大型石化企业外网供氧管道系统设计

大型石化企业外网供氧管道系统设计

我们公司是一家机械制造商，在80年代和90年代使用氧，主要依靠空分装置生产氧气，充分装置氧气瓶，然后传输到不同的车间，分散使用气和氧的联合流等复杂过程。该供氧系统投资大、操作复杂、维护保养难、效率低下、供氧压力不足、流量不稳且安全性较差,近十年我厂制造能力的不断提高及周边单位用气量的增大,氧气供应与生产需求量之间的矛盾日渐突出,基于周边用气量及我厂铆焊、铸工、下料等主要生产车间用气的特点,设计一套以液氧储罐为气源的供氧系统即:一路以低压供氧管道直接输送至用气车间,一路以高压充装管道输送至充装间。该系统不仅生产效率高、安全性好而且经济成本相当低(由原来的20几人操作减至4人)。高压供氧管路及液氧罐的设计、安装均由供应厂家设计实施,现将厂区低压供氧外网管路的设计阐述如下。1供氧管路及管路的选择(1)用氧车间的供氧管路一般工作压力在1.6MPa以下,属于常温、低压操作的供氧管路,目前车间用氧的最大工作压力为1MPa;(2)供氧管材、阀门及附件的选择应根据氧气工作压力及《氧气及相关气体安全技术规程》选用。(3)管径大小应满足所有用氧车间同时使用时的最大用气量。2氧气设计流量2.1最大氮气消耗量的确定四台四割嘴的数控火焰切割机、一台两割嘴的数控火焰切割机、2-3把手工割炬,数控火焰切割机每只割嘴的最大氧气消耗量是15m3/h,其工作压力为0.8MPa;每只手工割嘴的最大氧气消耗量为6m3/h(以3号割嘴割70mm钢板计算),其工作压力为0.4MPa其工作状态下的氧气流量为:Q=Q2(273+t)/2730P式中:Q为工作状态下气体流量,m3/hQ2为自由状态下气体流量,m3/h;t为工作状态下气体温度,一般取t=30℃;P为工作状态下气体压力MPa。2.2最大氧化压的测定铆焊车间两台机器手坡口机,其氧气最大消耗量为7.84m3/h,工作压力为0.8MPa6~8只手工割嘴,每只手工割嘴的最大氧气消耗量为6m3/h(以3号割嘴),其工作压力为0.4MPa;铸工车间4~6只手工割嘴,每只手工割嘴的最大氧气消耗量为10.5m3h(以5号割嘴割120mm钢板计算),其工作压力为0.5MPa。3管道系统的设计3.1非燃烧体支架的设置氧气是一种助燃气体,敷设供氧管道必须先考虑其安全性,根据用氧气车间的地理位置及周围建筑特点,供氧管道采用架空敷设,即:沿供暖管道走向,在原供暖支架上加高250mm,采用非燃烧体的支架。管材选择,取决于管内所输送介质的化学性质对管材的特殊要求,由于我厂氧气源是由液氧经气化器气化后输送至各个车间,氧气温度偏低,碳素钢管在低温条件下(-40℃)会变脆,架空敷设外表面腐蚀严重,故外网管道一律采用不锈钢管,车间内采用碳素无缝钢管。3.2计算管道和管道厚度的直径和厚度3.2.1管道的直径计算基于体积流量式中:d为管内径,mm;Q为工作状态下气体体积流量,m3/h;V为气体流速,m/s,氧气流速取10m/s。3.2.2供氧管道不锈钢管其中:δ为钢管壁厚mm;PS为水压试验压力MPa,(水压试验压力等于1.5倍工作压力);d为钢管内径mm;σs为常温下材料的屈服强度MPa;(不锈钢管为205.8MPa;碳钢管为235.2MPa);ψ为焊缝减弱系数(无缝钢管取1);C为管壁附加量mm,(对单面腐蚀管道C>2,对双面腐蚀管道C>3)。全厂供氧管不锈钢管管径和壁厚的理论值为Φ54.48×2.24,根据不锈钢管管径、壁厚规格的标准及安全性,将管径、壁厚修正为Φ60×3.0,即厂区外网供氧管道采用Φ60×3.0的不锈钢管。按无缝钢管规格标准下料车间、铆焊车间、铸工车间的供氧管分别修正为Φ48×3.5、Φ30×3.2、Φ28×3.2。3.2.3分离装置及管道设置氧气输送需要恒稳的压力、较好的安全性以及维修时能及时切断气源的方便性,在主干管两端分别设一只法兰截止阀J41W-25P,且干管末端阀门之前设一套放气装置(DN15不锈钢管、截止阀)及一压力表(型号Y-100,其量程为0~2.5MPa),在气化器出口处设一减压阀Y43-25P,安全阀PN-20,一压力表(型号Y-100,其量程为0~2.5MPa),每一支管入口处分别设一法兰截止阀。厂区架空氧气管道每隔80~100m应设有防雷、防静电接地措施;厂房内氧气管道应有防静电接地措施,接地电阻小于10Ω。氧气管道的法兰、螺纹接口两侧应用导线作跨接,其电阻应小于0.03Ω。3.2.4试验合格判断标准管道安装完毕之后,应进行强度试验和严密性试验。强度试验,一般采用水压试验,其试验压力为1.5MPa,水应洁净,试压泵应无油,当压力升至所要求的试验压力时,观测10min,如压力不降,再降至工作压力进行外观检查,如无破裂、变形和渗水等现象,则认为试验合格。严密性试验,强度试验合格后再作严密性试验。采用气压试验,其介质为氮气,压力升至1.0MPa,所有接口处涂肥皂水检查,并观测24h,如无缺陷且平均小时漏气率不超过1%为合格。严密性试验合格后,管道用氮气吹刷,其流速度不小于20m/s,连续吹刷8h,所有管道都应吹刷到,在气流出口处放一张白