板式塔的配管設(shè)計(jì)

摘 要：板式塔在石油化工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。從塔的開口方位、梯子平臺布置、管道布置和支吊架設(shè)置等方面論述了塔的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：板式塔;管口方位;管道布置;支吊架

在石油化工行業(yè)，塔被廣泛用于氣相和液相間或液相和液相間的傳質(zhì)及傳熱過程，如精餾塔、吸收塔常用于氣相和液相間的傳質(zhì);萃取塔常用于液相和液相間的傳質(zhì)。根據(jù)塔的結(jié)構(gòu)，將其劃分為兩大類型：板式塔與填料塔。在板式塔內(nèi)，氣液兩相成梯級變化，按照塔板上氣液流向的不同可分為氣液呈錯流的塔板、氣液呈逆流的塔板和氣液呈并流的塔板。其中氣液呈錯流的塔板的傳質(zhì)傳熱效果較好，因而在生產(chǎn)上得到了廣泛使用。

1 塔體管口方位

板式塔的管道設(shè)計(jì)是配管設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，管道設(shè)計(jì)的首要工作是塔的的開口方位的確定。板式塔的開口設(shè)計(jì)要符合工藝設(shè)計(jì)要求，同時(shí)，根據(jù)塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，管口方位要便于操作、檢修并考慮與塔管口相連的管道的設(shè)計(jì)，做到整齊美觀、經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)塔的布置將塔的周圍大致劃分為操作側(cè)和管道側(cè)，見圖1。

操作側(cè)主要是為了方便操作及維修，梯子平臺、儀表和人孔等通常設(shè)置在操作側(cè)。管道側(cè)主要用于布置工藝管道和公用工程管道。同時(shí)，塔的管口方位應(yīng)避免與塔內(nèi)構(gòu)件相撞。塔的開口劃分為塔頂開口、塔體開口和塔底開口。

1.1 塔頂開口

塔頂氣相的開口設(shè)置在塔頂封頭的中間位置，安全閥與放空管的開口通常在塔頂氣相開口附近設(shè)置，也可設(shè)置在塔頂氣相管道的頂部。

1.2 塔體開口

塔體回流液開口：氣相回流口應(yīng)設(shè)置在受液盤的下方，液相回流口依據(jù)塔板溢流方式而各不相同。對于單溢流塔板，當(dāng)開口處有擋板時(shí)，回流口設(shè)置在降液管的對側(cè)。當(dāng)回流口帶三通或分配管時(shí)，回流口開在降液管對面受液盤的正上方。當(dāng)回流口帶直管時(shí)，可開在降液管的90°和270°方位。雙溢流塔板，降液管在中間，開口處帶擋板時(shí)，應(yīng)垂直于降液管對稱布置。當(dāng)回流口帶三通或分配管時(shí)，開口方向與降液管平行。當(dāng)回流口分配管帶彎頭時(shí)，可在任意方位開口。降液管在兩側(cè)時(shí)，可在垂直于降液管的0°、180°方向的左右各45°范圍內(nèi)開口。

進(jìn)料開口：為了避免進(jìn)料對穩(wěn)定的操作狀態(tài)產(chǎn)生較大的干擾，在設(shè)置進(jìn)料開口時(shí)應(yīng)在進(jìn)料口附近留一定的緩沖空間，以免造成液面較大波動。板式塔的進(jìn)料口，設(shè)置在塔板上方，當(dāng)塔帶有降液管時(shí)，將管口設(shè)置在距降液管最遠(yuǎn)的方位，設(shè)置原則與回流口相同。當(dāng)有多重進(jìn)料時(shí)，應(yīng)布置在同一方位，各支管設(shè)置切斷閥。

油氣返回口：若只有一個(gè)油氣返回口，返回口布置在平行于受液槽的塔中心線上;若有兩個(gè)油氣返回口時(shí)，兩個(gè)返回口均應(yīng)設(shè)置在平行于受液槽的方位，且兩個(gè)返回口方向相反。

側(cè)線抽出口：單溢流塔盤的抽出管口應(yīng)在受液盤的區(qū)域內(nèi)布置，雙溢流塔盤的抽出口設(shè)置在中間降液管下方受液槽的兩端，方位應(yīng)設(shè)置在平行于降液管的塔中心線上，抽出口的方位可在操作側(cè)任意設(shè)置。

儀表開口：液位計(jì)開口應(yīng)避開進(jìn)料或重沸器返回口正對面60°范圍內(nèi)，接口處設(shè)有擋板時(shí)除外，避免液面受到流入液體沖擊造成較大的干擾。溫度計(jì)測量氣相溫度時(shí)，管口應(yīng)設(shè)置在塔盤下方;測量液相溫度時(shí)，管口應(yīng)設(shè)置在降液管區(qū)域，且不高于塔盤上方100mm。測量壓力時(shí)，接口應(yīng)設(shè)置在塔的氣相區(qū)域，使壓力計(jì)避免受到液位壓頭的影響。進(jìn)行氣相采樣時(shí)，取樣口應(yīng)避開降液管的氣相區(qū)域;進(jìn)行液相采樣時(shí)，取樣口應(yīng)設(shè)置在降液管區(qū)域的塔板持液層內(nèi)。

人孔：人孔一般設(shè)在操作側(cè)。設(shè)置人孔時(shí)，必須考慮塔的內(nèi)部構(gòu)造，一般將其設(shè)置在鼓泡區(qū)，不得設(shè)置在降液管的上方。人孔中心一般高于平臺0.75m至1.25m ，同一個(gè)塔上的人孔宜布置在同一方位上，既方便又美觀。

手孔：對于直徑較小的塔，不方便設(shè)置人孔時(shí)，為了便于檢查和維修，可設(shè)置手孔，手孔位置的確定同人孔一致，手孔中心一般高于平臺0.8m至1.4m。

1.3 塔底開口

塔底抽出口應(yīng)布置在底部封頭的中部。塔底泵的抽出口高度應(yīng)滿足塔底泵的有效汽蝕余量，并延伸到裙座外。

2 塔的梯子平臺

梯子、平臺一般設(shè)置在操作區(qū)，平臺高度主要取決于管口高度，對于人孔、手孔和工藝管口的位置均需要設(shè)置平臺，儀表管口則以盡量設(shè)置為原則，位置特殊的儀表口設(shè)置直梯，平臺寬度根據(jù)需要而定，平臺間直梯高度大于10米時(shí)應(yīng)設(shè)置中間休息平臺。

3 管道布置

塔的管道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足工藝要求，方便操作及檢修，管道的布置應(yīng)盡量做到經(jīng)濟(jì)合理、整齊美觀。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)自上而下規(guī)劃，優(yōu)先布置塔頂管道、大管徑管道及自流管道，再布置壓力管道和一般管道，最后再考慮塔底管道和小管徑管道的布置。管道應(yīng)沿塔體敷設(shè)，靠近塔的外壁。沿塔體敷設(shè)的管道，盡量布置在距設(shè)備中心同一曲率半徑上，或者平行于塔切線，如圖2所示。

塔器管道包含塔頂管道、塔體側(cè)面管道和塔底管道。

3.1 塔頂管道的布置

塔頂管道包含塔頂油氣、安全閥、放空等。塔頂油氣管道一般靠近冷凝器布置，進(jìn)入冷凝器的管道在滿足管道柔性的條件下應(yīng)盡量短，且應(yīng)做到步步低，避免出現(xiàn)袋形。如接至空氣冷卻器，管道應(yīng)對稱布置。放空和安全閥的管道有直接排放和密閉排放。塔頂?shù)姆趴展艿劳ǔ２贾迷陧敳坑蜌夤艿栏唿c(diǎn)的水平管線的頂部。

3.2 塔體側(cè)面管道的布置

塔體側(cè)面管道包含回流、進(jìn)料、側(cè)線抽出、汽提蒸汽、重沸器入口和返回管道等。這些管道上的閥門應(yīng)直接與塔體管嘴連接，避免閥門關(guān)閉而積液。進(jìn)料管道和抽出管道在同一方位、不同高度上設(shè)置兩個(gè)以上的開口時(shí)，應(yīng)柔性連接，避免剛性連接。分餾塔側(cè)線到汽提塔管道的調(diào)節(jié)閥，靠近汽提塔布置，保證調(diào)節(jié)閥前的液柱高度滿足工藝要求。

3.3 塔底管道的布置

塔底管道劃分為塔底抽出管道和排液管道等。通常塔底操作溫度較高，在設(shè)計(jì)塔底管道時(shí)，首先應(yīng)滿足管道柔性。塔底抽出管進(jìn)泵時(shí)，管道應(yīng)盡量短且少拐彎，當(dāng)自然管段無法滿足自補(bǔ)償時(shí)，可采取改變管嘴方位或移動塔底泵的位置的措施，從而提高管道的柔性以降低泵管口處的應(yīng)力。塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上應(yīng)做到步步低，不得有袋形，避免塔底泵產(chǎn)生汽蝕，抽出線上的隔斷閥應(yīng)盡量靠近塔體布置。塔底重沸器與塔連接的氣、液相管道應(yīng)對稱布置，從而降低壓降。

4 塔器管道支吊架的設(shè)置

沿塔敷設(shè)的管道均應(yīng)設(shè)置承重支架和導(dǎo)向支架，有需要時(shí)應(yīng)增設(shè)彈簧支架。為了減少管嘴的受力，應(yīng)將固定承重支架安裝在靠近管口處。如果管道重量過大，一個(gè)承重支架無法滿足條件時(shí)，可增設(shè)彈簧支架。敷塔管道距離較長時(shí)，在承重支架下方設(shè)置導(dǎo)向支架。導(dǎo)向支架間距按表1選用。

導(dǎo)向支架設(shè)置如圖3所示，布置間距為h，第一個(gè)導(dǎo)向支架距固定承重支架應(yīng)是h/2±1，最下方的導(dǎo)向支架距離彎頭的間距為D，D應(yīng)大于或等于h/2，如果支架在水平方向和垂直方向均可以移動，D最小取h/3，最大取h，可適當(dāng)調(diào)整中間導(dǎo)向支架間距以保持D值。在圖3中，大管徑管道的F較大，如果熱位移無法在A范圍內(nèi)吸收，此固定支架應(yīng)選擇管口伸出方向可移動的支架。當(dāng)管道離開塔管口即刻轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)在距離管口最近的立管處設(shè)置固定承重支架;當(dāng)管道在中間位置轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮熱應(yīng)力后再確定彎管下的第一個(gè)支架選用固定承重支架或?qū)蛑Ъ堋．?dāng)H和J均很小時(shí)，轉(zhuǎn)彎后的第一個(gè)支架選用固定承重支架，彎管上部可不設(shè)置支架。

5 結(jié)語

塔在石油化工裝置中有著廣泛的應(yīng)用，塔的管道設(shè)計(jì)，在滿足工藝要求的同時(shí)，還需要考慮管道的柔性、熱應(yīng)力及塔體的熱位移和基礎(chǔ)沉降等情況，且應(yīng)方便操作及檢修，并盡量節(jié)約材料使布置經(jīng)濟(jì)合理、整齊美觀。

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作者簡介：

王麗（1988.01.01），性別：女;籍貫：安徽亳州;民族：漢;學(xué)歷：碩士、研究生;職稱：中級工程師;職務(wù)：配管工程師;研究方向：配管設(shè)計(jì)。