板式塔的配管設計

摘 要：板式塔在石油化工行業有著廣泛的應用。從塔的開口方位、梯子平臺布置、管道布置和支吊架設置等方面論述了塔的設計要點。

關鍵詞：板式塔;管口方位;管道布置;支吊架

在石油化工行業，塔被廣泛用于氣相和液相間或液相和液相間的傳質及傳熱過程，如精餾塔、吸收塔常用于氣相和液相間的傳質;萃取塔常用于液相和液相間的傳質。根據塔的結構，將其劃分為兩大類型：板式塔與填料塔。在板式塔內，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傳熱效果較好，因而在生產上得到了廣泛使用。

1 塔體管口方位

板式塔的管道設計是配管設計中的難點，管道設計的首要工作是塔的的開口方位的確定。板式塔的開口設計要符合工藝設計要求，同時，根據塔的內部結構，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計，做到整齊美觀、經濟合理。根據塔的布置將塔的周圍大致劃分為操作側和管道側，見圖1。

操作側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置在操作側。管道側主要用于布置工藝管道和公用工程管道。同時，塔的管口方位應避免與塔內構件相撞。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置，也可設置在塔頂氣相管道的頂部。

1.2 塔體開口

塔體回流液開口：氣相回流口應設置在受液盤的下方，液相回流口依據塔板溢流方式而各不相同。對于單溢流塔板，當開口處有擋板時，回流口設置在降液管的對側。當回流口帶三通或分配管時，回流口開在降液管對面受液盤的正上方。當回流口帶直管時，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，應垂直于降液管對稱布置。當回流口帶三通或分配管時，開口方向與降液管平行。當回流口分配管帶彎頭時，可在任意方位開口。降液管在兩側時，可在垂直于降液管的0°、180°方向的左右各45°范圍內開口。

進料開口：為了避免進料對穩定的操作狀態產生較大的干擾，在設置進料開口時應在進料口附近留一定的緩沖空間，以免造成液面較大波動。板式塔的進料口，設置在塔板上方，當塔帶有降液管時，將管口設置在距降液管最遠的方位，設置原則與回流口相同。當有多重進料時，應布置在同一方位，各支管設置切斷閥。

油氣返回口：若只有一個油氣返回口，返回口布置在平行于受液槽的塔中心線上;若有兩個油氣返回口時，兩個返回口均應設置在平行于受液槽的方位，且兩個返回口方向相反。

側線抽出口：單溢流塔盤的抽出管口應在受液盤的區域內布置，雙溢流塔盤的抽出口設置在中間降液管下方受液槽的兩端，方位應設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任意設置。

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

人孔：人孔一般設在操作側。設置人孔時，必須考慮塔的內部構造，一般將其設置在鼓泡區，不得設置在降液管的上方。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，不方便設置人孔時，為了便于檢查和維修，可設置手孔，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

塔底抽出口應布置在底部封頭的中部。塔底泵的抽出口高度應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、平臺一般設置在操作區，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置平臺，儀表管口則以盡量設置為原則，位置特殊的儀表口設置直梯，平臺寬度根據需要而定，平臺間直梯高度大于10米時應設置中間休息平臺。

3 管道布置

塔的管道設計應滿足工藝要求，方便操作及檢修，管道的布置應盡量做到經濟合理、整齊美觀。設計時應自上而下規劃，優先布置塔頂管道、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。管道應沿塔體敷設，靠近塔的外壁。沿塔體敷設的管道，盡量布置在距設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，進入冷凝器的管道在滿足管道柔性的條件下應盡量短，且應做到步步低，避免出現袋形。如接至空氣冷卻器，管道應對稱布置。放空和安全閥的管道有直接排放和密閉排放。塔頂的放空管道通常布置在頂部油氣管道高點的水平管線的頂部。

3.2 塔體側面管道的布置

塔體側面管道包含回流、進料、側線抽出、汽提蒸汽、重沸器入口和返回管道等。這些管道上的閥門應直接與塔體管嘴連接，避免閥門關閉而積液。進料管道和抽出管道在同一方位、不同高度上設置兩個以上的開口時，應柔性連接，避免剛性連接。分餾塔側線到汽提塔管道的調節閥，靠近汽提塔布置，保證調節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，在設計塔底管道時，首先應滿足管道柔性。塔底抽出管進泵時，管道應盡量短且少拐彎，當自然管段無法滿足自補償時，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力。塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上應做到步步低，不得有袋形，避免塔底泵產生汽蝕，抽出線上的隔斷閥應盡量靠近塔體布置。塔底重沸器與塔連接的氣、液相管道應對稱布置，從而降低壓降。

4 塔器管道支吊架的設置

沿塔敷設的管道均應設置承重支架和導向支架，有需要時應增設彈簧支架。為了減少管嘴的受力，應將固定承重支架安裝在靠近管口處。如果管道重量過大，一個承重支架無法滿足條件時，可增設彈簧支架。敷塔管道距離較長時，在承重支架下方設置導向支架。導向支架間距按表1選用。

導向支架設置如圖3所示，布置間距為h，第一個導向支架距固定承重支架應是h/2±1，最下方的導向支架距離彎頭的間距為D，D應大于或等于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，可適當調整中間導向支架間距以保持D值。在圖3中，大管徑管道的F較大，如果熱位移無法在A范圍內吸收，此固定支架應選擇管口伸出方向可移動的支架。當管道離開塔管口即刻轉彎時，應在距離管口最近的立管處設置固定承重支架;當管道在中間位置轉彎時，應當充分考慮熱應力后再確定彎管下的第一個支架選用固定承重支架或導向支架。當H和J均很小時，轉彎后的第一個支架選用固定承重支架，彎管上部可不設置支架。

5 結語

塔在石油化工裝置中有著廣泛的應用，塔的管道設計，在滿足工藝要求的同時，還需要考慮管道的柔性、熱應力及塔體的熱位移和基礎沉降等情況，且應方便操作及檢修，并盡量節約材料使布置經濟合理、整齊美觀。

參考文獻：

[1]張德姜，王懷義.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊[M].北京：中國石化出版社，2013.

[2]劉莉.淺析板式塔管口方位[J].上海化工，2014，39（9）：34-36.

[3]涂林.塔的管口方位設計淺析[J].廣東化工，2019，46（15）：156-158.

[4]方綱.板式塔管口方位設計技巧[J].化肥設計，2010，48（1）：24-27.

作者簡介：

王麗（1988.01.01），性別：女;籍貫：安徽亳州;民族：漢;學歷：碩士、研究生;職稱：中級工程師;職務：配管工程師;研究方向：配管設計。