特定设备设计准则

本文介绍换热器、泵和压缩机等特定设备的工艺设计考量准则，适用于石油化工及油气工程领域的工艺设计。

12 特定设备设计考量（Specific Equipment Design Considerations）

12.1 换热器（Heat Exchanger）

12.1.1 污垢系数（Fouling Factors）

不同业务单元各类介质的污垢系数见附录1。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

板式换热器的湍流程度和剪切速率通常高于管壳式换热器。板式换热器设计通常采用过设计裕量代替污垢系数，具体应与设备供应商协商确定。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

12.1.2 接近温度（Approach Temperatures）

为实现经济合理的换热器设计，推荐以下各类换热器的最小接近温度：文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

• 管壳式换热器：10°C
• 板式换热器：5°C
• 印刷电路板式换热器：3°C
• 钎焊铝制换热器：2°C
• 釜式换热器：5°C
• 空冷换热器：10°C

对于以海水为冷却介质的装置，应确保冷却水侧最高壁面温度不超过54°C，最高主体温度不超过43°C（壁面温度指清洁状态下冷却水侧管壁温度）。可在冷却水换热器上游设置空冷器以满足上述要求。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

空冷器设计用环境温度应根据项目现场环境数据确定。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

12.1.3 压降（Pressure Drop）

换热器工艺数据表中规定的允许压降应作为换热器污垢状态下的最大压降。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

表12.2列出了泵送液体（冷却水除外）为达到目标流速所需的压降估算值，可用于初步液压计算。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

表12.2 换热器允许压降文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

• 黏度 < 1.0 cP：壳侧 0.20 bar，管侧 0.35 bar
• 黏度 1.0～5.0 cP：壳侧 0.35 bar，管侧 0.50 bar
• 黏度 5.0～15.0 cP：壳侧 0.50 bar，管侧 0.70 bar
• 黏度 15.0～25.0 cP：壳侧 0.70 bar，管侧 1.00 bar
• 黏度 25.0～50.0 cP：壳侧 1.00 bar*，管侧 1.70 bar*
• 黏度 > 50 cP*：需咨询换热器专家

注：上述数值为每台换热器的允许值；多台串联时，每台单独计算。管侧黏度 > 5 cP 或壳侧黏度 > 50 cP 时，需进一步审查以确保达到最低流速、避免层流或过渡流。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

12.1.4 流体侧分配（Allocation of Fluid Sides）

以下可作为换热器壳侧与管侧流体介质初步分配的设计指南：文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/23673.html

• 管侧：海水或咸水、冷却塔水、腐蚀性流体、含浆液介质、高黏度介质、含悬浮固体介质、需水洗的介质、氧气介质
• 壳侧：允许压降较低的介质、流量较大且性质相近的介质
• 管侧：高压介质

12.2 泵（Pumps）

12.2.1 净正吸入扬程（NPSH）

工艺工程师负责计算NPSHa（可用净正吸入扬程），并协调系统设计各方面以确保泵具有足够的NPSH。

NPSHa 为泵吸入口处液体净扬程（扣除所有损失后）超出液体在泵入口条件下饱和蒸气压的部分。NPSHa 计算应考虑吸入罐的LALL（低低液位报警）工况。

12.2.2 NPSH 裕量（NPSH Margin）

从最小连续流到额定流量的整个运行范围内，NPSHa 应比 NPSHr（必需净正吸入扬程）高出 1 m；在曲线末端运行时，裕量不低于 0.3 m。

对于真空、低温（低于0°C）、锅炉给水、冷却水及液化石油气（LPG）服务的泵，NPSHa 与 NPSHr 的裕量为：从最小连续流至额定流量 2 m，曲线末端至少 1 m。

工艺数据表应注明曲线末端 NPSH 裕量要求（如适用）。对于工艺许可单元（通常适用于 Borouge 等下游装置），应咨询工艺许可商获取特定 NPSH 裕量要求。泵电机尺寸应包含曲线末端运行工况，更多裕量要求参见离心泵规格书 AGES-SP-05-001。

12.2.3 最小连续流量（Minimum Continuous Flow）

所有离心泵应设置最小连续流回流管线至吸入罐。

最小连续流回流管线优先采用基于流量或泵差压的自动控制方式，以避免泵超大型选型（同时满足正常流量和最小连续流量需求）。

对于没有吸入罐的情况（如管线输送泵），可将回流引至泵吸入口，但须注意：最小连续流回流管线闭路运行时，应根据流体温升来确定运行方案。

12.3 压缩机（Compressors）

12.3.1 沉降压力（Settle-Out Pressure）

离心压缩机跳车或停机后，连接系统内（装置自动边界关断阀之间）的压力将均衡，即发生"沉降"。

沉降压力在项目早期计算，用于确定吸入设备/系统的设计压力，压力等级的分级从压缩级入口关断阀（SDV）上游起算。初估沉降压力基于设备和管道的初步体积数据。

当实际体积数据可用于确认沉降压力计算时，更改设备设计压力往往较为困难，有时甚至不可能。沉降压力对于设计密封气系统及驱动机启动气体惯性负荷同样重要。

设计时应尽量通过增大吸入侧体积来降低沉降压力，这样可带来多方面好处：降低设计压力、减小对压缩设备启动转矩的影响。

因此，初估沉降压力时应在估算系统体积或沉降压力上留有合理裕量（视项目早期阶段信息准确性而定），并在 EPC 阶段予以最终确认。

12.3.2 最低设计压力与沉降压力的考量

压缩机吸入设备和管道的最低设计压力确定方法如下：

1. 估算压缩机沉降压力的初始压力，应取压缩机排出侧 PAHH（高压跳车设定值），同时考虑压缩机吸入侧 PAHH 同时触发及相应操作温度；
2. 压缩机吸入分液罐（及安全泄放装置整定压力）的最低设计压力，应至少为沉降压力的 105%；
3. 应计算各级沉降压力，并用于确定相应吸入侧的设计压力；同时需考虑安装于同一缸体的压缩机各级由于密封泄漏导致的联合沉降压力；建议在项目早期/FEED 阶段从供应商获取压缩机配置信息；
4. 吸入侧和排出侧体积应分别在相应操作温度下计算。

12.4 防喘振控制（Anti-Surge Control）

为防止离心压缩机发生喘振，需设置防喘振控制系统，将气体从排出侧回流至吸入侧，使操作点保持在喘振控制线右侧。

防喘振阀由压缩机供应商进行尺寸选型；在工程阶段初步估算时，防喘振阀可按最大转速下的全额定流量进行选型。

防喘振回流气体在返回压缩机吸入口前，必须冷却，以防止温度持续升高导致压缩机停机。应逐案评估从排出冷却器下游引出防喘振回流（而非直接从压缩机出口引出）的可行性。