相鄰雙塔配管設(shè)計要點淺析

徐應(yīng)睿

(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510620)

塔器是用于氣相和液相間或液相和液相間的傳質(zhì)或傳熱過程的設(shè)備，石油化工企業(yè)中廣泛應(yīng)用的氣液相間的傳質(zhì)設(shè)備有精餾塔、吸收塔和解吸塔等；液液間的傳質(zhì)設(shè)備有萃取塔等，塔的類型很多，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為板式塔和填料塔兩大類[1]。在石油化工裝置中，尤其在裝置的產(chǎn)品分離部分，幾乎每套裝置都包含一臺以上的塔器，而塔器的平面布置遵循同類設(shè)備集中布置的原則，因此經(jīng)常需要兩臺甚至多臺塔相鄰布置進(jìn)行配管設(shè)計。

表1 塔數(shù)據(jù)表

本文以某連續(xù)重整裝置中汽提塔和石腦油分餾塔為例，對相鄰雙塔的配管設(shè)計進(jìn)行了探討、總結(jié)，為今后此類相鄰雙塔的配管設(shè)計提供依據(jù)和參考。本文中汽提塔和石腦油分餾塔兩塔操作條件及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表1。

1 相鄰雙塔的平面布置

一般來說，塔與其關(guān)聯(lián)的設(shè)備如加熱爐、非明火加熱的重沸器、塔頂冷凝冷卻器、回流罐、塔底泵等，宜按工藝流程順序靠近布置，而這些設(shè)備一般布置在管橋下或構(gòu)架上，所以在雙塔相鄰布置時，除了需要考慮兩塔之間的關(guān)系，還應(yīng)充分考慮各塔與其相連設(shè)備之間的關(guān)系，以及其與管橋構(gòu)架之間的關(guān)系，來決定其平面布置[2]。

1.1 布置方式

管廊的一側(cè)有兩個或兩個以上塔時，一般中心線對齊，可沿管廊布置，也可沿構(gòu)架布置。塔與管廊或構(gòu)架之間布置管道，另外一側(cè)應(yīng)設(shè)置檢修通道或檢修場地。由于本裝置與兩臺塔緊密相連的設(shè)備均布置在構(gòu)架中，所以兩塔沿構(gòu)架布置，平面布置圖如圖1所示。

1.2 塔與管廊間距

石腦油分餾塔與管廊相鄰，塔底用石腦油分餾塔底泵輸送產(chǎn)品，其中部分產(chǎn)品送至明火加熱爐重沸返塔。該泵布置在管廊下，所以在考慮石腦油分餾塔與管廊的間距時，應(yīng)滿足泵的操作、檢修和管道布置的要求。泵布置在管廊下方時，泵區(qū)通道的凈寬不應(yīng)小于2000mm，泵端前面操作通道的寬度不應(yīng)小于1000mm。該泵泵端朝向管橋外側(cè)，距管橋立柱1850mm；塔基礎(chǔ)直徑5170mm；綜上所述，塔中心與管廊最小間距為：5170/2+1850+2000+1000=7435mm，還要考慮泵的出入口管道和泵本體的距離，故取整為8000mm。若塔與管廊之間不布置泵，則塔外壁與管廊立柱中心線之間的距離不宜小于3000mm。

1.3 兩塔間距

塔與塔之間的距離除應(yīng)滿足管道、平臺、儀表和小型設(shè)備等布置和安裝的要求外，還應(yīng)滿足操作、檢修等需要。兩塔之間凈距不宜小于2500mm，以便敷設(shè)管道和設(shè)置平臺。汽提塔和石腦油分餾塔為錐形裙座，汽提塔底直徑為3750mm，石腦油分餾塔底直徑為5170mm，所以兩塔間距不宜小于(3750+5170)/2+2500=6960mm，又考慮到汽提塔平臺與構(gòu)架的連接方位等因素，本次設(shè)計取7300mm。

圖1 相鄰雙塔平面布置圖

1.4 塔的安裝高度

當(dāng)利用內(nèi)壓或流體重力將塔底物料送往其他設(shè)備或管道時，塔的安裝高度應(yīng)由其內(nèi)壓和被送往設(shè)備或管道的壓力、高度和輸送管道壓力降決定；當(dāng)用泵輸送時，安裝高度要考慮泵的必需汽蝕余量NPSHr；帶有非明火加熱的重沸器的塔，安裝高度應(yīng)按塔和重沸器之間的操作要求確定[2]。

本裝置中兩塔塔底液均用泵輸送，塔底出口高度在滿足工藝要求的泵的必須汽蝕余量的前提下，還要考慮與之相連的塔底出口管道的管底標(biāo)高。 計算后汽提塔取EL+8800，石腦油分餾塔取EL+11800。

另外，塔的安裝高度還應(yīng)滿足塔底管道安裝和操作所需要的最小凈空，且塔的基礎(chǔ)面高出地面不應(yīng)小于200mm。成組布置的塔采用聯(lián)合平臺時，為取齊平臺標(biāo)高可適當(dāng)調(diào)整塔的安裝高度。

2 檢修側(cè)與管道側(cè)

通常可將塔的四周大致劃分為操作和檢修所需的操作側(cè)(檢修側(cè))和配管所需的管道側(cè)[3]。一般來說，管道側(cè)在塔靠近管橋和構(gòu)架的一側(cè)，相應(yīng)的，另一側(cè)為操作側(cè)，如圖2所示。儀表、人孔和平臺梯子多設(shè)在操作側(cè)，管道應(yīng)布置在管道側(cè)，不得四周均布，管道側(cè)一般不設(shè)平臺。

3 塔體開口的布置

在塔體上開口時，應(yīng)詳細(xì)了解工藝要求和塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。塔體的開口方位應(yīng)滿足工藝、儀表要求并便于操作及檢修，同時也應(yīng)考慮與塔開口連接的管道布置。當(dāng)兩塔相鄰布置時，還需統(tǒng)籌考慮聯(lián)合平臺的設(shè)置。該裝置汽提塔與石腦油分餾塔的開口包含：1、油氣出口；2、油出口；3、放空口；4、人孔；5、回流入口；6、進(jìn)料口；7、重沸爐返回口；8、吹掃口；9、熱電偶口；10、連通管口；11、液位變送器口。

圖2 操作側(cè)與管道側(cè)示意圖

3.1 人孔的布置要求

在規(guī)劃時，首先要了解人孔的開口范圍。人孔一般設(shè)在操作側(cè)，不得開在有降液管的方位，且進(jìn)出塔內(nèi)較方便、安全、合理。雙溢流塔的人孔應(yīng)開在有中間降液管塔盤上面的塔壁上，如圖3所示。

圖3 雙溢流塔人孔開設(shè)范圍

人孔開口范圍確定后，可以根據(jù)操作側(cè)所在位置確定受液盤及降液管的方位。汽提塔與石腦油分餾塔均為雙溢流塔盤，操作側(cè)在建北側(cè)，降液管宜平行于90°～270°軸線，見圖4。

圖4 降液管方位圖

3.2 回流入口和進(jìn)料口的布置要求

塔頂回流入口和進(jìn)料口內(nèi)部均設(shè)有分配器，開口范圍如圖6。兩塔進(jìn)料及回流管線均來自管橋，故將開口設(shè)置于管道側(cè)，以90°方位為最佳。

3.3 重沸器返回口的布置要求

重沸器返回口工藝要求位于中心線上且平行于最底層塔盤降液管，只有90°和270°兩個方位符合條件，又由于兩塔的重沸器返回口連接的管道均來自管橋，兩開口標(biāo)高又非常接近，所以兩開口宜錯開布置，一個位于90°一個位于270°，見圖5。

3.4 儀表管口的布置要求

按相關(guān)要求，溫度計管口應(yīng)位于降液管內(nèi)，距受液盤≤150mm，溫度計管口標(biāo)高距受液盤為150mm。汽提塔兩溫度計均設(shè)置在奇數(shù)層塔盤降液管內(nèi)，可開口方位為90°和270°，為了便于觀察操作，且不妨礙管道敷設(shè)，故考慮設(shè)在操作側(cè)的270°方位。石腦油分餾塔編號9-1和9-4兩溫度計管口也考慮將溫度計設(shè)置在奇數(shù)層塔盤降液管內(nèi)，故與汽提塔兩溫度計開口相同，在270°方位；編號9-2和9-3兩溫度計管口需要考慮將溫度計設(shè)置在偶數(shù)層塔盤降液管內(nèi)，可開口方位為0°和180°，兩方位均可。

連通管口一般位于操作側(cè)，且不被其它設(shè)備或設(shè)備平臺遮擋；液位變送器口要考慮與連通管口共用一組直梯，其與連通管口之間相差的角度數(shù)與直梯寬度和塔直徑有關(guān)。

圖5 回流入口及進(jìn)料口開口范圍

3.5 塔底出口管嘴的布置要求

兩塔塔底液用泵輸送，在滿足泵入口管線彎頭最少、距離最短的情況下，油出口宜設(shè)在管道側(cè)，以正對管橋的0°方位為最佳。汽提塔正對管橋的方位被石腦油分餾塔遮擋，故設(shè)在45°方位，管道連接45°彎頭后再上管橋。

3.6 塔頂管嘴的布置要求

油氣出口一般開在頂封頭中心；放空口宜位于設(shè)備軸線上，且不遮擋油氣出口管道的一側(cè)。

3.7 蒸汽入口的布置要求

考慮到蒸汽吹掃需要從管橋上引蒸汽管線，故吹掃口一般位于管道側(cè)。

綜上所述，兩塔部分開口依據(jù)工藝要求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已直接確定方位，在允許范圍內(nèi)可進(jìn)行調(diào)整的開口要結(jié)合兩塔平臺的布置來進(jìn)一步確定，設(shè)計結(jié)果以既不妨礙兩塔平臺的連接關(guān)系，又不妨礙平臺上下層的通行為最佳，本設(shè)計結(jié)果如圖6所示。

圖6 塔開口設(shè)計圖

4 平臺梯子的設(shè)置

塔器需要操作、檢修、檢查、調(diào)節(jié)和觀察的地點應(yīng)設(shè)置平臺或梯子。通常在平臺上可進(jìn)行開關(guān)閥門、測量儀表、進(jìn)入人孔和檢修裝卸塔內(nèi)構(gòu)件等工作。針對上述各種用途，考慮在兩塔的各個管嘴下方設(shè)置平臺，兩層平臺間使用直梯。液位計、液位調(diào)節(jié)器、溫度計和壓力計等儀表的操作，應(yīng)首先考慮使用直梯，必要時再設(shè)置平臺。相鄰塔的平臺標(biāo)高宜一致，以便布置成聯(lián)合平臺。另外，在設(shè)計時還應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的要求。

5 敷塔管道的設(shè)計

5.1 管道布置的一般原則

管道布置設(shè)計首先應(yīng)符合工藝管道及儀表流程圖的要求統(tǒng)一規(guī)劃，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、整齊美觀，并滿足施工、操作、檢修等方面的要求[5]。

5.2 敷塔管道流程及說明

本設(shè)計中兩塔流程如圖8所示。其中①～⑥和①′～⑥′號管道直接與塔體相連，現(xiàn)對這12根管道用途說明如下：

①①′塔頂管道：從汽提塔或石腦油分餾塔到冷凝器的管道。

②②′回流管道：從回流罐的產(chǎn)品線，通過回流泵返回汽提塔或石腦油 分餾塔的管道。

③③′進(jìn)料管道：汽提塔或石腦油分餾塔進(jìn)料的管道。

④④′塔底管道：從汽提塔或石腦油分餾塔底抽出的產(chǎn)品管道。

⑤⑤′重沸爐返回管道：從塔底線通過重沸爐返回汽提塔或石腦油分餾塔的管道。

⑥⑥′儀表引線：與液位計等連接的管線。

圖7 雙塔流程圖

5.3 敷塔管道的排列

在滿足工藝流程的前提下，敷塔管道首先應(yīng)考慮布置在管道側(cè)，位置應(yīng)與人孔、儀表、吊柱、平臺及梯子統(tǒng)一布置。在設(shè)計時應(yīng)從塔的頂部到底部進(jìn)行規(guī)劃，并優(yōu)先布置塔頂管道、大直徑管道和有特殊要求的管道；先確定油氣管道的走向，再規(guī)劃一般管道；每一根管道都應(yīng)沿塔敷設(shè)、盡可能短，并且充分考慮熱應(yīng)力的影響。

(1)以本設(shè)計中兩塔為例，管道沿塔排列方式如圖9中所示，可像管道⑥和⑥′一樣單管排列，可像管道①②③和①′②′③′一樣沿塔外壁周圍布管，亦可像軟管站一樣對塔外壁周圍成切線布置。

(2) 一般沿塔敷設(shè)距離長的油氣管道(如塔頂油氣管道、回流管道和進(jìn)料管道等)宜采用沿塔外壁周圍布管，且盡量集中布置，以保證整齊美觀。

(3) 軟管站管道等管徑小的公用工程管道，宜采用對塔外壁周圍成切線布置，以方便共同設(shè)置支吊架。

(4) 兩塔塔底出口管道在設(shè)計開口時就已經(jīng)規(guī)劃好了管道走向，如圖9所示，經(jīng)管橋“步步低”進(jìn)泵，滿足泵入口管道長度盡量短、彎頭盡量少的原則。

(5) 重沸爐返回管道管徑較大、溫度較高，在設(shè)計時需充分考慮管道柔性(一般在管橋上設(shè)置∏形補償吸收熱應(yīng)力)、熱應(yīng)力對管嘴的影響及支吊架的設(shè)置，并在此基礎(chǔ)上滿足管道盡量短，以減少成本，設(shè)計結(jié)果見圖10。

圖8 管道沿塔排列方式

圖9 塔底出口管道設(shè)計

圖10 重沸爐返回管道設(shè)計

6 結(jié)論

本文以某連續(xù)重整裝置汽提塔和石腦油分餾塔為例，闡述了相鄰兩塔的配管設(shè)計，得出以下結(jié)論：

⑴相鄰兩塔在配管設(shè)計時要依據(jù)工藝流程圖、兩塔之間的關(guān)系以及塔和管橋、構(gòu)架之間的關(guān)系，來確定其在平面圖中的位置。

⑵塔的安裝高度首先要滿足工藝要求，然后根據(jù)塔底油出口管線上側(cè)梁的標(biāo)高向上推算得出，雙塔設(shè)計時還需特別考慮兩塔塔底油出口管道標(biāo)高是否需要錯開，以及兩塔聯(lián)合平臺盡量設(shè)置在同一標(biāo)高，并據(jù)此調(diào)整塔的安裝高度。

⑶在設(shè)計雙塔開口時，首先要根據(jù)工藝數(shù)據(jù)表及塔的操作側(cè)、管道側(cè)確定塔盤及降液管的方位，進(jìn)一步根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定部分開口的方位或是允許開口的范圍。

⑷雙塔的聯(lián)合平臺要與開口、管道一同規(guī)劃，方便操作的同時要注意節(jié)約成本。

⑸敷塔管道應(yīng)符合工藝管道及儀表流程圖的要求，塔頂管道應(yīng)沿塔敷設(shè)，塔底管道長度應(yīng)盡量短，彎頭盡量少；大直徑、高溫管道應(yīng)考慮管道柔性，且管道布置要考慮兩塔聯(lián)合平臺的設(shè)計。