化工装置塔管道的布置及设计

化工装置塔管道的布置及设计

李帅

洛阳智达石化工程有限公司 河南 洛阳 471000

摘要：当前社会对各类化工制品的需求日益增长，促使化工产业不得不对自身的传统技术和设备实施革新和提升，以期在增加化工产品产量和提升品质方面满足大众需求。其中，装置塔作为关键设备，肩负着石油产品的蒸馏、分解和吸收等重要功能，其运行性能和效率直接影响着整个企业的生产效能和产品质量。装置塔中的管道设计与布局至关重要，它会直接作用于设备的运行状态，因此，如何科学地规划和布置管道成为了一个备受关注和研究的焦点问题。

关键词：化工装置塔；管道；布置；设计

1设备布置

1.1平面布置

塔器的布局设计首要遵循生产工艺流程的逻辑和设备配置的顺序，确保塔体与相邻的冷凝冷却器、回流罐、泵房和再沸器等紧密相邻。当多个塔器集成时，通常会整齐地排列在管廊一侧，其轴线保持一致且平行于管廊。对于小型塔，可以采用双排或者三角布局，同时配备共享平台，以优化空间利用。针对直径不超过1米的小型塔，如果条件允许，还可以考虑将其安置在框架结构中，增强其结构稳固性。

塔体周边的净空区域需充足，以便于进行维护作业，同时要预留塔体整体起吊的可行性考量。塔体的检修面应尽量靠近装置的检修通道，以提高工作效率。塔体周围区域大致划分为两个区域：一侧为操作人员的活动空间，即“操作侧”，另一侧则是管道系统的专属区域，即“管道侧”。人孔和工作平台应设在操作侧，而管道则沿着管道侧布局，这样的规划需综合考虑塔的位置、周边环境以及塔内部结构等因素。

1.2安装高度

塔体的支撑结构多样化，其中裙座支撑是常见的选择。然而，在那些底部接口众多，不便将管道引出裙座的塔器情况下，框架支撑方式显得尤为适用，例如在一般的常减压分馏装置中，减压塔就经常采用框架支撑，相关设备能够配置在相邻的多层框架层次上。

塔的安装海拔需依据工艺流程图的规定，同时结合管廊的高度、塔底管道的安装需求以及运行所需的最小净空空间、并行排列设备的共用平台等因素综合规划。尽可能降低裙座的设计，对投资成本有益。

若管廊的高度超过塔底的连接管线，并且管道布局会导致下方形成口袋状空间，建议提升塔的安装位置或降低管廊的高度。当塔釜物料由泵抽取时，塔的安装高度必须确保泵的气蚀余量要求及管道的压力损失。组合布置的塔经常设计为共享平台，通过调整裙座的高度，可以尽量统一平台的高度。如若平台高度难以统一，也可通过设立交错楼层的楼梯来保障通行无阻。

2装置塔管道的设计

2.1塔顶管道的设计

在装置塔的管道设计中，每个部分都需特定策略。首先，塔顶管道的设计尤为重要，它包含抽气、放空及安全阀进出口管道的多样布局。对于塔顶馏出线，这是连接塔顶至冷却设备的关键通道，其设计直接影响装置塔的整体效率。由于输送的是气态介质，设计时需优先考虑增大直径、缩短路径，并遵循逐步降低高度的原则，以增强管道的灵活性，避免形成袋形管。同时，承重支架必不可少，它们旨在支撑管道稳定运行，而导向架则有助于控制管口压力，防止过压导致管道损坏。放空管道和安全阀出口管道则有两种排放模式：直排和密闭。放空管道应安置于塔顶汽相线路的最高点，以确保气体顺畅排放。这些设计决策都是为了确保装置塔管道系统的高效、安全运行。

2.2塔体侧面管道设计

在塔体侧面管道的复杂设计中，它融合了多重功能管道，如回流、进料、重沸器入口和返回管道，这使得设计过程充满挑战。设计师需精细考量，以确保其既科学又实用。这些管道的阀门连接通常直接且关键，设计时需兼顾连接的坚固性和管道的灵活性，确保管道性能的卓越。首先，设计者在考虑回流和液体进料管道时，必须意识到它们通常承载的是流动液体，因此管道温度应低于塔内环境。为此，他们会选择沿塔壁垂直铺设，并注重线路长度带来的温度效应应力。为防止因温度变化引发的位移，底部管道可能采用L形布局。而在设计塔顶进料管时，考虑到热膨胀冷缩的影响，阀门被安排在水平管道上，以防止阀门关闭时积水问题。在布置液体进料管道时，如果遇到嵌入部件，设计师会预留安全间隙，确保设备运行无碍。这种全面的考虑使得整个设计更为周密，旨在优化塔体侧面管道的功能和耐久性。

3平台和梯子

3.1平台尺寸

建议在塔的顶端封头上构建一个与设备主体直径相匹配的圆形工作台，同时确保楼梯的位置不会干扰到塔顶的吊柱布局。低于塔顶的工作平台尺寸应依据塔的直径和必要的作业区域来确定。设计时需充分考虑开启人孔以及人员进出的活动空间；在软管站和软管支架附近预留安全通行和安全作业的区域；保证热电偶套管能够顺利抽出的空间；以及为阀门的维护和操作提供的适当空间。各个通道的宽度应至少为600mm，通常情况下，平台的宽度设定在1.2至1.5米之间较为合适。

3.2平台高度

在设计双层平台时，需充分考量底层平台梁宽、管道和仪表等因素对高差的影响。通常，建议确保两个平台间的净空高度至少达到2.2米，以确保人员的顺畅移动。对于塔顶平台，如果其仅局限于顶部封头区域，与第二层平台的垂直间距可以适度放宽，因为这种布局对下方通道的影响较小。

平台表面至人孔中心线的高度一般设定在700至1200毫米的范围内。为了方便法兰连接螺栓的安装，管道开口处的法兰与平台面之间应保持至少150毫米的净空。此外，若平台上设有就地液位计等设备，还需预留足够的操作和维护空间，供人员进行日常维护作业。

当存在多台塔设备并排设置或者塔体与框架紧密相邻的情况，推荐采用统一的平台高度，构建联合平台。在设计联合平台时，应考虑到所有塔体和框架可能面临的热膨胀、风力负荷以及地震冲击等因素，并在各平台之间预留适当的缓冲空间，以确保结构的稳定性和操作的便利性。

3.3梯子设置

塔设备通常配备直梯，用作各级平台间的垂直交通及紧急疏散路径，同时也便于对诸如液位计和压力计等部件进行监视和维护，这些仪表常被安装在直梯的两侧，以确保操作便利和视觉清晰。直梯在塔平台上的布局原则是从底部到顶部逐段错位，每层梯阶的角度应当变化，并提倡侧身攀爬（塔顶平台除外）。

随着工程设计对人性化需求的关注日益增强，斜梯，即楼梯间，正逐渐成为更受欢迎的通行方式。特别是在处理大型或高塔的联合布置时，可以在塔体一旁设立独立的楼梯间框架，与塔平台相接。另一种方案是将两个塔分别位于楼梯间的两侧，使得两个塔都可以利用这个共享的楼梯间进行上下通行，同时方便工作人员在不同塔之间轻松移动。

结论

深入探究化工装置中塔体与管道布局的设计艺术，对于化工工程设计师而言，具有显著的实际价值。在设计策略中，工程师们务必强调塔体组件、管道网络及其相关配件的核心地位，始终坚持以人为本和设备安全为设计的基石。在确保安全性的前提下，优化设计能够提升生产活动的流畅度，稳固工艺过程，增强其稳定性和可靠性。通过精心设计和布局，我们旨在提升整体系统的效能，确保化工塔及相关系统的持久、高效且经济的运作，从而推动化工产业的绿色、可持续发展。这样的努力无疑为行业的长远繁荣奠定了坚实的基础。

参考文献：

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