一种基于膨胀节补偿的火炬管线柔性系统技术方案

一种基于膨胀节补偿的火炬管线柔性系统，包括架空敷设的火炬总管、反应装置和分液罐，反应装置和分液罐连接在火炬总管上，火炬总管由直管段和拐弯管段组成，系统还包括防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节和万向铰链拉杆复合型膨胀节，直管段的柔性补偿选用防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节，拐弯管段的柔性补偿选用万向铰链拉杆复合型膨胀节；解决大型能源化工装置火炬管线的布置设计难题，提高火炬管线的安全可靠性，同时降低投资，提高火炬管线系统的经济性30%以上。

A flexible system of flare pipeline based on expansion joint compensation

【技术实现步骤摘要】
一种基于膨胀节补偿的火炬管线柔性系统
本专利技术涉及能源化工装置的火炬管线柔性补偿技术，具体说的是一种基于膨胀节补偿的火炬管线柔性系统。
技术介绍
火炬系统的组成通常由火炬气分液罐、火炬气水封罐、火炬、火炬管线四个部分组成。火炬系统的主要作用是将能源化工生产装置在正常生产、开/停车以及事故状态下排放出的可燃、有毒气体，通过火炬设施收集并将其安全地燃烧掉，确保装置的安全并减少排放气体对大气环境的污染。火炬系统的管网是排放装置安全运行的基础，即火炬管线是能源化工装置的最后一道防线，它的安全和可靠性至关重要。由于要将排放气体输送到装置外的安全区域燃烧排空，火炬管线长度一般有几百米甚至几千米。能源化工装置放空火炬管内介质成分复杂、流速高。火炬管线一般采用架空敷设，与工艺、公用蒸汽管道等一起布置，共架敷设。火炬管线受到较大范围的操作温度、压力及这种宽范围操作条件所引起的应力变化作用的影响，管线受力复杂。火炬管线除了受到压力温度变化所引起的应力外还有阀门开闭、管内凝液对管网产生的冲击力，因此火炬管线的固定、导向和支撑系统的设计较为复杂。能源化工装置规模大、排放量大，相应的火炬管线直径大，刚性大，因此降低管道应力，满足管道的柔性要求和稳定性要求，提高管道及其支架的抗冲击振荡能力，保证系统安全，对火炬管线进行冷、热变形柔性补偿是必要的。目前常用的方法是采用Π型弯自然补偿来解决热膨胀产生的应力和变形，即主要是依靠管道材料的自然弹性变形来吸收热膨胀。随着国家多个“炼化一体化”基地规划的落地，石油化工、煤化工等石化及后衍生产装置更加呈现出生产规模扩大、联建联产和公用工程集中供应的特点，火炬管线直径越来越大，最大直径达到φ3m,由于管道直径较大，所述的Π型弯补偿其弯管的侧向伸出通常要达到100~120米左右，经济上不仅耗费了大量的原材料，而且占有了大量的土地，同时还需要使用大量的钢结构支撑来约束管道的收缩变形，投资成本高；在安全稳定性方面，如图1所示，采用Π型弯补偿，管道压降大，管道应力高的部位多，支架受力大，管道的柔性和可靠性低。因此大口径火炬管线的布置设计难度大，已经形成了石油石化设计领域的难题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于膨胀节补偿的火炬管线柔性系统，解决大型能源化工装置火炬管线的布置设计难题，提高火炬管线的安全可靠性，同时降低投资，提高火炬管线系统的经济性30%以上。为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种基于膨胀节补偿的火炬管线柔性系统，包括架空敷设的火炬总管、反应装置和分液罐，反应装置和分液罐连接在火炬总管上，火炬总管由直管段和拐弯管段组成，系统还包括防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节和万向铰链拉杆复合型膨胀节，直管段的柔性补偿选用防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节，拐弯管段的柔性补偿选用万向铰链拉杆复合型膨胀节；所述的防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节的平衡波纹管靠近其内侧设有平衡波纹管防爆支撑芯筒；所述的万向铰链拉杆复合型膨胀节包括带中间管的两组波纹管、两套单式万向铰链组件和多个拉杆组件，两套单式万向铰链组件和多个拉杆组件固定设置在带中间管的两组波纹管的外侧，两套单式万向铰链组件的两端和多个拉杆组件的两端分别与带中间管的两组波纹管的两端端管组件连接，两组波纹管上套设有均衡环。直管段的两端设置中间固定管架，在靠近防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节的位置至少设置三个导向管架。拐弯管段为L型管段或Z型管段。用于火炬管线直管段补偿的防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节，因为排放介质具有腐蚀性，选用外压波纹管，火炬排放间隙，波纹管表面不与可能存在的凝液接触，可以提高其耐蚀性能；同时为提高其安全性，其波纹管的外压周向稳定性需要根据直径的大小，进行拉伸位移状态的位移-压力稳定性试验，以确定其外压周向稳定性安全系数，满足火炬管线排放的安全可靠性。用于火炬管线拐弯管段补偿的万向铰链拉杆复合型膨胀节，主要安装在火炬管线进出分液罐、水封罐的拐弯管段，其波纹管选用均衡环加强的内压加强U形波纹管，膨胀节的受力结构件为万向铰链和复式拉杆两副受力构件，受力结构件的双保险可以提高其抗内部介质的冲击震荡能力，可以大大提高火炬介质高流速排放条件下的管道安全可靠性。用于火炬管线补偿的防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节和万向铰链拉杆复合型膨胀节是针对火炬管线的特点特殊设计的，与其他领域的膨胀节设计要求不同，能够保障火炬管线的安全可靠性。本专利技术有益效果是：1、火炬管线采用膨胀节进行柔性补偿能有效降低管道应力和管道支架载荷，提高管网的安全可靠性，采用膨胀节补偿可以使介质在直管段直通式排出，可以有效降低管道直径，采用膨胀节补偿比Π弯补偿可以降低建造成本30～40%，同时方便火炬管线与其它公用工程管道共架敷设，可以减少现场吊装、焊接、无损检测等施工作业量，减少水压试验用水和占地面积等资源的消耗，火炬管线采用此种膨胀节补偿的柔性系统在经济性方面优势显著。2.本专利技术的防爆直通式外压直管压力平衡型膨胀节能够抵御3倍以下的设计压力而不产生爆破泄漏。带有均衡环保护的万向铰链拉杆复合型膨胀节，与普通的复式拉杆型膨胀节相比，在两组加强U形波纹管外部又增加了两套单式万向铰链受力构件，两套受力结构件都能满足膨胀节补偿横向位移，当其中一种受力构件失效时，另外一副受力结构件可以继续发挥补偿作用，约束波纹管产生的压力推力，形成受力构件的双保险。直管段采用防爆直通式外压直管压力平衡型膨胀节补偿，拐弯管段采用带有均衡环保护的万向铰链拉杆复合型膨胀节补偿，能够更好的满足火炬管线排放介质流速高、抗冲击震荡能力强、排放可靠等要求。附图说明图1为现有技术的结构示意图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为本专利技术的直管段结构原理图；图4为本专利技术的L型管段结构原理图；图5为本专利技术的Z型管段结构原理图；图6为本专利技术的防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节结构示意图；图7为本专利技术的万向铰链拉杆复合型膨胀节结构示意图；图中：1、主反应装置，2、火炬总管，3、导向管架，4、防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节，5、中间固定管架，6、反应装置A，7、反应装置B，8、反应装置C，9、万向铰链拉杆复合型膨胀节，10、分液罐，11、水封罐，12、火炬头，13、平面导向管架，21、直管段，22、拐弯管段，01、端管，02、平衡波端环组件03.工作波端环组件，04、平衡波纹管，05、外管组件，06、平衡波纹管接管，07、平衡波接管支撑环板，08、工作波纹管，09、工作波纹管外管，010、导流筒A，011、平衡波纹管防爆支撑芯筒，012、芯筒加强筋，013、端管组件，014、螺母，015、球面垫圈，016、锥面垫圈，017、均衡环，018、波纹管，019、拉杆，020、中间管，021、导流筒B，022、长铰链板，023、长铰链板固定立板，024、销轴，025、销轴挡圈，026、万向环，027、短铰链板。具体实施方式如图2所示，一种基于膨胀节补偿的火炬管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于膨胀节补偿的火炬管线柔性系统，包括架空敷设的火炬总管（2）、反应装置和分液罐（10），反应装置和分液罐（10）连接在火炬总管（2）上，火炬总管（2）由直管段（21）和拐弯管段（22）组成，其特征在于：系统还包括防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节（4）和万向铰链拉杆复合型膨胀节（9），直管段（21）的柔性补偿选用防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节（4），拐弯管段（22）的柔性补偿选用万向铰链拉杆复合型膨胀节（9）；/n所述的防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节（4）的平衡波纹管（04）靠近其内侧设有平衡波纹管防爆支撑芯筒（011）；/n所述的万向铰链拉杆复合型膨胀节（9）包括带中间管（020）的两组波纹管（018）、两套单式万向铰链组件和多个拉杆组件，两套单式万向铰链组件和多个拉杆组件固定设置在带中间管的两组波纹管的外侧，两套单式万向铰链组件的两端和多个拉杆组件的两端分别与带中间管的两组波纹管的两端端管组件（013）连接，两组波纹管（018）上套设有均衡环（017）。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于膨胀节补偿的火炬管线柔性系统，包括架空敷设的火炬总管（2）、反应装置和分液罐（10），反应装置和分液罐（10）连接在火炬总管（2）上，火炬总管（2）由直管段（21）和拐弯管段（22）组成，其特征在于：系统还包括防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节（4）和万向铰链拉杆复合型膨胀节（9），直管段（21）的柔性补偿选用防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节（4），拐弯管段（22）的柔性补偿选用万向铰链拉杆复合型膨胀节（9）；
所述的防爆直通式外压直管压力平衡膨胀节（4）的平衡波纹管（04）靠近其内侧设有平衡波纹管防爆支撑芯筒（011）；
所述的万向铰链拉杆复合型膨胀节（9）包括带中间管（020）的两组波纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱琴，李德雨，陈继志，李张治，侯伟，
申请(专利权)人：洛阳双瑞特种装备有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41