大型石化塔設備的特點分析與設計探討

楊東東　李曉旭　鉉燁

摘 要：隨著石油化工裝置發展的大型化趨勢，大型塔設備的數量逐漸增多，其設計質量對于各項生產活動的順利開展具有十分重要的實際意義。本文對大型塔設備進行了一定的分析，在此基礎上，進一步論述了大型塔設備的特點，并對其設計過程中的關鍵點進行了比較深入的分析研究，有助于促進大型塔設備設計質量的不斷提高，對于從事相關設計工作的技術人員具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：大型塔;分析;設計

1 前言

隨著科學技術的不斷發展，塔器正在向著大型化、高參數以及長周期的方向發展，大規格塔器在煉油、煤化工以及石油化工等領域的應用逐漸增多，其工作場合和環境也復雜多變，這就對大型塔的整體質量提出了非常高的要求。因此，為了確保大型塔能夠進行安全平穩的運行，就要對其特點進行深入的分析，并結合實際的工作要求進行有針對性的設計，進而確保其能夠符合安全生產的要求。

2 塔設備分析

對于塔設備而言，根據其工作壓力的不同可以分為：減壓塔、加壓塔以及常壓塔等三種類型;根據其具體的操作單元，塔設備主要包括：干燥塔、精餾塔以及反應塔等類型;根據塔內填料的不同可以分為：浮閥塔、泡罩塔以及篩板塔等;根據塔內部的構件，塔設備包括板式塔和填料塔，不同類型的塔工作要求不同，在實際的設計過程中要予以有效的區分。塔在工作過程中主要起著物質分離或傳遞的功能，對于部分特殊類型的塔還負責進行熱傳遞和化學反應。

3 大型塔設備的特點

①強度計算，大型塔設備的質量非常大，在對其進行強度計算的過程中，要充分明確塔體與支座的強度和剛度，進而為設計質量提供可靠保障;②制造與運輸，由于大型塔設備的尺寸超過規定允許的范圍，這就導致其無法從生產廠家整體運輸至工作現場，需要分片或者分段運輸到現場進行組裝和焊接，在設計過程中要充分結合該特點進行設計優化;③設備檢驗，在大型塔設備中的A、B類焊縫長度數值往往非常高，在進行全面射線檢測的過程中，所需要的貼片長度較長，這就會造成施工成本和時間的增加。

4 大型塔設備設計要點分析

4.1 封頭結構設計

在大型塔的工作過程中，其工藝和結構對容器封頭并沒有特殊要求，根據其受力特點可以選擇橢圓形或者半球形封頭，但是由于大型塔封頭的尺寸非常大，如果采用橢圓形封頭，其尺寸就會超過國家相關標準規范的要求。同時，對于采用09MnNiDR和Q345R材料的封頭而言，當其尺寸超過Φ6500mm時，將難以進行加工制造。對于半球形封頭而言，Φ9000mm尺寸封頭的制造難度并不大，而且還具有良好的經濟性和較高的安全性。因此，在設計過程中，要結合塔設備的封頭尺寸進行有針對性的選擇。

4.2 支撐結構設計

塔體常用裙座支撐，裙座殼分為圓筒形和圓錐形兩種。一般情況首選圓筒形裙座殼，它不僅制作方便，受力也較錐形殼好。對于符合下述條件的大型塔設備支撐結構，需要優先選用圓錐形裙座：①所使用的地腳螺栓數量非常大，圓筒形裙座螺栓的布置難度非常大;②根據生產需要，裙座筒體截面慣性矩需要進行一定范圍的提高;③為了確保安全生產，需要將混凝土基礎頂面的壓應力限制在較小的范圍內。

4.3 裙座與塔體的連接設計

搭接式連接由于受到剪應力和溫度的限制，在實際的應用范圍非常有限，而對接式會由于塔尺寸的增加，高徑比增大，在其工作過程中所受到的風載和地震載荷非常復雜，進而導致焊接接頭處的受力變得非常復雜，這就會給安全生產帶來不小的隱患。

目前一種新型的連接方式，需要將環形托板點焊于大型低溫塔器塔體的下封頭和裙座上，然后在環形托板的下表面進行對焊操作，進而形成一定厚度的堆焊層。為了確保堆焊質量，需要對下堆焊層進行無損檢測，再在下堆焊層的上表面上進行上堆焊層的焊接，確保其與下封頭和裙座的連接處能夠進行圓滑過渡，并進行無損檢測。該種連接方式操作簡單，接頭焊接質量易于保障，同時還便于無損檢測，適用于大型塔設備裙座與塔體的之間的連接。

4.4 安全設計

首先，需要對大型塔的密封系統進行強化設計，尤其是在粉塵和有毒氣體的生產系統中，需要提高設備的密封性能，為安全生產提供良好的基礎;其次，對于大型塔設備而言，需要重視儀表和自動控制設計，進而確保能夠對整個生產過程進行實時的監控，一旦出現問題就能立即相應的應對措施;最后，完善裝置的布置設計，為了避免大型塔設備對周圍設備和建筑物造成不利影響，其防火間距要嚴格按照國家相關的標準規范進行設計。

5 結語

總而言之，由于大型塔的規格尺寸非常大，為了確保其能夠進行安全的運行，就要對其特點進行系統全面的分析研究，并采取有針對性的設計，進而能夠提高大型塔的設計質量，為各項生產工作的順利進行提供可靠保障。

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作者簡介：

楊東東（1987- ），男，遼寧省撫順市人，本科，畢業于遼寧石油大學，中級工程師，壓力容器設備設計工作。