1、年创刊 季刊年月日第卷第期总第期第五届 石油化工设计编 委 会主任委员王子宗副主任委员傅铁英委员 以姓氏笔画为序戈军叶大文田创举刘方刘云海孙丽丽朱忆宁林中李良友杜杰肖珍平束志顺佟泽民李鑫钢屈文杰张宏赓孟爱民张增禧茹得山赵金立桑如苞高金森阎观亮 黄祥谦主办中国石化工程建设公司协办中国石化勘察设计协会中国石化石油化工设计科技情报中心站主编王子宗副主编黄晓宇责任编辑黄晓宇英文译审江林广告设计王勇编辑出版发行石油化工设计 编辑部照排北京金同谱科技有限公司印刷北京时捷印刷有限公司地址北京市朝阳区安慧北里安园号邮编电话传真中国标准连续出版物号广告经营许可证号京朝工商广字第号定价元公开发行目次设计技术聚丙烯
2、挤压造粒机组齿轮泵设计缺陷分析及对策 苟东影大型风机隔振基础的动力分析及其设计方案徐缨谈志春液化烃脱硫塔两种设计计算方法的比较与分析李英王成富气相法聚丙烯脱气仓的配管设计陈军管理科学试论工程设计审查胡晨丙烯腈装置本质危险分析与工艺安全设计葛立彬浅谈工程项目成本管理穆冬梅工艺优化大型循环水泵进水水力条件的优化设计翟海珊酮苯脱蜡改脱蜡脱油装置的优化设计方案李宝中吕宏光王国斌等泵技术在设计阶段中解决离心泵气蚀问题的可行性探析 张黎华自吸离心泵卸车工艺设计中的几点思考 祝雁红韩少君技术改造芳烃抽提抽余油系统扩能改造孙秋荣冯世政外购重芳烃生产三甲苯的技术改造突破方案边江刘杰号喷气燃料生产中存在问题及技术
3、改造措施张春玲聚乙烯改扩建反应区出料设备及管线设置方案郎晓平焦化装置扩建改造技术分析陈伟设计理念浅析中外设计理念的差异张霖标准规范美国与标准管板计算方法比较 二丁利伟知识产权许可贸易中专利及专有技术的保护与运用策略王卉群石化在线上海赛科万吨聚丙烯装置投料试车成功欢迎订阅 石油化工管理干部学院学报国内高透明聚丙烯生产情况催化汽油选择性加氢脱硫技术通过鉴定辽宁合成乙酸异丙酯技术开发成功将和一起参与管理福建炼化一体化项目辽宁开发成功合成环己烯新技术欢迎订阅年精细化工中间体年度 数字油田 论文征集及评选活动石油化工行业景气度未来预测欢迎订阅 石油化工设计 和 乙烯工业 期刊欢迎订阅精细石油化工珠海全力
4、搭乘需求的中国快车年中国化工市场展望年中国年进口增长超过聚丙烯挤压造粒机组齿轮泵设计缺陷分析及对策苟东影中国石化北京燕山石油化工股份有限公司摘要通过对挤压造粒机组齿轮泵的故障分析 找出了齿轮及轴瓦运行中存在的问题 指出了挤压造粒机组螺杆和齿轮泵在设计上的不足及其所存在的隐患关键词聚丙烯挤压造粒机齿轮泵故障分析北京燕山石化股份有限公司 以下称燕山石化公司 聚丙烯事业部第三聚丙烯车间内运行的装置是中国第套年产的聚丙烯生产装置该套装置采用美国公司气相法生产工艺由和燕山石化公司和中国石化工程建设公司 共同设计其聚合部分采用的是比利时生产的两台卧式 搅拌床式反应器 挤压造粒部分采用的是日本神户制钢生产的
5、型挤压造粒机组均为公司级重点设备 它们能否正常工作将直接影响第三聚丙烯车间的正常开车运行挤压造粒机组齿轮泵故障表象年月日 操作人员在为挤压造粒机组换网器换网时 发现过滤网上粘着片状银质金属在其后的天内 此种银片增多经分析 判断为挤压造粒机组齿轮泵轴瓦内衬银层脱落因此该机组被迫于月日进行停车检修根据事业部的安排 我们对挤压造粒机组的混炼部分 挤压部分 切粒部分进行了全部解体检查在解体检查时发现齿轮泵轴瓦的银层严重脱落 尤其是北侧上瓦的导流槽内银质层已完全脱落每个轴瓦外侧 靠近端部 的圆周上 都有深浅不同的划痕南侧下瓦尤为严重 划痕贯穿整个圆周齿轮转子齿面其齿根靠近节线附近有麻点 其中一个齿沿轴向
6、有变形 另一个齿在靠近齿端的顶部有约的脱落疤痕齿表面 轴瓦表面都有一层炭化层瓦润滑树脂出料阀内严重炭化 流道堵死故障分析为分析故障原因 须将各种影响因素列出将齿轮泵设计参数列于表然后根据各种技术数据指出其设计的先天不足点从实用轴承手册查知 滑动轴承的减磨层以银为材料时 其最大许用压力值最高工作温度由表知 实际情况是额定压力收稿日期修改稿收到日期作者简介 苟东影男 辽宁抚顺人年毕业于燕化中专化工机械专业年毕业于北京市委党校经济管理专业 获硕士学位长期担任厂内的公司级重点机组的设备动态检测工作 现任聚丙烯事业部维修中心主任撰写的 提高混炼机的检修质量 延长运转周期 获北京市小组优秀奖设计技术石油化
7、工设计表齿轮泵设计参数操作 额定温度最小 操作 额定吸压最小操作 额定排压旋转速度范围转子轴承类型轴瓦吸入 排出壳体材料耐热钢转子齿轮材料渗氮轴表面硬度轴承材料银 软面额定温度都超过了银的许用值挂银的工艺不合理为说明问题 将轴瓦软质减磨层的几种粘挂工艺的优缺点简述如下工艺一 离心浇铸其优点 工艺成熟 已有上百年的历史简单 制作费用低 软质贵重金属的利用率高达且可回收反复利用软质减磨层同基体有一定的结合力 能够满足在压力 温度不太高条件下运转机械的一般要求其缺点浇铸时的温度很高 要达到软金属的熔化温度以上 银是因此要求瓦背的金属含碳量要低于以避免在浇铸完后急速冷却时 不被淬硬 俗称不上火 以利于
8、后续加工 为提高软质合金同瓦背的结合力 在瓦背的内表面要制成各种形式的翻边榫头 见图消弱了瓦背的强度和刚度 银层与基体金属的结合力受热胀冷缩的影响非常大所以不宜在高温条件下使用图典型的瓦背内表面的翻边榫头工艺二 喷涂其优点 喷涂时基体温度在即可 不用考虑瓦背的 上火 问题 材料任选 软质层的结合力高于工艺一 不用考虑榫头 的问题其缺点是软金属的利用率低 只有造价高工艺三 电镀其优点 结合强度高 是上述两种工艺的倍 电镀时基体温度较低 不用考虑瓦背的 上火 问题 材料任选 同样不用考虑榫头 的问题其缺点 有污染 特别是对于镀银而言 要求是 银层铅铟此项工艺复杂 造价昂贵 铟是稀有金属从的轴瓦实际
9、结构和组材看 瓦背是号钢且有翻边榫头所以我们推断它是离心浇铸而成在高温高压的条件下使用 其工艺本身的缺点就显现出来瓦背的材料使用号钢不合理从机械设计手册中查知号钢使用的最高温度而安全使用温度仅为低于的使用温度应该说明的是 所谓安全使用温度 按照材料力学的理论 是指材料在该使用温度下 其强度刚度 硬度 耐腐蚀性能 许用应力值等 都是常温条件下的以上比如说号钢 在度时其许用应力为在常温下的许用应力是两者相比 前者仅是后者的在安全温度时 其许用应力值恰是常温下的就我们的轴瓦而言 即使在使用离心浇铸工艺的情况下 也应该使用其安全使用温度为瓦座选用材料不合理不合理之一 所用材料是从机械设计手册中查知 其
10、最高使用 温 度安 全 使 用 温 度小 于不合理之二 其硬度范围低石 油 化 工 设 计第卷于高温轴承安全使用硬度这里说明两点一种材料之所以有一个硬度范围 是因为同一种材料 在相同的铸造 轧制 淬火条件下 由于密度 合金元素分布的均匀程度 淬火冷却时的降温梯度不均等因素的影响 同一种材料淬火后的表面硬度不可能一样设计手册中给出的数值 是指该材料可能的硬度上下限安全使用硬度就是指某种材料的硬度下限值按照高温轴承的设计理论 在以上使用的轴承就叫高温轴承在高温条件下 材料的抗疲劳强度的大小 依赖于硬度的某一数值 最小值是硬度低于该数值时 抗疲劳强度将急剧下降硬度低于此数值的材料 在持久高温作用下
11、其内部组织会发生相变 以至尺寸发生改变 不能保证尺寸的稳定性所以我们认为小于是不合理的不合理之三 该材料是冷作工具钢其高温塑性差 挠性差 耐冲击性差滑动轴承的重要设计原则之一就是要求其材料要有一定的挠性和塑性其目的是使轴承能够靠它的局部变形来补偿设计中不能预知的不利因素的不良影响例如由于形状误差 材料的内部组织结构均匀性误差热膨胀的方向性误差以及如上面所说的尺寸稳定性误差等等按照这一原则 笔者认为应该选用的材料是我厂的一聚造粒机的齿轮泵材料就是此种材料两种材料的性能比较见表表两种材料的性能参数钢号硬度耐磨性耐冲击红硬性热塑性最高使用温度好差中差好中好好年月日 二聚齿轮泵轴瓦瓦座 仅在当日 中午
12、开车后 即晚上就严重崩裂初步认为 除瓦座锻件内部可能有缺陷外 其主要原因就是材料的热塑性差所致轴瓦的材料组合不合理按照轴瓦的设计原则 在高温下使用的双金属或三金属轴瓦 要求组成轴瓦的每种材料的热膨胀系数相同或相近 用以保证在受热膨胀的情况下 不会造成因压应力过大而产生局部变形而我们的三金属轴瓦 其膨胀系数分别为 银层钢瓦座在最外边的壳体 同瓦座相配其材料是耐热钢 相当于我国的它的热膨胀系数是从这些数据可以看出 是不符合设计原则的最近 轴瓦的制造厂日本神户制钢技术人员来我厂进行技术交流当问及轴瓦的结构问题时 他们讲 最近出厂的造粒机轴瓦结构已改成一体结构 材料是这进一步说明以上关于轴瓦结构不合理
13、结论的正确性配合公差不合理瓦背同瓦座的配合过盈量 在常温下是从实用轴承手册中查知 按照我国的国家配合标准 在常温下是更何况是在的高温下使用此时钢膨胀大并且还有定位销所以 我们说它不合理瓦座同壳体的配合较松瓦座在常温下测量的尺寸 同度下的壳体尺寸相比小即有间隙待到使用温度时 两者的温度相同 但膨胀系数不同 外大里小 造成的间隙振动加大应和这一松动配合有直接的关系故障处理根据前面的分析及测量所得的实际数据 按照制造厂说明书和检修规程的要求 特制定了如下故障处理方案个齿轮泵轴瓦 椭圆度最大轴向 径向都有严重的划痕 导流槽内的银层脱落严重 瓦面上也有银层的脱落经有关部门研究决定 更换新轴瓦旧轴瓦待修复
14、后留做备件齿轮泵的修磨 麻点缺陷用油石修磨 尽可能平滑为止的变形齿 用砂轮磨后 用油石精磨第卷苟东影聚丙烯挤压造粒机组齿轮泵设计缺陷分析及对策所缺的固定销和损坏的螺栓 重新加工具体要求是 材料调质硬度固定销用较紧的过度配合安装卸料阀中的积炭用机床清理后回装在装配过程中 因制造厂说明书中没有齿侧间隙 墙板间隙的具体数值 通过计算得出 齿侧间隙墙板间隙为维修中心据此进行了实测 结果是 齿侧有磨损墙板间隙合乎要求存在隐患从机械原理和材料学的角度 分析该设备一些主要零件的强度和使用性能 存在隐患概述设计计算略 如下螺杆和齿轮泵的最小设计直径同实际直径的比较为了说明问题 我们将一聚 二聚 三聚的台结构形
15、式相同造粒机的相关参数列于表以进行比较表一 二 三聚造粒机相关参数比较参数一聚二聚三聚螺杆运转功率螺杆转速设计最小直径实际最小直径安全系数齿轮泵运转功率齿轮泵转速设计最小直径实际最小直径安全系数说明螺杆的计算截面是安装同步齿轮处因该处有键槽最薄弱安全系数小于的 有安全隐患例如二聚的螺杆 齿轮泵的安全系数都小于都断过尤其是螺杆就是在同步齿轮键槽处断的三聚螺杆虽然安全系数小于但长期在占的以下运行笔者认为 近期内问题不大但螺杆的尾部 旋转接头处同轴度不好 应适时修理与螺杆不同 三聚的齿轮泵确是个隐患首先 其安全系数仅为其次 本次检修 齿轮泵齿部的以上的变形已被磨掉即是说左右的渗氮层已被磨掉 渗氮层的
16、硬度左右 其作用就是防止齿轮被磨损如此说来 该齿轮被磨损的可能性很大 是个隐患在表中 螺杆的材质都是镀铬 齿轮泵齿轮的材质都是渗氮从表中还可以看出 日制钢和神钢两公司的设计理念不同前者零件的设计寿命最小年而后者 最多只有年数据来自样本从材料学的角度分析 二聚 三聚台造粒机同属一个制造厂 设计理念相同 问题就相同台设备的所有齿轮的材质 都是铬钼钢 只有螺杆的同步齿轮是铬镍钢铬钼钢 铬镍钢都不耐磨 耐热不适于做齿轮的材料所以三聚车间经常 约个月 清理油过滤网中的铁屑最适宜的材料是锰钛合金钢 但价格很贵混炼机筒体材料镀铬 闸门材料镀铬 已经坏过换向器材料镀铬 都是不合理的因为钢的安全使用温度仅为实际
17、温度近结语通过前面的论述 我们对在检修中所发现的问题进行了详细的分析和处理 并且对挤压造粒机组在设计上的不足及所存在的隐患进行了说明可以说 本次检修的质量是理想的年月日开车后 在负荷到时 测得齿轮泵的振值是仅是停车前的最佳值最大到的弱说明了本次的检修质量参考文献李洪 曲中谦主编 实用轴承手册西北工业大学主编 机械设计余国宗主编 化工容器及设备王修斌 程良骏主编 机械修理大全北京化工大学主编 塑料成型机械徐灏主编 机械设计手册石 油 化 工 设 计第卷大型风机隔振基础的动力分析及其设计方案徐缨谈志春江苏省医药设计院有限公司 无锡市摘要详细介绍了国产大型风机安装在厂房楼层上时采用隔振基础的动力计算
18、方法 按设计规范规定的标准评价隔振基础的振动特性 获得了满意的结果 动力分析得出一条规律 即自由度隔振体系的个固有频率完全取决于隔振基础本身的个物理参数关键词风机隔振基础固有频率振动线位移大型风机隔振基础技术现状隔振基础技术在工程建设中的地位设备基础是保证动力机器安全 经济运行的重要构筑物近年来试验研究和推广采用的机器基础隔振技术是牛顿运动定律在经济上的成功实践 既是土建和环保领域的开拓创新 也取得了明显的社会经济实效它标志着环境保护领域中第四大公害噪声与振动治理的技术装备水平正在逐年提高 该项机器隔振基础适用技术 横跨动力学 数学 工程控制等多个学科和土建 机械两大专业隔振技术在我国工程建设
19、中理应占有一席之地笔者简要论述风机的隔振基础动力分析方法和结果大块式隔振基础计算理论较深 但技术已经成熟 运行安全可靠 经济效益明显在化工 冶金 机械等行业中 量大面广的风机等机器基础 都可以采用本项先进技术 以改变传统庞大的设备基础做法弹簧隔振基础目前的技术水平弹簧隔振基础目前的技术水平是相对于传统大块式基础而言的动力机器基础的常规做法是做一个质量很大的钢筋混凝土块式或墙式基础为了使基础振动控制在许可范围内 混凝土块体的质量一般需要大于设备总重的若干倍近年内获得了重大突破 大型弹簧隔振器和阻尼器的加工制造大型机器的隔振基础从无到有 逐步推广 而且隔振效果都达到了预期目标在大多数情况下 大中型
20、动力机器的隔振基础都能做到比不隔振基础节省投资机器基础水平与回转耦合振动公式机器基础的动力分析需要运用牛顿第二运动定律 采用结构动力学的理论和计算方法 通过求解振动微分方程式 才能获得准确的结果但是在工程设计中只要遵照国家标准 隔振设计规范 和行业标准 火力发电厂辅助机器弹簧隔振基础设计规程利用电算程序就可以简单 快捷 准确地进行隔振基础的动力计算大块式基础在空间有个自由度一般竖向振动和扭转振动可以分别计算因为这些振动可收稿日期修改稿收到日期作者简介 徐缨女 浙江省绍兴市人年毕业于东南大学土木工程系工业与民用建筑专业 工程师毕业后一直从事土建设计工作 担任多项重点工程主设人设计技术石油化工设计
21、以分离出来但当基础块回转振动时 其运动总是水平位移和回转耦合振动耦合振动由两个几何参数确定 重心的位移和绕重心的转角这就要按两个自由度计算向水平 绕轴回转耦合振动公式列运动方程令式中基组总质量振动线加速度隔振器向总刚度振动线位移基组质心 即隔振体系重心 至隔振器刚度中心的距离振动角位移基组对通过其重心的轴的转动惯量振动角加速度回转总刚度即弹簧竖向刚度对抵抗转动的贡献向固有圆频率的平方回转振动固有圆频率的平方基础块的回转半径将公式代入公式经整理可化简为取则公式变为式中时间沿方向振幅转动方向振幅公式是的常系数齐次线性方程组欲使振幅不同时为零 即有非解必须使系数行列式等于即展开行列式并整理的二次方程
22、 得出含固有圆频率的方程为公式称之为频率方程 也称体系的特征方程 解之即得水平回转耦合振动的两个固有圆频率和它们是振动系统的频率特征值由此可知 耦合振动有两个固有圆频率较低 称为第一振型固有圆频率较高 称为第二振型固有圆频率这两个固有圆频率用得非常广泛同时可得第一振型和第二振型转动中心至基组重心的距离和用上述同样的方法 可以推导出向水平 绕轴回转耦合振动的计算公式设计实例广西某厂在标高的楼层上 装有台大型离心风机 上海鼓风机厂产的型离石 油 化 工 设 计第卷心风机采用了隔振基础年设计年投产这里讲述的风机隔振基础几乎能为所有大中型风机的振动提供理想的控制方案低转速 工作转速以下 风机隔振基础的
23、固有频率计算方法 将台座 即基础块体 视为刚体 按大块式基础计算个固有频率它的力学模型采用 质量弹簧阻尼器 体系基组 包括机器和台座 作为单质点 有个自由度 其振动可分为竖向 扭转 水平和回转种型式 当基组总重心与体系刚度中心位于同一铅垂线上 简称两心重合 时 基组的竖向和扭转振动是独立的 而水平和回转振动则耦合在一起 共有个固有频率在强迫振动计算中 只要知道固有频率 机器扰力频率 扰力 矩 及其相位和作用位置 即可求得基础上任意点个方向的最大振动线位移最大计算振动线位移必须小于允许振动线位移综合数据隔振体系基本数据机器质量基础块体质量基组总质量质量比机器工作转速工作频率圆频率机器设备资料风机
24、重其中叶轮重电机重其中转子重按电机重的估计电机底座重扰力计算风机扰力电机扰力合计扰力扰力偏心风机扰力电机扰力重心至基础台座顶面的最远距离隔振器选择该风机基础选用德国公司制造的型隔振器台和型阻尼弹簧隔振器台 在使用荷载下的静态压缩量为竖向固有频率隔振效率每台隔振器的额定荷载为实际承载自重和无荷载高度平面尺寸和隔振基础的振动特性评定经动力计算得到低频范围的个固有频率从至均远离扰力频率基础控制点的计算振动线位移三向均小于允许值表明该隔振基础的振动特性优良基础外形尺寸 坐标系和隔振器布置见图布置图剖面图图混凝土台座平面 坐标系及隔振器布置基组的物理参数基组总质心坐标计算 利用坐标系第卷徐缨等大型风机隔
25、振基础的动力分析及其设计方案基组对通过其重心的轴的转动惯量计算弹性支承的物理参数隔振器和阻尼弹簧隔振器的布置 刚度和阻尼系数平面布置见图隔振器刚度中心与体系重心重合 即 两心 重合单台隔振器的竖向刚度为水平向刚度型的阻尼系数为 竖向水平向弹性支承点的坐标和惯性矩第个隔振器以基组重心为坐标原点的坐标值共台隔振器 其坐标值依次为各台台台惯性矩隔振体系的刚度中心利用坐标系求解与重合与重心坐标偏心略超规范规定隔振体系的总刚度竖向总刚度水平向总刚度绕轴回转总刚度绕轴回转总刚度绕轴扭转总刚度台座为刚体的自由及强迫振动计算单质点振动体系的个固有频率计算见表表自由及强迫振动动力计算结果序号计算内容计算公式计算
26、结果基组竖向振动固有频率基组竖向振幅基组绕轴扭转振动固有频率基组绕轴扭转振动角位移基础顶面角点由于扭转振动产生的位移基础顶面角点由于扭转振动产生的位移石 油 化 工 设 计第卷续表序号计算内容计算公式计算结果向圆频率的平方绕轴回转振动圆频率的平方向水平 绕轴回转耦合振动第一振型固有频率向水平 绕轴回转耦合振动第二振型固有频率第一振型耦合振动中心至基组质心的距离第二振型耦合振动中心至基组质心的距离绕轴回转耦合振动第一振型的总扰力矩绕轴回转耦合振动第二振型的总扰力矩向水平 绕轴回转耦合振动第一振型的回转角位移向水平 绕轴回转耦合振动第二振型的回转角位移基础顶面角点 由于向水平绕轴回转耦合振动产生的
27、竖向振动线位移基础顶面角点 由于向水平绕轴回转耦合振动产生的向水平振动线位移向圆频率的平方绕轴回转振动圆频率的平方向水平 绕轴回转耦合振动第一振型固有频率向水平 绕轴回转耦合振动第二振型固有频率第一振型耦合振动中心至基组质心的距离第一振型耦合振动中心至基组质心的距离绕轴回转耦合振动第一振型的总扰力矩绕轴回转耦合振动第二振型的总扰力矩向水平 绕轴回转耦合振动第一振型的回转角位移第卷徐缨等大型风机隔振基础的动力分析及其设计方案续表序号计算内容计算公式计算结果向水平 绕轴回转耦合振动第二振型的的回转角位移基础顶面角点 由于向水平绕轴回转耦合振动产生的竖向振动线位移基础顶面角点 由于向水平绕轴回转耦合
28、振动产生的向水平振动线位移基础顶面控制点 沿轴方向的总振动线位移基础顶面控制点 沿轴方向的总振动线位移基础顶面控制点 沿轴方向的总振动线位移注 表为动力计算表 共计项计算 包括了 自由振动 和 强迫振动 的全部计算固有频率的各项计算属于自由振动 振动线位移的各项计算属于强迫振动各向阻尼比计算结果强迫振动计算见表此实例近似按无阻尼计算强迫振动 误差结论大中型风机的噪声高 振动大 在工程上采取隔振措施 使振动控制在允许范围内是十分必要的隔振基础构成了一个十分理想的振动体系 风机 电机和混凝土台座联合成上部结构 隔振器和阻尼弹簧隔振器组成隔振层 将上部结构与下部支承结构隔开 这样一个隔振体系是低调频
29、的 其动力性能十分优良 固有频率可以合理选择 具有很高的隔振效率 机器及基础的振动完全处于可控制状态弹簧隔振基础视作刚体时的个固有频率 完全取决于振动体系的个物理参数它的力学模型是单质点振动体系的 质量弹簧阻尼器弹簧隔振基础的下部支承结构 钢梁 柱 基础 只受静载 可按静力设计 于是隔振基础就可与厂房结构相连 使得整个厂房结构体系更加合理旋转式机器采用隔振基础 由于其固有频率低 远离共振区 阻尼对正常运转时的振动线位移和对固有频率的影响极小 可以忽略不计 但在机器开 停车过程中 固有频率会经过共振区 所以需要配置带阻尼的隔振器或阻尼器 一般都把它布置在隔振基础的四个角上大中型动力机器推广采用弹
30、簧隔振基础国外已有多年 国内也有多年的历史 已积累了大量工程实际运用的成功经验 是技术成熟运行安全可靠 振动特性优良的好方案技术经济比较结果表明 风机弹簧隔振基础技术先进可靠 综合效益十分明显 对机器运行十分有利 对工艺布置和土建结构布置也有利) ) 石化在线上海赛科万吨聚丙烯装置投料试车成功由中国石化工程建设公司总承包的上海赛科乙烯工程万吨 年聚丙烯装置于年月日一次投料试车成功 并于当日点生产出合格产品这是该装置于年月日提前个月实现高标准中交后 再次取得的新进展 也是赛科乙烯工程全部工艺装置中第一套投料试车成功的装置 标志着乙烯工程已全面进入试生产阶段石 油 化 工 设 计第卷液化烃脱硫塔两
31、种设计计算方法的比较与分析李英王成富山东三维石化工程有限公司 山东省淄博市摘要笔者对液化烃脱硫塔的两种设计计算方法进行了理论探讨和实际操作比较 对液化烃脱硫塔的设计有一定的指导意义关键词筛板塔板升液管降液管设计计算方法根据原油的含硫量及加工深度不同 炼厂干气和液化石油气都不同程度地含有一定量的及等杂质为了提高产品质量 满足后续装置需求 减少设备和管道腐蚀 降低环境污染 除炼制低硫原油生产的干气和液化石油气在作为燃料油时无需脱硫外 其余的干气和液化石油气 无论是作为燃料还是作为化工装置的原料 都需要先进行脱硫尤其是作为化工装置原料时 由于硫化物对催化剂的活性和寿命影响很大 对硫含量的要求更为严格
32、 必须对干气和液化石油气进行脱硫 使硫含量控制在规定范围内 才能满足后续加工装置的要求因此 液化烃脱硫是加工高硫原油的必备措施液化烃脱硫的主要设备为液化烃脱硫塔目前炼厂液化烃脱硫塔主要采用筛板塔 脱硫剂为甲基二乙醇胺溶液筛板塔的工作原理是 两相逆流流动是依靠两相重度差 分散相通过筛板时被粉碎成一定大小的液滴 连续相由溢流管流经各板段与分散相液滴接触而实行传质液化烃脱硫塔的设计特点液化烃脱硫塔一般为筛板塔根据塔内两相流动情况 筛板塔主要有如下设计特点为增大两相接触表面 一般选取流量较大的一相为分散相当两相粘度相差较大时 为了使分散相易于聚合而增大通量 一般选取粘度大的一相为分散相当重相为分散相时
33、 溢流管的形式为升液管 当轻相为分散相时则为降液管分散相在通过筛孔时要保证分散良好 这就要对筛板的材料 筛孔的直径 开孔率 过孔速度等进行合理的选择两相在充分接触后 分别进入上下筛板为此两相应能较好的分相为了保证连续相在通过溢流管时不夹带液滴 这就要求连续相在管中的流速不大于分散相最小液滴的终端速度分散相通过筛孔时要克服阻力和连续相在溢流管中流动引起的压降因此 分散相在筛板上 或下 应保持一定高度的聚合层如果液层太低 则容易造成漏液 即分散相只通过部分筛孔造成流动的不稳定若液层过高 超过了溢流管高度 则造成 液泛即部分分散相从溢流管流过 破坏了正常操作收稿日期修改稿收到日期作者简介 李英女 山
34、东诸诚人年毕业于石油大学 华东 石油加工专业项目经理 工程师现从事石油化工工艺设计工作设计技术石油化工设计应用实例目前 对液化烃脱硫塔的设计计算有两种主要方法 一种方法是胺液 即脱硫剂 为分散相 溢流管的形式为升液管 方案另一种方法是液化烃为分散相 溢流管的形式为降液管 方案为了比较这两种设计方法的优劣 笔者从曾经设计过的项目举例对两种液化烃脱硫塔计算结果进行对比实例设计一个筛板塔用于液化烃脱硫 已知液化烃的处理量为时 胺液 甲基二乙醇胺 浓度为的循环量为两相的物性数据如下液化烃密度粘度胺液密度粘度两相的界面张力为液化烃脱硫塔两种设计计算结果与实际操作数据的对比见表表种设计计算结果与实际操作数
35、据对比项 目方案 胺液为分散相方案液化烃为分散相计算结果塔径塔截面面积升液管或降液管面积筛孔总面积筛孔数 个筛孔规格筛孔排列间距 正三角形排列筛孔总面积与塔截面面积之比升液管或降液管总面积与塔截面面积之比塔盘间距升液管或降液管高度两相界面控制方式塔底塔顶塔高塔盘层数塔的质量实际操作数据塔顶温度塔顶压力液化烃进料温度液化烃进料流胺液温度胺液浓度胺液流量脱后液化烃中含量为什么两种设计计算方法的结果相差这么大呢下面就从两种设计计算方法的过程和结构形式加以探讨液化烃脱硫塔种设计方法差异剖析胺液为分散相 方案塔径筛板可分为开孔区 降液区和无孔区部分设计时 首先计算开孔区面积和降液管面积如图所示图胺液为分
36、散相时筛板示意开孔区面积筛孔直径的选择 关系到两相在板间的分层相际接触面积及设备的生产能力一般 较小的筛孔产生较小的液滴 具有较大的相际接触面积对传质有利 然而 随着筛孔直径的减小 将增大塔径和板间距通常 筛孔直径为分散相 胺液 通过孔的流速一般在最适宜的孔速最好由实验确定 或由下式估算式中筛孔速度筛孔或喷嘴直径两相界面间的表面张力分散相 胺液 的密度分散相 胺液 与连续相 液化烃 的密度差根据分散相 胺液 的处理量 孔径及孔流速筛板上的所需孔数可由下式求取式中分散相 胺液 的处理量筛孔通常以正三角形排列 孔中心距为孔直径的倍 因此可用下式计算筛板开孔区的面积石 油 化 工 设 计第卷式中筛板
37、塔孔数孔间距降液区面积降液管的面积 由连续相 液化烃 在降液管中的流速所决定连续相在降液管的流速 可以通过所容许带走的最大液滴直径而求得通常先假定连续相所带走的最大液滴直径为一般取直径为的分散相液滴在连续相中的沉降速度 可用式计算式中分散相 胺液 液滴在连续相 液化烃 中的沉降速度连续相 液化烃 粘度为使大于的液滴不被连续相 液化烃 带走 连续相在降液管中的流速不得大于分散相胺液 液滴 直径在降液管中的沉降速度 取则降液管的面积由下式计算式中连续相 液化烃 的体积流量降液管中连续相的流速无孔区面积在接近降液管处 为使下降的分散相 胺液液滴不进入降液管 在开孔区与降液管之间应留有一定的空隙一般可
38、取左右为了支承和固定筛板 筛板周边需要有一定的余度一般取或者取整个塔的自由截面积的因此塔的内径为板间距的确定板间距由分散相 胺液 的液层高度和连续相液化烃 的液层高度所组成为了保证塔的正常操作 必须保证一定的分散相液层高度 该高度由两相流动所需的压头决定具体计算公式和方法参考 化学工程手册 第篇 萃取及浸取实际上 筛板塔板间距一般根据经验选取通常不超过工业萃取塔的板间距最好不要小于液化烃为分散相 方案液化烃为分散相时 塔盘结构形式见图图液化烃为分散相时筛板示意塔径液滴雷诺数液滴雷诺数可按下式计算式中液滴雷诺数液滴直径轻相 液化烃 比重时 最小液滴直径为轻相 液化烃 比重时 最小液滴直径为液滴沉
39、降速度根据不同雷诺数由节沉降定律公式求得操作温度下分散相 液化烃 比重操作温度下连续相 胺液 粘度液滴沉降速度根据液滴雷诺数范围分别按以下种情况计算当时 适用于斯托克定律当时 适用于中间定律第卷李英等液化烃脱硫塔两种设计计算方法的比较与分析当时 适用于牛顿定律式中操作条件下连续相 胺液 比重连续相 胺液 与分散相 液化烃 比重差由以上液滴沉降速度计算公式 可得分散相液化烃 和连续相 胺液 的沉降速度 以此确定哪一相的沉降分离起控制作用 故塔径为式中分散相 或连续相 质量流率分散相 或连续相 密度分散相 或连续相 沉降速度筛孔数的计算筛孔面积式中筛孔面积分散相 液化烃 流率流量系数 取分散相 液
40、化烃 比重重力常数分散相 液化烃 厚度一般取连续相 胺液 与分散相 液化烃 比重差筛孔数式中 取孔距取降液管面积和管底空隙面积根据 美国埃索工程公司设计手册 计算降液管面积和管底空隙面积但在实际操作中 应根据现场情况 选取降液管拱高和降液管管底的空隙结论通过对以上两种计算结果的分析对比 可以得出以下结论两种设计方法的液化烃脱硫塔投入生产经过长周期运转后 都能满足净化液化烃的要求含量当胺液为分散相时 筛孔直径小 为产生较小的液滴 具有较大的相际接触面积 并且筛孔分布在整个塔截面 除升液管和升液管阴影区域塔板的效率高当液化烃为分散相时 筛孔直径大 为产生的液滴大 两相接触的面积小 并且筛孔分布在较
41、小的区域内 塔板的效率低当液化烃为分散相时 为达到有效的操作 要求离开每一层塔盘时每一相基本上分离完全因此 为了满足这个要求 此种方法设计的液化烃脱硫塔无论处理量为多少 塔径基本上都取实践中证明是没有必要的 只要两相萃取完毕 最后的净化液化烃再经过沉降罐把胺液分离出来 就完全能达到净化液化烃的要求在同时满足液化烃净化要求的前提下 当胺液为分散相时 塔径为当液化烃为分散相时 塔径为前者比后者节省钢材按钢材的价格元计 仅钢材一项前者比后者节约投资约万元当胺液为分散相时 两相界面控制在塔底 液位约为当液化烃为分散相时 两相界面控制在塔顶 液位约为前者塔径小 储存的胺液量少 减少了胺液开工前的循环量
42、减少了胺液的耗量前者塔径小 重量轻 减少了占地面积 并且土建基础小 减少了投资因此 在设计中 把胺液作为分散相的设计方法更为合理和经济参考文献化学工程手册 编委会编 萃取及浸取 化学工程手册 第篇北京 化学工业出版社欢迎订阅欢迎投稿欢迎刊登广告石 油 化 工 设 计第卷气相法聚丙烯脱气仓的配管设计陈军中国石化工程建设公司 北京摘要通过某气相法聚丙烯工程实践 根据设备布置 详细介绍脱气仓框架 风送系统及重要支架的配管设计关键词聚丙烯装置脱气仓风送系统聚丙烯 以下称的生产工艺主要有种即溶液法 溶剂浆液法 简称浆液法本体法和气相法目前世界上比较先进的生产工艺主要是本体气相组合工艺和气相法工艺典型代表
43、有本体气相工艺本体气相工艺气相流化床工艺气相工艺气相工艺及住友气相工艺聚丙烯工艺即年以前的气相法工艺年以后又称气相法聚丙烯工艺在国内 已有燕化公司和扬子石化公司先后采用此技术 最新的套是文中提及的某聚丙烯项目笔者在此介绍该项目脱气仓的配管设计脱气仓的配管脱气仓是粉末脱活单元的主要组成部分 主要设备有气体膨胀袋滤器 脱气仓 旋转阀及风送系统脱气仓主要是由一个脱气仓框架支撑起来 由上至下依此为袋滤器旋转阀脱气仓旋转阀组成 全高大约根据工艺流程图 及实际操作方便将整个框架分为层 平均一层 根据需要操作的管口 人孔 仪表 阀门及吊装的设备依此调整层高 见图在袋滤器的顶部有组火炬排放的安全阀 故增设的小
44、平台 为操作安全阀后的常开球阀提供方便层要考虑袋滤器封头的拆卸方便 此层平台需加宽 以便拆卸封头有足够空间是整个袋滤器设备承重的钢结构层 给结构提载荷要考虑操作重它的操作重是在此层平台上还要考虑将组转子流量计放在靠近设备 易于操作的地方从第一 二反应器来的粉料全部从此层平台上的管口进入袋滤器 它是袋滤器部分最重要的平台与是关联的 由于要从上部抽滤袋 在平台下需设计电葫芦电葫芦下方南北运行的空间不能有配管将旋转阀布置在上方的位置 这样节省了一个的操作小平台 直接在上面操作是脱气仓和袋滤器相关联的连接层 所有脱气仓顶部的管口都在此层平台操作 在收稿日期修改稿收到日期作者简介 陈军男 北京人年毕业于
45、北京化工大学高分子材料专业 工程师现从事配管设计工作设计技术石油化工设计做配管研究时 将配管侧放在北部 南侧为管口操作区 双安全阀的火炬排放线放在北侧脱气仓中部没有操作层是它的设备承重层 整个脱气仓的设备操作重达由于它有近高 为了增加它的稳定性 在处 设备焊有个吊耳 吊耳直接搭在层的框架上起稳定重心的作用设计平台时要考虑旋转阀的安装高度及配管脱气仓的火炬线也比较有特点 一根的火炬总管从上至下将脱气仓 袋滤器的火炬管线串起来 由于本项目的火炬线皆为双安全阀排放线 爆破膜前加拆卸法兰 最小距离共有根火炬支管汇到火炬总管上 故可将火炬总管扩径在应力计算该管线时 它的方向有多的力 将其分拆到层 各承受
46、的力并在水平管线上设膨胀节以吸收它的膨胀量 其余支架形式皆为低摩擦管架脱气仓的氮气吹扫线很重要 由于聚丙烯的产品是粉末 所以在各个环节都容易堵为防止堵塞 在脱气仓的底部设两条氮气吹扫线 一条中压氮气 一要低压氮气每条氮气线在脱气仓均有个均布的管嘴 工艺要求将个管嘴连起来 形成一个环状结构但在正常的管道材料中是没有这种特殊件的 通过对以往项目的研究 我们决定把这个环状结构设计成边形 每个角都是的标准弯头 这样既节约了开支 又整齐美观在中压氮气前有个调节阀组 根据工艺要求 它要求阀组离被控制的设备越近越好 以往都是放到地面上 这次我们把阀组放到的平台上 既满足它的特殊要求 还节约了管道材料 而且从
47、操作角度讲 更加方便脱气仓的放射源和检测器作为附加控制手段也有它的重要性 这放射源和检测器是仪表厂家供货 配管专业负责设计支架形式它是一个放射源和一个检测器配对 放射源比检测器的位置要高 斜向下发射射线 检测器负责接收通过这个手段来控制粉料的料位放射源是固定在设备的预焊件上 需要配管专业给设备专业提供预焊件的位置条件 注意避开管口及结构的钢结构层检测器的安装需要设计根管子 将检测器绑到管子上另外特别要注意放射射线对人体有害 需要将检测器放到远离操作的位置也就是周围没有要操作的管口 阀门接收器的电缆必须是直上直下 不能有弯曲的部分这就要求在脱气仓的承重层的结构必须选择字梁 如果是圈梁就比较麻烦
48、还须向设备 结构专业提条件 在设备承重的底板上及结构支撑钢梁上开孔此种方法一般不采用另外在施工过程中 放射源与接收器的角度偏差不能超过而且越靠近脱气仓本体 其测量的精度越高脱气仓管道支架设计有独特性 它的管线主要集中在粉料输送和火炬管线上因为粉料输送管线的震动比较大 而且是一股一股的瞬时冲击力在应力计算时必须考虑进去 燕山的支架就曾经震断过最好的解决方法是加拉杆 在主框架一般是隔一层在管线上加个拉杆 在个方向限位它能抵抗的瞬时冲击力唯一的缺点是造价太高 每根拉杆造价将近万美元 如果整套装置全部采用拉杆 工程造价接近万我们参考了美国 欧洲的几套聚丙丙烯装置的支架选型 采取了另外一种方法在粉料输送
49、管线穿越框架楼板时选用一种个方向都限位的导向架 用它代替拉杆 这样一来施工造价大大降低 还易于维护由于整根粉料管线比较长 它的承重架必须选好 而且每一层的管架都必须加固就是说最好每一层楼板都加支架火炬线是整个脱气仓最粗的管线 一般来说它的受力比较大 在承重层有的垂直力所以在应力计算时考虑分拆它的力 加弹簧和膨胀节来吸收它的力石 油 化 工 设 计第卷风送的配管脱气仓地面设备为风送系统 它由台粉料输送鼓风机台冷却器台安全过滤器和台粉料输送袋滤器及台旋转阀组成其中和是布置在挤压造粒厂房里按照布置在脱气仓的框架里的地面上与脱气仓框架面对面夹在中间靠近整体布局简洁 紧凑 与以往不同的是的布置 将它们分
50、别放在框架内和中间 这样更符合使配管更加流畅风送系统最重要的两根线一个是从至的粉料输送线 另一个是从至来的输送气前者经粉末输送系统风送至造粒单元的粉末进料料斗 是整个装置的主动脉 它的管线全长大于全部是国外厂家供货 弯头皆为要求少拐弯 尽可能直整根管线需要应力计算 它的管线需要防振动 通过合理的支架选择 来吸收各个方向的膨胀量应用该从头到尾贯穿着设计系统 的主线 从基础设计开始 就开始的搭建模型由于设计初期设备的条件都为参考 我们搭建的模型大部分是假的 可以在上面做配管研究一旦设备条件就位 就可直接在模型中修改设备外形并修改管线的走向 这样为下游专业争取了时间与以往的设计不同 当模型全部建好后
