國內外項目中尾氣洗滌塔的設計

張 瑋貴州東華工程股份有限公司 貴州貴陽 550002

國內外項目中尾氣洗滌塔的設計

張 瑋
貴州東華工程股份有限公司 貴州貴陽 550002

尾氣洗滌塔是尾氣處理中的核心設備，本文主要通過對國內外復合肥、黃磷、鋇鹽等生產裝置中尾氣處理工段里尾氣洗滌塔的設計方法進行闡述，旨在共同分享在采用不同國家標準對尾氣洗滌塔的設計經驗。

尾氣洗滌塔；設計

一、前言

目前，全球在化工生產過程中產生的廢氣中含有大量的有毒有害物質及煙塵，如果直接排放到大氣之中，對大氣將造成很大的污染。為了減小這種發展對環境的影響，各國都出臺了相關的政策，如美國環保署出臺的條例，提高了發電廠、煉油廠、化工廠和水泥廠的廢氣排放標準，法國對進行減排投資的企業進行減稅等政策，中國發布了《中國應對氣候變化國家方案》，并且采取了一系列強有力的相關政策措施。在現在日益嚴格的環保標準要求下，必須提高和完善尾氣處理能力，以達到當地的排放要求，尾氣洗滌塔是整個尾氣處理工段中最核心的設備，也是占尾氣處理投資中比較大的設備。所以，在對尾氣洗滌塔的設計時候，如何滿足當地認可的標準與規范，確保設備安全運行是比較值得研究的一個問題。

二、結構形式、設計參數與選材

1.結構形式

尾氣洗滌塔（圖1）的支撐都是采用裙座支撐，根據不同的需要在筒體內部由下至上設有填料段、洗滌噴淋段、絲網除沫器等。而下封頭主要有兩種：一種是橢圓封頭，另一種是斜底結構。在出口上分為直接進行排放、由一個風機引至另外的煙囪進行排放、連接至其他裝置進行再利用（如黃磷尾氣主要含一氧化碳，可回收作為原料氣使用）三種。其中直接進行排放的尾氣洗滌塔的總高度比較高，在出口處按需要設有防雨帽、避雷針、航空信標等。

圖1 尾氣洗滌塔

2.設計參數

在復合肥、黃磷、鋇鹽等生產裝置中尾氣處理工段里尾氣洗滌塔都有一個共同的特點就是都是微正（負）壓設備，設計壓力根據尾氣洗滌塔在工藝流程中所處的位置有所不同，有一類尾氣洗滌系統的風機設置在尾氣洗滌塔的進口處，這樣尾氣洗滌塔內部就會產生一定的微正壓，一般正壓不超過0.01MPa（表壓）；而另一類尾氣洗滌系統的風機設置在尾氣洗滌塔的出口處，在風機后面再設置一個煙囪來進行排放或者進行回收，在這種情況下尾氣洗滌塔內部就會產生一定的微負壓一般負壓不超過-0.008 MPa（表壓）。設計溫度40℃～90℃。

圖2 氣體洗滌塔裝置

3.設計標準選擇

國內項目主要采用的標準有：NB/T 47003.1-2009 《鋼制焊接常壓容器》、NB/T 47041-2014《塔式容器》、GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》等，國外項目主要采用的標準有：ASME Ⅷ-1-2015《Rules For Construction Of Pressure Vessels》、UBC-97《Uniform Building Code》等。

4.選材

對于采用碳鋼的洗滌塔而言，國內項目采用GB/T 3274-2007《碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》和GB 713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》，而國外項目采用的是ASTM A283 / A283M – 13《Standard Specification For Low And Intermediate Tensile Strength Carbon Steel Plates》和ASTM A516 / A516M - 10(2015) 《Standard Specification For Pressure Vessel Plates, Carbon Steel, For Moderate- and Lower-Temperature Service》。

對于不銹鋼的洗滌塔而言，國內項目采用GB 24511-2009《承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶》。而國外項目采用的是ASTM A240 / A240M - 15b《Standard Specification For Chromium And Chromium-Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications》。

對于采用含有硫酸等酸性物質洗滌的洗滌塔，在接觸酸性介質的部分，還需要襯橡膠或耐酸磚，襯里部分腐蝕余量取1mm。未襯里的碳鋼部分腐蝕余量取3mm，不銹鋼部分腐蝕余量取0mm。在腐蝕裕量的選取上，國內外沒有太大的區別。

三、設計計算

1.國內項目中的設計計算

對于采用國內標準設計的尾氣洗滌塔，塔體與裙座采用軟件SW6-2011中的塔器進行設計計算，如果下封頭為斜底的，斜底采用型鋼支撐，支撐型鋼可按兩端固支受均布載荷的力學模型來計算，許用應力可按相關標準查出，許用撓度可取1/500的型鋼總長。筒體內部有填料的，填料支撐型鋼可按兩端鉸支受均布載荷的力學模型來計算，許用應力可按相關標準查出，許用撓度可取1/（500～1000）的型鋼總長。

2.國外項目中的設計計算

對于采用國內標準設計的尾氣洗滌塔，塔體與裙座可以采用軟件PVELITE-2014進行設計計算，如果下封頭為斜底的，計算方法同國內計算方法，筒體內部有填料的，填料支撐型鋼計算方法也同國內計算方法。

3.設計計算中需要注意的問題

(1)大法蘭的優化設計（DN≥600mm）

如一個DN6600mm的尾氣洗滌塔上有一個DN2600的大法蘭，如果按PN0.25的壓力等級去選標準法蘭的話就會比較重，浪費材料。可按SW6-2011零部件或者PVELITE-2014中的法蘭來進行非標設計。通過減小法蘭外徑，減薄法蘭厚度，這樣大概能節省10～20%的材料。

(2)帶有排放筒的洗滌塔中的誘導振動判別

帶有排放筒的洗滌塔上的排放筒比較長，總高能達到四十米以上，對于比較高的塔器就需要進行誘導振動的判別。對于誘導振動的判別，ASME STS-1中給出了利用臨界漩渦速度判定的方法。該標準計算一種稱為臨界速度Vcv的參數，用Vcv與臨界風速Vc相比，從而做出判定。Vc＜Vcv，則應進行震動分析，要考慮誘導振動及載荷；Vcv＜Vc＜1.2 Vcv，則建議進行振動分析，并考慮誘導振動的載荷；1.2 Vcv＜Vc，則不需進行振動分析。

對于需要減小振幅的洗滌塔，可在排氣筒頂部往下1/3總高的范圍內設置螺旋擾流板，螺旋板的頭數為3,相互之間錯開120°，螺距為直徑的5倍。

(3)加強筋或加強圈的設置

對于帶有微負壓的尾氣洗滌塔，在如下幾個地方需要根據需要設置加強筋或加強圈：①根據外壓計算長度在筒體上設置加強圈；②錐形封頭的大端和小端設置加強筋；③大開孔的開孔補強范圍內設置加強筋；④切向開孔的開孔補強范圍內設置加強筋。

四、制造、檢驗要求

在國內制造使用的尾氣洗滌塔焊接規程采用NB/T 47015-2011《壓力容器焊接規程》、無損檢測標準采用NB/T 47013.1～47013.13-2015《承壓設備無損檢測》。在國外制造使用的尾氣洗滌塔焊接規程采用ASME BPVCIX-2015《Welding And Brazing Qualifications》、無損檢測標準采用ASME BPVC-V《Nondestructive Examination》。

制造完畢后，根據相關標準規范，相應要求進行水壓試驗、煤油滲漏、泄漏試驗等，以確保設備的安全運行。

[1]NB/T 47003.1，鋼制焊接常壓容器[S].北京：新華出版社，2009.

[2]ASME Ⅷ-1，Rules For Construction Of Pressure Vessels [S].American Society of Mechanical Engineers，2015.

Design of Tail Gas Washing Tower in Domestic and Overseas Projects

Zhangwei, Guizhou Donghua Engineering co., LTD, Guiyang city, Guizhou province, 550002

Tail gas washing tower is the central equipment in the course of tails gas treatment. This paper will discuss on the design methods of tail gas washing tower in tail gas treatment workshop section which exists in these production equipments for compound fertilizer, yellow phosphorus, barium salt and so on from home and abroad. The purpose is to co-share the design experience for tail gas washing tower under the different country standards.

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T

A

張瑋（1985～）男，漢，貴州東華工程股份有限公司，工程師，研究方向：化工機械。