结合哈国某芳烃项目浅析敷塔管道设计

摘 要：在石油化工装置中，塔是一种非常常见和关键的设备，它的布置和配管设计优劣直接影响到整个装置的设计水平。本文结合某国外芳烃项目的特殊要求，对塔器的开口、人孔的布置，以及塔顶、塔体侧面、塔底管道的设计要点作了简要的概述和总结。

关键词：塔；管道设计

最冷5天气温零下25℃（概率0.92），绝对最低温度 -38℃；

塔器是在石油化工企业中应用非常广泛的一类设备，用于气相、液相之间的传热或传质过程，如精馏塔、吸收塔、解析塔等，或者液液传质过程如萃取塔等。由于塔的用途不同，种类繁多，根据其结构的不同，可分为板式塔和填料塔两大类。

1 塔的布置

一般来说，根据工艺流程的要求，塔器总是与重沸器、回流、冷凝器等配套使用，塔体本身也有很多仪表、液位计等，故塔体上的开口数量比其他设备要多得多。因此在实际配管设计中需要综合考虑相关设备的平面布置，详细规划，满足工艺、操作、检修和施工的要求，做到经济合理、方便美观。

塔的布置应符合下列要求[1]：

a） 单排布置的塔，宜中心线对齐或切线对齐；

b） 直径较小、本体较高的塔，可双排布置或成三角形布置；

c） 直径小于或等于1m的塔宜布置在构架内或构架的一侧。

2 塔的开口布置

定位了塔及相关设备之后，就要考虑塔体开口。根据塔体上开口的用途不同，塔的开口包括与工艺管道及其组成件连接的管口，如进料口、回流口、重沸器油气返回口、抽出口等；与仪表相连的仪表口；用于检修的人孔、手孔。

理论上讲，塔上嘴子开口位置可在塔周360°上标高大体相同的任何一点，然而根据工艺、仪表等专业的要求，结合塔内件、梯子、平台、阀门、仪表等位置，应综合考虑整个设备总体布置，做到满足工艺需求，容易操作，方便检修，经济合理[2]。通常将塔的四周大致划分为操作和检修所需的操作侧和配管所需的管道侧，管道应布置在管道侧，不得四周均布，管道侧一般不设平台，平台和人孔均应设在操作侧。下面分别对各开口进行简要的概述。

1） 进料口：对于气相进料，一般在塔板上方开口，并与降液管平行，如果气流速度比较高，还应设分配管；对于气液混合进料一般也在塔板上方开口并设分配管，当流速较高时应切线进入并设旋导板；汽提蒸汽一般在汽提段塔板下方开口，并加气体分配管[3]。

2） 回流口：顶回流或中间回流的开口，一般应布置在塔板上方的管道侧， 将管口设在距离降液管最远的位置。回流管的内部结构和开口方位与塔板的溢流方式有关，常见的有单溢流、双溢流、三溢流、四溢流塔板。对于不同的溢流方式，可能还带有挡板、分配管或三通等。

3） 重沸器油气返回口：与重沸器连接的管口方位应根据塔板的结构型式和重沸器的布置来决定，一般与受液槽平行布置。对单溢流和双溢流塔板，开口应设在塔中心线上。

4） 抽出口：对于测线产品抽出口，一般布置在降液管下方的弓形弧范围内，宜设抽出斗，对中间降液管的双溢流塔板，抽出口可布置在该处任意角度，宜布置在与降液管平行的塔体中心线上。

5） 仪表开口：温度计、压力表、液面计等仪表，其管口均应设置在操作侧的平台上或者梯子旁边，以便于观察、操作和检修。而且应设置在被测参数波动相对较小的位置上，尽量避开进料管口、回流管管口等位置及其对面位置，不得与降液板或其他塔内件接触，以准确地测量塔内液面、温度或压力等。当用热电偶测降液管中液相温度或塔盘下的气相温度时，一般在不高于塔板上方100mm的位置开口；如果高于100mm，测量结果可能是气相温度。热电偶开口前方应至少保证600mm空间，以便于安装和抽出热电偶。压力表开口和压差计上部开口应布置在气相区[4]。

6） 人孔和手孔：塔的人孔是用来装配、检修设备内部件的，因此其布置必须方便塔盘等内部构件的安装和拆卸，要躲开管嘴和管线，并且要在吊柱工作范围内。人孔应设在塔的操作侧，以使进出塔方便、安全，多个人孔宜设在塔的同一垂直线上。设置人孔的部位必须注意塔的内部构件，一般应设在塔板上方的鼓泡区，不得设在塔的降液管或受液槽的区域内。每个人孔都应有操作平台，距离平台高度在600mm-1200mm之间，以800mm为宜。由于塔的直径较小或者其他原因无法设置人孔时，可设手孔，以便维修和检查。手孔的布置原则可参考人孔的位置布置，安装高度在800-1400mm左右，以方便手臂的操作。

3 塔的管道设计

根据塔自身的结构划分，与塔相连的管道可分为：塔顶油气、放空、安全阀进出口等塔顶管道；进料管、回流管、汽提蒸汽、侧线抽出、和重沸器出入口等塔体侧面管道；塔底抽出和排液等塔底管道。

总的来说，沿塔管道布置应遵循以下几个原则：①应满足P&ID的要求，还要考虑管道开停工状况的热应力及塔本身的热位移和基础沉降等情况；②方便检修和操作，管道布置应经济合理、整齐美观；③应布置在管道侧，从塔顶自上而下进行规划，塔上部较大直径的管道布置在管道侧中间，中下部连接的管道宜布置在两侧；④每条管道尽量沿塔体布置，“管束”应布置在距设备中心线的同一曲率半径上，也可布置在平行于设备的切线位置；⑤每一条管道按照其起始点应尽可能短，但要以满足管道柔性要求为前提。

3.1 塔顶管道布置

塔顶油气管道又称塔顶馏出线，是塔顶至换热或冷凝冷却设备之间的管道。管道内一般为气相，管径较大，管道应尽可能的短，且应按步步低布置，不得出现U形，并且应具有一定的柔性。该管道与多台冷换设备相连时，为避免偏流应对称布置[5]。塔顶油气管道至顶回流罐的热旁路管应尽量减少压降，不得有U形，其调节阀组应安装在回流罐上方的平台上。

为保证塔器在异常超压情况下的安全，塔顶往往设有安全阀组（一开一备）放空线。放空管道和安全阀出口管道有直接排放、密闭排放两种形式。塔顶放空管道一般安装在塔顶油气管道最高处的水平管段的顶部，在开工前暖塔或检修前吹扫时，可直接利用该放空管以排放塔内的蒸汽和油气，但应符合有关防火规范的要求。放空口不得朝向临近设备或有人通过的地方，放空管口应高出操作平台2.2 m。

3.2 塔体侧面管道布置

塔体侧面的进出料管道在同一角度布置两个以上的开口时应采用柔性连接，而不应采用刚性连接。为使阀门关闭后无积液，塔侧面管道上的阀门宜与塔体管嘴直接相接。敷设塔管道应避免交叉，不宜穿越平台，在将塔出口管道引向管道侧时常用两个90°弯头连接，这样至管道侧的水平管段可自由旋转直至合适的位置[6]。

如分馏塔侧线到汽提塔的管道上有调节阀，应靠近汽提塔安装，以保证调节阀前有一段液柱，液柱高度应满足相关要求。

3.3 塔底管道布置

塔底的操作温度较高，在布置塔底管道时，其柔性应满足相关标准规范的要求。尤其是塔底抽出管道进泵时，管道应短且少拐弯，又需有足够的柔性以减少泵嘴子的受力，当自然管段不能满足自补偿时，可采用改变管嘴方位或移动泵的位置的方法来解决。抽出管在水平管段应“步步低”去塔底泵，以免泵产生汽蚀现象。塔底抽出线应引至塔的裙座之外，裙座内严禁设置法兰或仪表接头等管件。抽出管上的隔断阀应尽量靠近塔体，并便于操作[7]。

塔底到重沸器的管道一般不宜设阀门。塔底重沸器与塔相连的气液两相管道应对称布置，并尽量减少压降，重沸器气相返塔管道一般应进行应力计算。

3.4 塔上公用工程管道布置

塔区消防蒸汽管道从蒸汽总管上方引出后，总阀应设在塔下层平台易于操作处。各层平台消防蒸汽半固定式接头应与平台成切线方向安装，其位置应设在靠近梯子并便于操作处。联合平台则应在楼梯间或在中部较高的一个塔处设一条消防蒸汽管供各塔使用。

塔管道需要伴热时，应在高点给汽、低点疏水，凝结水是否回收根据全装置统一要求而定。需要有软管站的塔，仅在有人孔的平台上设置软管站。最底层平台上的人孔，应共用地面软管站。软管站包括氮气、空气、蒸汽和水，从左到右排列，根据工艺需要可作取舍。

4 总结

综上所述，要保证塔管道设计工作顺利进行，必须严格按照相关标准规范的要求开展工作。塔器的开口应布置在操作侧，工艺接管口应布置在靠近管道侧的操作侧，以便管线从管道侧上、下。塔器的管道设计，必须以满足P&ID的要求为前提，并考虑塔本体的热位移、基础下沉以及管道柔性、热应力等情况，使其布置经济合理、整齐美观。■

参考文献

[1] SH3011-2011.石油化工工艺装置布置设计规范[S].北京：中国石化出版社，2011.

[2] 王辉.塔器的管道设计[J].化工设计，2012，22（6）：19-27.

[3] 张德姜，王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册（第四版）[M].北京：中国石化出版社，2007：149-150.

[4] 杨振楠，殷静，赵芳.塔和立式容器的布置与配管[J].石油化工设计，2013，30（2）：41-43.

[5] 梁振.塔的布置和配管[J].辽宁化工，2010，39（5）：548-550.

[6] 周奎舟.如何做好塔器的相关管道设计工作[J].商品与质量，2013，3：133-133.

[7] 李永艳. 对塔器管道的配管设计浅析[J].科技与企业，2013，22：255-255.

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