摘要：区别于过去塔的配管设计中常用的切平面法，以一个工程设计中常见的板式精馏塔为例，介绍了用塔的侧面展开法进行塔的配管设计的优点和具体设计方法，就如何用这种方法进行塔的各类管口的布置，附塔管线的布里，梯子平台的设置以及管架设计进行了详细说明。
关键词：塔；配管；侧面展开法
在最常见的化工设备一塔器的配管中，除了确定塔器与相关冷凝器再沸器，泵的相对位置外，最主要的工作之一就是确定管口方位，布置附塔管线及平台。传统的设计方法是将塔按高度切面设计，但在管口复杂管线较多的情况下，这种设计方式不直观性也比较繁琐，如果没有三维模型的帮助，比较容易出错。笔者在设计工作中尝试用塔侧面展开法设计塔的配管。将管口、管线、平台及管架表现在侧面展开图上，能够在一定程度提高设计的效率和准确率。
1塔侧面的展开
笔者以一个典型板式精馏塔（图略）为例，介绍塔的侧面展开设计法。（1）塔的布置。塔与其关联设备如进料加热器，非明火加热的重沸器，塔顶冷凝冷却器、回流罐，塔底抽出泵等，宜按工艺流程顺序，尽可能靠近布置，必要时可形成一独立的操作系统，设在一个区内，这样便于操作管理。为了便于说明设计方法，先给出一个比较典型的布置（见图1），并划分了操作区与配管区。（2）将塔的侧面展开。按塔的周长与高度把塔的侧面展开，并以角度为横轴，塔板为纵轴，塔侧面变成坐标图，为下一步布置管口管线和平台作准备，见图2。
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图1 典型设备布置 图2 将塔按周长与高度实际比例侧面展开
2塔的管口布置
2.1根据塔盘的类型及特点布置管口
塔体上的开口数量与其他的设备相比要多得多。在塔体上开口时，应详细了解工艺要求和塔的内部结构。通常，可将塔的四周大致划分操作和检修所需的操作侧（检修侧）和配管所需的管道侧。塔体上的开口方位的布置如下：
（1）塔顶气相（馏出线）开口（N7）布置在塔顶头盖中部，安全阀开口、放空管开口一般布置在塔顶气相开口的附近，也可将放空管开口布置在塔顶气相管道最高水平段的顶部。
（2）塔的回流开口：顶回流（N10）或中段回流的开口（N22AB），一般布置在塔板上方的管道侧，回流管的内部结构和开口方位与塔板溢流方式有关。常见的有，单溢流塔板，双溢流塔板，三溢流塔板和四溢流塔板，本文中的精馏塔25号以上塔板为三溢流塔板，25号以下为双溢流塔板。回流口开口要求见设备图详图A，E（略）。
（3）进料开口：气相进料开口一般布置在塔板上方，与降液管平行，当气流速度较高时，应设分配管。气液混相进料开口一般布置在塔板上方，并设分配管，当流速较高时应该切线进人，并设螺旋导板。汽提蒸汽开口一般布置在汽提段塔板下方，并加气体分配管。本文中进料口N11AB（略）。
（4）重沸器油气返回口。单溢流塔板的重沸器油气返回口，开口应设在塔中心线上，并与受液槽平行布置。如果不可能，就设在与受液槽平行的另一侧，当有两个重沸器返回口时，两个开口均与受液槽平行布置，两个开口呈相对方向。
双溢流塔板的重沸器油气返回口的开口应设在与塔受液槽平行的塔中心线上，当有两个重沸器返回口时，两个开口均与受液槽平行布置并呈相反方向。三溢流塔板和四溢流塔板的重沸器油气返回口的开口均应设在与受液槽之间并与其平行。本例重沸器油气返回口为N15ABo
（5）抽出开口：侧线产品抽出口应布置在降液管下方的弓形弧范围内，一般宜设抽出斗，对于中间降液管的双溢流塔板，其抽出口可布置在该处任意角度，抽出斗深度应不小于抽出口直径的1.5-2倍，最小150mm。无论是一个或两个开口，开口都宜布置在与降液管平行的塔中心线上。本例中N18AB，N19AB，N2IAB为侧线抽出口。
（6）塔底抽出口（N17）一般设在塔底头盖的中部，并设防涡流板，对可能携带固体介质的分馏塔则需设过滤器。塔底用泵抽出的抽出口，其标高应满足塔底泵的有效汽蚀余量的要求，并应延伸到塔的裙座外，塔裙内不应设置法兰。
（7）仪表开口：液面计（N45AB）和液面调节器 （N46AB）的开口应布置在便于监视、检查的位置，且液面应不受流人液体冲击的影响。
1）液面调节变送器应设在平台或梯子上操作方便的地方，站在梯子上操作的液位调节器和液位计宜安装在梯子的右侧。2）液位调节器最适宜的位置，是在检查液位调节器时，可以看到液面计的地方；并应考虑由于液相进料影响的液位波动。当设置的挡板不能避免液位波动时，应与设备专业协商解决。3）液位计的方位，取决于受液槽与重沸器返回口（N15AB）之间的关系。4）热偶、温度计（N40ABCD）和压力表（N38ABC，N36）开口。
当塔内温度是用热偶测量降液管中的液相温度或是塔盘下的气相温度时，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。压力表开口和差压计上部开口应布置在气相区。应注意不得与降液管及其他内件碰撞。为了抽出和安装热电偶，其开口的前方应保证600mm的最小空间，还应该考虑人孔、梯子和其他的影响。
（8）人孔（N1A-N1I）：塔的人孔应设在操作侧，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，不得设在降液管上或降液管的上方。塔体上的人孔（或手孔），一般每3-8层塔板布置一个.人孔中心距平台面的高度一般600-1200mm之间，最适宜的高度为800mm。一座塔上的人孔宜布置在同一垂直线上。
（9）手孔：塔径较小无法开设人孔时宜设手孔，其位置的确定原则与确定人孔的位置一致。安装高度适宜800-1400于mm。
（10）取样口（N32A/B）：液体取样布置在受液槽处，置于操作侧，方便取样。
2.2将管口布置在侧面展开图上
根据以上要求，把管口分别布置在操作区和配管区，用侧面展开图与塔板平面图相结合，确定管口的方位。这一步中与管线相关的管口需要与下一步的管线布置结合考虑。
3附塔管线的布里
沿塔管道的布置设计应注意（1）应满足工艺管道及仪表流程要求；（2）管道布置应该从塔顶部到塔底部自上而下进行规划，并且应首先考虑塔顶和大直径的管道的位置和自流管道的走向，再布置压力管道和一般管道，最后考虑塔底和小直径管道；（3）应考虑方便操作和安全的要求。
每一条管道按照它的起止点都应尽可能的短，但必须满足管道的柔性的要求。尽量沿塔体布置，并且注意有一个“好的外观”。
3.1塔顶管道的设计
塔顶管道一般有塔顶油气、放空和安全阀进出口管道。放空管道和安全阀出口管道有直接排放和密闭排放两种形式。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排放塔内的蒸汽和油气。并遵守相关防火规范。
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间的管道。管道内介质一般为气相，管径较大，管道应尽可能短，且应按步步低的要求布置，不得出现袋形管，并应具有一定的柔性。每一根沿塔管道需在上部设置承重支架，并在适当的位置设导向支架，以防管嘴受力过大。分馏塔顶油气管道一般不隔热，只在操作人员接近管道的地方，才设防烫隔热措施。如该管道至多台冷换设备，为避免偏流，应采用对称布置。
塔顶为两极冷凝过程时，塔顶管道布置应使冷凝液能逐级自流，油气总管与冷凝器入口支管应采用对称布置，使流量均匀。当设热旁路控制塔顶压力时，热旁路管应保温，尽量短。热旁路调节阀应布置在回流罐上部，其管道不得出现袋形，以避免积液。减压蒸馏装置的减压塔塔顶油气管道直接与塔体开口焊接，以减少泄漏。
3.2塔体侧面管道的设计
塔体侧面管道一般有回流、进料、侧线抽出、汽提蒸汽、重沸器人口和返回管道等。为使阀门关闭后无积液，上述这些管道上的阀门宜直接与塔体开口直接相接。进（出）料管道在同一角度有两个以上的进（出）料开口时，不应采用刚性连接，而应该采用柔性连接。
分馏塔侧线到汽提塔的管道上如有调节阀，其安装位置应靠近汽提塔，以保证调节器节阀前有一段液柱，液柱高度应满足工艺要求。
3.3塔底管道的设计
塔底的操作温度一般较高，因此在设计塔底管道时，其柔性应满足有关标准或规范的要求。尤其是塔底抽出管道和泵相连时，管道既应短而少拐弯，又需有足够的柔性以减少泵嘴的受力。塔底抽出线应引至塔裙或底座外，塔裙内严禁设置法兰或仪表接头等部件。塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上不得有袋形管，应是步步低，以免塔底泵产生汽蚀现象。抽出管上的隔断阀应尽量靠近塔体，并便于操作。管道的布置应在满足柔性要求的同时，直管应短，弯头应少。
用侧面展开法，可以将管道按优先级顺序考虑，综合管口方位，布置在展开图中。如图四所示。平台设置在管线基本确定后，可以在操作侧布置附塔平台，将人孔，仪表管口综合考虑。用侧面展开法布置平台相当直观方便。也不容易错。
4附塔管架
沿塔敷设管道的支架，一般生根在塔和容器的外壁上，由于塔的热胀或基础下沉产生的位移与管道的热胀量不同会产生相对位移。因此，生根在塔或容器外壁上的承重支架的设计应按最不利的工况确定其位置、型式。
从塔顶部出来的管道或侧线进出口的管道，应在靠近管嘴处的第一个支架为承重支架，如再设第二个承重支架时应为弹簧支吊架。一般在承重支架之下，按规定间距设导向支架。应特别注意最下面的一个导向支架距管道转弯处至少为1/3H，以免影响管道的自然补偿。直接与塔或容器管嘴连接的大于等于DN150MM的阀门下面宜设支架。按这些要求，可将管架同样表现在侧面展开图上，便于直观显示管线与管架的相互关系。
5结语
侧面展开图，除了可以方便地布置管口、管线、平台、管架外，还可以表现其他内容，比如附塔平台的预焊件、保温支撑圈、塔焊缝等，所有与塔壁有关的内容都可以表现在上面，可减小各设计环节中的冲突，减小错误发生的概率。越是复杂的塔，优势就越明显。
论文作者:苟志明1 董孝石2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/13
标签：管道论文; 塔顶论文; 侧面论文; 油气论文; 管线论文; 支架论文; 操作论文; 《基层建设》2019年第31期论文;