化工装置塔的布置及管道设计_龙宇.pdf

山东化工化工设计收稿日期:20221211作者简介:龙宇，大学本科，主要从事化工工艺管道设计工作。化工装置塔的布置及管道设计龙宇(上海河图工程股份有限公司武汉分公司，湖北 武汉430000)摘要:塔器是化工生产过程中不可缺少的重要设备。根据工艺流程，塔器需与回流罐、加热炉、再沸器、塔底泵等多种设备相关联。设备通常较大，管口较多，管道设计难度较大。为实现合理、经济的现代工程设计目标，需要从设备布置、管口方位、管道设计及平台梯子等方面进行分析，并总结设计经验和方法。关键词:塔;设备布置;管口方位;管道设计中图分类号:TQ0535文献标识码:A文章编号:1008021X(2023)03018803Equipment Layout and Pipeline Design of Chemical Plant TowerLong Yu(Wuhan Branch of Shanghai Hoto Engineering Inc，Wuhan430000，China)Abstract:Tower is an indispensable and important equipment in chemical productionAccording to the process flow，the towerneeds to be associated with reflux tank，heating furnace，reboiler，bottom pump and other equipmentsThe equipment is usuallylarge with many nozzles，and its pipeline design is difficult In order to achieve reasonable and economical goals of modernengineering design，it is necessary to analyze the equipment layout，nozzle orientation，pipeline design，platform and ladder，andsummarize design experience and methodsKey words:tower;equipment layout;nozzle orientation;pipeline design塔设备作为气(汽)液或液液两相之间进行传质、传热的设备，在化工生产装置中应用广泛，如精馏塔、吸收塔、解吸塔、洗涤塔等。在投资费用方面，塔又在所有工艺设备中占有比较高的比例，可见其是化工装置中最重要的工艺设备之一。塔的布置及管道设计是整个化工工程设计中一个重要的环节:设备大需要在设备布置中优先布置;塔内件种类、结构复杂，对管口方位的确定影响较大;来去不同相关联设备之间的附塔管道多且容易发生空间冲突。随着化工企业逐渐走向规范、成熟，对如此重要的设备的设计提出了经济合理，操作、通行方便，管道布置整齐美观等的要求。因此本文将从工艺、施工、操作和检修等的方面对塔的布置及管道设计进行探究。1设备布置11平面布置塔器的布置首先要按工艺流程的要求和顺序，将塔与塔顶冷凝冷却器、回流罐、塔底泵、再沸器等关联设备靠近布置。多台塔类设备集中布置时，常单排布置在管廊的一侧，采用中心线对齐并与管廊平行;直径较小的塔，也可双排或三角形布置，并设置联合平台;直径小于或等于 1 m 的塔，必要时可布置在框架内，以增加塔的稳定性。塔周围应有足够的检修净空，并考虑塔整体吊装的可能性，塔的检修侧宜紧靠装置检修道路。塔的四周应大致划分为操作和检修所需的“操作侧”与管道布置所需的“管道侧”。人孔和平台均应设在操作侧，管道则布置在管道侧，这些需根据塔的定位及其周围空间、塔内构件等综合确定。12安装高度塔的支撑有多种形式，常用裙座支撑。对于一些塔底开口较多并不方便接管引至裙座外的塔器也可采用框架支撑方式。如一般常减压分馏装置中，减压塔常采用框架支撑方式，与塔有关的其他设备可布置在邻近的多层框架上。塔的安装高度应按照工艺流程图的要求，结合管廊高度、塔底管道安装和操作所需的最小净空、成组布置设备的联合平台等综合考虑设计。裙座尽可能低，对投资是有利的。如果管廊比塔底连接管线高，且管道布置会产生下袋形时，宜提高塔的安装高度或降低管廊的高度。当用泵抽吸塔釜物料时，塔的安装高度应满足泵需要的汽蚀余量和管道压力降的要求。成组布置的塔常设计成联合平台，可通过调整塔的裙座高度来使联合平台标高尽量取齐，平台标高难以取齐时，也可通过设置错层楼梯以保证通行。2管口方位塔的内件结构不同，其对管口方位的要求也不同。对于填料塔，塔内装填一定高度的填料，气液两相在填料的液膜表面上充分接触，进行传质，因其缺少塔板等内构件的影响，侧重于满足生产、操作和检修的要求，对管口的方位设置相对比较灵活。但对于板式塔，内部装有一定数量的塔板，气体在压差力的推动下向上通过各层塔板上的液层，从而实现传质、传热。因此设计其管口方位时，除要满足生产、操作和检修的要求外，还需要对塔的内部构件有一定了解，以合理安排好各管口和塔板等复杂内部构件的关系。这不仅是满足生产、工艺的要求，好的管口设置也可以简化设备和管道布置，方便操作和检修，减少投资等。以下就主要介绍板式塔的管口方位设置。21人孔方位在设计管口方位时，需优先确定人孔方位，再根据塔板位置情况等，由上到下规划其他管口方位。人孔是为安装和检修塔内件而设置。所以人孔应设在操881SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷DOI:10.19319/ki.issn.1008-021x.2023.03.053第 3 期作侧，在吊柱工作范围内，便于塔内构件、塔板的安装和拆卸。上下人孔宜设置在一条直线上，不能影响其他管口和管线的布置，并要避开降液管或受液槽区域，否则人员无法进出。一般应设置在塔板上方的鼓泡区，以方便人员进入提供着力点。22塔上仪表管口方位塔上仪表如温度计、压力表、液位计等应设置在便于观察、操作和检修的地方，如操作区内平台上或梯子旁边，但不能在梯子旁边靠近平台一侧的平台上，以免挡住通道。仪表最好不要放在人孔旁，因为会有破损的危险。液位计和液面调节器的开口应布置在便于观察的位置。为了读数准确，此类管口不得位于其上层塔盘的降液区，以防止液位计出现假液位。同时应避开进料口、回流口等物料冲刷范围和液面不稳的范围，也可通过在塔体内设置挡板或扰流板，以避免上述范围的限制1。压力计管口应设置在气相区。测量液相的温度计通常由降流板侧插入液相区，测量气相的温度计则需置于气相区。温度计套管伸入塔内需检查是否与塔内件相撞，且要考虑其插入或抽出空间，注意避免阻挡平台通道，管口前方应有大于或等于 600 mm 的净空。23工艺管口方位231塔顶管口由于塔顶馏出线介质一般为气相，管径较大，需要在附塔管道布置中优先设计，此开口一般设在塔顶中间。其他塔顶管口依次布置在塔顶气相馏出线管口的附近，并不影响操作人员通行。232塔回流及进料管口不带有内部接管的单溢流或多溢流塔顶回流入口管口方位与降液管之间的定位关系为相对方向，并设置防冲挡板，如图 1 所示。带有内部接管的塔顶回流入口开设范围可适当加宽，但要保证内部接管能伸入受液盘中，多溢流数时还需注意流体的均布。图 1带有挡板的塔顶回流管口方位塔中段液体物料进口的布置与塔顶回流入口管口方位上有相似之处，都要求液体进入塔内后落在远离下层降液管的塔盘上，而不是直接流入降液管内，以充分利用入口下层塔盘参与传质传热。但因位于塔中部，往往有上层降液管位置限制。我们可以将管口开在靠近上层降液管外侧且平行于降液管的方向上，但因为此时管口方位不在设备中心线上，通常较少用到。一般情况下采用延设备中心线进入并搭配内部分布管的方式，液体进料管口可开设范围如图 2 所示。图 2带有分布管的液体进料管口开设范围233塔抽出管口对于有中间侧线抽出物料的塔，如果物料是由塔盘底部水平抽出，则需要避免与降液管碰撞。对于单溢流板式塔，中间侧线抽出管口需在受液盘所对应的弧长范围内开设，最好设在液流均匀的地方，常设置于垂直于降液管的中心线上;双溢流板式塔的中间侧线抽出管口则需要开在与降液管平行的中心线上，即中间降液管下面受液槽的两端上。此外我们也可在降液管下面受液槽的底部开口，通过塔体内部弯头、接管，将抽出管引出筒体。因此中间侧线抽出的外部管口可以设置在操作侧除了降液管外其他方便配管的方位。塔底抽出管口一般设在底封头的中部，并应引到塔裙座外面，裙座内不应设置法兰，以便检修，而且也为安全。24塔再沸器管口方位再沸器是使液体再一次汽化的设备，多与分馏塔合用。从塔底线提供液相进入再沸器中，经过再沸器交换热量，有部分液相被汽化，被汽化的两相流回到分馏塔中。由于静压差的作用，塔底将会不断补充被蒸发掉的那部分液位。241再沸器进料管口再沸器进料管口的开口方位与塔侧线抽出管口的开口方位类似。但对于再沸器进料口从塔底部引出同时有塔釜隔板存在时，塔釜隔板将塔釜分成了塔釜再沸器区和塔釜产品区。再沸器进料管口设置于塔釜再沸器区，如图 3 所示。图 3塔釜设有隔板的再沸器管口方位242再沸器返回管口规划再沸器油气返回口时应避开液封盘的方位。如果返回管口与液封盘高度相近，为避免吹开液封盘上的液体导致封闭失败，我们一般将返回管口设置在与液封盘平行的方位上。双溢流塔板的返回口应设置在与液封盘平行的塔中心线上。对于单溢流塔板，如果返回口设置在中心线上有困难，可设在与液封盘平行并远离液封盘的另一侧。三溢流和四溢流塔板的再沸器油气返回口应设在液封盘之间，并与其平行。当有两个再沸器返回时，两个管口均与液封盘平行布置，两个管口呈相对方向。如果单溢流塔釜设有隔板，且隔板上没有开孔，那么再沸器返塔管口应与再沸器进料管口设置在一侧，位于塔釜再沸器区，最好平行于塔釜隔板，如图 3 所示。3管道设计管道设计应从塔顶管道开始，自上而下进行规划，并优先考虑大直径管道和有特殊要求的管道。因为塔顶馏出管道(气相管)的直径较大，令其首先占据空间位置，宜布置在管道侧的中间，中下部连接的管道宜依次布置在其两侧，否则容易引起反复的修改和返工。31塔顶气相管道设计塔顶馏出管道介质温度较高，一般需采用 L 形配管的方式，水平段要有足够长，以此作为热补偿。同时为防止管道积液，需避免“袋形”产生。塔顶油气管道至冷换设备时，应采用“步步低”的配管方式，当多台冷换设备并联时，管道宜采用对称布置，避免偏流，也可使各管道阻力降相同。32塔侧线管道设计每条附塔管线应尽可能延塔敷设在以设备为中心的同圆981龙宇:化工装置塔的布置及管道设计山东化工线上，也可将管道布置在与塔保温外切线平行的位置上。为了方便设置支架，同时也避免管道保温、伴热等附属与设备碰撞，管外壁距离塔外壁或塔隔热层外壁净距至少为 300 mm。塔抽出管、进料管上设阀门时，为避免阀门关闭后出现积液，不应在向下弯的垂直管段上设置阀门，可将这些管道上的阀门直接与设备管口相接，并保持阀门与设备管口法兰压力等级一致。同时保证管道上阀门手轮距平台 1015 m 为宜。塔体侧面在同一角度有两个以上的进(出)料开口时，特别对于温度较高的物料，配管的形状应具有一定的柔性。如图 4 所示。一些大直径高温管道以及位移较大的管道还应进行应力分析。图 4多分支进(出)料管道布置附塔管道上的支架一般采用承重与导向相结合的形式。承受管道重量的支架需设置在垂直管段上部靠近设备管口的位置，以免管口受力过大。如果一个支架无法承受管道的重量，可增设一个弹簧承重支架。承重支架下部其他支架为导向支架，以避免管道摇晃，塔器上的垂直管道的导向支架最大间距见表 1。自上而下最后一个导向支架距离水平管道宜大于 25倍的管径。表 1垂直管道导向支架最大间距管径 DN/mm间距 H/m管径 DN/mm间距 H/m1535200102042501125453001240553501350640014807600161008