洗涤塔管口方位布置探讨

李闻杰

(中石化上海工程有限公司，上海 200120)

化工热力学中有一个派生词“熵”，为系统混乱程度大小的度量[1]，统筹规划各方面因素，达到熵平衡状态即达到了稳定状态。管口方位的布置与工艺要求、后期的管道设计、设备预埋件、支吊架定位以及平台梯子定位等因素相互制约影响，并且随着设计进程的推进愈加复杂混乱，整个过程如同一个寻求熵平衡的过程。

1 概述

洗涤塔位于某装置反应区中，具有洗涤和分离的功能。反应生成的产物中含有二氧化碳和水等杂质，经气-气换热器及洗涤塔进料/釜液换热器(E-104)进一步冷却后，自A1/A2管口进入产品洗涤塔/分离罐(C-101)的洗涤部分，与循环水逆流接触，环氧乙烷被水吸收，同时少量其他轻组分气体也溶解在洗涤水中，这些气体将在低压产品吸收塔中被从塔顶脱除，在压缩后返回到产品洗涤塔的顶部，副产物水在产品洗涤塔的洗涤部分被冷凝。溶解了产品的富吸收水经E-104与洗涤塔的进料气换热后，经吸收水闪蒸罐低压闪蒸后，在汽提/精馏塔中解吸出产品。

来自产品洗涤塔顶的循环气体与来自尾气压缩机(K-301)的气体混合，经过产品洗涤塔底的分离罐送入循环气压缩机，压缩增压，补偿在反应循环过程中的压力损失。

洗涤塔塔高超过43 m，塔径5.4 m，塔体分成洗涤段和分离段。装置中的物料包含碳酸、醛类和有机酸等，对碳钢材料腐蚀比较严重，因此设备壳体选用不锈钢材料，塔内件(包括填料、分布器、集油箱、除沫器、内部进料管等可拆件及紧固件)也均采用不锈钢。B管口为贫吸收水返回口，D和E管口分别为洗涤塔塔底液相和塔顶气相出口，H管口为气相物料返回口。物料自A1/A2进入塔体与塔顶B口进入的贫吸收水先在两层塔板接触洗涤，经三层填料层洗涤，轻组分从塔顶E口离开，自H口进入塔底分离部分，重组分在洗涤塔内集中从D口出料。

洗涤塔位于反应区101框架南侧，东接装置主管廊，南侧为压缩机框架。

2 管口方位布置

根据洗涤塔周围设备布置，将塔周分为两个区域：一个是操作区，另一个是配管区[2]。管道应布置在配管区，仪表、人孔和梯子应布置在操作区。

洗涤塔的北侧为主装置，东侧为主管廊，是装置管道贯通区域，与洗涤塔相接的进出管线应在这个区域布置；洗涤塔的西侧与界区之间为空地，南侧与压缩机框架距离稍远，可以作为吊装检修等的空地。根据以上分析，对洗涤塔塔周围进行划分，初步分出操作区和配管区。

洗涤塔上共有各种管口43个，其中物料进出口9个，人孔7个，仪表口16个，放空以及设备自带管口若干。如此众多的管口分布在不同的层高，对管口方位的选择上需要遵守“先后主次”。

在布置管口方位时，首要考虑的是有工艺要求的管口，根据这些管口的方位确定洗涤塔塔盘的方向，进而确定整个塔的“方向”；其次，确定与塔内件相关联的管口方位，仪表的液位计、压力表等由于管口众多且有对应的布置要求，并考虑后期检修操作方便，应当规划布置的范围；然后按照配管设计和应力计算的结果确定其他管口方位。管道应与人孔、仪表、吊柱、平台及梯子统一布置，管道布置应从塔的顶部到底部进行规划，并应优先布置塔顶管道、大直径管道和有特殊要求的管道。

2.1 有工艺要求的管口

洗涤塔用于除去粗产品中的二氧化碳和水，塔体中间的A1/A2进料管口位于第一层塔板(塔板自下而上编号)，经换热器(E-104)冷却后的粗产品通过A1/A2进入洗涤塔，对于这种中部进料的工况，需要特别注意进料流体的组成，液体和混相进料必须使流体流经进料所在的塔盘，而气相进料则要保证流体均匀通过上层塔盘[3]。

根据均匀布置的要求，A1和A2管口应对称布置于降液板的两侧沿塔轴线，并且连接A1/A2的管道也要求完全对称，使物料平稳地进入洗涤塔，稍有偏差就可能造成洗涤塔塔板不稳。

换热器(E-104)与洗涤塔(C-101)在一个竖直方向上，其出料管口正对洗涤塔，将A1/A2管口以洗涤塔中心线镜像布置，满足完全对称布置的要求。

经洗涤的物料轻组分自洗涤塔顶部的E管口进入底部分离段的H口，在分离段中经除沫器除沫后从K管口出，进入压缩机。根据工艺要求，K口位于除沫器的下游，而H口位于除沫器的上游，为了达到最好的除沫效果，物料轻组分正对除沫器，H和K口呈180°相对布置，从而使物料轻组分与除沫器接触的作用面最大。

连接压缩机的管道应尽量短，少打弯，以减少振动。压缩机位于洗涤塔的南侧，故K口应尽量偏向南侧。可将K口布置在180°，相对的H口布置在0°。

E和H连通布置，造成管道与A1/A2入口管线碰撞，E和H管径较大，达到DN1 050 mm，管道对于设备管口的作用力较大。通过改变管道走向，增加管道柔性，同时在距离上封头500 mm的位置设置承重支架，避免E管口与管道的连接因应力过大造成脱离；参照管道跨距的要求[4]，沿塔设置E-H连通管的导向支架；在管道打弯前设置的管道支架，应当与弯头之间留出2～3 m的距离，即留出足够管道变形的空间。布置管道支架时根据支撑点的位置、管道尺寸及支架选型等确定预埋件的位置大小。E-H连通管需要较大的布置空间，因而将H管口布置在配管区的90°，相对的K管口布置在270°。根据以上分析得出重要物料管口方位分布(见图1)。

图1 重要物料管口方位

2.2 与塔内件相关的管口

B为贫吸收水进料管口，DN400 mm，位于第一层填料层上方，为主进料管口，贫吸收水沿填料床层、塔板依次向下与A1/A2进料作用，吸除物料中的二氧化碳和水分。M7人孔，DN800 mm，与B管口在相同高度，用于B管口的抽芯、检修以及填料装填等操作。根据塔内件填料层的图纸，两个管口布置在相对的位置。由于主管与支管连接处整体结构较大，无法从DN600 mm的人孔出入，根据设备的核算调整将M7人孔放大至DN800 mm。

B管口应位于配管区，所连管道沿着塔体向下延伸，并伴有管道支架，增加设备预埋件，为了避让E-H连通管，B口选择45°，可以在±10°以内调整。M7选在225°，相应调整。

M4人孔位于第二层塔板的高度，塔板的方向已经确定，人孔最佳方位是与塔板降液管平行的位置，即45°或225°，这个方位具有最大的检修空间。当人孔布置在最佳方位存在困难时，人孔可以在45°或225°向两侧偏移，但人孔最外缘与降液管的最小距离不得小于50 mm。人孔布置于操作区，故而将M4布置在225°，并可在±5°调整[5]。

2.3 仪表管口

仪表管口布置于操作区，应成排布置，各管口之间的间隙应满足不影响根部阀操作的要求，管口尽量上下对应，有连通管的要注意避让操作平台。

塔上的压力取压点应设在气相区，同一处测压点上压力表和压力变送器可合用一个取压口。当同一处测压口上有2台或2台以上压力变送器时，应分别设置取压口及根部阀。

P1/P2为洗涤塔上的压力表管口，由于产品物料容易积聚的特殊性，将管口斜45°布置于塔体上，避免在压力管口的位置积聚堵塞。两个测压点延伸到同一处测压，P2位于塔顶焊缝下方400 mm，P1位于第一层塔板下方300 mm，高差达到29 200 mm，仪表自带的毛细管长度最大为20 000 mm，两个测压点通过引压管引至塔顶布置，便于压力表根部阀操作检修。引压管应靠近梯子布置，并以梯子为支撑沿塔引到塔顶平台，P1和P2的方位在梯子平台确定以后选择就近布置。

塔底的液位计管口由于是底部封头出口，管口“J”形引出，各管口之间错开的距离还应满足设备管口制作的要求。

2.4 其他管口

C管口靠近塔顶的位置，连接管道由压缩机引出，需要附塔攀爬一段，将该管线和E-H连通的管道就近布置，利用大管道的附塔支架预埋件，为管道提供支撑。E-H管道的东侧由于有打弯要求不宜布置C口，故而在避开预埋件的基础上，就近将C口定位在205°。

D管口，尺寸为DN450 mm，位于EL.5850，与101框架的换热器相连，操作温度达到了87 ℃，选择0°与换热器直接对接的布置不符合管道柔性要求，调整管道走向以增加柔性，选择稍偏离的角度即315°～345°，以满足应力的要求。

人孔用于安装和拆卸填料等，依人孔高度和角度设置塔设备平台高度和直爬梯位置，是确定管口方位最重要的的依据。塔的人孔应设在塔的操作区内，并应该设在同一方位上[6]。M1位于EL.3700，M2位于EL.5300，两者高差还不足2 200 mm，不能满足净空要求，需要错开布置。其他人孔根据人孔布置的一般原则，在操作区中尽量成一直线布置，同时根据平台梯子布置的要求适当调整。

塔底布满了大大小小的管口，包括众多的仪表和两个人孔，以及设备自身带有的检查孔等。如果一味均匀布置会造成塔体底部各个方向均有孔，设备强度受损，仪表口等的操作也不够方便。因此依然按照逐层推进、相互制约的方式确定管口方位。

综合以上分析和讨论得出的管口方位分布(见图2)。

图2 洗涤塔管口方位

3 结论

通过对工艺要求、设备布置、设备仪表条件、应力计算、管道布置、支吊架选择以及平台梯子设置等诸多因素的对比，判断先后主次，总结出如下选择步骤。

(1)根据设备布置情况将塔周围划分成配管区和操作区。

(2)布置有工艺要求的管口，通过逐层考量工艺要求、塔设备自身条件、管道走向选择等确定管口方位。

(3)布置与塔内件相关的管口方位，如位于填料层上方、塔板附近的人孔。

(4)布置仪表管口，应满足工艺、设备、仪表的特殊要求，进而依平台、梯子的位置确定管口方位。

(5)布置其他管口，避让已确定方位的管口及可能碰撞的管道、设备预埋件等，人孔的选择要考虑操作、检修的要求，与梯子平台的设置相互影响。

(6)所有管口方位确定以后，检查是否与设备检查孔等有冲突，并进行相应调整。

以上分析总结主要针对塔器管口方位的配管设计，以期为相似的配管设计提供参考。