大型石化塔设备的特点分析与设计探讨

杨东东　李晓旭　铉烨

摘 要：随着石油化工装置发展的大型化趋势，大型塔设备的数量逐渐增多，其设计质量对于各项生产活动的顺利开展具有十分重要的實际意义。本文对大型塔设备进行了一定的分析，在此基础上，进一步论述了大型塔设备的特点，并对其设计过程中的关键点进行了比较深入的分析研究，有助于促进大型塔设备设计质量的不断提高，对于从事相关设计工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

关键词：大型塔;分析;设计

1 前言

随着科学技术的不断发展，塔器正在向着大型化、高参数以及长周期的方向发展，大规格塔器在炼油、煤化工以及石油化工等领域的应用逐渐增多，其工作场合和环境也复杂多变，这就对大型塔的整体质量提出了非常高的要求。因此，为了确保大型塔能够进行安全平稳的运行，就要对其特点进行深入的分析，并结合实际的工作要求进行有针对性的设计，进而确保其能够符合安全生产的要求。

2 塔设备分析

对于塔设备而言，根据其工作压力的不同可以分为：减压塔、加压塔以及常压塔等三种类型;根据其具体的操作单元，塔设备主要包括：干燥塔、精馏塔以及反应塔等类型;根据塔内填料的不同可以分为：浮阀塔、泡罩塔以及筛板塔等;根据塔内部的构件，塔设备包括板式塔和填料塔，不同类型的塔工作要求不同，在实际的设计过程中要予以有效的区分。塔在工作过程中主要起着物质分离或传递的功能，对于部分特殊类型的塔还负责进行热传递和化学反应。

3 大型塔设备的特点

①强度计算，大型塔设备的质量非常大，在对其进行强度计算的过程中，要充分明确塔体与支座的强度和刚度，进而为设计质量提供可靠保障;②制造与运输，由于大型塔设备的尺寸超过规定允许的范围，这就导致其无法从生产厂家整体运输至工作现场，需要分片或者分段运输到现场进行组装和焊接，在设计过程中要充分结合该特点进行设计优化;③设备检验，在大型塔设备中的A、B类焊缝长度数值往往非常高，在进行全面射线检测的过程中，所需要的贴片长度较长，这就会造成施工成本和时间的增加。

4 大型塔设备设计要点分析

4.1 封头结构设计

在大型塔的工作过程中，其工艺和结构对容器封头并没有特殊要求，根据其受力特点可以选择椭圆形或者半球形封头，但是由于大型塔封头的尺寸非常大，如果采用椭圆形封头，其尺寸就会超过国家相关标准规范的要求。同时，对于采用09MnNiDR和Q345R材料的封头而言，当其尺寸超过Φ6500mm时，将难以进行加工制造。对于半球形封头而言，Φ9000mm尺寸封头的制造难度并不大，而且还具有良好的经济性和较高的安全性。因此，在设计过程中，要结合塔设备的封头尺寸进行有针对性的选择。

4.2 支撑结构设计

塔体常用裙座支撑，裙座壳分为圆筒形和圆锥形两种。一般情况首选圆筒形裙座壳，它不仅制作方便，受力也较锥形壳好。对于符合下述条件的大型塔设备支撑结构，需要优先选用圆锥形裙座：①所使用的地脚螺栓数量非常大，圆筒形裙座螺栓的布置难度非常大;②根据生产需要，裙座筒体截面惯性矩需要进行一定范围的提高;③为了确保安全生产，需要将混凝土基础顶面的压应力限制在较小的范围内。

4.3 裙座与塔体的连接设计

搭接式连接由于受到剪应力和温度的限制，在实际的应用范围非常有限，而对接式会由于塔尺寸的增加，高径比增大，在其工作过程中所受到的风载和地震载荷非常复杂，进而导致焊接接头处的受力变得非常复杂，这就会给安全生产带来不小的隐患。

目前一种新型的连接方式，需要将环形托板点焊于大型低温塔器塔体的下封头和裙座上，然后在环形托板的下表面进行对焊操作，进而形成一定厚度的堆焊层。为了确保堆焊质量，需要对下堆焊层进行无损检测，再在下堆焊层的上表面上进行上堆焊层的焊接，确保其与下封头和裙座的连接处能够进行圆滑过渡，并进行无损检测。该种连接方式操作简单，接头焊接质量易于保障，同时还便于无损检测，适用于大型塔设备裙座与塔体的之间的连接。

4.4 安全设计

首先，需要对大型塔的密封系统进行强化设计，尤其是在粉尘和有毒气体的生产系统中，需要提高设备的密封性能，为安全生产提供良好的基础;其次，对于大型塔设备而言，需要重视仪表和自动控制设计，进而确保能够对整个生产过程进行实时的监控，一旦出现问题就能立即相应的应对措施;最后，完善装置的布置设计，为了避免大型塔设备对周围设备和建筑物造成不利影响，其防火间距要严格按照国家相关的标准规范进行设计。

5 结语

总而言之，由于大型塔的规格尺寸非常大，为了确保其能够进行安全的运行，就要对其特点进行系统全面的分析研究，并采取有针对性的设计，进而能够提高大型塔的设计质量，为各项生产工作的顺利进行提供可靠保障。

参考文献：

[1]李斐凡.石油化工装置大型塔器安装及质量控制[J].智能城市，2018（02）：91-92.

[2]张明.大型塔器设计、制造、运输及吊装注意点[J].化工装备技术，2019（02）：115-121.

[3]吴江.大型塔器分段制造质量控制[J]. 化工设计通讯，2018 （05）：159-160.

[4]白明粹，郝雄慧.我国大型塔器技术发展研究[J].石化技术，2017（27）：246-246.

作者简介：

杨东东（1987- ），男，辽宁省抚顺市人，本科，毕业于辽宁石油大学，中级工程师，压力容器设备设计工作。