懸掛多個容器的塔設備設計探討

陳如艷

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

懸掛多個容器的塔設備設計探討

陳如艷

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

在石油化工裝置中，塔設備是一種必不可少的設備類型，但經常遇到的是獨立的塔設備或是外側懸掛一個或兩個較小再沸器的型式，當懸掛有再沸器時，懸掛高度也較低。在某化工廠的某化工裝置中，有一臺塔設備上懸掛有四臺再沸器和一臺容器，再沸器的直徑都較大，質量較大，懸掛位置也較高。由于空間有限，再沸器和容器無法安裝在地面或框架上，且由于介質積聚后易爆炸，工藝上要求塔設備的管口與再沸器的管口連接盡量短，這就要求四臺再沸器和一臺容器要完全支撐在塔設備上。目前可參考的資料，僅有專利商提供的在新加坡建設的相同裝置中的類似設備，但由于某化工廠該裝置的產能有所提高，塔和再沸器的尺寸都較之前大。這種類型的塔在國內設計中很少遇到，對此塔在設計方面的分析進行了闡述。

塔設備；分析；制造；安裝

Abstract：In the petrochemical plant，the tower equipment is an indispensable type of equipment，but often encountered is a separate tower equipment or the outer suspension of one or two smaller reboiler type，when hanging again Boiler，the suspension height is also low.In a chemical plant in a chemical plant，there is a tower equipment hanging on the four reboiler and a container，reboiler diameter are larger，heavier quality，suspension position is also higher.Due to the limited space，reboilers and containers can not be installed on the ground or frame，and because the media after the accumulation of easy to explode，the process requires the tower equipment nozzle and reboiler nozzle connection as short as possible，which requires four The boiler and a container are fully supported on the tower.The information available at present is only available from similar devices in the same plant in Singapore，but the size of the tower and reboiler is larger than the previous one due to the increase in the capacity of the plant.This type of tower is rarely encountered in the domestic design，this paper on the tower in the design of the analysis were described.

Key words：tower equipment；analysis；manufacturing；installation

1 設備簡介

塔設備位號為PT-1005A/B/PD-1011，直徑φ3 900mm，總高～30m，材質選用復合板Q345R+S30403，其中PT-1005A，PT-1005B和PD-1011是通過封頭或裙座連接的三個獨立的腔體。懸掛的四臺再沸器的位號分別為PE-1009A/B/C/D，其中PE-1009A/B為立式，直徑φ1 900mm，總高～8m，單臺設備凈質量～23t，單臺容積～18m3；PE-1009C/D為臥式，直徑φ1 400mm，總長～6m，單臺設備凈質量～13噸，單臺容積～8.5m3。一臺立式容器位號為PD-1110，直徑φ1 300mm，總高～2.7m，設備凈質量～1.3t，容積～2.8m3。塔和外掛設備的總裝配圖及相對位置見圖1，塔設備主要設計參數見表1。

表1 設備數據表

2 塔設備受力分析

由圖1可知，四臺再沸器和一臺容器全部支撐在塔設備上，塔設備作為受力的主體，在設備運行過程中受到幾臺懸掛設備的影響，其受力相當復雜，需考慮多種組合的影響。由于與NB/T 47041—2014《塔式容器》標準所適用的模型不同，故不能直接采用常規的方法。在本次設計中，塔設備首先按常規塔計算程序進行初步計算，然后根據每種組合的具體情況采用假設的等效模型，逐一分析，本文將對各組合工況進行闡述。由于懸掛的立式容器較小，對計算影響較小，故可忽略。

首先是設備的基本計算，此時不考慮懸掛設備的影響，因塔設備設計壓力有正壓和負壓，所以分兩種情況，正壓計算和負壓計算，共14種組合，見表2。

圖1 設備總裝圖

表2 塔設備基本計算

然后考慮有再沸器等懸掛設備影響的情況，除有正壓和負壓工況外，因再沸器PE-1009A和PE-1009C在270°方位，PE-1009B和PE-1009D在90°方位，所以分單側操作和兩側同時操作兩種情況較危險，共28種組合，見表3和表4。

表3 單側操作時塔設備計算

表3中，懸掛設備偏心載荷為90°或270°方位的再沸器產生的偏心載荷，即PE-1009A和PE-1009C的設備凈質量或PE-1009B和PE-1009D的設備凈質量、充水水質量、保溫質量和管線質量等的總和。

表4 兩側同時操作時塔設備計算

表4中，懸掛設備偏心載荷為四臺再沸器產生的偏心載荷，即PE-1009A/B/C/D的設備凈質量、充水水質量、支架質量、保溫質量和管線質量等的總和。

風載荷在塔設備的設計計算中起著重要的作用，因再沸器所在截面距塔設備底部較高，因此，風載荷的影響更是一個重要因素。但如何考慮風載對此種類型塔的影響，成為本臺塔設備設計計算時的難點之一。由于再沸器支撐在塔設備上，且為剛性連接，當懸掛的再沸器受風載荷影響時會把力傳遞到塔體上，但傳遞的力的比例無法判斷。在設計計算時做了保守的假設，分別為：①PE-1009A/B再沸器所在截面的迎風面直徑=2×再沸器中心到塔設備中心的距離+再沸器直徑=10 900mm；②PE-1009C/D再沸器所在截面的迎風面直徑=2×再沸器中心到塔設備中心的距離+再沸器直徑=8 500mm。計算時按變徑塔的模型，在正壓和負壓工況下共有6種組合，見表5。

表5 等效變徑塔設備計算

經過以上共48種組合計算后，對比表2～表5中筒體壁厚、自振周期和地腳螺栓尺寸的計算結果，由此可知懸掛設備偏心載荷在塔設備的壁厚計算中起決定作用，尤其在風載荷工況下更危險。雖然本文所列的組合有些比較保守，但目前還未找到更好的設計方法。

3 塔設備制造及安裝注意事項

由于此塔外掛設備較多，受力較復雜，所以在設備制造時應比普通塔的要求高。對此提出了以下技術要求：①復合板的基層鋼板，應逐張進行100%超聲檢測，符合JB/T 4730.3—2005的要求，Ⅱ級合格；②裙座與封頭的焊接接頭應氬弧焊打底，并按JB/T 4730.4—2005進行100%磁粉檢測，Ⅰ級合格，同時按JB/T 4730.3—2005進行20%超聲檢測，Ⅱ級合格，焊縫表面應打磨成與封頭表面圓滑過渡；③裙座縱、環焊縫應按JB/T 4730.2—2005進行20%磁粉檢測，Ⅲ級合格；④塔設備殼體的橢圓度應不超過10mm。⑤復層焊縫（殼體的A、B類焊縫）應進行PMI和鐵素體含量的檢測；PMI檢測應包括碳含量在內的化學元素含量（碳含量≤0.04%）；鐵素體要求值為3%～8%；檢測位置：殼體縱焊縫的中間、縱焊縫和環焊縫的交點（丁字焊縫處）為檢測點。

現場安裝時也應特別注意，由于再沸器支撐在塔體上，安裝時塔上的管口與再沸器的管口直接連接，對兩管口的高度差要求就會較高，且必須保證管口的連接為無應力連接狀態。

4 結束語

此臺懸掛多個容器的塔，已在某化工廠的苯酚丙酮裝置中運行3a多，且運行狀態良好，證明運用本文闡述的設計方法和提出的技術要求等是合理的，可以為今后此類型的塔設備設計提供有價值的參考。但從節約材料成本方面考慮，對此類塔設備的設計應采用更優化的方法，這也是今后應該深入研究的問題。

Discussion on Design of Tower Equipment with Suspension of Multiple Containers

Chen Ru-yan

TE271

A

1003–6490（2017）09–0122–02

2017–07–25

陳如艷（198—），女，河北阜城人，工程師，主要研究方向為壓力容器設計。