焦慧娟(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

塔是化工、煉油、石油化工等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，為了方便檢修和操作，塔設(shè)備一般都要設(shè)置專用的平臺與梯子，在工程設(shè)計的分工中，塔平臺與梯子一般由管道專業(yè)工程師規(guī)劃并委托設(shè)備專業(yè)工程師設(shè)計，管道專業(yè)在規(guī)劃設(shè)備平臺時，主要基于以下幾點考慮平臺設(shè)置：(1)安全通道間距應(yīng)符合防火規(guī)范要求；(2)平臺荷載應(yīng)滿足設(shè)備外壁受力要求；(3)平臺設(shè)置應(yīng)滿足敷塔管道閥門、儀表、彈簧支吊架的檢修及操作要求；(4)在滿足最小通行間距的前提下，盡量減少平臺的數(shù)量和尺寸，節(jié)約造價；(5)平臺間通道應(yīng)盡量平整、通暢、美觀。

本文剖析塔聯(lián)合平臺這一類較復(fù)雜的設(shè)計類型的規(guī)劃方法，及一些有用的設(shè)計技巧，并設(shè)計了一個判斷聯(lián)合平臺通道尺寸是否滿足最小凈寬的計算工具。

1 塔聯(lián)合平臺設(shè)計的要點

1.1 幾種典型的塔布置方式

(1)直線布置。塔直線布置是最常見的聯(lián)合布置方式(圖1)，通常有塔中心線對齊與切線對齊兩種方式，直線布置的塔群有管道進出管廊距離最短，檢修側(cè)空間大，整齊美觀等優(yōu)點，缺點是對裝置的橫向空間占地有一定要求。

圖1 直線布置

(2)三角形或矩形成排布置。當塔之間有直接進料關(guān)系且工藝有自流等要求的時候，可按照實際情況將塔成排布置，采用此種布置方式時應(yīng)將較小的塔放在外側(cè)，盡量減少對內(nèi)側(cè)塔檢修的阻礙，如圖2所示。

圖2 三角布置

(3)構(gòu)架內(nèi)布置。如圖3所示，以下情況下時宜采用構(gòu)架布置。

圖3 構(gòu)架布置

①直徑小于等于1 000 mm的塔，由于本身穩(wěn)定性的問題，一般考慮放入構(gòu)架內(nèi)，或放在構(gòu)架兩側(cè)。

②對于設(shè)備材料比較特殊，設(shè)備外壁受力小或不宜焊接的設(shè)備，需沿設(shè)備設(shè)置構(gòu)架檢修。

③部分特殊的塔器如焦化裝置的焦炭塔，需在設(shè)備上部安裝除焦井架等，且設(shè)備間歇操作，溫差變化較大，采用構(gòu)架進行檢修。

下文主要針對第一種最常見的直線型布置塔的聯(lián)合平臺進行分析。

1.2 幾種典型的聯(lián)合平臺布置方式

(1)“球場型”布置，此種布置方式通常用于直徑較小的多臺鏡像或?qū)ΨQ的立式設(shè)備(圖4)。這種布置方式有以下優(yōu)點：①檢修方便；②設(shè)備可就近布置，減少占地；③可共用直梯或斜梯；④簡潔美觀；⑤設(shè)備間平臺較寬，可用于放置調(diào)節(jié)閥組，采樣器，儀表箱等小型設(shè)施。

圖4 “球場型”布置

(2)“葫蘆型”布置，當設(shè)備距離較遠或設(shè)備直徑較大時，采用“球場型”布置，設(shè)備平臺梁跨距較大，為了減少施工成本，往往采用“葫蘆型”布置，如圖5所示。采用此種布置方式，可以利用設(shè)備間的間距設(shè)置斜梯和走道，盡量減少使用直梯，使檢修通道合理通暢。這種布置方式有以下優(yōu)點：①節(jié)省成本；②減小設(shè)備平臺梁跨度，減少設(shè)備受力，增加平臺凈空；③利用設(shè)備間的間距設(shè)置斜梯和走道，減少使用直梯，使檢修通道合理通暢；④整齊美觀。

圖5 “葫蘆式”布置

(3)“樓梯間或電梯”布置如圖6所示。

圖6 “樓梯間或電梯”布置

當立式設(shè)備管嘴較多，高度較高，需檢修巡檢層數(shù)較密集時，可在塔群之間設(shè)置樓梯間。這種布置方式有以下優(yōu)點：①可滿足復(fù)雜的塔群的樓梯設(shè)置；②可利用樓梯間敷設(shè)塔的公用工程管道；③整齊方便的斜梯規(guī)劃。

但同時也有有如下缺點：①設(shè)計造價提高；②由于樓梯間與塔平臺間存在熱位移，管道在樓梯間支撐需設(shè)彈簧支吊架；③占用吊車檢修空間。

2 塔聯(lián)合平臺設(shè)計的技巧

2.1 幾種典型的聯(lián)合平臺通道布置方式

(1)當兩層設(shè)備平臺標高一致或接近時，平臺之間直接用走道配合踏步連接，走道應(yīng)盡量靠近設(shè)備中心線，多層的聯(lián)合平臺走道上下應(yīng)對齊，以便使管道側(cè)形成一個可供公用工程管道垂直敷設(shè)的縱向走廊，如圖7所示。

圖7 走道式聯(lián)合平臺

對于聯(lián)合平臺上工程管道(蒸汽，非凈化風線等)，可統(tǒng)一沿管道側(cè)的聯(lián)合平臺外延敷設(shè)，如圖8所示。

圖8 敷塔管道俯視圖

(2)當兩層設(shè)備平臺標高不同時，平臺之間用斜梯連接，斜梯與走道應(yīng)間次錯開(圖9)。一般情況下，斜梯走雙跑的外側(cè)，一方面增大了內(nèi)側(cè)平臺的大小以便于配管；另一方面，斜梯布置在外側(cè)可更靈活的利用水平間距調(diào)整斜梯位置。

圖9 斜梯式聯(lián)合平臺

當平臺用斜梯連接時，以下尺寸間距應(yīng)注意：D1、D2應(yīng)大于800 mm。故有以下不等式：

式(1)～(6)中：x1為斜梯起步距A塔水平距離(mm)；x2為斜梯起步距A塔水平距離(mm)；R1為A塔外徑(含保溫)(mm)；R2為B塔外徑(含保溫)(mm)；W1為A塔平臺外徑(mm)；W2為B塔平臺外徑(mm)；L1為內(nèi)側(cè)走道寬度(mm)；L2為外側(cè)走道寬度(mm)；D1為A塔最小通行尺寸(mm)；D2為B塔最小通行尺寸(mm)；H為斜梯高度(mm)，注：按照45°斜梯考慮，此高度即為兩層平臺高差。

規(guī)劃平臺層高時應(yīng)注意以上不等式，當D1和D2無法避免小于800時，應(yīng)考慮增大L1，即將斜梯向外側(cè)移動以滿足通行空間，但應(yīng)注意L1+L2不應(yīng)大于平臺外徑。

2.2 判斷通道尺寸的技巧

在已知兩塔外徑(R1R2)、間距(X)、平臺高差(H)、內(nèi)側(cè)走道寬度(L1)的情況下，塔的通行尺寸是否滿足通道最小凈寬(D≥800 mm)的要求，是塔聯(lián)合平臺設(shè)計時設(shè)計人必須要校核的問題，現(xiàn)實中設(shè)計人往往需要按照實際尺寸放樣才能知道通道尺寸是否滿足最小凈寬要求，這樣的辦法必然會消耗設(shè)計人大量時間，降低設(shè)計效率。本文針對該問題，通過公式帶入變換，求得D值與上述已知參數(shù)的數(shù)值關(guān)系，并利用Excel公式編程，提出一種快速判斷通道尺寸是否滿足最小凈寬的技巧。

已知兩塔間距X=X1+X2+H，經(jīng)不等式計算可知，當D1=D2=D時，布置最緊湊，在可以通行的前提下，H值最小，所以利用勾股定理得到式(7)：

式中：H為輸入變量；R1,R2,L1為已知變量；D為控制變量，通過式(8)(計算過程略)，求出D的值：

將此公式輸入Excel計算程序，即可輕松得出在不同斜梯高度下通行尺寸的準確數(shù)值，準確判斷斜梯是否可以布置。通過對比得出，在其他元素值一定的前提下，隨著斜梯高度的增加，通行寬度尺寸在逐漸減少，當斜梯達到某一臨界高度時，通行凈寬最接近800 mm,當斜梯高度繼續(xù)增大時，通行寬度即不滿足最小凈寬的要求。通過表1數(shù)據(jù)可知當斜梯高度高于3 400 mm時，通行寬度即不能滿足通行最小凈寬要求。

表1 不同斜梯高度下的通行尺寸

2.3 其他聯(lián)合平臺設(shè)計時應(yīng)注意的問題

(1)安全梯的設(shè)置。根據(jù)GB 50160—2008 《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準(2018 年版)》第5.2.26條第3、第4條規(guī)定。

甲類氣體和甲、乙A類液體設(shè)備聯(lián)合平臺的長度小于或等于15 m；

乙類氣體和乙B、丙類液體設(shè)備聯(lián)合平臺的長度小于或等于25 m的，可設(shè)置1個通往地面的梯子，否則應(yīng)設(shè)置不少于2個通往地面的梯子。

增加的安全梯可選用直梯，盡量設(shè)置在遠離斜梯的設(shè)備另一側(cè)，并與塔上的液位計合并考慮以兼做檢修液位計的直梯。

(2)聯(lián)合平臺應(yīng)考慮設(shè)備間熱位移。由于各層平臺生根的設(shè)備熱脹不同，聯(lián)合平臺搭接處應(yīng)采用鉸接[1]，或預(yù)留間隙，避免因熱脹導(dǎo)致的碰撞及焊縫撕裂。

(3)聯(lián)合平臺層高的設(shè)置。對于多塔的聯(lián)合平臺，應(yīng)盡量將人孔所在層設(shè)置為同一標高，以方便設(shè)備檢修，且開設(shè)人孔處平臺應(yīng)適當加寬。

(4)聯(lián)合平臺上閥組的設(shè)置。對于在塔聯(lián)合平臺上設(shè)置的閥組，應(yīng)注意閥組生根點的平臺位移，盡量利用自然補償吸收熱脹，無法利用自然補償解決的，應(yīng)設(shè)彈簧。

3 結(jié)語

塔的聯(lián)合平臺設(shè)計，是管道設(shè)計中一類比較復(fù)雜的設(shè)計問題，涉及的問題很多，如：消防及安全的要求、設(shè)備人孔、管嘴的角度、標高、設(shè)備內(nèi)件檢修吊裝的要求、儀表液位計等元件的安裝檢修要求，巡檢通道的合理布置與梳理以及最大化減少投資的要求等。塔聯(lián)合平臺相比較于單塔平臺，減少了直梯，減少操作人員攀爬次數(shù)，擴大了檢維修空間，優(yōu)化了巡檢路線。

本文通過平時對塔聯(lián)合平臺布置的思考，編寫了塔平臺高差自動計算的小程序，得出在其他元素值一定的前提下，隨著斜梯高度的增加，通行寬度尺寸在逐漸減少，當斜梯達到某一臨界高度時，通行凈寬最接近800 mm,當斜梯高度繼續(xù)增大時，通行寬度即不滿足最小凈寬的要求。