懸掛多個(gè)容器的塔設(shè)備設(shè)計(jì)探討

陳如艷

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

懸掛多個(gè)容器的塔設(shè)備設(shè)計(jì)探討

陳如艷

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

在石油化工裝置中，塔設(shè)備是一種必不可少的設(shè)備類型，但經(jīng)常遇到的是獨(dú)立的塔設(shè)備或是外側(cè)懸掛一個(gè)或兩個(gè)較小再沸器的型式，當(dāng)懸掛有再沸器時(shí)，懸掛高度也較低。在某化工廠的某化工裝置中，有一臺(tái)塔設(shè)備上懸掛有四臺(tái)再沸器和一臺(tái)容器，再沸器的直徑都較大，質(zhì)量較大，懸掛位置也較高。由于空間有限，再沸器和容器無(wú)法安裝在地面或框架上，且由于介質(zhì)積聚后易爆炸，工藝上要求塔設(shè)備的管口與再沸器的管口連接盡量短，這就要求四臺(tái)再沸器和一臺(tái)容器要完全支撐在塔設(shè)備上。目前可參考的資料，僅有專利商提供的在新加坡建設(shè)的相同裝置中的類似設(shè)備，但由于某化工廠該裝置的產(chǎn)能有所提高，塔和再沸器的尺寸都較之前大。這種類型的塔在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)中很少遇到，對(duì)此塔在設(shè)計(jì)方面的分析進(jìn)行了闡述。

塔設(shè)備；分析；制造；安裝

Abstract：In the petrochemical plant，the tower equipment is an indispensable type of equipment，but often encountered is a separate tower equipment or the outer suspension of one or two smaller reboiler type，when hanging again Boiler，the suspension height is also low.In a chemical plant in a chemical plant，there is a tower equipment hanging on the four reboiler and a container，reboiler diameter are larger，heavier quality，suspension position is also higher.Due to the limited space，reboilers and containers can not be installed on the ground or frame，and because the media after the accumulation of easy to explode，the process requires the tower equipment nozzle and reboiler nozzle connection as short as possible，which requires four The boiler and a container are fully supported on the tower.The information available at present is only available from similar devices in the same plant in Singapore，but the size of the tower and reboiler is larger than the previous one due to the increase in the capacity of the plant.This type of tower is rarely encountered in the domestic design，this paper on the tower in the design of the analysis were described.

Key words：tower equipment；analysis；manufacturing；installation

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

塔設(shè)備位號(hào)為PT-1005A/B/PD-1011，直徑φ3 900mm，總高～30m，材質(zhì)選用復(fù)合板Q345R+S30403，其中PT-1005A，PT-1005B和PD-1011是通過(guò)封頭或裙座連接的三個(gè)獨(dú)立的腔體。懸掛的四臺(tái)再沸器的位號(hào)分別為PE-1009A/B/C/D，其中PE-1009A/B為立式，直徑φ1 900mm，總高～8m，單臺(tái)設(shè)備凈質(zhì)量～23t，單臺(tái)容積～18m3；PE-1009C/D為臥式，直徑φ1 400mm，總長(zhǎng)～6m，單臺(tái)設(shè)備凈質(zhì)量～13噸，單臺(tái)容積～8.5m3。一臺(tái)立式容器位號(hào)為PD-1110，直徑φ1 300mm，總高～2.7m，設(shè)備凈質(zhì)量～1.3t，容積～2.8m3。塔和外掛設(shè)備的總裝配圖及相對(duì)位置見(jiàn)圖1，塔設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備數(shù)據(jù)表

2 塔設(shè)備受力分析

由圖1可知，四臺(tái)再沸器和一臺(tái)容器全部支撐在塔設(shè)備上，塔設(shè)備作為受力的主體，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中受到幾臺(tái)懸掛設(shè)備的影響，其受力相當(dāng)復(fù)雜，需考慮多種組合的影響。由于與NB/T 47041—2014《塔式容器》標(biāo)準(zhǔn)所適用的模型不同，故不能直接采用常規(guī)的方法。在本次設(shè)計(jì)中，塔設(shè)備首先按常規(guī)塔計(jì)算程序進(jìn)行初步計(jì)算，然后根據(jù)每種組合的具體情況采用假設(shè)的等效模型，逐一分析，本文將對(duì)各組合工況進(jìn)行闡述。由于懸掛的立式容器較小，對(duì)計(jì)算影響較小，故可忽略。

首先是設(shè)備的基本計(jì)算，此時(shí)不考慮懸掛設(shè)備的影響，因塔設(shè)備設(shè)計(jì)壓力有正壓和負(fù)壓，所以分兩種情況，正壓計(jì)算和負(fù)壓計(jì)算，共14種組合，見(jiàn)表2。

圖1 設(shè)備總裝圖

表2 塔設(shè)備基本計(jì)算

然后考慮有再沸器等懸掛設(shè)備影響的情況，除有正壓和負(fù)壓工況外，因再沸器PE-1009A和PE-1009C在270°方位，PE-1009B和PE-1009D在90°方位，所以分單側(cè)操作和兩側(cè)同時(shí)操作兩種情況較危險(xiǎn)，共28種組合，見(jiàn)表3和表4。

表3 單側(cè)操作時(shí)塔設(shè)備計(jì)算

表3中，懸掛設(shè)備偏心載荷為90°或270°方位的再沸器產(chǎn)生的偏心載荷，即PE-1009A和PE-1009C的設(shè)備凈質(zhì)量或PE-1009B和PE-1009D的設(shè)備凈質(zhì)量、充水水質(zhì)量、保溫質(zhì)量和管線質(zhì)量等的總和。

表4 兩側(cè)同時(shí)操作時(shí)塔設(shè)備計(jì)算

表4中，懸掛設(shè)備偏心載荷為四臺(tái)再沸器產(chǎn)生的偏心載荷，即PE-1009A/B/C/D的設(shè)備凈質(zhì)量、充水水質(zhì)量、支架質(zhì)量、保溫質(zhì)量和管線質(zhì)量等的總和。

風(fēng)載荷在塔設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算中起著重要的作用，因再沸器所在截面距塔設(shè)備底部較高，因此，風(fēng)載荷的影響更是一個(gè)重要因素。但如何考慮風(fēng)載對(duì)此種類型塔的影響，成為本臺(tái)塔設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的難點(diǎn)之一。由于再沸器支撐在塔設(shè)備上，且為剛性連接，當(dāng)懸掛的再沸器受風(fēng)載荷影響時(shí)會(huì)把力傳遞到塔體上，但傳遞的力的比例無(wú)法判斷。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)做了保守的假設(shè)，分別為：①PE-1009A/B再沸器所在截面的迎風(fēng)面直徑=2×再沸器中心到塔設(shè)備中心的距離+再沸器直徑=10 900mm；②PE-1009C/D再沸器所在截面的迎風(fēng)面直徑=2×再沸器中心到塔設(shè)備中心的距離+再沸器直徑=8 500mm。計(jì)算時(shí)按變徑塔的模型，在正壓和負(fù)壓工況下共有6種組合，見(jiàn)表5。

表5 等效變徑塔設(shè)備計(jì)算

經(jīng)過(guò)以上共48種組合計(jì)算后，對(duì)比表2～表5中筒體壁厚、自振周期和地腳螺栓尺寸的計(jì)算結(jié)果，由此可知懸掛設(shè)備偏心載荷在塔設(shè)備的壁厚計(jì)算中起決定作用，尤其在風(fēng)載荷工況下更危險(xiǎn)。雖然本文所列的組合有些比較保守，但目前還未找到更好的設(shè)計(jì)方法。

3 塔設(shè)備制造及安裝注意事項(xiàng)

由于此塔外掛設(shè)備較多，受力較復(fù)雜，所以在設(shè)備制造時(shí)應(yīng)比普通塔的要求高。對(duì)此提出了以下技術(shù)要求：①?gòu)?fù)合板的基層鋼板，應(yīng)逐張進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，符合JB/T 4730.3—2005的要求，Ⅱ級(jí)合格；②裙座與封頭的焊接接頭應(yīng)氬弧焊打底，并按JB/T 4730.4—2005進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格，同時(shí)按JB/T 4730.3—2005進(jìn)行20%超聲檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格，焊縫表面應(yīng)打磨成與封頭表面圓滑過(guò)渡；③裙座縱、環(huán)焊縫應(yīng)按JB/T 4730.2—2005進(jìn)行20%磁粉檢測(cè)，Ⅲ級(jí)合格；④塔設(shè)備殼體的橢圓度應(yīng)不超過(guò)10mm。⑤復(fù)層焊縫（殼體的A、B類焊縫）應(yīng)進(jìn)行PMI和鐵素體含量的檢測(cè)；PMI檢測(cè)應(yīng)包括碳含量在內(nèi)的化學(xué)元素含量（碳含量≤0.04%）；鐵素體要求值為3%～8%；檢測(cè)位置：殼體縱焊縫的中間、縱焊縫和環(huán)焊縫的交點(diǎn)（丁字焊縫處）為檢測(cè)點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)也應(yīng)特別注意，由于再沸器支撐在塔體上，安裝時(shí)塔上的管口與再沸器的管口直接連接，對(duì)兩管口的高度差要求就會(huì)較高，且必須保證管口的連接為無(wú)應(yīng)力連接狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

此臺(tái)懸掛多個(gè)容器的塔，已在某化工廠的苯酚丙酮裝置中運(yùn)行3a多，且運(yùn)行狀態(tài)良好，證明運(yùn)用本文闡述的設(shè)計(jì)方法和提出的技術(shù)要求等是合理的，可以為今后此類型的塔設(shè)備設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考。但從節(jié)約材料成本方面考慮，對(duì)此類塔設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)采用更優(yōu)化的方法，這也是今后應(yīng)該深入研究的問(wèn)題。

Discussion on Design of Tower Equipment with Suspension of Multiple Containers

Chen Ru-yan

TE271

A

1003–6490（2017）09–0122–02

2017–07–25

陳如艷（198—），女，河北阜城人，工程師，主要研究方向?yàn)閴毫θ萜髟O(shè)計(jì)。