悬挂多个容器的塔设备设计探讨

2017-10-12陈如艳

化工设计通讯 2017年9期

关键词：设备设计管口沸器

陈如艳

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

悬挂多个容器的塔设备设计探讨

陈如艳

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

在石油化工装置中，塔设备是一种必不可少的设备类型，但经常遇到的是独立的塔设备或是外侧悬挂一个或两个较小再沸器的型式，当悬挂有再沸器时，悬挂高度也较低。在某化工厂的某化工装置中，有一台塔设备上悬挂有四台再沸器和一台容器，再沸器的直径都较大，质量较大，悬挂位置也较高。由于空间有限，再沸器和容器无法安装在地面或框架上，且由于介质积聚后易爆炸，工艺上要求塔设备的管口与再沸器的管口连接尽量短，这就要求四台再沸器和一台容器要完全支撑在塔设备上。目前可参考的资料，仅有专利商提供的在新加坡建设的相同装置中的类似设备，但由于某化工厂该装置的产能有所提高，塔和再沸器的尺寸都较之前大。这种类型的塔在国内设计中很少遇到，对此塔在设计方面的分析进行了阐述。

塔设备；分析；制造；安装

Abstract：In the petrochemical plant，the tower equipment is an indispensable type of equipment，but often encountered is a separate tower equipment or the outer suspension of one or two smaller reboiler type，when hanging again Boiler，the suspension height is also low.In a chemical plant in a chemical plant，there is a tower equipment hanging on the four reboiler and a container，reboiler diameter are larger，heavier quality，suspension position is also higher.Due to the limited space，reboilers and containers can not be installed on the ground or frame，and because the media after the accumulation of easy to explode，the process requires the tower equipment nozzle and reboiler nozzle connection as short as possible，which requires four The boiler and a container are fully supported on the tower.The information available at present is only available from similar devices in the same plant in Singapore，but the size of the tower and reboiler is larger than the previous one due to the increase in the capacity of the plant.This type of tower is rarely encountered in the domestic design，this paper on the tower in the design of the analysis were described.

Key words：tower equipment；analysis；manufacturing；installation

1 设备简介

塔设备位号为PT-1005A/B/PD-1011，直径φ3 900mm，总高～30m，材质选用复合板Q345R+S30403，其中PT-1005A，PT-1005B和PD-1011是通过封头或裙座连接的三个独立的腔体。悬挂的四台再沸器的位号分别为PE-1009A/B/C/D，其中PE-1009A/B为立式，直径φ1 900mm，总高～8m，单台设备净质量～23t，单台容积～18m3；PE-1009C/D为卧式，直径φ1 400mm，总长～6m，单台设备净质量～13吨，单台容积～8.5m3。一台立式容器位号为PD-1110，直径φ1 300mm，总高～2.7m，设备净质量～1.3t，容积～2.8m3。塔和外挂设备的总装配图及相对位置见图1，塔设备主要设计参数见表1。

表1 设备数据表

2 塔设备受力分析

由图1可知，四台再沸器和一台容器全部支撑在塔设备上，塔设备作为受力的主体，在设备运行过程中受到几台悬挂设备的影响，其受力相当复杂，需考虑多种组合的影响。由于与NB/T 47041—2014《塔式容器》标准所适用的模型不同，故不能直接采用常规的方法。在本次设计中，塔设备首先按常规塔计算程序进行初步计算，然后根据每种组合的具体情况采用假设的等效模型，逐一分析，本文将对各组合工况进行阐述。由于悬挂的立式容器较小，对计算影响较小，故可忽略。

首先是设备的基本计算，此时不考虑悬挂设备的影响，因塔设备设计压力有正压和负压，所以分两种情况，正压计算和负压计算，共14种组合，见表2。

图1 设备总装图

表2 塔设备基本计算

然后考虑有再沸器等悬挂设备影响的情况，除有正压和负压工况外，因再沸器PE-1009A和PE-1009C在270°方位，PE-1009B和PE-1009D在90°方位，所以分单侧操作和两侧同时操作两种情况较危险，共28种组合，见表3和表4。

表3 单侧操作时塔设备计算

表3中，悬挂设备偏心载荷为90°或270°方位的再沸器产生的偏心载荷，即PE-1009A和PE-1009C的设备净质量或PE-1009B和PE-1009D的设备净质量、充水水质量、保温质量和管线质量等的总和。

表4 两侧同时操作时塔设备计算

表4中，悬挂设备偏心载荷为四台再沸器产生的偏心载荷，即PE-1009A/B/C/D的设备净质量、充水水质量、支架质量、保温质量和管线质量等的总和。

风载荷在塔设备的设计计算中起着重要的作用，因再沸器所在截面距塔设备底部较高，因此，风载荷的影响更是一个重要因素。但如何考虑风载对此种类型塔的影响，成为本台塔设备设计计算时的难点之一。由于再沸器支撑在塔设备上，且为刚性连接，当悬挂的再沸器受风载荷影响时会把力传递到塔体上，但传递的力的比例无法判断。在设计计算时做了保守的假设，分别为：①PE-1009A/B再沸器所在截面的迎风面直径=2×再沸器中心到塔设备中心的距离+再沸器直径=10 900mm；②PE-1009C/D再沸器所在截面的迎风面直径=2×再沸器中心到塔设备中心的距离+再沸器直径=8 500mm。计算时按变径塔的模型，在正压和负压工况下共有6种组合，见表5。

表5 等效变径塔设备计算

经过以上共48种组合计算后，对比表2～表5中筒体壁厚、自振周期和地脚螺栓尺寸的计算结果，由此可知悬挂设备偏心载荷在塔设备的壁厚计算中起决定作用，尤其在风载荷工况下更危险。虽然本文所列的组合有些比较保守，但目前还未找到更好的设计方法。

3 塔设备制造及安装注意事项

由于此塔外挂设备较多，受力较复杂，所以在设备制造时应比普通塔的要求高。对此提出了以下技术要求：①复合板的基层钢板，应逐张进行100%超声检测，符合JB/T 4730.3—2005的要求，Ⅱ级合格；②裙座与封头的焊接接头应氩弧焊打底，并按JB/T 4730.4—2005进行100%磁粉检测，Ⅰ级合格，同时按JB/T 4730.3—2005进行20%超声检测，Ⅱ级合格，焊缝表面应打磨成与封头表面圆滑过渡；③裙座纵、环焊缝应按JB/T 4730.2—2005进行20%磁粉检测，Ⅲ级合格；④塔设备壳体的椭圆度应不超过10mm。⑤复层焊缝（壳体的A、B类焊缝）应进行PMI和铁素体含量的检测；PMI检测应包括碳含量在内的化学元素含量（碳含量≤0.04%）；铁素体要求值为3%～8%；检测位置：壳体纵焊缝的中间、纵焊缝和环焊缝的交点（丁字焊缝处）为检测点。

现场安装时也应特别注意，由于再沸器支撑在塔体上，安装时塔上的管口与再沸器的管口直接连接，对两管口的高度差要求就会较高，且必须保证管口的连接为无应力连接状态。