国内外项目中尾气洗涤塔的设计

张 玮贵州东华工程股份有限公司 贵州贵阳 550002

国内外项目中尾气洗涤塔的设计

张 玮
贵州东华工程股份有限公司 贵州贵阳 550002

尾气洗涤塔是尾气处理中的核心设备，本文主要通过对国内外复合肥、黄磷、钡盐等生产装置中尾气处理工段里尾气洗涤塔的设计方法进行阐述，旨在共同分享在采用不同国家标准对尾气洗涤塔的设计经验。

尾气洗涤塔；设计

一、前言

目前，全球在化工生产过程中产生的废气中含有大量的有毒有害物质及烟尘，如果直接排放到大气之中，对大气将造成很大的污染。为了减小这种发展对环境的影响，各国都出台了相关的政策，如美国环保署出台的条例，提高了发电厂、炼油厂、化工厂和水泥厂的废气排放标准，法国对进行减排投资的企业进行减税等政策，中国发布了《中国应对气候变化国家方案》，并且采取了一系列强有力的相关政策措施。在现在日益严格的环保标准要求下，必须提高和完善尾气处理能力，以达到当地的排放要求，尾气洗涤塔是整个尾气处理工段中最核心的设备，也是占尾气处理投资中比较大的设备。所以，在对尾气洗涤塔的设计时候，如何满足当地认可的标准与规范，确保设备安全运行是比较值得研究的一个问题。

二、结构形式、设计参数与选材

1.结构形式

尾气洗涤塔（图1）的支撑都是采用裙座支撑，根据不同的需要在筒体内部由下至上设有填料段、洗涤喷淋段、丝网除沫器等。而下封头主要有两种：一种是椭圆封头，另一种是斜底结构。在出口上分为直接进行排放、由一个风机引至另外的烟囱进行排放、连接至其他装置进行再利用（如黄磷尾气主要含一氧化碳，可回收作为原料气使用）三种。其中直接进行排放的尾气洗涤塔的总高度比较高，在出口处按需要设有防雨帽、避雷针、航空信标等。

图1 尾气洗涤塔

2.设计参数

在复合肥、黄磷、钡盐等生产装置中尾气处理工段里尾气洗涤塔都有一个共同的特点就是都是微正（负）压设备，设计压力根据尾气洗涤塔在工艺流程中所处的位置有所不同，有一类尾气洗涤系统的风机设置在尾气洗涤塔的进口处，这样尾气洗涤塔内部就会产生一定的微正压，一般正压不超过0.01MPa（表压）；而另一类尾气洗涤系统的风机设置在尾气洗涤塔的出口处，在风机后面再设置一个烟囱来进行排放或者进行回收，在这种情况下尾气洗涤塔内部就会产生一定的微负压一般负压不超过-0.008 MPa（表压）。设计温度40℃～90℃。

图2 气体洗涤塔装置

3.设计标准选择

国内项目主要采用的标准有：NB/T 47003.1-2009 《钢制焊接常压容器》、NB/T 47041-2014《塔式容器》、GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》等，国外项目主要采用的标准有：ASME Ⅷ-1-2015《Rules For Construction Of Pressure Vessels》、UBC-97《Uniform Building Code》等。

4.选材

对于采用碳钢的洗涤塔而言，国内项目采用GB/T 3274-2007《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》和GB 713-2014《锅炉和压力容器用钢板》，而国外项目采用的是ASTM A283 / A283M – 13《Standard Specification For Low And Intermediate Tensile Strength Carbon Steel Plates》和ASTM A516 / A516M - 10(2015) 《Standard Specification For Pressure Vessel Plates, Carbon Steel, For Moderate- and Lower-Temperature Service》。

对于不锈钢的洗涤塔而言，国内项目采用GB 24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》。而国外项目采用的是ASTM A240 / A240M - 15b《Standard Specification For Chromium And Chromium-Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications》。

对于采用含有硫酸等酸性物质洗涤的洗涤塔，在接触酸性介质的部分，还需要衬橡胶或耐酸砖，衬里部分腐蚀余量取1mm。未衬里的碳钢部分腐蚀余量取3mm，不锈钢部分腐蚀余量取0mm。在腐蚀裕量的选取上，国内外没有太大的区别。

三、设计计算

1.国内项目中的设计计算

对于采用国内标准设计的尾气洗涤塔，塔体与裙座采用软件SW6-2011中的塔器进行设计计算，如果下封头为斜底的，斜底采用型钢支撑，支撑型钢可按两端固支受均布载荷的力学模型来计算，许用应力可按相关标准查出，许用挠度可取1/500的型钢总长。筒体内部有填料的，填料支撑型钢可按两端铰支受均布载荷的力学模型来计算，许用应力可按相关标准查出，许用挠度可取1/（500～1000）的型钢总长。

2.国外项目中的设计计算

对于采用国内标准设计的尾气洗涤塔，塔体与裙座可以采用软件PVELITE-2014进行设计计算，如果下封头为斜底的，计算方法同国内计算方法，筒体内部有填料的，填料支撑型钢计算方法也同国内计算方法。

3.设计计算中需要注意的问题

(1)大法兰的优化设计（DN≥600mm）

如一个DN6600mm的尾气洗涤塔上有一个DN2600的大法兰，如果按PN0.25的压力等级去选标准法兰的话就会比较重，浪费材料。可按SW6-2011零部件或者PVELITE-2014中的法兰来进行非标设计。通过减小法兰外径，减薄法兰厚度，这样大概能节省10～20%的材料。

(2)带有排放筒的洗涤塔中的诱导振动判别

带有排放筒的洗涤塔上的排放筒比较长，总高能达到四十米以上，对于比较高的塔器就需要进行诱导振动的判别。对于诱导振动的判别，ASME STS-1中给出了利用临界漩涡速度判定的方法。该标准计算一种称为临界速度Vcv的参数，用Vcv与临界风速Vc相比，从而做出判定。Vc＜Vcv，则应进行震动分析，要考虑诱导振动及载荷；Vcv＜Vc＜1.2 Vcv，则建议进行振动分析，并考虑诱导振动的载荷；1.2 Vcv＜Vc，则不需进行振动分析。

对于需要减小振幅的洗涤塔，可在排气筒顶部往下1/3总高的范围内设置螺旋扰流板，螺旋板的头数为3,相互之间错开120°，螺距为直径的5倍。

(3)加强筋或加强圈的设置

对于带有微负压的尾气洗涤塔，在如下几个地方需要根据需要设置加强筋或加强圈：①根据外压计算长度在筒体上设置加强圈；②锥形封头的大端和小端设置加强筋；③大开孔的开孔补强范围内设置加强筋；④切向开孔的开孔补强范围内设置加强筋。

四、制造、检验要求

在国内制造使用的尾气洗涤塔焊接规程采用NB/T 47015-2011《压力容器焊接规程》、无损检测标准采用NB/T 47013.1～47013.13-2015《承压设备无损检测》。在国外制造使用的尾气洗涤塔焊接规程采用ASME BPVCIX-2015《Welding And Brazing Qualifications》、无损检测标准采用ASME BPVC-V《Nondestructive Examination》。

制造完毕后，根据相关标准规范，相应要求进行水压试验、煤油渗漏、泄漏试验等，以确保设备的安全运行。

[1]NB/T 47003.1，钢制焊接常压容器[S].北京：新华出版社，2009.

[2]ASME Ⅷ-1，Rules For Construction Of Pressure Vessels [S].American Society of Mechanical Engineers，2015.

Design of Tail Gas Washing Tower in Domestic and Overseas Projects

Zhangwei, Guizhou Donghua Engineering co., LTD, Guiyang city, Guizhou province, 550002

Tail gas washing tower is the central equipment in the course of tails gas treatment. This paper will discuss on the design methods of tail gas washing tower in tail gas treatment workshop section which exists in these production equipments for compound fertilizer, yellow phosphorus, barium salt and so on from home and abroad. The purpose is to co-share the design experience for tail gas washing tower under the different country standards.

tail gas washing tower；design

T

A

张玮（1985～）男，汉，贵州东华工程股份有限公司，工程师，研究方向：化工机械。