孙方莉
(惠生工程(中国)有限公司 河南化工设计院分公司，河南 郑州 450018)
低温甲醇洗是现代煤化工项目气体净化装置中很重要的一道工序，广泛应用于国内外大型合成氨、甲醇合成等项目。低温甲醇洗按工艺流程及功能一般分为吸收、解吸冷区系统和热再生、甲醇水分离热系统，其中吸收、解吸冷区系统塔器多为板式塔，管口较多且塔盘分布复杂。本文主要探讨冷区系统塔器的布置及管口方位设计。
塔器指用于气-液或液-液相间传质、传热的设备，是许多装置单元的关键性设备，广泛用于石油化工企业。塔的类型很多，根据塔的用途，可将其分为用于气-液相间传质的精馏塔、汽提塔、吸收塔和解吸塔，用于液-液相间传质的萃取塔等[1]。气液传质塔根据结构可分为板式塔和填料塔[2]。
1.1 塔的布置原则与要求
塔的布置应符合工艺流程，满足安全间距、吊装检修要求，管线距离短、集中布置。
(1)直径小于等于1000mm的塔一般布置于框架内，利用框架提高其稳定性[3]，其余情况靠装置边缘布置，便于设备吊装、检修；
(2)管廊立柱中心与塔外壁之间距离不宜小于3m[3]；
(3)两塔之间净距离不宜小于2.5m，以便附塔管道和平台的敷设[4]；
(4)框架侧两个或者两个以上成组布置的塔，一般按照以塔的中心线或外壁切线对齐的原则呈单排布置，也可呈双排或三角形布置，并根据实际情况设置联合平台[2]。
1.2 塔的安装高度
(1)利用重力流或者压差将物料送往下游设备或者管道时，应根据其内压和下游设备及管道的压力和高度来确定塔的高度[3]；
(2)用泵抽塔底物料时，塔的安装高度应充分考虑泵的汽蚀余量和管道的压力降等因素[2]；
(3)塔的安装高度还应考虑塔底管道安装及操作检修的要求[2]，且其基础高度一般设置为+200～300mm；
(4)塔的裙座、基础与再沸器基础高度要统一考虑，应同时满足工艺及应力要求。
1.3 塔的布置工程实例
以山东某项目低温甲醇洗的冷区塔的布置及管口方位设计为例，图1和图2为该项目低温甲醇洗装置塔的设备布置图。
图1中，甲醇/水分离塔(330T-3106)由于塔径较小，直径为900mm，高35m左右，设备本体强度不够，故布置于钢框架内，利用框架设置导向支撑提高其稳定性。
图2为冷区塔的布置图，按照工艺流程顺序将塔器按照中心线对齐成排布置在框架的北侧，分别是尾气洗涤塔、未变换气吸收塔、变换气吸收塔，塔的西侧靠近框架，为管道侧，塔的东侧和南侧均为装置道路，便于塔器的吊装和检修，为检修侧。
2.1 管口方位设计原则
考虑塔器的操作检修及管道进出，塔器一般设置于管道侧及检修侧，包括人孔及平台。塔的检修侧要留有足够的空间以供塔的整体吊装、塔盘的装卸及检修，一般临路设置。
图1 塔框架布置图
图2 成排塔的平面布置图
管道侧填料塔的管口方位设置无特殊要求，符合上述大原则即可；
板式塔的管口方位设置与塔板形式、进口分布器形式、集液箱形式、工艺介质状态有关。塔的所有管口方位都应满足工艺要求，同时也要考虑塔盘等内部结构与管口的对应关系。在规划塔的管口方位时，按照先上后下、先大后小的原则，即先规划靠近塔顶的管口、大管径管道以及自流管道的走向[5]，再依次往下布置其他压力管道及小管径管道等的走向。塔盘间物料进口、抽出口和人孔方位设计比较重要，且受塔板的内部结构影响较大。人孔一定要设在检修区域[3]，方便进出。塔顶和塔釜管口设置较为简单，根据配管情况确定方位即可。总体来说，管口在塔内部应尽量靠近受液槽，远离降液管，并注意介质的均布，在不碰降液管及塔内件的前提下，根据配管情况在管道侧旋转管口角度。
项目前期做平面布置和配管研究时，根据工艺流程，将塔器的功能区先做区分，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[3]，如图3，操作侧指人孔(或手孔)及塔顶吊柱的方位，该区域需设置检修操作平台，本着整齐美观的设计原则，塔的人孔方位也宜尽量保持一致；
管道侧指附塔的工艺管道及公用工程管道布置的区域。然而，由于塔内构件比较复杂且管口数量较多，有时很难将上述两侧严格分清[5]。
图3 管道侧和检修侧
2.2 工艺管口的方位布置
(1)物料进口管口方位
a.单溢流塔盘：以变换气吸收塔为例，如图4所示，该塔为单溢流塔，液相进口均位于塔盘间，液体进入塔后，宜均匀落在塔盘上[4]，因此按照塔盘内部结构，塔盘上的进料口N9与N10均应与单数降液板垂直布置，以保证液体均匀分布，提高塔盘的效率[6]。但是根据配管实际情况，其中物料进口N10由于配管有困难，方位无法做到与降液板垂直，故采取改变塔内部结构，内部加弯头延伸段的解决方法。
图4 单溢流塔盘物料进口方位
b.双溢流塔盘：双溢流塔的进料口一般设置有分布管[7]，进料口的液体进入塔内最后要落在塔板上，因此按照图5所示塔内结构，进口方位宜平行于降液板从中间进入，保证物料均匀分布。塔的左侧为配管侧，将进料口都布置在左侧方便配管，从而确定了1-58#塔盘降液板的方位。
图5 双溢流塔盘物料进口方位
(2)抽出口管口方位
抽出口管口方位一般位于塔盘中间，设置1个或者多个，变换气吸收塔及未变换气吸收塔抽出口均是采用在塔盘下方开孔加弯头抽出的开口方式[8]，因此外部管口可以布置在避开降液管的任意方位，如图6所示。
图6 抽出口管口方位图
(3)塔顶气相出口和塔釜液相出口
塔顶气相出口和塔釜液相出口设置比较单一，气相出口一般设置在塔顶正上方，以便气相能够通畅地从塔顶排出[8]。塔釜液相出口一般是泵的进口管线，管口方位应考虑管道柔性及下方检修空间。
2.3 人孔方位布置
人孔用于安装和检修塔内件，布置在操作侧，以及进出塔比较方便、安全、合理的位置，其方位要从上到下统一考虑，尽量布置在同一垂线上，做到整齐美观。人孔宜沿同一方向且靠近马路或者无障碍通行的空地一侧布置[6]，方便塔盘及内件的吊装和检修。由于未变换气吸收塔的人孔数量较多，不好实现人孔方位一致，故适当调整一定角度，角度范围最好小于90°[6]。塔内设有集液箱，M3和M4两个人孔距离较近，高差仅有2.3m，不便设置平台，因此将两个人孔方位错开了一定角度，如图7所示。
图7 人孔方位图
人孔方位应设置在下方降液板上[6]，以免检修人员进入踩空；
不应设置在降液管上或受液槽区域范围内[5]，避开塔内件，以免碰撞；
避开进料分配管。进料口分布器及其支管一般都设有支撑，人孔方位规划时应避开其支撑件，以保证每个人孔均能使检修者安全通畅地进入设备内。有些塔的塔径较小，人孔尺寸一般为DN500或者DN600，空间不宽裕，因此在布置人孔时，要按照比例确认降液管与人孔尺寸的合理性。人孔盖关闭的方向应与人疏散的方向一致，以便在事故发生时利于逃生。
2.4 仪表管口方位布置
塔上仪表管口主要有液位计、压力计、温度计等，所有仪表应尽可能设置在操作平台上或者直爬梯附近，便于观测和检修[6]，尽量避免布置在平台入口附近，以免妨碍操作检修人员通行。仪表管口分为就地和远传两种型式，其中就地液位计多为磁翻板型式，且设有排净阀门，不宜贯穿平台，以免影响检修通道。
液位计口应避开其上层塔板的降液区以及回流介质的影响，防止液位计出现假液位[4]。如果实在无法避开，可考虑在相应管口内部设置挡板。在布置液位计上下管口方位时，应充分利用平台和直爬梯来操作根部切断阀及实现液位的可视。如果液位计口与人孔高度相差太大，无法利用平台，造成阀门操作不便，可在满足工艺要求的情况下，适当调整人孔的高度。低温洗吸收塔操作温度较低，塔上液位计管口不要靠的太近，以免出现“冷桥”和结霜现象[3]。
压力计管口要避开降液管，布置在塔的气相区内[4]，以免压力计的读数受到液位压头的影响。温度计管口不能位于降液区，且不得与降液管及其他内件碰撞[6]，以防破坏, 并避免测量时出现较大的误差。
由于变换气吸收塔及未变换气吸收塔都比较高，塔身高70m左右，塔顶设有吊柱，用来吊装塔内件，吊柱方位布置与人孔一样布置在检修侧，且下方管道不得妨碍吊柱操作，为其留有足够的空间。顶部人孔方位布置应考虑塔顶吊柱，由于吊柱操作范围有限，人孔方位及相应平台应尽可能在其转动范围内[5]。
每个人孔均需设置操作平台，平台可用来开关阀门、取样及紧固法兰、操作检修调节阀组等。塔顶平台用来操作安全阀、塔顶放空阀门及吊柱而设，一般设置圆形，尺寸按实际需求设定即可。
人孔中心距离平台面的高度一般为600～1000mm，以750mm为最佳[3]，上下两层平台的净空即通道净高度不应小于2200mm。平台宽度不宜设置太大，按需设置即可。平台宽度一般为1000～1500mm，休息平台宽度设为1000mm，人孔操作平台设为1200mm[6]即可满足巡检要求，但当塔器管口相连的调节阀组必须设置在塔平台时，由于空间受限，可与设备专业协商，将平台宽度适当加宽。
塔上平台直爬梯宜从侧面通向平台，平台高度在15m及以下时，梯子高度一般为5～8m，最高不宜大于10m；
平台高度超过15m时，梯子高度一般为5m左右[3]，否则可设多段梯，水平交错布置。
低温甲醇洗塔器及附塔管线温度较低，考虑后续管口法兰冷紧需要，平台范围应尽量覆盖设备管口。
5.1 低温甲醇洗装置内塔器的特点为板式塔居多，吸收塔及H2S浓缩塔管口较多，附塔管线数量较多，在管口方位及管道设计时难度也比较大。因此，在项目初期，应根据接收的设备数据进行初步的管口规划和配管研究，按照从上往下的原则，先定位局限性比较大的管口，根据管口的不同用途进行设计。
5.2 低温甲醇洗装置塔上气液两相流管线众多，这类管线极易产生振动且难以消除，因此在配管设计中对气液两相流管线的布置有着特殊的要求。管线布置时应尽量做到步步高，避免气袋和液袋；
调节阀组应尽量靠近下游设备管口，缩短其与下游设备之间的管道长度；
同时在满足管道柔性的基础上，尽量减少弯头。管口方位的布置要根据塔盘内部结构优先考虑。
5.3 低温甲醇洗装置吸收塔内设有集液箱，上下两个人孔距离较近，此时应将两个人孔方位错开一定角度。低温甲醇洗塔一般比较高，塔顶一般设有吊柱，用来吊装塔内件，吊柱与人孔都布置在检修侧，且吊柱下方管道不得妨碍吊柱操作，要留有足够的空间。顶部人孔方位布置应考虑塔顶吊柱，由于吊柱操作范围有限，人孔方位及相应平台应尽可能在其转动范围内。
5.4 本文所列的塔内件情况不能代替所有的板式塔内件情况，与塔盘有关的所有管口方位均须与设备专业及塔内件厂家共同确认。
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