張文龍

摘 要：塔是石化裝置中重要的設(shè)備之一。根據(jù)塔的工藝要求，有兩種分別是露天布置和室內(nèi)布置。附塔管道根據(jù)位置的不同分為塔頂管道、塔底管道和塔側(cè)管道。塔管口一般有人孔、進(jìn)料口、回流口、儀表口等。附塔管道支架有承重支架、導(dǎo)向支架。

關(guān)鍵詞：塔;布置;管道;支架

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.072

塔是石油化工生產(chǎn)過程中用于液相和液相間或氣相和液相間傳質(zhì)或傳熱過程的設(shè)備。塔屬于容器的一種，由于其高度較高，管道較多，給配管增加諸多難度，同時(shí)塔在工廠中也是不可或缺的，它被廣泛應(yīng)用在精餾、解吸、分餾、蒸發(fā)、吸收、萃取等操作，因此要格外重視。塔種類繁多，用途不一，按其結(jié)構(gòu)可分為板式塔和填料塔。本文主要以板式塔為主進(jìn)行有關(guān)塔的布置及配管方面的探究。希望對(duì)行業(yè)設(shè)計(jì)工作提供幫助。

1 塔的布置

1.1 塔的平面布置

在對(duì)塔進(jìn)行平面布置時(shí)，對(duì)于大中型的塔的布置時(shí)一般會(huì)采用露天布置的方法，對(duì)于小型或有特殊要求的塔可以安裝于室內(nèi)。對(duì)于露天布置的塔群，在安裝布置多個(gè)塔時(shí)要盡可能的集中布置，盡量將塔的中心線布置在一條直線上，或者塔外壁成一條直線布置（沿塔的一邊切線對(duì)齊），對(duì)于直徑較小的塔，可以三角形布置或雙排布置，以提高其操作狀態(tài)的穩(wěn)定性。對(duì)于直徑小于等于1m的塔可布置在框架內(nèi)或框架的一側(cè)，利用框架來對(duì)塔進(jìn)行加固。塔與其關(guān)聯(lián)設(shè)備如再沸器、回流罐、回流泵等，最好按照相關(guān)工藝流程就近布置。其中特別要注意的是兩塔之間的凈距離不宜小于2.5m，這樣塔的周圍就有充足的操作和配管空間，可以將這些空間分為配管區(qū)和操作檢修區(qū)，可以更加方便的進(jìn)行操作、檢修、維護(hù)等工作。

1.2 塔的安裝高度

塔的安裝高度主要由相關(guān)的工藝要求決定。對(duì)于工作在真空環(huán)境下操作的塔或需要從塔底抽出接近沸點(diǎn)液體的塔，在用泵抽出液體時(shí)容易出現(xiàn)閃蒸現(xiàn)象，所以在安裝時(shí)要考慮液體排出時(shí)的高度是否合適，針對(duì)這種情況一般用裙座結(jié)構(gòu)將塔的高度進(jìn)行抬高[1]。其中用泵送出塔底液體時(shí)，泵的有效吸入高度應(yīng)滿足需要吸入高度（有效吸入高度至少比需要吸入高度多0.3m）。對(duì)于工作在常壓或中、低壓環(huán)境下操作的塔，如果沒有特殊要求，可以直接在地面的基礎(chǔ)上進(jìn)行安裝。成組布置的塔采用聯(lián)合平臺(tái)時(shí)，如果塔的平臺(tái)標(biāo)高取齊困難，可根據(jù)實(shí)際情況相應(yīng)的調(diào)整塔的安裝高度。

2 塔體管口的布置

2.1 人孔

人孔的主要作用是裝配、檢查和檢修內(nèi)件，因此人孔的布置應(yīng)在塔的操作區(qū)，且進(jìn)出塔方便、安全、合理的位置。在進(jìn)行板式塔的人孔的布置時(shí)還要注意以下內(nèi)容：（1）人孔應(yīng)設(shè)在塔的檢修側(cè)，各層的人孔在設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行統(tǒng)一的布置;（2）設(shè)置在降液管以外的區(qū)域，使人進(jìn)入塔內(nèi)后能在受液槽上，且要考慮到人孔、受液槽和降液管之間的標(biāo)高關(guān)系;（3）每個(gè)人孔都應(yīng)設(shè)置出操作平臺(tái)，人孔中心距平臺(tái)面的距離一般在600～1000mm之間，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)800mm較為合適且效果最好;（4）在設(shè)計(jì)人孔的位置時(shí)要避開管口和管線，同時(shí)要保證人口處在吊柱工作的范圍內(nèi)。

2.2 進(jìn)料口及回流口

為了不使進(jìn)料環(huán)境對(duì)操作狀態(tài)造成較大的干擾，所以在設(shè)置進(jìn)料管口時(shí)，要考慮到進(jìn)料可能發(fā)生的波動(dòng)情況，一般要在管口的周圍預(yù)留出一些緩沖空間，盡量避免對(duì)操作狀態(tài)產(chǎn)生一些不必要的干擾。氣液混合進(jìn)料口一般布置在塔板上方，并設(shè)分配管。板式塔的進(jìn)料管口一般設(shè)置在物料流向的上方，而帶有降液管的板式塔，應(yīng)將管口設(shè)在距降液板或降液管最遠(yuǎn)的位置上。

2.3 儀表管口

儀表最好不要放在人孔旁（有破損的危險(xiǎn)）。液位計(jì)的開口應(yīng)布置在便于工作人員監(jiān)視、檢查的位置（塔釜）。 當(dāng)擋板不能避免液位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，要根據(jù)液位波動(dòng)情況來調(diào)整液位計(jì)的位置。兩個(gè)低溫液位計(jì)之間要留有一定的距離，防止冷橋產(chǎn)生。壓力表開口應(yīng)布置在氣相區(qū)?？蚣軆?nèi)的塔，如果壓力表、溫度計(jì)管口與結(jié)構(gòu)梁過于接近，應(yīng)考慮安裝的可能性。當(dāng)塔內(nèi)的溫度測(cè)量主要是利用熱電偶來測(cè)量塔盤下的氣相溫度或著液相溫度時(shí)，如果沒有特別注明，測(cè)量液相溫度的開口位置應(yīng)不高于塔板上100mm，當(dāng)高于100mm時(shí)，測(cè)量的是氣相溫度[2]。

3 塔操作平臺(tái)設(shè)置

塔平臺(tái)的設(shè)置，應(yīng)按最小用途設(shè)置。操作平臺(tái)應(yīng)設(shè)置在人孔、液位計(jì)、手孔、閥門、塔頂?shù)鯒U等經(jīng)常需要操作和檢修的位置，平臺(tái)的寬度一般在0.8m到1.5m之間。相鄰的兩層平臺(tái)之間的高度一般不要超過10m。如果有規(guī)定或著用戶有明確要求設(shè)計(jì)大于10m的層高的，應(yīng)在兩層平臺(tái)之間設(shè)置梯間平臺(tái)用于休息。塔頂平臺(tái)的設(shè)置，考慮塔頂安全閥的檢修和拆卸空間以及對(duì)塔頂?shù)踔牟僮鳎瑸榇_保安全，以圍繞全塔為宜。塔的操作平臺(tái)的設(shè)置要同時(shí)考慮到上、下管道的布置問題，這樣可以有效的提高安裝、通行、操作、檢修等操作的方便性。

4 附塔配管和支架設(shè)計(jì)

附塔管道布置時(shí)一般要遵守以下原則：（1）附塔管道布置時(shí)首先要考慮操作和安全的相關(guān)要求。（2）附塔管道的布置要滿足工藝管道和儀表流程圖的設(shè)計(jì)要求。（3）在進(jìn)行管道布置時(shí)應(yīng)盡量使管道沿塔體分布，并且應(yīng)注意有一個(gè)有序的外觀，便于支架的統(tǒng)一規(guī)劃。（4）應(yīng)從塔頂至塔底自上而下的進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。

4.1 塔頂管道的設(shè)計(jì)

塔頂管道一般應(yīng)用于氣相，所以管徑較大，在進(jìn)行布置時(shí)要首先考慮。塔頂管道應(yīng)盡可能短，同時(shí)要保證管道具有一定的柔性。由于塔頂管道介質(zhì)溫度較高，一般用“L”型配管來進(jìn)行熱補(bǔ)償，因此“L”型配管的水平段要有留出一定的長(zhǎng)度。安全閥最好安裝在塔頂平臺(tái)上或比較接近塔的位置。安全閥排放時(shí)反力較大，安全閥出口管道應(yīng)設(shè)牢固的支架進(jìn)行安全加固。根據(jù)工業(yè)設(shè)施的相關(guān)規(guī)定，塔和安全閥之間的壓降，不能超過安全閥定壓的3%[3]。如果塔和安全閥之間的距離較遠(yuǎn)，必要時(shí)可以對(duì)安全閥校核壓降或再次進(jìn)行測(cè)量定壓，使壓降穩(wěn)定在安全區(qū)域之內(nèi)。

4.2 塔側(cè)管道的設(shè)計(jì)

塔體側(cè)面的管道通常有：回流管道、側(cè)線抽出管道、進(jìn)料管道、返回管道、汽提蒸汽和重沸器入口管道等。為防止閥門關(guān)閉后管道發(fā)生積液的不良情況，通常塔體的管口和閥門直接連接在一起，并且這部分的管道要求具有一定的柔韌性，設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)保證其結(jié)構(gòu)（一般布置成“L”型）上的柔韌性。所以塔下部的管道通常布置成“L”型，主要是設(shè)計(jì)出一個(gè)水平管道來吸收立管因?yàn)闊崤蛎浂a(chǎn)生的位移。從再沸器回塔和由塔到再沸器管道的溫度較高、管徑較大、流速較高，配管時(shí)要考慮熱應(yīng)力，同時(shí)又要按工藝要求的阻力降配管。在熱應(yīng)力允許范圍內(nèi)配管應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，管道盡量短而平滑。

4.3 塔底管道的設(shè)計(jì)

塔底管道操作溫度相對(duì)于其它塔體部位來說溫度較高，因此在設(shè)計(jì)塔底管道時(shí)，管道的柔性要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范要求。其中塔底出口管道與泵連接的部位要在保證有足夠的柔性以減少泵口受力的前提下盡可能的減少管道的長(zhǎng)度和拐彎[4]。最好和應(yīng)力工程師一起針對(duì)管道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合作，保證塔底等管道的柔韌性符合要求。

4.4 塔的管道支架設(shè)計(jì)

附塔管道支架設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮以下兩點(diǎn)：（1）支架的設(shè)置要根據(jù)不同工況下塔體與管道之間的溫差的不同的情況進(jìn)行綜合考慮;（2）生根在需熱處理的塔上的支架，在塔上應(yīng)設(shè)置隔熱板。此外在設(shè)計(jì)管道的時(shí)候要堅(jiān)持安全第一的原則，因此在設(shè)計(jì)生根在塔外壁上的承重支架應(yīng)按最不利的工況來對(duì)生根進(jìn)行放置。

由于塔和管道之間的溫差，產(chǎn)生“滯后”現(xiàn)象引起的熱應(yīng)力，所以最好把承受管道垂直荷載的固定支架設(shè)計(jì)在靠近管口的位置，從而減少管口的受力，固定支架通常生根在塔體上。當(dāng)固定支架承受荷載過大時(shí)，可以建設(shè)一些受力導(dǎo)向支架來增加管道的穩(wěn)固性。在設(shè)計(jì)受力導(dǎo)向支架時(shí)，要盡量使用性能更加穩(wěn)定的彈簧支架，以此來適應(yīng)不同工況下的位移。導(dǎo)向支架一般設(shè)置在固定支架下面，考慮其導(dǎo)向間距可設(shè)置多個(gè)導(dǎo)向架。在放置時(shí)要注意管道和塔不能距離太近，否則管道、管架、儀表、閥門等設(shè)備有可能因?yàn)榫嚯x太近而發(fā)生不必要的碰撞而導(dǎo)致設(shè)備的損壞和安全問題的發(fā)生。在設(shè)計(jì)時(shí)就要杜絕這些安全隱患的發(fā)生，保證管道的保溫和保冷層的完好，兩者之間至少50mm的間距。

5 結(jié)語(yǔ)

石化裝置中塔的布置和配管設(shè)計(jì)是一項(xiàng)難度較高的工作，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到多方面的因素，特別是管口方位的選擇，平臺(tái)梯子的設(shè)置都與配管有密切的關(guān)系。工作人員在實(shí)際設(shè)計(jì)中要本著合理布局、安全設(shè)計(jì)、節(jié)約能源的原則進(jìn)行綜合的考慮，將理論與實(shí)際相互結(jié)合，在保證裝置安全可靠地運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料、減少投資、配管合理的目的。

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