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撬装装置,崛起在化工新时代


近些年国内环保要求日益严格,传统的粗放型发展模式难以为继,许多老旧企业在建厂初期环保投资少,随着环保压力增大,许多企业寻求好的解决方案,而传统的环保工程占地面积大,施工周期长,不能满足企业集约的土地使用要求及极短建设周期的要求。撬装装置的应用,很好的解决了这样的问题,既帮助企业解决了环保问题,又充分利用撬装建设周期短,占地面积小的特点。


1 撬装装置的优点


(1)设计方面:撬装装置的集约性决定了此类产品的设计和生产须充分利用有限的空间去达到最佳的配置效果。大大减少了设计工作量,缩短了设计周期,提高了设计质量;


(2)采购方面:因为主要设备均配置在撬装中,所以现场材料、设备的采购量非常小、种类非常少;


(3)建设方面:撬装设备的模块现场安装和组对较为简便。现场的安装工作主要是几个撬装的安装和连接,现场工程量减小到最小;


(4)运行维护:撬装设备的设计、生产的可控制性,可充分简化其操作程序,有利于投产后的运行维护;


(5)节约投资:撬装化的生产方式使批量化生产成为可能,批量化生产将大大降低撬装设备的成本,包括设计成本、采购成本、安装成本、运行维护成本,为用户最终节约了投资;


(6)缩短建设周期:简化了各阶段的工作量,极大缩短了工程建设周期,为用户早日投产创造效益提供了条件。


2 撬装装置的发展


早在本世纪四十年代,美国就逐步发展撬装技术,到七十年代,为满足气田地面建设日益发展的需要,撬装技术取得了突破性进展;前苏联从1965年到1970年中,新增的568口气井的集气和初加工系统全部采用了撬装装置。


国内撬装装置起于本世纪七十年代,尽管国内起步晚一些,但已看到了撬装装置的运用价值。最初的撬装装置主要应用在建设规模小、工程零星分散、交通不便的工程中。如果采用传统的施工方式造成工程造价高、施工周期长、材料能源消耗大、现场管理困难。而撬装装置大部分工作在工厂内完成,可大大减少现场工作量,同时工厂化预制能减少能源消耗,提高设备及管道的安装质量。虽然对建撬过程一次投入较高,但是综合后期撬块拆迁重复使用使得撬装装置的综合成本较传统的施工方法更节约。


撬装装置因其拆建便利、建设周期短、占地面积小等优点,越来越广泛的应用于各个行业的工程项目中。除了传统的石油开采和天然气开采行业,废气/污水处理、加油/加气站、日化、精细化工等行业都开始使用撬装装置进行建设。


3 撬装装置研制应注意的问题


3.1 选用高效的设备、仪表


在传统设计过程中,常常考虑选材的经济性原则,会减少一些价格较高的设备。在撬装装置中,考虑到撬块运输及占地要求,应尽量采用一些高效的设备和仪表,以减小因仪表的测量精度要求增加直管段的要求。


3.2 合理分配设备在撬块内的布置


传统撬装装置的布置由于多采用单底座单层结构,设备在撬内布置的紧凑即可,而随着高大撬块的设计增多,有时需要考虑合理分配设备在撬块内的布置,除了要保证设备布置的紧凑要求,还要保证撬块整体的稳定性,通过计算合理设计撬内的设备分布,保证撬装结构的挠度要求,避免载荷分布不均,影响撬块的整体稳定性及撬块的吊装和运输。


3.3 高大设备集中布置


高大设备在成撬设计之前需要提前考虑设备的运输问题,根据我国目前的道路运输规定,车货总高度从地面算起超过4米,车货总宽度超过2.55米,车货总长度超过18.1米,只要满足上述一条即为超限运输,所以对于高大设备我们多考虑采用卧式布置。同时将设备的高度和宽度限制在合理的范围内。传统的布置方案常常根据工艺顺序要求将与塔密切联系的上下游设备都布置在塔的撬内,由此带来了两个问题,一是安装过程中,由于高大的设备多采用卧式安装,而与高大设备在同一撬内的低矮设备此时将会倾斜安装,这给设备和管道安装带来麻烦;还有就是需要考虑运输过程中低矮设备的临时支撑问题,低矮设备在设计时只考虑运行时的状态。而设备安装及运输过程中均为卧倒状态,此时需要给这些设备临时支撑。所以为了施工及安装的方便,一个项目将高大的设备集中布置在一个撬块内,减少该撬块内的管道布置,便于撬块的制作及运输。


图1 撬装装置设备布置案例


3.4 钢结构需经计算验证


钢结构的设计既要考虑安全性又要考虑经济性。对于撬装装置的钢结构框架,尤其是多层平台的框架,需要综合考虑多种工况,按照钢结构设计规范进行强度和刚度计算,满足要求方可投入使用。图2为某钢结构检验结果及危险构件信息。


图2 某钢结构检验结果及危险构件信息


4 工业化微反应器撬装研制


图3 工业化微反应器撬装装置


图3为工业化微反应器撬装装置图。整个系统主要由以下四个部分组成:


·控制区:对整个流程进行从“启动”至“停机”的全部操作,并能随时监控及记录反应过程中系统的温度、压力、流量;


·反应板区:即核心设备微反应器,在该设备内发生反应与换热;


·进料泵区:即物料输送区;


·换热区:进行原料预冷。


该装置于2018年3月试车成功,反应平稳、安全,原料转化率几近完全。它将占地百余平的传统釜式反应装备集群升级成仅6平米的撬装装置,不仅实现了反应从间歇到连续的转变,还简化了设备的可操作性,自动化程度大大提高。


5 展望


撬装装置在化工领域的应用可以大大提升项目或产品的竞争力,促进企业在新旧动能转换中抢占领先位置。加之新时代环保的压力,撬装装置必将迅速崛起!

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