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化工靜設(shè)備設(shè)計(jì)條件常見問題
發(fā)布時(shí)間：
2024-03-06 09:39
作為化工生產(chǎn)過程中的混合、儲(chǔ)存、分離、反應(yīng)、傳熱設(shè)備，以容器（包括反應(yīng)器、塔器等）、換熱器等為主的靜設(shè)備投資占比較大，它們單體的可靠性和安全性對于整個(gè)化工裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。
設(shè)計(jì)、制造是決定化工設(shè)備質(zhì)量的兩個(gè)主要環(huán)節(jié)，其中又以設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，設(shè)備專業(yè)主要根據(jù)工藝、管道等專業(yè)提出的設(shè)計(jì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，而條件的準(zhǔn)確、完整與否，直接決定著設(shè)計(jì)成品的質(zhì)量，并影響項(xiàng)目進(jìn)度。
一、設(shè)計(jì)參數(shù)的問題
1.1 設(shè)計(jì)壓力為“常壓”時(shí)的爭議
設(shè)計(jì)壓力是指設(shè)定的設(shè)備頂部最高壓力（通常指表壓），與設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。一些容器條件中的設(shè)計(jì)壓力定為“常壓”或ATM并不妥當(dāng)，容易引起誤解。因?yàn)楣に嚭驮O(shè)備兩個(gè)專業(yè)常用標(biāo)準(zhǔn)中“常壓容器”的定義并不一致，兩個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)人員的理解通常也不同。
在HG/T 20570-95《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中，“常壓容器”指設(shè)計(jì)壓力為-2kPa（含）至0.1MPa范圍內(nèi)的設(shè)備。而HG/T 20580-2020《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)范》（報(bào)批稿）中，“常壓容器”則是指與環(huán)境大氣直接相連通或工作壓力（表壓）為零的容器。
1.2 條件中應(yīng)明確介質(zhì)組分、含量
設(shè)備的主體材料主要根據(jù)工藝包資料或工程經(jīng)驗(yàn)確定，設(shè)備專業(yè)需要對此進(jìn)行確認(rèn)，必要時(shí)在設(shè)計(jì)文件對材料、制造、檢驗(yàn)等提出附加技術(shù)要求。而介質(zhì)的腐蝕性是影響設(shè)備選材的主要因素之一，生產(chǎn)過程中的原料、中間產(chǎn)物、雜質(zhì)等都應(yīng)考慮，所以條件中應(yīng)明確介質(zhì)的所有組分及其含量。
例如，某氨罐介質(zhì)為液體無水氨，但縱使是優(yōu)等品，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍允許其有不超過0.1%的水分。而使用溫度高于-5℃的液體氨，在含水量不高于0.2%，且有可能受空氣污染的情況下，對于碳鋼或低合金鋼是存在應(yīng)力腐蝕傾向的，設(shè)備可能出無征兆的低應(yīng)力脆斷，危險(xiǎn)性較大，設(shè)計(jì)時(shí)需提出一系列特殊要求。若對此認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為99.9%的氨是純介質(zhì)，≤0.1%的微量水分無需考慮，而未在設(shè)計(jì)條件中提供介質(zhì)組分和含量，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)不當(dāng)。
1.3 公稱直徑、高徑比的確定
在滿足化工工藝、設(shè)備布置等要求的基礎(chǔ)上，非標(biāo)容器、換熱器直徑應(yīng)盡量按GB/T 9019-2015《壓力容器公稱直徑》選取。以便于設(shè)計(jì)時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的封頭、容器法蘭（及墊片）、支座（不包括裙座）等零部件或其他附件，而無需再進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)和計(jì)算，既可以減小工作量，又可以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量
1.4 儲(chǔ)罐最高液位的確定
在石化儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)條件中，工藝專業(yè)通常依據(jù)SH/T3007-2014《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》確定儲(chǔ)罐的最高液位，并據(jù)此給定所需的罐壁高度。對于常用的固定頂儲(chǔ)罐罐壁高度與最高液位的高度差，SH/T 3007考慮了消防泡沫發(fā)生器與罐頂?shù)木嚯x、泡沫混合液層厚度、液體膨脹高度及10~15min儲(chǔ)罐最大進(jìn)液量折算高度，但未考慮地震晃動(dòng)波高。
事實(shí)上，油罐抗震設(shè)計(jì)要求固定頂設(shè)計(jì)液位到罐壁上沿的距離應(yīng)大于液面晃動(dòng)波高，以避免罐頂受到?jīng)_擊。當(dāng)然，晃動(dòng)波高與建罐地點(diǎn)、儲(chǔ)罐直徑等都有關(guān)系，準(zhǔn)確的數(shù)值需要計(jì)算確定。
二、設(shè)備管口的問題
2.1 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)備上的管口主要分為工藝、儀表管口，設(shè)計(jì)中也就常遇到不同標(biāo)準(zhǔn)管法蘭的配對問題，設(shè)備專業(yè)習(xí)慣上使用HG系列，配管專業(yè)多采用SH系列，而儀表專業(yè)主要用ASME B16.5法蘭。事實(shí)上，在法蘭公稱直徑DN、壓力等級PN等對應(yīng)的情況下，不同標(biāo)準(zhǔn)的法蘭能否配對，主要是看螺栓中心圓直徑、螺栓規(guī)格和數(shù)量、螺栓孔直徑、密封面型式和尺寸、墊片尺寸等是否統(tǒng)一。所以，設(shè)計(jì)條件中應(yīng)指定設(shè)備管口配對法蘭標(biāo)準(zhǔn)號、DN、PN及其類型、密封面型式。
2.2頂部管口法蘭螺栓圓布置
設(shè)備頂部的閥門、儀表安裝口，其法蘭螺栓圓的“對中”或“跨中”布置（相對于南北或東西軸線），應(yīng)考慮配管、操作等的需要，如安全閥所接管道的走向，閥桿操作的便利性等，這點(diǎn)容易被忽視。
2.3液體進(jìn)口內(nèi)伸管的破虹吸口
如果液體進(jìn)料口內(nèi)伸管需要在適當(dāng)位置開設(shè)小孔以作破虹吸之用，工藝專業(yè)應(yīng)在設(shè)備條件中明確指出，若條件中沒有要求，設(shè)備專業(yè)不應(yīng)開此小孔。而進(jìn)氣口、出料口的內(nèi)伸管一般不需要破虹吸口。工藝專業(yè)在設(shè)備圖紙上應(yīng)注意檢查這個(gè)問題。
2.4設(shè)備管口與管道不帶法蘭對接
為保證密封效果，高溫高壓設(shè)備的管口及一般設(shè)備上的大直徑管口，與管道的連接一般采用焊接連接，而不使用法蘭連接。這是因?yàn)橛糜诟邷氐姆ㄌm接頭制造成本較高且密封性能并不十分理想。對于此類管口，設(shè)計(jì)條件中應(yīng)給定所對接管道的規(guī)格，并要求內(nèi)徑或外徑對齊、設(shè)備管口的接管端部帶焊接坡口。
三、管殼式換熱器的問題
3.1 換熱面積
換熱器的換熱面積，為參與換熱的換熱管外表面積，計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除伸入管板內(nèi)部等不參與換熱的長度，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)條件中常被忽視。常見的中低壓管殼式換熱器單塊管板厚度多在50~200mm之間。
3.2 金屬壁溫
管殼式換熱器殼側(cè)、管側(cè)的金屬壁溫，分別指沿殼程筒體、換熱管軸向長度的金屬溫度平均值，其對殼程筒體、換熱管軸向力，換熱管與管板之間的拉脫力影響較大，是換熱器強(qiáng)度計(jì)算中重要參數(shù)，直接影響著設(shè)計(jì)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，需要在設(shè)計(jì)條件中給定準(zhǔn)確值，不可隨意估取。
3.3 管束防沖板
GB/T151-2014《熱交換器》規(guī)定了換熱器殼進(jìn)口處需要設(shè)置防沖板的若干情形，此舉主要是為了防止流體對管束造成沖蝕或引起振動(dòng)。防沖板的面積不能小于進(jìn)口通道的投影面積，且為了保證流通面積，防沖板需與殼體內(nèi)壁有一定的距離。若進(jìn)口管直徑較大，防沖板的設(shè)置會(huì)嚴(yán)重限制布管數(shù)量。這點(diǎn)在換熱器工藝計(jì)算時(shí)就應(yīng)考慮，必要時(shí)應(yīng)增大換熱器公稱直徑。
3.4 換熱管排列形式
在確定換熱管的排列形式時(shí)，介質(zhì)流向取地應(yīng)當(dāng)是流體繞過第一塊折流板后的流向，即GB/T 151中的“流向垂直于折流板缺口”，而僅根據(jù)殼程進(jìn)口的方向來判斷是不準(zhǔn)確的。以臥式換熱器為例，如果只考慮與進(jìn)口方向的關(guān)系，那么不論折流板缺口是水平還是垂直布置，均不影響排列形式的確定，這顯然與事實(shí)不符。
3.5排凈口
換熱器殼的最高、最低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排氣、排液口，以避免形成死區(qū)導(dǎo)致介質(zhì)殘留，這點(diǎn)在設(shè)計(jì)條件中也偶爾被忽略。對于立式固定管板換熱器，如果管板較厚，排凈口通常開設(shè)在管板上，如果管板較薄，排凈口應(yīng)緊貼管板。對于臥式固定管板換熱器，左右兩側(cè)最高、最低應(yīng)有排凈口，其中殼進(jìn)出口可兼作排凈口。
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