为明确的要求：应进行管道柔性计算，进行管道设计时，我们采用目前比较先进的三维绘图软件——工厂设计管理系统(PDMS)，配合于三维设计，我们对管系的力学校检采用CaesarⅡ，对管线的应力进行准确的计算：特别对管系的柔性计算方面发挥了巨大作用。
　　在配管过程中，我们将满足优化工艺状况为根本任务之一，围绕工艺问题，我们着重从以下几个方面入手。
　　本套换热器由国内设计和制造，为了保证换热器的换热效果，流体在各个单元体内的合理分配成为一个关键性问题。我们只有在配管过程中通过一些设计手段来优化其分配状况，从而保证气体分配达到要求。
　　在某些主要工艺管道，特别是氩系统的工艺管道，在配管过程中应严格控制其阻力值，使操作工艺稳定性提高。
　　管道对塔内工况的影响：管道对塔有一定作用力，如果作用合力调整不好，会影响到塔的水平度，精馏效率的降低。
　　在内压缩工艺流程中，压力等级比较多，在对待不同的压力等级管道上，采用不同的方法。　　首先在材质选用上：
　　在低压力、小口径气体管道采用5052－0
　　在大口径或高压力和液体管道上采用5083－0
　　在较高压力(p≥64bar)管道上采用耐低温的不锈钢
　　其次在焊接和探伤方面有明确规定：对高压力、液体管均要100％X光探伤，在低压力小口径气体管至少20％探伤要求。
　　管道的应力分析是压力管道设计的一种主要内容。由于空分装置的特殊情况，一旦装置发生泄露，后果严重。对空分装置的低温管道进行应力分析是十分必要的。
要想取得比较正确的分析结果，首先要做到以下三点：
　　1、建立良好的力学模型：对空分装置而言，一般管件的力学模型软库中都有，难点在于管道周围充满了珠光砂如何进行力学表达，我们采用一种不同方式，将其提取出来，做为一个特殊工况校核。
　　2、边界条件的确定：主要是大口径管道与较轻单体设备间管嘴处相互作用，包括力和位移。
　　3、应力校验公式的确定：不同种类的应力应该区别对待。
　　在调整管系柔性时，防止两种倾向：一是将管道柔性系数控制在一个比较小的范围内而使管道布置简单，二次应力往往很大，整个管线的安全系数太小，因此向来不太可取，另一种是采取随意扩大管系柔性，也非常不可取的。
　　在进行管道设计时，管架、设备支架也同等重要。在应力分析中，管架对管道的应力分布起着举足轻重的作用。在设计时，我们力争将管道设计、管架设计、设备支架等作为一整体统一考虑。
  

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