蔣啟忠

（廣東中化石油化工設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510700）

在石油化工生產(chǎn)中，塔是一種常用設(shè)備，常見的塔器設(shè)備包括洗滌塔、萃取塔、吸收塔、反應(yīng)塔等，這些塔器設(shè)備是液液和氣液之間進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)的重要設(shè)施，在石化生產(chǎn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近年來，隨著石油化工生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，對(duì)塔器設(shè)備的布置及配管設(shè)計(jì)提出了更高要求，各企業(yè)越來越關(guān)注對(duì)塔布置及配管設(shè)計(jì)的優(yōu)化，力求發(fā)揮塔器設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中的最大作用。

1 塔器與配管簡(jiǎn)介

塔器是一種用于氣體和液體、液體和液體傳熱和傳質(zhì)的設(shè)備，在石油化工生產(chǎn)中是許多裝置單元的核心設(shè)備。石油化工生產(chǎn)中，塔器的類型眾多，根據(jù)塔的用途不同，可以將其劃分為用于氣液相間傳質(zhì)的吸收塔、解吸塔、精餾塔和汽提塔等，以及用于液液相間傳質(zhì)的萃取塔等[1]。各類塔器應(yīng)用于石油化工生產(chǎn)，除了塔器本身的布置非常重要外，還要關(guān)注塔的配管設(shè)計(jì)，塔中管道的配置直接會(huì)影響塔的性能，不合理的配管設(shè)計(jì)方案可能影響塔器運(yùn)行的穩(wěn)定性，無法滿足石油化工生產(chǎn)的需求，甚至?xí)碓S多安全隱患。塔器布置與配管設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)復(fù)雜性，在實(shí)際工作中涉及的塔和管道較多，配管設(shè)計(jì)難度較大，可能出現(xiàn)配管設(shè)計(jì)不符合塔器運(yùn)行需求或與塔配置情況脫節(jié)的問題。

石油化工生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)人員要在了解塔器設(shè)備所有管道材料的基礎(chǔ)上，從塔頂、塔側(cè)、塔底等不同角度展開深入分析，明確石油化工生產(chǎn)對(duì)塔器設(shè)備使用的需求，以需求為導(dǎo)向展開優(yōu)化設(shè)計(jì)，力求提高塔器設(shè)備的配管效果。設(shè)計(jì)人員要保證在所有管道安裝結(jié)束后，各條管道能滿足石油化工生產(chǎn)對(duì)塔的配管協(xié)調(diào)性提出的要求，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證塔所有管道配置的合理性，解決塔器設(shè)備和管道之間的矛盾，為塔器的安全運(yùn)行提供保障。設(shè)計(jì)人員要從石油化工生產(chǎn)的實(shí)際情況出發(fā)，明確生產(chǎn)實(shí)際對(duì)塔器設(shè)備的需求，將目光放在整個(gè)石化生產(chǎn)工藝高度，評(píng)估怎樣布置塔和配置管道，能避免不合理的布置和設(shè)計(jì)方式給正常生產(chǎn)工序造成的不良影響。塔在運(yùn)行過程中與石油化工生產(chǎn)中的其他設(shè)備、儀器儀表有著密切聯(lián)系，在塔布置和配管設(shè)計(jì)中要充分考慮此類問題，盡量保證相連管道設(shè)計(jì)的合理性、適應(yīng)性，進(jìn)一步優(yōu)化塔的性能，提高塔的使用成效。塔布置和配管設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)考慮塔在后期運(yùn)行中的檢修和保養(yǎng)要求，盡量保證塔與相關(guān)管道布置的合理性，確保塔器所處位置方便后期保養(yǎng)和維修，避免塔器在運(yùn)行過程中因?yàn)辇嫶髾z修量導(dǎo)致的額外成本支出。

2 石化裝置塔的布置

2.1 塔器平面布置要求

塔器的平面布置要符合石油化工生產(chǎn)工藝，塔器和塔器或者與其他設(shè)備間要保持足夠的安全距離，盡量縮短管道和線路的距離，在同一生產(chǎn)單元盡量采用集中布置的形式。根據(jù)石油化工生產(chǎn)特點(diǎn)，在塔器的平面布置中，要根據(jù)塔的直徑確定大體布置形式。通常，直徑小于1 000 mm 的塔器，需要布置在框架內(nèi)，憑借框架的支撐提高塔器的穩(wěn)定性，直徑大于1 000 mm 的塔器可以布置在石化裝置的邊緣，要保證布置形式方便對(duì)石化裝置和塔器進(jìn)行調(diào)查、檢修。

塔的管廊立柱中心要和外壁保持一定間距，間距一般不能低于3 m；塔器和塔器之間至少要保持2.5 m間距，便于在兩塔中間設(shè)置平臺(tái)和管道[2]。對(duì)框架側(cè)布置的兩個(gè)或以上的塔，要保證塔的中心線對(duì)接，采用單排布置或三角形布置的形式，結(jié)合塔的實(shí)際布置情況完成聯(lián)合平臺(tái)的設(shè)置。

塔器的平面布置，不僅要滿足石油化工生產(chǎn)工藝的要求，還要思考采用的平面布置方式，是否留有足夠的操作空間、配管空間，要預(yù)留足夠大小的檢修區(qū)、配管區(qū)，配管側(cè)盡量靠近配管區(qū)或管廊，便于管道進(jìn)出；維修側(cè)設(shè)置在靠近通道或吊裝位置，方便工作人員進(jìn)行維修、吊裝等操作。

2.2 塔器安裝高度控制

塔器布置過程中，如果石化裝置是利用壓差或重力流將物料送往下游設(shè)備，要根據(jù)石化裝置的內(nèi)壓和下游設(shè)備的壓力確定塔器的高度；如果采用泵抽塔底物料，在設(shè)置塔安裝高度時(shí)，要考慮管道的壓力降和泵的汽蝕余量。在塔的安裝高度控制中，設(shè)計(jì)要考慮配管要求和塔器、石化裝置的操作要求，塔的基礎(chǔ)、裙座、再沸器等基礎(chǔ)高度要統(tǒng)一進(jìn)行考慮，不僅要滿足石油化工生產(chǎn)工藝的要求，還應(yīng)考慮生產(chǎn)過程中相關(guān)應(yīng)力條件，確保塔器安裝高度滿足石化裝置運(yùn)行的需要。

成組布置的塔器，通常要設(shè)置聯(lián)合平臺(tái)，設(shè)計(jì)要根據(jù)塔器的裙座高度決定，在聯(lián)合平臺(tái)高度和裙座高度無法齊平時(shí)，可以設(shè)置錯(cuò)層樓梯為平臺(tái)通行提供保障。塔器安裝高度設(shè)置中，要考慮配管方面的要求，塔器高度應(yīng)滿足管道通行的基本要求，滿足檢修、操作和保養(yǎng)對(duì)塔器最小凈空高度的要求，避免塔器安裝高度設(shè)置不合理影響后期各類業(yè)務(wù)操作。

2.3 操作平臺(tái)設(shè)置

石化裝置塔布置過程中，針對(duì)塔器上設(shè)置有閥門、儀表、人孔、手孔、管口的部位，都要設(shè)置操作平臺(tái)，操作平臺(tái)寬度要根據(jù)各部門檢修和操作條件決定，盡量在不影響正常作業(yè)的條件下增加操作平臺(tái)的寬度。如果一些平臺(tái)的人孔高度無法滿足要求，可以將平臺(tái)的人孔部分標(biāo)高和其他部分標(biāo)高取不同值，用斜梯連接不同標(biāo)高部分，滿足不同操作平臺(tái)間的通行需求。塔器上各平臺(tái)的寬度要體現(xiàn)出適宜性，避免平臺(tái)寬度過小影響操作安全，避免寬度過大導(dǎo)致塔器負(fù)載。設(shè)計(jì)人員要明確各平臺(tái)之間斜梯的最大高度，一般最大高度不超過8 m，最下層平臺(tái)高度至少要高出地面2.2 m，為下方通行安全或檢修、吊裝等作業(yè)創(chuàng)造良好條件。塔器操作平臺(tái)的設(shè)置，要綜合考慮單塔和組塔的布置情況。針對(duì)兩個(gè)或以上的塔組成的布局結(jié)構(gòu)，要重視聯(lián)合平臺(tái)的設(shè)置，根據(jù)不同類型塔的人孔、管口高度，盡量保證不同塔之間聯(lián)合平臺(tái)高度一致；對(duì)兩塔之間管口、人孔高度不一致的情況，也要采取設(shè)置斜梯的方式保證兩塔之間的正常通行[3]。如果塔器布置在靠近框架的位置，平臺(tái)和框架之間也可以設(shè)置通道，成組的塔可以將平臺(tái)連接起來。需要注意的是，針對(duì)操作工況不同可能引起的熱膨脹差異，兩塔之間的操作平臺(tái)優(yōu)選鉸接方式進(jìn)行連接，保證兩塔間平臺(tái)設(shè)置的牢固性。

3 石化裝置塔器配管設(shè)計(jì)

3.1 塔器管口方位設(shè)計(jì)

在確定塔器管口的方位時(shí)，設(shè)計(jì)人員要了解石化裝置對(duì)塔器及管道提出的要求。塔一般需要在裝置的管道側(cè)或者檢修側(cè)進(jìn)行設(shè)置。在塔器的檢修側(cè)，要預(yù)留足夠的作業(yè)空間，方便作業(yè)人員展開吊裝、檢修等操作，并且要在靠近道路的一方進(jìn)行設(shè)置。在配管設(shè)計(jì)中，可以不用考慮管道側(cè)的管口方位，其余管口方位要重點(diǎn)考慮生產(chǎn)工藝的條件，根據(jù)塔內(nèi)介質(zhì)形態(tài)、進(jìn)口分布器和探班形式等確定管口的方位。在塔器設(shè)備上，所有的管口在方位的布置上，都要以生產(chǎn)工藝為導(dǎo)向，先要做好塔頂?shù)呐涔茉O(shè)計(jì)，控制好管徑、管道走向等情況，按照從上到下的順序設(shè)計(jì)其他類型的管道。

塔盤間各類管道出口方位的設(shè)計(jì)中，為了便于人員的出入，要將人孔設(shè)置在檢修區(qū)域。塔頂、塔釜等部位的管口設(shè)置，要根據(jù)配管具體情況來確定管口的方位。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，管口要盡量靠近受液槽，但也要和降液管保持安全距離，避免管口和塔器內(nèi)的各類器件發(fā)生碰撞，重點(diǎn)對(duì)塔上各部位管口位置的角度展開調(diào)整。

針對(duì)溫度計(jì)、壓力表管口的設(shè)置，盡量避免在人孔的周圍設(shè)置，溫度計(jì)和壓力表的管口要設(shè)置在塔上對(duì)應(yīng)的區(qū)域，如溫度計(jì)管口應(yīng)設(shè)置在液相區(qū)，壓力表管口應(yīng)設(shè)置在氣相區(qū)。假如塔器布置在結(jié)構(gòu)框架當(dāng)中，在溫度計(jì)和壓力表與梁接近的情況下，需要考慮后期的安裝和檢修條件，明確溫度計(jì)和壓力表管口的設(shè)置是否合理，避免在后期操作中引起溫度計(jì)和壓力表管口與梁相撞[4]。板式塔的配管設(shè)計(jì)中，應(yīng)控制好溫度計(jì)與壓力表管口和降液管的關(guān)系，不能在安裝儀器儀表或者設(shè)置管口時(shí)與降液管發(fā)生碰撞，在設(shè)計(jì)好管口后，儀器儀表要盡量設(shè)置在平臺(tái)的操作范圍內(nèi)，便于后續(xù)開展相關(guān)作業(yè)。

3.2 塔上管道的布置

3.2.1 附塔管道布置

在塔的配管設(shè)計(jì)中，從塔的不同位置考慮，可分為塔頂、塔側(cè)和塔底三種類型的管道，不同類型管道的設(shè)計(jì)有著不同條件。塔頂?shù)闹饕艿烙邪踩y的進(jìn)出口、頂油氣線等；塔側(cè)則有進(jìn)料管、回流管等；塔底管道主要是塔釜抽出和排液管道。塔的配管設(shè)計(jì)中，要根據(jù)生產(chǎn)的工藝條件，控制好塔器的管理布置情況，盡量將管道設(shè)置在配管區(qū)域，人孔、儀表等應(yīng)設(shè)置在操作區(qū)域。在布置管道的過程中，設(shè)計(jì)人員要重點(diǎn)把控好塔上管道布置的間距，嚴(yán)格控制管道外壁和管道之間的距離，一般情況下二者要至少間隔300 mm。

3.2.2 塔頂配管設(shè)計(jì)

塔頂氣相配管設(shè)計(jì)中，要考慮到裝置運(yùn)行時(shí)氣相管道溫度較高的特點(diǎn)，將氣相管道設(shè)計(jì)成“L”型，保證氣相配管設(shè)計(jì)滿足相關(guān)應(yīng)力要求。塔頂氣相配管設(shè)計(jì)中，要避免液袋問題，防止積液產(chǎn)生；在設(shè)置空冷器時(shí)，與空冷器連接的管道盡量采用對(duì)稱布置的形式，保證其阻力降相同，規(guī)避偏流的問題。

塔頂安全閥的排放管配置中，排放至大氣的安全閥通常設(shè)置塔頂人孔下的第一層平臺(tái)，而安全閥排放管的位置設(shè)置要考慮安全閥的位置。針對(duì)排放至火炬系統(tǒng)的安全閥，通常設(shè)置在高于火炬縱管的平臺(tái)上，在配管設(shè)計(jì)時(shí)要計(jì)算入口段壓損，入口段壓損不能低于安全閥定壓值的3%，如果不滿足條件可以適當(dāng)擴(kuò)大管徑；安全閥出口段壓損不能大于定壓制的10%，如果不滿足條件也可以選擇擴(kuò)徑[5]。如果安全閥的出口管道和火炬總管相連，建議按45°從頂部順流接入。

3.2.3 塔側(cè)配管設(shè)計(jì)

塔側(cè)配管設(shè)計(jì)中，對(duì)最常見的進(jìn)料管道，要保證進(jìn)料管道能向裝置正常供應(yīng)物料，根據(jù)鄰近裝置對(duì)不同物料的需求，以及塔內(nèi)介質(zhì)出來對(duì)管道材質(zhì)的需求，靈活選擇進(jìn)料管道的材質(zhì)和連接方式。對(duì)塔側(cè)的回流管道，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合不同回流功能需求，確定好管道的內(nèi)徑，控制好管道布置高度和設(shè)置角度，保證管道的回流功能可以滿足石化裝置與塔器連接的要求。塔側(cè)返回管道的設(shè)計(jì)中，要保證返回管道能順利對(duì)需要返回的物料進(jìn)行處理，根據(jù)裝置運(yùn)行對(duì)塔側(cè)返回管道的需求，合理設(shè)計(jì)管道的材質(zhì)、內(nèi)徑、位置、長(zhǎng)度等，便于返回的物料能及時(shí)得到處理。

3.2.4 塔底配管設(shè)計(jì)

塔底配管設(shè)計(jì)，由于塔器底部管道的操作溫度普遍處在飽和狀態(tài)，塔底出口和泵連接的管道要具有足夠柔軟性，以降低泵口受力；要盡量減小管道長(zhǎng)度和管道壓損問題，盡量少設(shè)計(jì)拐彎的管道，為泵的正常運(yùn)行創(chuàng)造良好條件。塔底配管設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)與應(yīng)力工程師的溝通，結(jié)合管道結(jié)構(gòu)展開合作，在協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上保證塔底管道的柔性能滿足裝置和塔器運(yùn)行對(duì)塔底配管設(shè)計(jì)提出的要求。

3.3 塔器管道支架設(shè)計(jì)

塔器管道支架的設(shè)計(jì)中，要考慮不同工況下塔器和管道之間的溫差，明確塔器布置和配管設(shè)計(jì)要求，合理設(shè)計(jì)管道支架；如果支架設(shè)置在需要進(jìn)行熱處理的塔上，需要提前在塔上設(shè)置隔熱板。在塔的配管設(shè)計(jì)中，要注意作業(yè)安全問題，對(duì)設(shè)置在塔外壁的承重支架，需要考慮最不良工況對(duì)生根支架的布置要求，合理設(shè)計(jì)管道支架[6]。首先，從塔頂出來的管道或側(cè)線進(jìn)出口的管道，要將靠近管口進(jìn)出位置的第一個(gè)支架設(shè)置為承重支架，隨后根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果設(shè)置第二個(gè)承重支架時(shí)考慮彈簧支吊架的問題。人工計(jì)算和選擇該部位的彈簧支吊架時(shí)，要先確定該點(diǎn)管道的熱脹量，計(jì)算公式如下。

公式（1）中，Δt代表管系熱脹量；ΔT代表管系溫升；為線膨脹系數(shù)；U為管系兩端點(diǎn)的直線距離；et為單位線膨脹量。

其次，設(shè)計(jì)人員要控制好導(dǎo)向支架的間距，根據(jù)管道直徑、荷載等參數(shù)確定導(dǎo)向支架的間距。最后，多根附塔管線支架的設(shè)置，要滿足跨距的相關(guān)規(guī)定，盡量將支架設(shè)置在同一層高，便于后期作業(yè)和維修，保持支架設(shè)置的美觀性。

4 結(jié)語

塔器設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中極其重要，塔器的布置和配管設(shè)計(jì)，直接會(huì)影響石化裝置運(yùn)行效果，影響石油化工生產(chǎn)的整體情況。要根據(jù)石油化工生產(chǎn)工藝及石化裝置運(yùn)行條件，合理布置塔器，優(yōu)化塔的配管設(shè)計(jì)，確保在石化裝置運(yùn)行過程中能發(fā)揮出塔和管道的實(shí)際作用。