塔聯合平臺設計中的要點與技巧

焦慧娟(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

塔是化工、煉油、石油化工等生產中最重要的設備之一，為了方便檢修和操作，塔設備一般都要設置專用的平臺與梯子，在工程設計的分工中，塔平臺與梯子一般由管道專業工程師規劃并委托設備專業工程師設計，管道專業在規劃設備平臺時，主要基于以下幾點考慮平臺設置：(1)安全通道間距應符合防火規范要求；(2)平臺荷載應滿足設備外壁受力要求；(3)平臺設置應滿足敷塔管道閥門、儀表、彈簧支吊架的檢修及操作要求；(4)在滿足最小通行間距的前提下，盡量減少平臺的數量和尺寸，節約造價；(5)平臺間通道應盡量平整、通暢、美觀。

本文剖析塔聯合平臺這一類較復雜的設計類型的規劃方法，及一些有用的設計技巧，并設計了一個判斷聯合平臺通道尺寸是否滿足最小凈寬的計算工具。

1 塔聯合平臺設計的要點

1.1 幾種典型的塔布置方式

(1)直線布置。塔直線布置是最常見的聯合布置方式(圖1)，通常有塔中心線對齊與切線對齊兩種方式，直線布置的塔群有管道進出管廊距離最短，檢修側空間大，整齊美觀等優點，缺點是對裝置的橫向空間占地有一定要求。

圖1 直線布置

(2)三角形或矩形成排布置。當塔之間有直接進料關系且工藝有自流等要求的時候，可按照實際情況將塔成排布置，采用此種布置方式時應將較小的塔放在外側，盡量減少對內側塔檢修的阻礙，如圖2所示。

圖2 三角布置

(3)構架內布置。如圖3所示，以下情況下時宜采用構架布置。

圖3 構架布置

①直徑小于等于1 000 mm的塔，由于本身穩定性的問題，一般考慮放入構架內，或放在構架兩側。

②對于設備材料比較特殊，設備外壁受力小或不宜焊接的設備，需沿設備設置構架檢修。

③部分特殊的塔器如焦化裝置的焦炭塔，需在設備上部安裝除焦井架等，且設備間歇操作，溫差變化較大，采用構架進行檢修。

下文主要針對第一種最常見的直線型布置塔的聯合平臺進行分析。

1.2 幾種典型的聯合平臺布置方式

(1)“球場型”布置，此種布置方式通常用于直徑較小的多臺鏡像或對稱的立式設備(圖4)。這種布置方式有以下優點：①檢修方便；②設備可就近布置，減少占地；③可共用直梯或斜梯；④簡潔美觀；⑤設備間平臺較寬，可用于放置調節閥組，采樣器，儀表箱等小型設施。

圖4 “球場型”布置

(2)“葫蘆型”布置，當設備距離較遠或設備直徑較大時，采用“球場型”布置，設備平臺梁跨距較大，為了減少施工成本，往往采用“葫蘆型”布置，如圖5所示。采用此種布置方式，可以利用設備間的間距設置斜梯和走道，盡量減少使用直梯，使檢修通道合理通暢。這種布置方式有以下優點：①節省成本；②減小設備平臺梁跨度，減少設備受力，增加平臺凈空；③利用設備間的間距設置斜梯和走道，減少使用直梯，使檢修通道合理通暢；④整齊美觀。

圖5 “葫蘆式”布置

(3)“樓梯間或電梯”布置如圖6所示。

圖6 “樓梯間或電梯”布置

當立式設備管嘴較多，高度較高，需檢修巡檢層數較密集時，可在塔群之間設置樓梯間。這種布置方式有以下優點：①可滿足復雜的塔群的樓梯設置；②可利用樓梯間敷設塔的公用工程管道；③整齊方便的斜梯規劃。

但同時也有有如下缺點：①設計造價提高；②由于樓梯間與塔平臺間存在熱位移，管道在樓梯間支撐需設彈簧支吊架；③占用吊車檢修空間。

2 塔聯合平臺設計的技巧

2.1 幾種典型的聯合平臺通道布置方式

(1)當兩層設備平臺標高一致或接近時，平臺之間直接用走道配合踏步連接，走道應盡量靠近設備中心線，多層的聯合平臺走道上下應對齊，以便使管道側形成一個可供公用工程管道垂直敷設的縱向走廊，如圖7所示。

圖7 走道式聯合平臺

對于聯合平臺上工程管道(蒸汽，非凈化風線等)，可統一沿管道側的聯合平臺外延敷設，如圖8所示。

圖8 敷塔管道俯視圖

(2)當兩層設備平臺標高不同時，平臺之間用斜梯連接，斜梯與走道應間次錯開(圖9)。一般情況下，斜梯走雙跑的外側，一方面增大了內側平臺的大小以便于配管；另一方面，斜梯布置在外側可更靈活的利用水平間距調整斜梯位置。

圖9 斜梯式聯合平臺

當平臺用斜梯連接時，以下尺寸間距應注意：D1、D2應大于800 mm。故有以下不等式：

式(1)～(6)中：x1為斜梯起步距A塔水平距離(mm)；x2為斜梯起步距A塔水平距離(mm)；R1為A塔外徑(含保溫)(mm)；R2為B塔外徑(含保溫)(mm)；W1為A塔平臺外徑(mm)；W2為B塔平臺外徑(mm)；L1為內側走道寬度(mm)；L2為外側走道寬度(mm)；D1為A塔最小通行尺寸(mm)；D2為B塔最小通行尺寸(mm)；H為斜梯高度(mm)，注：按照45°斜梯考慮，此高度即為兩層平臺高差。

規劃平臺層高時應注意以上不等式，當D1和D2無法避免小于800時，應考慮增大L1，即將斜梯向外側移動以滿足通行空間，但應注意L1+L2不應大于平臺外徑。

2.2 判斷通道尺寸的技巧

在已知兩塔外徑(R1R2)、間距(X)、平臺高差(H)、內側走道寬度(L1)的情況下，塔的通行尺寸是否滿足通道最小凈寬(D≥800 mm)的要求，是塔聯合平臺設計時設計人必須要校核的問題，現實中設計人往往需要按照實際尺寸放樣才能知道通道尺寸是否滿足最小凈寬要求，這樣的辦法必然會消耗設計人大量時間，降低設計效率。本文針對該問題，通過公式帶入變換，求得D值與上述已知參數的數值關系，并利用Excel公式編程，提出一種快速判斷通道尺寸是否滿足最小凈寬的技巧。

已知兩塔間距X=X1+X2+H，經不等式計算可知，當D1=D2=D時，布置最緊湊，在可以通行的前提下，H值最小，所以利用勾股定理得到式(7)：

式中：H為輸入變量；R1,R2,L1為已知變量；D為控制變量，通過式(8)(計算過程略)，求出D的值：

將此公式輸入Excel計算程序，即可輕松得出在不同斜梯高度下通行尺寸的準確數值，準確判斷斜梯是否可以布置。通過對比得出，在其他元素值一定的前提下，隨著斜梯高度的增加，通行寬度尺寸在逐漸減少，當斜梯達到某一臨界高度時，通行凈寬最接近800 mm,當斜梯高度繼續增大時，通行寬度即不滿足最小凈寬的要求。通過表1數據可知當斜梯高度高于3 400 mm時，通行寬度即不能滿足通行最小凈寬要求。

表1 不同斜梯高度下的通行尺寸

2.3 其他聯合平臺設計時應注意的問題

(1)安全梯的設置。根據GB 50160—2008 《石油化工企業設計防火標準(2018 年版)》第5.2.26條第3、第4條規定。

甲類氣體和甲、乙A類液體設備聯合平臺的長度小于或等于15 m；

乙類氣體和乙B、丙類液體設備聯合平臺的長度小于或等于25 m的，可設置1個通往地面的梯子，否則應設置不少于2個通往地面的梯子。

增加的安全梯可選用直梯，盡量設置在遠離斜梯的設備另一側，并與塔上的液位計合并考慮以兼做檢修液位計的直梯。

(2)聯合平臺應考慮設備間熱位移。由于各層平臺生根的設備熱脹不同，聯合平臺搭接處應采用鉸接[1]，或預留間隙，避免因熱脹導致的碰撞及焊縫撕裂。

(3)聯合平臺層高的設置。對于多塔的聯合平臺，應盡量將人孔所在層設置為同一標高，以方便設備檢修，且開設人孔處平臺應適當加寬。

(4)聯合平臺上閥組的設置。對于在塔聯合平臺上設置的閥組，應注意閥組生根點的平臺位移，盡量利用自然補償吸收熱脹，無法利用自然補償解決的，應設彈簧。

3 結語

塔的聯合平臺設計，是管道設計中一類比較復雜的設計問題，涉及的問題很多，如：消防及安全的要求、設備人孔、管嘴的角度、標高、設備內件檢修吊裝的要求、儀表液位計等元件的安裝檢修要求，巡檢通道的合理布置與梳理以及最大化減少投資的要求等。塔聯合平臺相比較于單塔平臺，減少了直梯，減少操作人員攀爬次數，擴大了檢維修空間，優化了巡檢路線。

本文通過平時對塔聯合平臺布置的思考，編寫了塔平臺高差自動計算的小程序，得出在其他元素值一定的前提下，隨著斜梯高度的增加，通行寬度尺寸在逐漸減少，當斜梯達到某一臨界高度時，通行凈寬最接近800 mm,當斜梯高度繼續增大時，通行寬度即不滿足最小凈寬的要求。