狭窄场地母液洗涤塔设计初探

邵 君

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

母液洗涤塔是氨碱法生产中煅烧工序的关键设备，生产过程中滤过工序来的冷母液通过上部管线进入塔内，自上而下流经填料层或筛板层，与从塔下部进入塔内的高温炉气进行逆流接触换热，降低进入压缩机炉气温度的同时，有效提高进入蒸馏工序的母液温度，在生产中起着至关重要的作用。该塔位于煅烧工序塔区内，2001年投入使用，随着公司产能的不断提高，塔区生产系统中设备、管道渐渐增多，塔区内可利用空间逐步减少，塔周设备密布，管线在空间内交叉纵横，检修空间十分狭窄。当前，设备逐渐老化，设备更新提上日程，选址再建安装已无可能，唯有原址更换。但是，复杂多变的狭窄环境对风力的影响造成设备承受风载的改变，给设备设计的强度校核带来一定的难度，本文对此进行了初步的探索和研究。

1 设计思路

图1 母液洗涤塔

狭窄场地设计塔类设备首先考虑的就是风载，由于轻灰车间塔区各种塔类密布，当气流通过时由于空气质量不能大量堆积，前面气流不能顺利通过，后面的风又吹过来形成向前的推力，于是气流加速流过塔区空隙，风力加大。这就是所谓的 “狭管效应”，也就是我们常说的“穿堂风”。所以在设计时要充分考虑其它设备对风力的影响。是否出现狭管效应与其它各个设备的高度、相对位置、相对距离、几何形状，都有着密不可分的关系。同时由于地面水泥基础，管道，阀门等阻挡气流方向也会发生改变。风在设备间并不是平稳的流动，毫无规则起伏不定，而各种塔、罐、管道的散热，由于热空气向上运动的特性又有了上升趋势，进一步加剧了气流方向的复杂性形成“湍流”。由于大多数设备都有检修平台，气流从下向上受到平台阻挡，再次改变方向，这样频繁改变方向进一步加大 “湍流”现象。通过对现场各类塔、罐设备进行详细分析，进行了相应的计算。同时由于我公司处于沿海地区风力较大，在计算时以天津地区的风压值作为基本风压值。为了进行地震弯矩和风弯矩的校核，对塔划分成第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段进行计算。为了尽量减小设备自重，提高设备强度，选用TA2材质制作。为了避免钛材现场焊接，设备整体生产厂家制作，各种附件均使用螺栓连接形式。

2 计算过程

为了进行地震弯矩和风弯矩的校核，同时根据母液塔的自身结构特点和附属零部件分布情况，对塔体进行分段，共四段，第Ⅰ段长度为5 586 mm，第Ⅱ段长度为4 625 mm，第Ⅲ段长度为2 630 mm，第Ⅳ段长度为2 615 mm。以下表格中的字母代号可从《压力容器与化工设备使用手册》中查阅。

2.1 计算塔体的自振周期

第一步需要计算每段设备的自重和附属部件重量及操作物料重量等总重量，根据自振周期公式进而求得塔体自振周期，自振周期的确定是塔体动力特性分析的一个重要部分，也是接下来的对塔体地震弯矩与风弯矩校核的一个重要分析因素。计算参数见表1、2。

2.2 水平地震力和垂直地震力的计算

水平地震力和垂直地震力的计算是为了对地震弯矩进行校核。计算参数见表3、4、5。

表2 自振周期计算参数②(单位：mm)

表3 水平地震力设计参数

由公式Fk1=Czηk1mkg，可得水平地震力Fk=144 795.6005 N。

表4 垂直地震力设计参数

表5 地震弯矩设计参数

2.3 风弯矩计算

计算水平风力，进而对风弯矩进行计算。计算参数见表6、7、8。

表6 水平风力设计参数①

表7 水平风力设计参数②

由公式P1=K1·K2iq0filiDei×10-6，可得水平风力Pi=23 082 N

表8 风弯矩设计参数

2.4 对母液塔的最大弯矩进行计算校核

塔设备任意截面I-I处的最大弯矩按下式计算：

塔设备任意截面0-0处的最大弯矩为：

将对应的数值代入公式可得，最大弯矩是0-0截面的地震弯矩，为1 847 867 514 N·mm。

2.5 对母液塔的地脚螺栓进行计算校核

表9 地脚螺栓螺纹最小径设计参数

(取较大值)

可得地脚螺栓根径d1=28.85 mm。

由于需要用母液洗涤塔的旧土建基础，故需32个地脚螺栓跨中均布，选用M30及其以上的地脚螺栓即可满足计算数值，根据现场位置及腐蚀情况选择M36 8.8级规格的地脚螺栓。

在塔径不变,高度不变的情况下要提高生产能力就要尽可能的增加炉气与母液的接触, 筛板孔数增加：原开孔数量为610个，由下向上依次φ62、φ60、φ58、φ55、φ50，现开孔数量为666个，由下向上依次φ62、φ60、φ58、φ55、φ50。同时按照原设计布置进气分布器、液体分布器、丝网除沫器。通过安装投用后达到了预期的效果。

3 结 语

通过这次对轻灰塔区母液洗涤塔的设计改造，满足了化工工艺生产及环保要求，同时也为在狭窄场地设计塔类设备的计算校核积累了一定的经验。