石化装置中塔布置和配管设计探究

张文龙

摘 要：塔是石化装置中重要的设备之一。根据塔的工艺要求，有两种分别是露天布置和室内布置。附塔管道根据位置的不同分为塔顶管道、塔底管道和塔侧管道。塔管口一般有人孔、进料口、回流口、仪表口等。附塔管道支架有承重支架、导向支架。

关键词：塔;布置;管道;支架

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.072

塔是石油化工生产过程中用于液相和液相间或气相和液相间传质或传热过程的设备。塔属于容器的一种，由于其高度较高，管道较多，给配管增加诸多难度，同时塔在工厂中也是不可或缺的，它被广泛应用在精馏、解吸、分馏、蒸发、吸收、萃取等操作，因此要格外重视。塔种类繁多，用途不一，按其结构可分为板式塔和填料塔。本文主要以板式塔为主进行有关塔的布置及配管方面的探究。希望对行业设计工作提供帮助。

1 塔的布置

1.1 塔的平面布置

在对塔进行平面布置时，对于大中型的塔的布置时一般会采用露天布置的方法，对于小型或有特殊要求的塔可以安装于室内。对于露天布置的塔群，在安装布置多个塔时要尽可能的集中布置，尽量将塔的中心线布置在一条直线上，或者塔外壁成一条直线布置（沿塔的一边切线对齐），对于直径较小的塔，可以三角形布置或双排布置，以提高其操作状态的稳定性。对于直径小于等于1m的塔可布置在框架内或框架的一侧，利用框架来对塔进行加固。塔与其关联设备如再沸器、回流罐、回流泵等，最好按照相关工艺流程就近布置。其中特别要注意的是两塔之间的净距离不宜小于2.5m，这样塔的周围就有充足的操作和配管空间，可以将这些空间分为配管区和操作检修区，可以更加方便的进行操作、检修、维护等工作。

1.2 塔的安装高度

塔的安装高度主要由相关的工艺要求决定。对于工作在真空环境下操作的塔或需要从塔底抽出接近沸点液体的塔，在用泵抽出液体时容易出现闪蒸现象，所以在安装时要考虑液体排出时的高度是否合适，针对这种情况一般用裙座结构将塔的高度进行抬高[1]。其中用泵送出塔底液体时，泵的有效吸入高度应满足需要吸入高度（有效吸入高度至少比需要吸入高度多0.3m）。对于工作在常压或中、低压环境下操作的塔，如果没有特殊要求，可以直接在地面的基础上進行安装。成组布置的塔采用联合平台时，如果塔的平台标高取齐困难，可根据实际情况相应的调整塔的安装高度。

2 塔体管口的布置

2.1 人孔

人孔的主要作用是装配、检查和检修内件，因此人孔的布置应在塔的操作区，且进出塔方便、安全、合理的位置。在进行板式塔的人孔的布置时还要注意以下内容：（1）人孔应设在塔的检修侧，各层的人孔在设计时要进行统一的布置;（2）设置在降液管以外的区域，使人进入塔内后能在受液槽上，且要考虑到人孔、受液槽和降液管之间的标高关系;（3）每个人孔都应设置出操作平台，人孔中心距平台面的距离一般在600～1000mm之间，根据工程经验800mm较为合适且效果最好;（4）在设计人孔的位置时要避开管口和管线，同时要保证人口处在吊柱工作的范围内。

2.2 进料口及回流口

为了不使进料环境对操作状态造成较大的干扰，所以在设置进料管口时，要考虑到进料可能发生的波动情况，一般要在管口的周围预留出一些缓冲空间，尽量避免对操作状态产生一些不必要的干扰。气液混合进料口一般布置在塔板上方，并设分配管。板式塔的进料管口一般设置在物料流向的上方，而带有降液管的板式塔，应将管口设在距降液板或降液管最远的位置上。

2.3 仪表管口

仪表最好不要放在人孔旁（有破损的危险）。液位计的开口应布置在便于工作人员监视、检查的位置（塔釜）。 当挡板不能避免液位发生波动时，要根据液位波动情况来调整液位计的位置。两个低温液位计之间要留有一定的距离，防止冷桥产生。压力表开口应布置在气相区。框架内的塔，如果压力表、温度计管口与结构梁过于接近，应考虑安装的可能性。当塔内的温度测量主要是利用热电偶来测量塔盘下的气相温度或着液相温度时，如果没有特别注明，测量液相温度的开口位置应不高于塔板上100mm，当高于100mm时，测量的是气相温度[2]。

3 塔操作平台设置

塔平台的设置，应按最小用途设置。操作平台应设置在人孔、液位计、手孔、阀门、塔顶吊杆等经常需要操作和检修的位置，平台的宽度一般在0.8m到1.5m之间。相邻的两层平台之间的高度一般不要超过10m。如果有规定或着用户有明确要求设计大于10m的层高的，应在两层平台之间设置梯间平台用于休息。塔顶平台的设置，考虑塔顶安全阀的检修和拆卸空间以及对塔顶吊柱的操作，为确保安全，以围绕全塔为宜。塔的操作平台的设置要同时考虑到上、下管道的布置问题，这样可以有效的提高安装、通行、操作、检修等操作的方便性。

4 附塔配管和支架设计

附塔管道布置时一般要遵守以下原则：（1）附塔管道布置时首先要考虑操作和安全的相关要求。（2）附塔管道的布置要满足工艺管道和仪表流程图的设计要求。（3）在进行管道布置时应尽量使管道沿塔体分布，并且应注意有一个有序的外观，便于支架的统一规划。（4）应从塔顶至塔底自上而下的进行统一规划。

4.1 塔顶管道的设计

塔顶管道一般应用于气相，所以管径较大，在进行布置时要首先考虑。塔顶管道应尽可能短，同时要保证管道具有一定的柔性。由于塔顶管道介质温度较高，一般用“L”型配管来进行热补偿，因此“L”型配管的水平段要有留出一定的长度。安全阀最好安装在塔顶平台上或比较接近塔的位置。安全阀排放时反力较大，安全阀出口管道应设牢固的支架进行安全加固。根据工业设施的相关规定，塔和安全阀之间的压降，不能超过安全阀定压的3%[3]。如果塔和安全阀之间的距离较远，必要时可以对安全阀校核压降或再次进行测量定压，使压降稳定在安全区域之内。

4.2 塔侧管道的设计

塔体侧面的管道通常有：回流管道、侧线抽出管道、进料管道、返回管道、汽提蒸汽和重沸器入口管道等。为防止阀门关闭后管道发生积液的不良情况，通常塔体的管口和阀门直接连接在一起，并且这部分的管道要求具有一定的柔韧性，设计时也应保证其结构（一般布置成“L”型）上的柔韧性。所以塔下部的管道通常布置成“L”型，主要是设计出一个水平管道来吸收立管因为热膨胀而产生的位移。从再沸器回塔和由塔到再沸器管道的温度较高、管径较大、流速较高，配管时要考虑热应力，同时又要按工艺要求的阻力降配管。在热应力允许范围内配管应尽量简单，管道尽量短而平滑。

4.3 塔底管道的设计

塔底管道操作温度相对于其它塔体部位来说温度较高，因此在设计塔底管道时，管道的柔性要严格遵守相关规范要求。其中塔底出口管道与泵连接的部位要在保证有足够的柔性以减少泵口受力的前提下尽可能的减少管道的长度和拐弯[4]。最好和应力工程师一起针对管道的结构进行合作，保证塔底等管道的柔韧性符合要求。

4.4 塔的管道支架设计

附塔管道支架设计时，主要考虑以下两点：（1）支架的设置要根据不同工况下塔体与管道之间的温差的不同的情况进行综合考虑;（2）生根在需热处理的塔上的支架，在塔上应设置隔热板。此外在设计管道的时候要坚持安全第一的原则，因此在设计生根在塔外壁上的承重支架应按最不利的工况来对生根进行放置。

由于塔和管道之间的温差，产生“滞后”现象引起的热应力，所以最好把承受管道垂直荷载的固定支架设计在靠近管口的位置，从而减少管口的受力，固定支架通常生根在塔体上。当固定支架承受荷载过大时，可以建设一些受力导向支架来增加管道的稳固性。在设计受力导向支架时，要尽量使用性能更加稳定的弹簧支架，以此来适应不同工况下的位移。导向支架一般设置在固定支架下面，考虑其导向间距可设置多个导向架。在放置时要注意管道和塔不能距离太近，否则管道、管架、仪表、阀门等设备有可能因为距离太近而发生不必要的碰撞而导致设备的损坏和安全问题的发生。在设计时就要杜绝这些安全隐患的发生，保证管道的保温和保冷层的完好，两者之间至少50mm的间距。

5 结语

石化装置中塔的布置和配管设计是一项难度较高的工作，在进行设计时需考虑到多方面的因素，特别是管口方位的选择，平台梯子的设置都与配管有密切的关系。工作人員在实际设计中要本着合理布局、安全设计、节约能源的原则进行综合的考虑，将理论与实际相互结合，在保证装置安全可靠地运行的前提下实现节约材料、减少投资、配管合理的目的。

参考文献：

[1]赵银红.浅析凝析油装置塔区的管道布置[J].广东化工，2015，42

（16）：180-181.

[2]梁振.塔的布置和配管[J].辽宁化工，2010，39（05）：548-550.

[3]孙腾龙.论石油化工装置塔的管道布置与设计要点[J].化工管理，

2016（20）：249.

[4]丁海涛.浅谈石油化工装置中塔的布置以及管道设计[J].山东化工，2017，46（19）：121-124+130.