旋转补偿器在石油化工装置管道中的应用.pdf

第49卷第6期
2012年12月
PROCESS EQUIPMENT PIPING
Dec.2012
旋转补偿器在石油化工装置管道中的应用
以健
(中石化上海工程有限公司,上海200120)
摘要:主要介绍了一种新型的补偿器一旋转补偿器,及其在石油化工装置上应用。对旋转补偿器与其
他补偿装置的优缺点进行了比较,并分析了其适用情况。
关键词:旋转补偿器;补偿器;膨胀节:管道设计
中图分类号:TQ050.3;TH136
文献标识码:A
文章编号:10093281(2012)06-0058-004
在石油化工装置的管道设计中,往往需考虑伴
旋转补偿器工作时,旋转筒与本体之间产生相
随有高温的工况,因此,在设计时要充分考虑管道产对旋转,补偿器产生角向位移。因此,在管道系统的
生的热膨胀情况。一般地,管道工程师应优先考虑设计中,旋转补偿器往往需要成对布置,才能够吸收
利用管道自身结构产生的柔性来吸收管道的热位移;管道系统产生的热膨胀。
当由于工艺操作条件、设备布置等情况的限制使得管
旋转补偿器的补偿原理如图2所示:通过成对
道系统没有足够的柔性时,可采用补偿装置来吸收管的旋转筒和L型力臂形成的力偶,使得力臂绕着L
道的热位移。石化装置中常用的补偿装置有:自然补型力臂的中点沿Z轴旋转,从而达到吸收管道产生
偿一一∏型补偿器、金属波纹管膨胀节、套筒式膨胀节、热膨胀的目的叫。
填料函式膨胀节等等。本文介绍一种近几年逐渐在石
化装置中得到应用的补偿装置一一旋转补偿器到。
旋转筒
旋转补偿器的结构和工作原理
热胀方向
旋转角度
热胀方向
旋转补偿器是从原有的套筒式补偿器基础上发
展起来的,不同的是套筒式补偿器主要吸收轴向位
移,而旋转补偿器主要通过旋转筒旋转来吸收角位移。
如图1所示,旋转补偿器的组成主要有:旋转筒;法兰、
床盖及螺栓系统;密封填料系统;本体。
法兰、压盖
旋转筒及螺栓密封填料本体
热胀开始
结
東
图2旋转补偿器的工作原理
典型的旋转补偿器布置形式见图3。
因为旋转补偿器从本质上仍旧是套筒补偿器的
种,所以它也存在着套筒补偿器的缺点一易泄
介质流向
漏。近些年来,·些旋转补偿器的制造商对填料密封
的结构进行了改进,采用了自密封的结构,基本上已
收稿日期:2012-10-08
作者简介:褚以健(1962一),男,浙江杭州人,高级工程师。主
图1旋转补偿器的基本结构
要从事管道设计和技术管理工作
2012年12月
以健,旋转补偿器在石油化工装置管道中的应用
固定点
型
2型
3型
固定点
固定点
5型
6型
图3旋转补偿器的布置形式
经解决了易泄潘的缺点。
℃,材质A106B,直径DN400,壁厚的压力等级为
Sch60。主管廊的长度为200m,宽度8m。采用三
2旋转补偿器对管道系统的反作用力
种不同补偿形式的典型管道布置如下。
旋转补偿器在工作时,首先必须克服一对旋转
(1)采用管道自然补偿如图4,按每70m设置
筒之间产生的摩擦力矩M,该摩擦力矩值由旋转补
型补偿器,需采用3个∏型补偿器。在∏型补偿
偿器制造商给出,在管道产生热膨胀的过程中,旋转
器附近的弯头处,管道系统内由热膨胀产生的二次应
简之问产生的摩搽力矩M对管道系统产生的反作用力最大,达到二次应力许用值的80
力由下式决定
(2)采用金属波纹管膨胀节补偿如图5,按每个
O、
普通型轴向膨胀节可吸收5060mm轴向位移计算,
P,M÷Lcos
在每10m管道之问应设置一个普通型轴向膨胀节
值得注意的是,该反作用力仅仅存在于当管道
(3)采用旋转补偿器补偿如图6,按旋转补偿器
系统温度变化产生相对的位移时,一且管道系统的热
转角不得大于25°要求。
位移达到相对平衡时,该反作用力就不存在了。因此
表1是采用三种不同补偿形式的综合性能比较。
采用旋转补偿器可以极大地减少管道系统固定支架
根据表1可知,旋转补偿器与自然补偿相比,
处的水平推力,这是旋转补偿器区别于其他补偿结构
在管路压力降、热胀应力和水平推力上都有极大的改
的优点之一。
善,在其余项中与自然补偿相差不大。管路压力降的
3旋转补偿器和其他补偿装置的优缺点比较
改善可以减少石化装置的运行成本,热膨胀应力的改
善则大大增加了管道系统本身在运行时的安全性,而
以某石化装置为例:从界区外引入一高压蒸水平推力的减少降低了管廊钢结构的设计难度和制
汽管线,管道内承受的压力为44MPa,温度420造成本。而波纹管膨胀节则明显不近用于本例情况
0
6U
主固定支架
次固定支架
次固定支架
主固定支架
图4自然补偿形式
60
化工设与?道
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导向支架
导向支架
次固定支架导向支架
导向支架
≤4D≤4D干
10000
200000
主固定支架
次固定支架
次固定支架
次固定支架
主固定支架
图5波纹管膨胀节补偿形式
导向支架
次固定支架导向支架
旋转补偿器200
主固定支架
主固定支架
图6旋转补偿器补偿型形式
表1采用不同补偿方式的综合性能比较
序号比较内容
自然补偿方式
轴向波纹管膨胀节补偿
旋转补偿器补偿
每组补偿器能够∏型补偿器的补偿能力按每个波纹管内8个波设计,每个膨胀节可补偿能力与旋转角度和L的长度有关。一般
吸收的膨胀量与∏型的臂长有关。吸收轴向位移40~60mm。
旋转角度不大于25°。
2补偿器的数量
个
每10m之间需设置一个普通轴向型补偿
器,共计20个。
个
3补偿器的工程安
好
差,波纹管的薄壁部分在高压情况下是管较好,旋转补偿器在强度上没有问题,采用
全性
道系统中的薄弱环节。
自密封填料结构,基本上解决了泄漏问题。
4管路压力损失
大
小
较小
s管道系统内的热存在热胀应力,达到许基木无
基本无
80%
6管架上固定点处主固定架上约7t,次固主固定支架处约80t,其中压力产生的盲板正常运行时没有。开车升温时为1.5t。
产生的水平推力定架上2t
推力就达到70t。次固定支架处约为20t
7腐蚀
无影响
波纹管处的不锈钢材料易产生应力腐蚀。
无影响
8运行维护
常规检修
每次检修都得对波纹管进行检查,每五年
左右最好更换一次。
法兰、压盖螺栓系统的常规检修
9补偿器对空间的口型补偿器的长需要
要求
对空间的要求很小。
对空间有一定的要求,但是较小。
o补偿器对支架的
低
高。为控制波纹管变形情况,应严格控制
固定支架和导向支架的位置
低<