氧气站设计中的几个问题.pdf

2 0 0 2年 1 2月 第 3 1 卷第 6期 有色矿 山 No n f e r r o us M i n e s De c ． ， 2 0 02 VO 1 ． 31 NO． 6 氧气站设计 中的几个 问题 罗 兆 中 国有 色工程设 计研究总院 ，北京 1 0 0 0 3 8 [ 关键 词 ]氧气站 ； 施工 图 ； 设 计 ；问题 [ 摘要 ]结合工 程实际 ， 归纳 总结 了在 氧气站施工 图设计 中， 热力专业 经常发 生且带有普遍性 的几个 问题。 [ 中图分类号]T U2 0 1 ． 1 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 6 0 0 3 9 0 4 A f e w pr o b l e m s i n o x y g e n s t a t i o n d e s i g n LU 0 Zh a o C h i n a No n f e r r o u s E n g i n e e r i n g a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e ，B e O i n g 1 0 0 0 3 8 ，C h i n a Ke y wo r ds o xy g e n s t a t i o n；c o ns t r uc t i o n dr a wi ng；d e s i gn；p r o bl e m Ab s t r a c t C o mb i n e d wi t h p r o j e c t f a c t ，a f e w p r o b l e ms i n c o n s t r u c t i o n d r a wi n g d e s i g n o f o x y g e n s t a t i o n a r e s u m ma r i z e d．Th e s e p r o b l e ms o c c u r r e d u s u a l l y i n t h e r ma l s p e c i a l t y ． 1 前言 近几年， 深冷 空分制氧设 备在冶金矿 山企业得 到越来越广泛 的应用。随着中国有色工程设计研究 总院承担的冶金矿 山项 目不断增多， 与之配套 的氧 气站设计也相应增加。要使一套制氧设备 充分发挥 其效能 ， 除了设备制造厂的制造 、 施工单位的安装和 用户的操作外， 设计院的设计也是其中重要的一环。 此外， 为了保证氧气站的安全生产， 也必须提高氧气 站的设计 质量。笔者 近几 年先 后参 与 了山西 中条 山、 安徽池州、 河南济源、 安徽铜 陵、 云南曲靖项 目的 氧气站设计 ， 以下就 氧气站热 力专业施工 图设计 中 的几个 问题谈 一些看法。 2 设计 中的主要注意事项 2 ． 1 给排水系统 在氧气站设 计中， 主厂房 内的给排水管设 计 由 [ 收稿 日期 ] 2 0 0 2 ． 0 8 1 6 [ 作者简介 ]罗 兆 1 9 7 0一 ， 男， 四川 峨眉 山人 ， 工 程 师 ， 从 事热力 设计工 作。 热力专业承担。在此设计中应注意 4项 问题 。 1 由总管引出的各给排水支管均 应装配切断 阀。主厂房内的制氧工 艺系统 由各个分 系统组 成， 如空压机系统， 氧压机系统， 氮压机系统， 氮水预冷 系统等。而各个分系统内的生产设备所需的给排水 一 般 由主厂房给 排水总管上 引出。需注意 的是， 在 这些进入各分系统的支管时， 无论是给水管， 还是排 水管， 都应设置切 断阀。这不仅是 生产操作上的需 要 ， 也是施工安装的需要。因为在施工阶段， 各个分 系统的施工进度往往 不同， 设备 水压试验的进度也 就不 同。如果某个分系统的给排水支管上未设切断 阀， 则这个分系统的施工安装和其 它分 系统的设备 水压试验均会受到影响。 2 主厂房 内的无 压排水管 网需统筹考虑 。主 厂房 内各分系统生产设备 的无压排水管各 自汇入车 间无压排水总管 中， 构 成主厂房无压排水管 网。这 里需注意的是应 全盘考虑 各无 压排水 点 的水位高 差。否则就可能出现某个生产设备的无压排水不但 无法排出， 反而从无压排水漏 斗中涌 出其它设备排 出的无压水， 从而影响了生产。 3 主厂房 内的水道地 沟要有 足够 的宽度。主 维普资讯 4 0 有 色 矿 山 2 0 0 2年 第 3 1 卷 厂房内的给排水管 多采 用地沟敷设 的形式 ， 如果在 设计地沟宽度时仅考虑地 沟 内管道 的外径和间距， 而没有考虑在管道上 装设阀 门的情 况， 这样 由于管 道与管道 、 管道与沟壁之间的距离过小， 当在管道上 装设 阀门时， 便给 现场安装和 日后 的维护带来 了极 大的不便。特别是法兰下部的螺栓， 几乎无法安装。 此外， 有时设计 人员在地沟 内水管道 上装设 、 r 形水 过滤器， 却没有给 过滤器的抽芯检 修留 出足够的 空 间， 用户只得 自行局部拓 宽地沟。这也是在设计 地 沟时应注意的问题。 4 穿 过检修 跨 的地 沟盖板要 考虑 汽车 承重。 主厂房一层大 门内侧 的一跨一般为检修跨 ， 装载生 产设备的汽车需 在此停靠 。一般情况 下， 主 厂房 的 给排水管 地沟应 尽量避 免 穿过此 处。当必 须穿过 时， 地沟盖板应采 用承重 盖板。一般 地沟盖板为承 重 0 ． 5 t ／ m 的钢盖板， 而此处 应采用承 重 2 t ／ m 的 钢筋混凝士盖板。 2 ． 2 氮水预冷系统 1 系统 的保温。对于空冷塔下方的液面计 ， 液 面 自动调节器等设施， 在冬季 特别是寒冷地 区 应 采取 防冻措施， 以防因冻结而使液位调 节系统失灵。 本院为济源冶炼厂氧气站设计的氮水预冷 系统的调 节系统， 就置于专用小房间内， 内设照明， 加热器， 仪 表设施缠以 电热带 ， 保温效果较好。 此外， 当空冷塔、 水冷塔布置在 主厂房 外， 而水 泵布置在主厂房 内时， 它们之 间的连结水管 常敷设 在地 沟内 应采取保温措施， 以防止管 内的积水在冬 季冻结并胀裂水管及管路上的阀门。当空冷塔下部 在室内， 上部在室外时， 要采取保温措施避免仪表管 冻 坏 。 ． 2 空冷塔上不得焊接 管道支架。空气冷却塔 的安装说 明书 中一般 都有 明确规 定 空冷塔安装过 程中， 塔体严禁动火 ， 以免塔 内油漆受到破坏。空冷 塔塔体上不得焊接支架的另一原因是 由于冷却塔内 工作压力 约 0 ． 6 MP a ， 属 压 力容 器范 围。而 为满 足 在空冷塔体上现场焊接 平台梯子 的需要 ， 制造厂 已 在塔体上焊 上了垫板， 在出厂前 已作了技术处理， 而 现场在塔体上的直接 动火焊 接， 将对 塔体强度产生 不利影响。 2 ． 3 离心式压缩机的润滑油系统 1 离心式压缩 机润滑油 系统 中的给油管路宜 采用不锈钢材质， 是为了保证管道 的清洁度 而回油 管路 因最终要到达过滤 器， 故可采 用碳钢材质 ， 这 对压缩机的安全运行有着重要意义。因为给油管道 的清洗和检验稍 有不慎， 含有机械杂 质的润 滑油就 有可能烧坏压缩机 的轴 瓦。此 外， 若给 油管 道采用 碳钢材质， 则酸洗过程既复杂又费时。因此， 绝不能 为了节省开支而 用碳钢管代替不锈钢管 。实际上， 制造厂压缩机本体上 的给油 口法兰也多为不锈钢材 质， 而回油 口法兰 多为碳钢材质。 2 对离 心式 压缩机 高位油箱应注意 的几个问 题。①为保证在紧急情况 时， 高位油箱有 足够 的油 量供给压缩机的轴承， 应使高位油箱保证一 定的高 度。一般 的高位油箱的高度规 定为 从 压缩机 中心 线到高位油箱底部约为 5 m左右。过 高或过 低都 会 影响其供油效能， 但在实际设计 时， 由于现场条件的 限制， 很难符合制造厂规定的安装高度。所以， 设计 人员应及时和制造厂人员联 系， 确保高位油箱 的安 装高度在可行 的范 围 内。②高 位油 箱的供 给窥视 孔， 应按照制造厂 的要 求， 安装 在回油管 上， 而不要 安装在上油管上。③如高位油箱安 装于室外， 为防 止冬季油温过低， 在 箱体 外部应设有蒸汽盘管 加热 装置， 以保持一定 的供油温度。 3 油站的排 油烟 管应有坡度 。一些离 心式 压 缩机的润滑油站设有排油烟装置， 在油箱盖上 装设 气液分离器 ， 它是排除齿轮箱、 轴承箱、 油箱 、 回油管 路中烟 雾 的过 滤装 置。其烟 气通过 排烟 机排 出室 外。气液分离器和排烟机之 间的管道在设计 时应考 虑坡度 向气液分离 器方向倾斜 ， 防止 由气液分 离 器漏走的油滴损坏排烟机。 2 ． 4 液氧排放坑 空分装置 的液体排放装置有空气喷射蒸发器， 水浴蒸发 器、 液 氧排放坑等形式 。一些 用户由于蒸 汽供应不足等原 因， 仍然采用液氧排放坑 。在设计 液氧排放坑时， 需注意排放坑 的容积及 内衬的加 固。 1 按设计手册选 定的液氧排放坑 的容积偏小。 设计 中对于液氧排放坑容 积的选 定是采用 1 9 7 6年 冶金工业出版社出版的 钢 铁企业燃气设计参考 资 料 氧气部分 以下简称 参考 资料 中推荐 的尺 寸 。但在实际投产后， 发现液氧排放坑的容积偏小。 参考资料 中推荐 了与生产能力 8 0 0 ～1 0 O 0 0 m3 ／ h 空分设备相对应的液氧排放坑 的有效 容积， 并 明确 指出， 液氧排放坑 的最 大设 计容 量包括 主冷 的液 氧 ； 下塔底 部 的液 空 ； 上 下塔及 辅塔 各层塔 板的液 体 ； 液空吸附器及过滤器， 液氧吸附器及过滤器的液 体 。这种计算方法， 在 当时是可行的， 但现在就 已经 维普资讯 第 6期 罗 兆 氧气站设计中的几个问题 4 1 不适用了。某 厂于 1 9 8 7年 投产 的1 0 O 0 0 m ／ h 全提 取空分装置， 其液 氧排放坑 的容 积是按 照 参考 资 料 中推荐的相应尺寸制 作的， 但 当空分装置全面检 修排放液体时， 却发现 该排放坑远 不能容纳整个装 置所排放的液体， 而 液氧排放坑 由于 自身 固有 的原 因， 液体蒸发的速率又较慢， 该厂只好就近 引来蒸汽 管强行加温， 才加快 了液体蒸发速度。 液体排放坑的推荐尺寸偏小， 估计有下列因素 一 是 8 0年代以来 ， 各厂的空分装置的主冷均采用全 浸式操作， 从而增 加 了主冷 内的液体 量 ； 二是在 7 0 年代， 国内大 中型空分装置 大多仅生产 氧、 氮产 品， 而 目前的大中型 空分 装置普遍提氩， 甚至提取其 它 稀有气体。上面提到的 1 0 O 0 0 m ／ h空分装置便是 生产氧 、 氮、 氩 、 氖 、 氦 、 氪 、 氙 的全提 取型。显然， 在 这种全提取型的空分 装置冷箱 内， 配置 了更 多的精 馏塔 、 换热器、 过滤 器等容器及相应 的管道 ， 这些 都 增大了装置的液体排放 量。因此， 液氧排放坑 的设 计也应适应新的形势进行修改完 善， 避免 由于设 计 不当而影响生产。 2 坑体 内衬需进一步加固。按照 目前的设计 ， 液氧排放坑的 内村为耐低温的铝合金板。但有的现 场反映， 由于排入液体时温度变化大， 铝合金板的强 度低， 因而使铝合 金 内衬严重变形 。用 户每年都需 将其取 出整形， 以防局部折裂。因此， 在设计液氧排 放坑 时， 应委托土建专业在 铝合金 内衬上 部水平方 向拉设十字交叉 的铝合金筋板 ； 或将 内衬 的材质改 为既耐 低温， 强度又高 的不锈钢。 2 ． 5 配管设计 中的一些问题 各类热力管道 的设计是氧气站设计 中的重要组 成部分。以下 5项是管道设计 中一些经常碰到而又 容易忽视 的问题。 1 不锈钢管不得 与碳钢制的管架直接接触， 以 免因电位差而造成腐蚀核心。因此管架应涂以良好 绝缘漆， 或在管路与管架 间垫以其 它绝缘材料 如石 棉板 、 橡胶板、 塑料板等 。 2 泵 、 离心式压缩机等旋转机械在吸入 口的偏 流直接影响机械的性能， 故在吸入 口附近 尽量不设 弯头。 ’ 3 管路 设 计 中应 尽 量 避 免 “ u 形 管 ” 和 “ 盲 肠” 。管道 自然补偿所必需 的异形管 系尽 量水平布 置。例如管路终端 出现的“ 盲肠” ， 将成 为管路系统 清 扫 的死 角 。 4 在平行布置多根管道时， 各管道上的法兰应 交错布置。这样， 一方面可缩小管道间距 ， 另一方面 以利法兰螺栓的安装。 同理， 各管路上 的阀门也应 交错布置 ， 以利手轮操作 。 5 穿过墙壁的管道， 不能以墙上开孔作为管道 的支 承 。 2 ． 6 厂 区架空管道 氧气站的热力管道按敷设区域的不 同， 可分 为 氧气站 内部管道、 厂区管道 、 用户车间内部管道三部 分 。在厂区架空管道 的设计 中， 应注意管道 的标高 及支架的位置。 1 架空管道 的标高。厂区架空管道经 常跨越 道路， 公路和铁路 ， 由于安全和 消防的原 因， 架 空管 道与上述交通线路之 间应保证足够的净距。有关规 范规定“ 厂区内道 路应满足消 防车通行 。道路上部 遇有管线等障碍物时， 其净高不应小于 4 m。 ” 有关规 范对厂区架空氧气管道与各种道路之 间的交叉净距 也作了详细规定， 架 空管道 的管底与公路 的最 小垂 直净距为 4 ． 5 m。但对于厂区的重要公路 ， 考虑到有 的车辆违 章超高 载货， 根据 实际 经验， 还是 以采 用 6 m为宜。如在铜 陵金 昌冶炼厂， 一条跨越厂区重要 道路的氧气管道 由于距路面 的净距 太小， 就 曾几次 被通过的车辆挂到地上。 需要引起注意的另一点是设计人员在确定厂区 架空管道 的标高时， 应 预先考虑到管道沿途经过 的 各种路面的标高变化， 再依据规范， 针对不同的路面 标高， 确定 出相应 的管道标高。 2 架空管 道支架的位置。架空管道 的落地 支 架位置应注意两点。一是支架的地下基础应避开地 下水管等障碍物 ； 二是 在布置沿 厂区公路两 侧敷设 的管道时， 其落地支架应避开公路 。 2 ． 7 放散管 在氧气站热力配管 中， 常会碰到各类放散管的 位置 问题。如位置设计不当， 就会在安全 、 环保方面 留下 隐患 。 1 禁止向室 内排放 有压力的空气 以及 有压或 无压的氧气、 氮气和其它空分产品气体 ； 2 各种气体放散管均应伸出厂房墙外， 并高出 附近操作面 4 m 以上 ； 3 氧 气及氮 气的排 放 口， 宜高 出车 间屋 面以 上 4 进入用户车间的氧气总管 ， 宜在适当的位置 装设 吹刷放散管 。放散管 口应 伸到屋外 空旷、 无 明 火和高 出附近设备操作面 4 m 以上 ； 维普资讯 4 2 有 色 矿 山 2 0 0 2年 第 3 1 卷 5 压缩机系统的油蒸汽应 引到厂房外远离 空 压机吸风 口及氧气放散 口的地方 ； 6 空分塔排液宜采用高压汽化排放 ； 7 液氧排放坑， 应在盖板上设置蒸发气体排放 管 ， 管 口应高出路面或 附近设备操作面 4 m 以上， 以 及无明火及可燃物料的地方 ； 8 污氮排放坑的氮气放散管 口， 距主控室应不 小于 1 0 m。 2 ． 8 施工图中的技术要求 热力专业的设计旎工图是施工单位进行安装的 重要依据之一 。在施工 图设计 中应注意 的一个 问题 是 旎工图中的技术要求应有 明确的参数和范 围。 1 旎工图上应标明各类管道的压力等级。 2 旎工图中应 明确标 出需采取绝热 和隔音措 施的管道和设备。 3 旎工图中对 弹簧式安全 阀和 减压阀的调整 压力应有明确的规定。 对于大部分施工技术 人员来 说， 虽然他 们具有 丰富的旎工经验， 但是 就氧气站 的生产工艺流程而 言， 他们的熟悉程度不如设 计院的设计人员。因此， 如果在施工图上对于各种管 道、 设备 的旎工没有详 细 、 明确的要求， 就有 可能 发生对 设计 要求执行 不 善， 甚至没有执行的情况。 以氧气管道的试 压要求为例。在本院所设计 的 氧气站热力部分旎工 图中， 均附有编制的 氧气管道 旎工说明 。其 中对于不 同工作压力氧气管道 的强 度试验和严密性试验所要求 的试压介质 、 试压压力 、 试 压时间等均作了详细规定。在一般矿 山冶金企业 大中型氧气站的工艺流程 中， 氧气管道 的工作 压力 大致分为低于 0 ． 1 、 1 ． 6 、 3 ． 0 、 1 5 MP a几种 等级。但 由于旎工技术人员对工艺流程 不甚了解， 所 以在图 纸上看不出某段氧气管道 内的工作压力大小， 因此 要求设计人员在热力流程图上标明不同管路的压力 等级 ， 以利旎工单位制定相应 的试 压方案。管道 的 绝热和隔音也是一样， 如仅在旎工 图上说 明高压气 体放散管道 的室 内部分包扎 隔音材料， 但在 主厂房 内的管道系统 中， 哪些属 于高压气体放散管道 施工 单位就不清楚 了， 因此设 计人员在施 工图中应 有采 用绝热和隔音结构的管道的流程图。 此 外需注意 的是 ， 在旎工图的总说明和各分 图 的说明中， 对旎工的各项技术要求应保持一致。 3 结语 笔 者根据 自己工作实践， 提 出了氧气站热力专 业旎工图设计 的重要性 ， 并从 8个方 面谈了设计 中 的主要注意项， 希 望能给 同行在进行 氧气站设计时 提供一些参考和借鉴。 上 接 第 3 8页 阀堵住而无法加药。加药箱的底部做 成倾斜的， 并 像处理结果， 进行 自动加药。 留有排渣口， 可定期排出沉淀物和渣。 4 软件设计 触模屏监控软件采用的是 C OT MANA GE R软 件， 该软件工程项 目管理方便 ， 命令 集丰富， 控件 图 集直观 明了。可进行在线和离线编程， 可离线调试， 动态实时显示、 修 改各数据参数。根据生产工艺 的 不同要求 可编 出极具 个性 化的控 制界 面。画面 直 观， 操作方便 。 P L C程 序用梯 形 图来 编写， 程序 流程清 晰， 命 令语句顺序执行 ， 编写 、 修改方便。系统程序的编写 有以下几个特点 ①各加药点的线圈不能同时启动， 避免对 电源造 成冲击。将各控制 点分 成不同组， 分 时启动 。②限制 线 圈通 电时 间， 以防线 圈烧 毁。③ 可以实现和计算机接 口的通讯， 接 收浮选泡沫层 图 5 现场运 用情况 该 自动加药 系统 已在 兰坪有色 金属公 司二选 厂 、 会泽铅锌矿选矿厂等投入使用。在使用过程中， 针对选矿厂工艺条件 不断改进， 使用结果表 明该 系 统运行稳定可靠 ， 操作维护方 便， 故障率低， 可满足 选矿工艺要求， 实现定量精确加药， 适合在选矿厂使 用 。该 系统投入使用后， 提高 了选 厂的技术管理水 平， 降低 了工人劳动强度， 节约 了药剂 消耗 ， 提高 了 选矿技术经济指标， 使用结果令人满意， 深受现场技 术管理人员好评。 该 系统和 浮选 泡 沫层图像分析 处理 系统连接 后， 可根据浮选泡沫情况，自动调节加药量 ， 实现 闭 环 自动加药。 维普资讯