石化裝置中塔布置和配管設計的詳細方案
返回列表發(fā)布日期：2019-02-15 16:20:02 |
摘 要：塔是石化裝置中重要的設備之一。根據(jù)塔的工藝要求，有兩種分別是露天布置和室內布置。附塔管道根據(jù)位置的不同分為塔頂管道、塔底管道和塔側管道。塔管口一般有人孔、進料口、回流口、儀表口等。附塔管道支架有承重支架、導向支架。
塔是石油化工生產過程中用于液相和液相間或氣相和液相間傳質或傳熱過程的設備。塔屬于容器的一種，由于其高度較高，管道較多，給配管增加諸多難度，同時塔在工廠中也是不可或缺的，它被廣泛應用在精餾、解吸、分餾、蒸發(fā)、吸收、萃取等操作，因此要格外重視。塔種類繁多，
用途不一，按其結構可分為板式塔和填料塔。本文主要以板式塔為主進行有關塔的布置及配管方面的探究。希望對行業(yè)設計工作提供幫助。
1 塔的布置
1.1 塔的平面布置
在對塔進行平面布置時，對于大中型的塔的布置時一般會采用露天布置的方法，對于小型或有特殊要求的塔可以安裝于室內。對于露天布置的塔群，在安裝布置多個塔時要盡可能的集中布置，盡量將塔的中心線布置在一條直線上，或者塔外壁成一條直線布置（沿塔的一邊切線對齊），對于直徑較小的塔，可以三角形布置或雙排布置，以提高其操作狀態(tài)的穩(wěn)定性。對于直徑小于等于 1m 的塔可布置在框架內或框架的一側，利用框架來對塔進行加固。塔與其關聯(lián)設備如再沸器、回流罐、回流泵等，最好按照相關工藝流程就近布置。其中特別要注意的是兩塔之間的凈距離不宜小于 2.5m，這樣塔的周圍就有充足的操作和配管空間，可以將這些空間分為配管區(qū)和操作檢修區(qū)，可以更加方便的進行操作、檢修、維護等工作。
1.2 塔的安裝高度
塔的安裝高度主要由相關的工藝要求決定。對于工作在真空環(huán)境下操作的塔或需要從塔底抽出接近沸點液體的塔，在用泵抽出液體時容易出現(xiàn)閃蒸現(xiàn)象，所以在安裝時要考慮液體排出時的高度是否合適，針對這種情況一般用裙座結構將塔的高度進行抬高 [1]。其中用泵送出塔底液體時，泵的有效吸入高度應滿足需要吸入高度（有效吸入高度至少比需要吸入高度多 0.3m）。對于工作在常壓或中、低壓環(huán)境下操作的塔，如果沒有特殊要求，可以直接在地面的基礎上進行安裝。成組布置的塔采用聯(lián)合平臺時，如果塔的平臺標高取齊困難，可根據(jù)實際情況相應的調整塔的安裝高度。
2 塔體管口的布置
2.1 人孔
人孔的主要作用是裝配、檢查和檢修內件，因此人孔的布置應在塔的操作區(qū)，且進出塔方便、安全、合理的位置。在進行板式塔的人孔的布置時還要注意以下內容：（1）人孔應設在塔的檢修側，各層的人孔在設計時要進行統(tǒng)一的布置；（2）設置在降液管以外的區(qū)域，使人進入塔內后能在受液槽上，且要考慮到人孔、受液槽和降液管之間的標高關系；（3）每個人孔都應設置出操作平臺，人孔中心距平臺面的距離一般在 600 ～ 1000mm 之間，根據(jù)工程經驗 800mm 較為合適且效果最好；（4）在設計人孔的位置時要避開管口和管線，同時要保證人口處在吊柱工作的范圍內。
2.2 進料口及回流口
為了不使進料環(huán)境對操作狀態(tài)造成較大的干擾，所以在設置進料管口時，要考慮到進料可能發(fā)生的波動情況，一般要在管口的周圍預留出一些緩沖空間，盡量避免對操作狀態(tài)產生一些不必要的干擾。氣液混合進料口一般布置在塔板上方，并設分配管。板式塔的進料管口一般設置在物料流向的上方，而帶有降液管的板式塔，應將管口設在距降液板或降液管最遠的位置上。
2.3 儀表管口
儀表最好不要放在人孔旁（有破損的危險）。液位計的開口應布置在便于工作人員監(jiān)視、檢查的位置（塔釜）。 當擋板不能避免液位發(fā)生波動時，要根據(jù)液位波動情況來調整液位計的位置。兩個低溫液位計之間要留有一定的距離，防止冷橋產生。壓力表開口應布置在氣相區(qū)?？蚣軆鹊乃?，如果壓力表、溫度計管口與結構梁過于接近，應考慮安裝的可能性。當塔內的溫度測量主要是利用熱電偶來測量塔盤下的氣相溫度或著液相溫度時，如果沒有特別注明，測量液相溫度的開口位置應不高于塔板上 100mm，當高于 100mm 時，測量的是氣相溫度 [2]。
3 塔操作平臺設置
塔平臺的設置，應按最小用途設置。操作平臺應設置在人孔、液位計、手孔、閥門、塔頂?shù)鯒U等經常需要操作和檢修的位置，平臺的寬度一般在 0.8m 到 1.5m 之間。相鄰的兩層平臺之間的高度一般不要超過 10m。如果有規(guī)定或著用戶有明確要求設計大于 10m 的層高的，應在兩層平臺之間設置梯間平臺用于休息。塔頂平臺的設置，考慮塔頂安全閥的檢修和拆卸空間以及對塔頂?shù)踔牟僮?，為確保安全，以圍繞全塔為宜。塔的操作平臺的設置要同時考慮到上、下管道的布置問題，這樣可以有效的提高安裝、通行、操作、檢修等操作的方便性。
4 附塔配管和支架設計
附塔管道布置時一般要遵守以下原則：（1）附塔管道布置時首先要考慮操作和安全的相關要求。（2）附塔管道的布置要滿足工藝管道和儀表流程圖的設計要求。（3）在進行管道布置時應盡量使管道沿塔體分布，并且應注意有一個有序的外觀，便于支架的統(tǒng)一規(guī)劃。（4）應從塔頂至塔底自上而下的進行統(tǒng)一規(guī)劃。
4.1 塔頂管道的設計
塔頂管道一般應用于氣相，所以管徑較大，在進行布置時要首先考慮。塔頂管道應盡可能短，同時要保證管道具有一定的柔性。由于塔頂管道介質溫度較高，一般用“L”型配管來進行熱補償，因此“L”型配管的水平段要有留出一定的長度。安全閥最好安裝在塔頂平臺上或比較接近塔的位置。安全閥排放時反力較大，安全閥出口管道應設牢固的支架進行安全加固。根據(jù)工業(yè)設施的相關規(guī)定，塔和安全閥之間的壓降，不能超過安全閥定壓的 3%[3]。如果塔和安全閥之間的距離較遠，必要時可以對安全閥校核壓降或再次進行測量定壓，使壓降穩(wěn)定在安全區(qū)域之內。
4.2 塔側管道的設計
塔體側面的管道通常有：回流管道、側線抽出管道、進料管道、返回管道、汽提蒸汽和重沸器入口管道等。為防止閥門關閉后管道發(fā)生積液的不良情況，通常塔體的管口和閥門直接連接在一起，并且這部分的管道要求具有一定的柔韌性，設計時也應保證其結構（一般布置成“L”型）上的柔韌性。所以塔下部的管道通常布置成“L”型，主要是設計出一個水平管道來吸收立管因為熱膨脹而產生的位移。從再沸器回塔和由塔到再沸器管道的溫度較高、管徑較大、流速較高，配管時要考慮熱應力，同時又要按工藝要求的阻力降配管。在熱應力允許范圍內配管應盡量簡單，管道盡量短而平滑。
4.3 塔底管道的設計
塔底管道操作溫度相對于其它塔體部位來說溫度較高，因此在設計塔底管道時，管道的柔性要嚴格遵守相關規(guī)范要求。其中塔底出口管道與泵連接的部位要在保證有足夠的柔性以減少泵口受力的前提下盡可能的減少管道的長度和拐彎 [4]。最好和應力工程師一起針對管道的結構進行合作，保證塔底等管道的柔韌性符合要求。
4.4 塔的管道支架設計
附塔管道支架設計時，主要考慮以下兩點：（1）支架的設置要根據(jù)不同工況下塔體與管道之間的溫差的不同的情況進行綜合考慮；（2）生根在需熱處理的塔上的支架，在塔上應設置隔熱板。此外在設計管道的時候要堅持安全第一的原則，因此在設計生根在塔外壁上的承重支架應按最不利的工況來對生根進行放置。
由于塔和管道之間的溫差，產生“滯后”現(xiàn)象引起的熱應力，所以最好把承受管道垂直荷載的固定支架設計在靠近管口的位置，從而減少管口的受力，固定支架通常生根在塔體上。當固定支架承受荷載過大時，可以建設一些受力導向支架來增加管道的穩(wěn)固性。在設計受力導向支架時，要盡量使用性能更加穩(wěn)定的彈簧支架，以此來適應不同工況下的位移。導向支架一般設置在固定支架下面，考慮其導向間距可設置多個導向架。在放置時要注意管道和塔不能距離太近，否則管道、管架、儀表、閥門等設備有可能因為距離太近而發(fā)生不必要的碰撞而導致設備的損壞和安全問題的發(fā)生。在設計時就要杜絕這些安全隱患的發(fā)生，保證管道的保溫和保冷層的完好，兩者之間至少50mm 的間距。
5 結語
石化裝置中塔的布置和配管設計是一項難度較高的工作，在進行設計時需考慮到多方面的因素，特別是管口方位的選擇，平臺梯子的設置都與配管有密切的關系。工作人員在實際設計中要本著合理布局、安全設計、節(jié)約能源的原則進行綜合的考慮，將理論與實際相互結合，在保證裝置安全可靠地運行的前提下實現(xiàn)節(jié)約材料、減少投資、配管合理的目的。
塔是石油化工生產過程中用于液相和液相間或氣相和液相間傳質或傳熱過程的設備。塔屬于容器的一種，由于其高度較高，管道較多，給配管增加諸多難度，同時塔在工廠中也是不可或缺的，它被廣泛應用在精餾、解吸、分餾、蒸發(fā)、吸收、萃取等操作，因此要格外重視。塔種類繁多，
用途不一，按其結構可分為板式塔和填料塔。本文主要以板式塔為主進行有關塔的布置及配管方面的探究。希望對行業(yè)設計工作提供幫助。
1 塔的布置
1.1 塔的平面布置
在對塔進行平面布置時，對于大中型的塔的布置時一般會采用露天布置的方法，對于小型或有特殊要求的塔可以安裝于室內。對于露天布置的塔群，在安裝布置多個塔時要盡可能的集中布置，盡量將塔的中心線布置在一條直線上，或者塔外壁成一條直線布置（沿塔的一邊切線對齊），對于直徑較小的塔，可以三角形布置或雙排布置，以提高其操作狀態(tài)的穩(wěn)定性。對于直徑小于等于 1m 的塔可布置在框架內或框架的一側，利用框架來對塔進行加固。塔與其關聯(lián)設備如再沸器、回流罐、回流泵等，最好按照相關工藝流程就近布置。其中特別要注意的是兩塔之間的凈距離不宜小于 2.5m，這樣塔的周圍就有充足的操作和配管空間，可以將這些空間分為配管區(qū)和操作檢修區(qū)，可以更加方便的進行操作、檢修、維護等工作。
1.2 塔的安裝高度
塔的安裝高度主要由相關的工藝要求決定。對于工作在真空環(huán)境下操作的塔或需要從塔底抽出接近沸點液體的塔，在用泵抽出液體時容易出現(xiàn)閃蒸現(xiàn)象，所以在安裝時要考慮液體排出時的高度是否合適，針對這種情況一般用裙座結構將塔的高度進行抬高 [1]。其中用泵送出塔底液體時，泵的有效吸入高度應滿足需要吸入高度（有效吸入高度至少比需要吸入高度多 0.3m）。對于工作在常壓或中、低壓環(huán)境下操作的塔，如果沒有特殊要求，可以直接在地面的基礎上進行安裝。成組布置的塔采用聯(lián)合平臺時，如果塔的平臺標高取齊困難，可根據(jù)實際情況相應的調整塔的安裝高度。
2 塔體管口的布置
2.1 人孔
人孔的主要作用是裝配、檢查和檢修內件，因此人孔的布置應在塔的操作區(qū)，且進出塔方便、安全、合理的位置。在進行板式塔的人孔的布置時還要注意以下內容：（1）人孔應設在塔的檢修側，各層的人孔在設計時要進行統(tǒng)一的布置；（2）設置在降液管以外的區(qū)域，使人進入塔內后能在受液槽上，且要考慮到人孔、受液槽和降液管之間的標高關系；（3）每個人孔都應設置出操作平臺，人孔中心距平臺面的距離一般在 600 ～ 1000mm 之間，根據(jù)工程經驗 800mm 較為合適且效果最好；（4）在設計人孔的位置時要避開管口和管線，同時要保證人口處在吊柱工作的范圍內。
2.2 進料口及回流口
為了不使進料環(huán)境對操作狀態(tài)造成較大的干擾，所以在設置進料管口時，要考慮到進料可能發(fā)生的波動情況，一般要在管口的周圍預留出一些緩沖空間，盡量避免對操作狀態(tài)產生一些不必要的干擾。氣液混合進料口一般布置在塔板上方，并設分配管。板式塔的進料管口一般設置在物料流向的上方，而帶有降液管的板式塔，應將管口設在距降液板或降液管最遠的位置上。
2.3 儀表管口
儀表最好不要放在人孔旁（有破損的危險）。液位計的開口應布置在便于工作人員監(jiān)視、檢查的位置（塔釜）。 當擋板不能避免液位發(fā)生波動時，要根據(jù)液位波動情況來調整液位計的位置。兩個低溫液位計之間要留有一定的距離，防止冷橋產生。壓力表開口應布置在氣相區(qū)?？蚣軆鹊乃?，如果壓力表、溫度計管口與結構梁過于接近，應考慮安裝的可能性。當塔內的溫度測量主要是利用熱電偶來測量塔盤下的氣相溫度或著液相溫度時，如果沒有特別注明，測量液相溫度的開口位置應不高于塔板上 100mm，當高于 100mm 時，測量的是氣相溫度 [2]。
3 塔操作平臺設置
塔平臺的設置，應按最小用途設置。操作平臺應設置在人孔、液位計、手孔、閥門、塔頂?shù)鯒U等經常需要操作和檢修的位置，平臺的寬度一般在 0.8m 到 1.5m 之間。相鄰的兩層平臺之間的高度一般不要超過 10m。如果有規(guī)定或著用戶有明確要求設計大于 10m 的層高的，應在兩層平臺之間設置梯間平臺用于休息。塔頂平臺的設置，考慮塔頂安全閥的檢修和拆卸空間以及對塔頂?shù)踔牟僮?，為確保安全，以圍繞全塔為宜。塔的操作平臺的設置要同時考慮到上、下管道的布置問題，這樣可以有效的提高安裝、通行、操作、檢修等操作的方便性。
4 附塔配管和支架設計
附塔管道布置時一般要遵守以下原則：（1）附塔管道布置時首先要考慮操作和安全的相關要求。（2）附塔管道的布置要滿足工藝管道和儀表流程圖的設計要求。（3）在進行管道布置時應盡量使管道沿塔體分布，并且應注意有一個有序的外觀，便于支架的統(tǒng)一規(guī)劃。（4）應從塔頂至塔底自上而下的進行統(tǒng)一規(guī)劃。
4.1 塔頂管道的設計
塔頂管道一般應用于氣相，所以管徑較大，在進行布置時要首先考慮。塔頂管道應盡可能短，同時要保證管道具有一定的柔性。由于塔頂管道介質溫度較高，一般用“L”型配管來進行熱補償，因此“L”型配管的水平段要有留出一定的長度。安全閥最好安裝在塔頂平臺上或比較接近塔的位置。安全閥排放時反力較大，安全閥出口管道應設牢固的支架進行安全加固。根據(jù)工業(yè)設施的相關規(guī)定，塔和安全閥之間的壓降，不能超過安全閥定壓的 3%[3]。如果塔和安全閥之間的距離較遠，必要時可以對安全閥校核壓降或再次進行測量定壓，使壓降穩(wěn)定在安全區(qū)域之內。
4.2 塔側管道的設計
塔體側面的管道通常有：回流管道、側線抽出管道、進料管道、返回管道、汽提蒸汽和重沸器入口管道等。為防止閥門關閉后管道發(fā)生積液的不良情況，通常塔體的管口和閥門直接連接在一起，并且這部分的管道要求具有一定的柔韌性，設計時也應保證其結構（一般布置成“L”型）上的柔韌性。所以塔下部的管道通常布置成“L”型，主要是設計出一個水平管道來吸收立管因為熱膨脹而產生的位移。從再沸器回塔和由塔到再沸器管道的溫度較高、管徑較大、流速較高，配管時要考慮熱應力，同時又要按工藝要求的阻力降配管。在熱應力允許范圍內配管應盡量簡單，管道盡量短而平滑。
4.3 塔底管道的設計
塔底管道操作溫度相對于其它塔體部位來說溫度較高，因此在設計塔底管道時，管道的柔性要嚴格遵守相關規(guī)范要求。其中塔底出口管道與泵連接的部位要在保證有足夠的柔性以減少泵口受力的前提下盡可能的減少管道的長度和拐彎 [4]。最好和應力工程師一起針對管道的結構進行合作，保證塔底等管道的柔韌性符合要求。
4.4 塔的管道支架設計
附塔管道支架設計時，主要考慮以下兩點：（1）支架的設置要根據(jù)不同工況下塔體與管道之間的溫差的不同的情況進行綜合考慮；（2）生根在需熱處理的塔上的支架，在塔上應設置隔熱板。此外在設計管道的時候要堅持安全第一的原則，因此在設計生根在塔外壁上的承重支架應按最不利的工況來對生根進行放置。
由于塔和管道之間的溫差，產生“滯后”現(xiàn)象引起的熱應力，所以最好把承受管道垂直荷載的固定支架設計在靠近管口的位置，從而減少管口的受力，固定支架通常生根在塔體上。當固定支架承受荷載過大時，可以建設一些受力導向支架來增加管道的穩(wěn)固性。在設計受力導向支架時，要盡量使用性能更加穩(wěn)定的彈簧支架，以此來適應不同工況下的位移。導向支架一般設置在固定支架下面，考慮其導向間距可設置多個導向架。在放置時要注意管道和塔不能距離太近，否則管道、管架、儀表、閥門等設備有可能因為距離太近而發(fā)生不必要的碰撞而導致設備的損壞和安全問題的發(fā)生。在設計時就要杜絕這些安全隱患的發(fā)生，保證管道的保溫和保冷層的完好，兩者之間至少50mm 的間距。
5 結語
石化裝置中塔的布置和配管設計是一項難度較高的工作，在進行設計時需考慮到多方面的因素，特別是管口方位的選擇，平臺梯子的設置都與配管有密切的關系。工作人員在實際設計中要本著合理布局、安全設計、節(jié)約能源的原則進行綜合的考慮，將理論與實際相互結合，在保證裝置安全可靠地運行的前提下實現(xiàn)節(jié)約材料、減少投資、配管合理的目的。
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