石油化工装置中塔的布置与配管设计

石油化工装置中塔的布置与配管设计

隋李涛

山东三维化学集团股份有限公司 255434

文章摘要：塔是石油化工装置中非常重要的设备，合理的设备布置和配管设计是实现装置连续安全生产的关键因素。本文从塔的布置、塔的配管、塔的管道支架等方面，对塔配管设计的诸多要点进行分析和总结, 为塔的管道设计提供一定的借鉴性。

关键词：石油化工装置；塔；布置；配管；支架

塔是用于气相和液相间或液相和液相间传质或传热过程的设备，是许多装置操作的关键设备，如精馏、分馏、吸收、解吸、萃取、蒸发、反应等，塔在石油化工装置中起着非常重要的作用。因此，塔的布置以及敷塔管道的合理设计对装置安全平稳运行、减少投资等有着十分重要的意义。

1 塔的布置

1.1 塔的布置方式

塔的布置方式通常有以下三种[1]：

1）单排布置。一般情况下采用单排布置的方式较多，当管廊的一侧有两个或两个以上的塔时，一般中心线对齐；当两个或两个以上的塔设置联合平台时，可以中心线对齐，也可以一边切线对齐。

2）双排布置或三角形布置。对于直径较小、本体较高的塔，可以双排布置或三角形布置，这样可以利用平台将塔联系在一起提高其稳定性。

3）构架布置。对于直径较小的塔，可以布置在构架内或构架的一侧，利用构架提高其稳定性，并便于设置梯子平台。

1.2 塔的布置要求

1）塔与其关联设备如进料加热器、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，在不违反相关防火标准规范的条件下，尽可能靠近布置，必要时可形成一个独立的操作系统，设在一个区内，这样便于操作管理。

2）塔布置在管廊一侧时，在塔和管廊之间布置管道，在背向管廊的一侧设置检修通道或场地，塔的人孔、手孔朝向检修侧。

3）塔和管廊之间布置泵时，泵基础与塔外壁的间距，应根据泵的操作、检修和配管要求确定，一般情况下不宜小于2.5m。

4）塔和管廊之间不布置泵时，塔外壁与管廊立柱之间的距离，一般为3～5m，不宜小于3m，一般在此范围内，设置调节阀组和排水管道与排水井等。

5）两塔之间或塔与其他设备之间的距离，除应满足管道、平台、仪表等布置和安装的要求外，还应满足操作、检修等要求，两塔之间的净距不宜小于2.5m。

1.3 塔的安装高度

1）对于利用塔的内压或塔内流体重力将物料送往其他设备或管道时，应由其内压和被送往设备或管道的压力和高度来确定塔的高度。

2）用泵抽吸塔底液体时，应由泵的必需汽蚀余量（NPSH）r和吸入管道的压力降来确定塔的高度。对于负压状态的塔，为了保证塔底泵的正常操作，其最低液面标高影流有较大的裕量。

3）带有非明火加热的重沸器的塔，其安装高度应根据塔和重沸器之间的相互关系和操作要求来确定。

4）塔的安装高度应满足塔底管道安装和操作所需要的最小净空，塔的基础面高度应高出地面，且不宜小于0.2m。

5）成组布置的塔采用联合平台时，为取齐平台标高，可适当调整塔的安装高度。

1.4 塔的布置实例

图1为某石化企业加氢裂化装置塔区的设备布置图，共有5台塔，分别是常压塔、汽提塔、低分气脱硫塔、液化气脱硫塔、干气脱硫塔。其中，常压塔与汽提塔采用单排布置，中心线对齐，两塔做联合平台；低分气脱硫塔、液化气脱硫塔、干气脱硫塔采用三角形布置，三塔做联合平台。

图1 塔的设备平面布置图

2 塔的配管

2.1 塔的配管综述

1）塔的管道布置应满足工艺管道及仪表流程图（P＆ID）的要求。

2）塔的周围宜分为管道侧和操作侧，管道布置在管道侧，仪表、人孔和梯子布置在操作侧。

3）管道的位置应与人孔、仪表、吊柱、平台及梯子统一布置。

4）管道布置应从塔顶到塔底自上而下进行规划，并应优先布置塔顶管道、大直径管道和有特殊要求的管道，再布置其他管道，最后考虑塔底管道和小直径管道。

5）每一条管道应尽可能沿塔体敷设，使管道布置美观且便于设置支架。通常将管道沿塔外壁呈同心圆布置，管道与塔外壁净距≥300mm，如图2所示，或与塔外壁呈切线布置[2]。

图2 沿塔外壁呈同心圆布置的管道

2.2 塔顶管道设计

1）塔顶管道一般有塔顶油气管道、放空管道和安全阀进出口管道等。放空管道一般安装在塔顶油气管道最高处水平管段的顶部，并应符合防火标准的要求，在开工前暖塔或检修前吹扫时，可利用该放空管排放塔内的蒸汽和油气。

2）塔顶油气管道，又称塔顶馏出线，是塔顶至冷换设备之间的管道。管道内的介质一般为气相，管径较大，管道应尽可能的短，且应按“步步低”的要求布置，不得出现“液袋”，并应具有一定的柔性。分馏塔顶油气管道一般不保温，只在操作人员接近管道的地方设防烫隔热措施。如该管道至多台并联的冷换设备，为避免偏流，管道应对称布置。

3）塔顶为两级冷凝时，管道布置应使冷凝液逐级自流，油气总管与冷凝器入口支管对称布置，使流量均匀分布。

4）当塔顶压力用热旁路控制时，热旁路管道应保温，尽量短，调节阀应安装在回流罐上部，且管道不得出现“袋形”，以避免积液，如图3所示。

图3 分馏塔热旁路控制

5）减压塔顶油气管道与塔管口宜直接焊接而不采用法兰连接，以减少泄漏。

6）很多规范、文献都建议将安全阀布置在塔顶平台以便更好地保护设备，但这样可能就会给安全阀的检修和拆卸带来麻烦，特别是质量较大的安全阀，若将其布置在容易检修的地方，比如塔的中间层平台或附近构架平台，而又不影响安全阀正常运行，即安全阀入口管道最大压力损失不超过安全阀定压的3%，就更加合理。

2.3 塔体侧面管道设计

1）塔体侧面管道一般有进料、回流、侧线抽出、汽提蒸汽、重沸器抽出和返回管道等。为使阀门关闭后无积液，塔体侧面管道上的阀门宜直接与设备管口连接。

2）进（出）料管道在同一角度有两个或两个以上开口时，管道应具有一定的柔性，如图4所示。

图4 两个以上进（出）料开口的管道布置

3）分馏塔侧线至汽提塔的管道上通常设有调节阀，该调节阀应靠近汽提塔安装，以保证调节阀前有一段液柱，液柱高度应满足工艺的要求，如图5所示。

图5 分馏塔和汽提塔之间调节阀管道的布置

2.4 塔底管道设计

1）塔底的操作温度一般较高，因此在布置塔底管道时，其柔性应满足有关标准或规范要求。塔底出口管与泵连接时，塔的安装高度应大于泵的必需汽蚀余量的要求；管道在满足柔性的条件下，应使管道短，弯头数量少。

2）塔底抽出线应引至塔裙座外，塔裙座内严禁设置法兰或仪表接头等管件。塔底到塔底泵的入口管道在水平管段上不得有“袋形”，应是“步步低”，以免塔底泵产生汽蚀。塔底抽出管道上的隔断阀应尽量靠近塔体布置，并便于操作。塔底放空管道应设在裙座外，放空阀需加盲板，放空管的大小应满足工艺要求。

3 塔的管道支架

1）沿塔敷设管道的支架，一般生根在塔的外壁上，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，生根在塔外壁上的承重支架的设计应按最能够满足工况条件确定其位置、型式。

2）从塔顶部出来的管道或侧面进出口的管道，应将靠近设备管嘴处的第一个支架设为承重支架。在承重支架之下，按规定间距设导向支架[3]。当承重支架受力较大时，可在承重支架下方设置一组或多组弹簧吊架以分担承重支架受力，承重支架及弹簧吊架受力应提给设备专业核实塔壁能否承受。塔外壁上的支架设置，如图6所示。导向支架的间距，如表1所示。

图6 塔的支架设置

表1 敷塔管道导向支架最大间距

3）应特别注意，敷塔管道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。

4 结语

塔作为石油化工装置中的重要设备，在实际生产中有着举足轻重的地位。做好塔的设备布置和管道设计，有利于减少投资并保证生产的安全、平稳、高效运行。

文献参考

[1]张德姜,王怀义,丘平.石油化工装置工艺管道安装设计手册[M],2014:84-85.

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

[3]隋明哲.论石油化工装置塔的管道布置[J].山东化工,2013,42(7):135-137,140.

作者简介：隋李涛，男，出生日期1986年11月，汉族，籍贯山东烟台，中国石油大学（华东）研究生学历，工程师，从事石油化工工艺及配管设计工作。