塔联合平台的设计

李美慧 于广胜 杨硕

摘      要：塔设备作为核心设备之一，在石油化工等领域有着重要的作用。多台相邻布置的塔设备，其联合平台美观大方、便于操作、安全稳定，并且还能提高检维修人员的工作效率。结合实例，从设备布置、开口方位、梯子平台设置等角度，简要论述和分析塔联合平台的设计。

关  键  词：塔;联合平台;管道;斜梯

中图分类号：TQ 052       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）12-2762-04

Abstract：  As one of core equipments， tower plays an important role in petrochemical industry. The combined platform is beautiful， easy to operate， safe and stable， and can also improve the work efficiency of inspection and maintenance personnel. In this paper， the design of tower combined platform was discussed and analyzed from the aspects of equipment layout， nozzle orientation， setting of ladder and so on.

Key words： tower; combined platform; pipeline; incline ladder

塔设备作为核心设备之一，在石油化工等领域有着重要的作用[1]。塔设备根据结构不同，可分为两大类：板式塔和填料塔[2]。通常塔设备会设置部分操作平台及梯子，以便对设备进行操作和检修。操作平台通常设置在塔顶吊柱、人孔、手孔、卸料口、液位计等需要频繁操作和检修的地方。多台相邻布置的塔，若将其平台相连，建成联合平台。在此基础上还可与邻近构架设置联合平台。设计塔平台时还需要综合考虑塔内件、开口方位、设备平面布置、管道布置等因素的影响。本文以醚化装置中塔及构架区为例，分析塔联合平台的设计。

1  塔联合平台的设计理念

1.1  联合平台与一般平台的区别

为单台设备设置的操作、检修平台称为一般平台。对于两台及两台以上的设备，将其平台互相连接，组成的操作检修平台称为联合平台。

1.2  塔的布置方式

首先我們要考虑塔设备的平面布置，即确定多台塔设备的定位关系。

1.2.1  塔与其他关联设备的布置

以标准规范为基础，工艺流程顺序为依据，将塔及与其关联的设备尽量靠近布置。必要时为了方便操作和管理，可将多台塔设备布置在一个区域内，设立一个独立的操作单元。

1.2.2  塔的布置方式

（1） 单排布置[3]。普遍采用较多的是单排布置方式。当管廊一侧存在两台及两台以上的塔或立式容器时，有两种布置方式。一种是中心线对齐方式，另一种是选取多台设备同一侧切线对齐的方式。

（2） 非单排布置。当塔体直径较小筒体较高时，可以采用双排或三角形布置。同时可利用联合平台使多台塔设备互相连接，提高整体稳定性。设计过程中需要注意热胀量等因素的影响。

（3） 构架式布置。对于直径小于等于1米的塔，可利用构架提高设备的稳定性。即布置在构架内或构架的两侧。

醚化装置共有四台塔设备，包括轻汽油水洗塔（1800-C-0101）、醚化分馏塔（1800-C-0102）、甲醇萃取塔（1800-C-0103）及甲醇回收塔（1800-C-0104）。平面定位如图1所示。分为两组布置在构架两侧，轻汽油水洗塔（1800-C-0101）与醚化分馏塔（1800-C-0102）直径相差较大，如果采用中心对齐，在设置联合平台时，小直径塔的平台会很大，不利于平台支撑梁的选取，因此采用以北侧切线对齐布置。甲醇萃取塔（1800-C-0103）与甲醇回收塔（1800-C-0104）直径差异较小，选择中心线对齐的布置方式。

1.3  塔体管口方位的布置

在设计平台之前，需要优先确定塔体管口方位。相较于其他设备而言，塔的管口较多，塔体较高。在了解工艺要求、工艺参数、装置布置情况及塔内件结构的基础上，结合工艺流程、管道布置要求等进行管口方位的设计。首先，将每台塔的四周分为两大部分，即配管用的管道侧与操作用的检修侧，详见图2所示。

之后需要根据标准规范布置塔顶气出口、回流口、进料口、重沸器油气返回口、塔底抽出口、仪表开口（含温度计口、压力表口、液位计口等）、人孔、手孔、卸料口、检查口等塔体开口的方位。相距较远需要经过管廊连接到其他设备的管道，其管口宜开在靠近管廊一侧。塔顶吊柱的方位需要满足旋转时可到达所有人孔中心线位置或人孔附近的吊点，以便对塔内件进行吊装。规划过程中还需结合管道热膨胀及柔性情况等综合考虑后完成管口方位的确定。

1.4  塔联合平台与梯子的布置

平台和梯子应设置在需要进行观察、操作、检修的地方。根据防火要求可增设安全梯。

例如：设备管口法兰、安全阀、人孔、手孔、温度计、压力表、液位计、仪表调节阀、取样点、孔板流量计、切断阀、盲板、需要用机械清理的转弯处等需要频繁操作检修的地方都应设置平台及梯子。设计平台的要求如下：

（1）直径较小的多塔之间可采用水平过道直接相连的方式，如图3所示。

对于塔外壁间距大于3.4 m，平台外径大于3.6 m时，可采用哑铃式[4]，如图4所示。无斜梯的两塔之间也可用水平过道直接连接，如图5所示。

（2）设置联合平台时，相邻设备应尽量取相同标高，减少错层。当存在个别的管口高度无法满足要求时，可以将部分平台上下移动，用踏步或者直梯来完成连接。在设置踏步或者直梯时可将护栏向直梯方向延伸一些，减少操作人员攀爬梯子时的安全隐患。参考图6所示。

（3）塔外壁与平台内壁之间应预留出一定空间，作为设备保温及涂漆用。无保温层时预留间隙为100 mm;有保温层时，平台内壁距保温层外壁预留间隙为50 mm。

（4）平台过小即达不到检修要求也不利于操作人员的安全性。平台过大则会导致浪费以及增加塔基础的设计难度[5]。因此一般平台宽度为0.8～1.2 m，最大宽度不宜超过1.6 m。平台之间、平台与地面之间通常为通道，因此净空（去掉平台支撑梁的高度后）不应小于2.2 m。

（5）为检修用的人孔、手孔设置平台时，一般人孔中心的距平台面的高度宜为0.8～1.0 m，手孔相对较小，其中心距平台面高度宜为1.0～1.5 m。

（6）塔设备的加料口顶距离平台面的高度不宜大于1 m。

（7）对于法兰连接的塔设备，其法兰面距离平台面高度不宜大于1.5 m。

（8）生根在设备上的平台应避免影响设备检修及操作，如有影响需设计成可拆卸的。

（9）多台塔设备的联合平台，宜选用斜梯。在设有斜梯的基础上，可适当增设部分直梯作为安全通道。

（10）斜梯倾斜角度不应大于45°，斜梯高度不宜大于5 m，设计带有斜梯的联合平台时，需结合塔外壁间距统筹考虑每层平台之间的高差。斜梯的净宽宜为0.6～1.1 m。

醚化装置中的四台塔设备，均选取水平过道直接相连的方式。每层平台间距在2.5～3.2 m之间。详见图7所示，左侧为C-0101与C-0102、右侧为C-0103与C-0104联合平台模型截图。

（11）联合平台的设计需要考虑各塔操作介质、操作温度、操作压力。例如，根据各塔之间操作温度不同，联合平台设计应选取合理的连接方式以满足各塔的热胀要求。

（12）平台荷载重量一般按3 kN/m2 均布载荷设计，对于供检修用的平台一般按4 kN/m2 均布载荷设计;附塔平臺宜按3 kN/m2 均布载荷设计。对于在平台上进行拆卸及检修的大型设备，需要设置特定的检修区域并给出最大可拆卸部件的荷载重量进行核算及设计。

2  设置联合平台时的注意事项

由于塔内温度变化，塔体会产生热胀冷缩的变形现象。温度升高，塔体向上膨胀产生位移，生根在塔体的平台也将随之上升。然而处于环境温度下的结构平台却不会膨胀上升。根据工况、介质等因素影响，各塔之间的塔壁温度也存在差异，膨胀量也不同。因此连接结构平台与塔体平台、多塔之间的平台及过道、多塔之间的梯子时，如采用硬性连接，可能导致因膨胀量差异产生的断裂失效问题。热胀量可按下列公式计算：

为解决上述问题，目前有两种做法。其一是采用铰接形式[6]。即在连接件的位置开长圆孔，根据具体参数计算出所需尺寸，使一端保持可移动状态，以此抵消膨胀产生的位移差。另一种简易处理方式为塔平台之间、塔平台与斜梯连接件之间采用断开式连接，保持一定间隙，避免相互影响。

醚化项目采用的是断开式连接。图8为醚化装置的塔及构架区综合模型示意图，该装置目前已经顺利投产运行，并得到业主认可。

3  结束语

塔设备普遍较高并且设有多组液位计，操作人员需要经常往返于各塔设备之间进行观察及检修，采用联合平台很大程度上减少了操作人员攀爬的次数，节省了检修和操作人员的体力和时间。距离较近的联合平台其造价增加较小又增加了一定的检维修空间。即塔的联合平台及其斜梯形式，满足了用户整齐美观，便于操作的要求，且增加了塔体稳定性、提高了操作和维护工作的效率及操作人员的安全性。

塔联合平台设计是多专业协作完成的。设计过程中塔开口方位，敷塔配管及平台的设计都是相辅相成互相影响的，需要设计人员综合考虑。目前越来越多的大型项目中都采用了塔的联合平台及其斜梯形式。

参考文献：

[1] 王宏，付建国，刘克，苑颖，王清媛.塔设备联合平台的设计与施工[J]. 化工设备与管道，2012，49：11-20.

[2] 曹立群，板式塔人孔方位确定及平台设置[J]. 化工设计，2015，25：38-40.

[3] SH 3011–2011，石油化工工艺装置布置设计规范[S]. 中华人民共和国工业和信息化部，2011.

[4] 路秀林，王者相，等主编. 化工设备设计全书塔设备[M]. 北京：化学工业出版社，2004.

[5] 王桂杰，康久常.塔管道设计常见问题及注意事项[J]. 当代化工，2016，45：2020-2026.

[6] 张述旺，胡香娥.立式容器热膨胀对直梯的影响[J]. 石油化工设备，2010，39：46-48.