設計一個大型的精餾塔，需要注意些什么？
關鍵詞 | 大型塔器 設計 特點
共 3048 字 | 建議閱讀時間 15 分鐘
大型塔器的設計流程
塔設備的主要設計流程與其他化工設備類似，可用如下所示的流程表示。
在塔的設計流程中，材料選擇、結構確定、強度計算（包括剛度、穩定性等計算）、施工圖設計為主要設計階段，但設備專業設計者的工作卻涵蓋了整個建造過程。設備的制造、檢驗、運輸、安裝均為設計者設計時所必須考慮的因素，否則紙上談兵，設計圖可能無法轉化為實體。
那么，什么樣的塔器算是大型塔呢？
目前沒有標準進行明確界定，這里根據經驗總結如下：
（1）直徑大，高度高，如直徑6m以上且總高60m以上的塔器；
（2）高徑比大，如高徑比超過30的塔器。
今天的文章僅對第一種情況的大型塔器進行介紹。
干貨
大型塔器
設計流程
01
結構特點
大型塔整體結構與中小型塔一樣，一般由地腳螺栓座、裙座、封頭、筒體、內件、塔頂吊柱、人孔、接管等組成。但局部結構往往會有所不同，詳細如下：
① 裙座和下封頭的厚度差一般較大，可采用中徑對齊方式以盡可能減少連接處的附加彎矩；大直徑會帶來封頭的拼縫增多，裙座在下封頭的焊縫處開U形缺口會對連接處焊縫的強度削弱較大，必要時可采用不開缺口的連續焊。
② 封頭的型式（橢圓還是半球形）選擇需要綜合考慮設計壓力、封頭材料、成形方式、成形能力、形狀要求、裙座高度等多個因素。當裙座高度低，或封頭的拼接形狀要求高，或封頭材料拼縫易產生裂紋時宜選橢圓形封頭。當設計壓力高，或加工能力有限只能先成形后拼接，或考慮經濟性以降低封頭壁厚時宜選用半球形封頭。
③ 當操作溫度較高（如300℃以上）時，大直徑的封頭徑向熱膨脹會對裙座未保溫部分產生很大的附加熱應力，這些熱應力與裙座承受設備重力和彎矩產生的應力疊加可能對裙座產生破壞。該處熱應力的計算可參考文獻的解析法進行或在有條件的情況下采用應力分析方法進行評定。若常規的裙座結構無法滿足要求，必要時可以采用短裙座混凝土框架支撐型式，對整個裙座部分保溫。這樣能有效保證裙座及地腳螺栓座與封頭同時膨脹。地腳螺栓孔的開設要考慮裙座的徑向膨脹量。
④ 對超出彎頭標準的大管徑彎頭，需要參照HG/T 20582-2011設計為蝦米彎頭。
02
強度計算特點
大型塔強度計算總體內容與中小型塔是一樣的，如塔器各元件內壓強度計算、外壓穩定性計算以及考慮風載荷和地震載荷的塔器軸向穩定性校核計算、地腳螺栓座校核計算、開孔補強計算等，但細節上會有些不同，例如：
① 大型塔的管口一般也很大，這些管線及物料的重量對塔器產生的偏心彎矩不容忽視。塔體軸向穩定計算時，在管口方位未定的情況下，為保守起見，需將所有大管線及其物料對塔體中心的彎矩累積疊加計入偏心載荷。如果管口方位確定，對稱的管線可以只計入單側的影響。
② 大管線及其保溫迎風面積對塔器風載荷的影響也不容忽視。管口方位未確定時，為保守起見，需將塔頂附近所有大管線保溫的迎風面積計入塔體總迎風面積中計算風載荷。管口方位確定時，如果任意兩管口不是相隔180o布置時，只計入管口大的一側的迎風面積。
③ 承重大管架支撐在塔體上時，應校核支架預焊件對設備殼體產生的局部應力。
④ 塔器臥式液壓試驗壓力較低時，由于設備直徑較大，直徑方向的液柱靜壓力不容忽視，臥式液壓試驗工況校核時需加上該部分靜壓頭。
⑤ 對大直徑蝦米彎頭，需要按HG/T 20582-2011進行校核計算，超出標準范圍時還需按JB 4732進行應力分析。
03
制造及運輸特點
大型塔都是尺寸超限設備，無法在制造廠整體制造并運輸到用戶現場。一般分片或分段運輸到現場組焊。詳細的技術要求可參見TCED 41002-2012《化工設備圖樣技術要求》附錄C和SH/T 3524-2009《石油化工靜設備現場組焊技術規程》。
① 分片運輸的設備
所謂分片運輸是指設備直徑超限，無法分成筒節運輸，只能將其分得更細，按排版圖將每個筒節分成多個成形瓣片運輸。
這類塔器的大部分制造工作在現場進行，現場條件肯定不如設施齊全的制造廠，很多有關制造方面的問題就需要在設計時預先考慮周全，如能否實現射線探傷，能否建造容納大直徑設備的可拆卸熱處理爐，能否提供足夠的液壓試驗用水，液壓試驗用水如何排放，地基能否承受液壓試驗載荷等。不能實現的項目需提前考慮并設計好替代措施。
② 分段運輸的設備
所謂分段運輸是指由于運輸工具或路線的原因導致運輸長度受到限制，必須將塔器分成若干段運輸，到現場組焊成整體。
這類塔器大部分制造工作在制造廠進行，現場只是進行環縫組焊、無損探傷、局部熱處理以及壓力試驗。環縫的無損探傷、局部熱處理及壓力試驗將是對現場施工的考驗。無損探傷和壓力試驗的方式在設計過程中就需要根據現場實際的條件確定。無損探傷現場放射污染不好控制時，應選擇其他效果相近的探傷方法替代射線探傷。液壓試驗無法實現時應提出其他的試驗要求或以提高環縫的焊接和檢測技術要求確保焊縫的質量。
04
設備檢驗特點
大型塔的A、B類焊縫累計長度量值一般都非常大，而且多數塔都需要對A、B類焊縫進行100%射線檢測。這樣會造成貼片太長，既耗費大量工期而且成本也較高。一般用衍射時差法超聲檢測（TOFD）替代，必要時附加100%UT檢測防止TOFD檢測的盲區出現缺陷。現場組焊的A、B類焊接接頭除圖中規定的無損檢測外，現場液壓試驗后還應進行20%的MT/PT表面檢測。
05
壓力試驗特點
大型塔設備現場試壓方案應在綜合考慮設備操作液位、介質特性、現場水源、氣源、安全性、基礎承載能力等情況后綜合確定。如果采用液壓試驗，用水量巨大，水源不好解決、進水及排水時間都很長、排放地點也不好找，對基礎的要求很高。如果采用氣壓試驗，體積太大，危險性非常大，升壓時間很長，需要進行特殊防護，還需要報監檢部門批準。因此，對于此類塔器壓力試驗采用氣液組合試驗比較合適。
因大型塔設備頂部的大管線很重，不宜和設備一起試壓。與管道的分界點及設備試壓時對管道的要求在圖紙上應有明確的規定。若必須一起試壓，應考慮各附塔大管線及其實際充水質量，確保管架支撐處設備局部應力及裙座和地腳螺栓都沒有問題。
06
吊裝特點
大型塔的吊裝方案需在設備設計前確定，其吊裝重量和高度對吊裝設備和場地的要求往往是個挑戰。根據吊車能力和場地的大小可采用整體吊裝和分段吊裝。大型塔的吊耳一般都為非標件，其尺寸和位置設置與安裝公司的吊裝能力和吊裝方式密切相關，因此吊耳的設計需要與安裝公司共同完成。
另外大型塔吊裝時一般會把部分梯子平臺，甚至有時候會把保溫都裝上再起吊，以減少高空作業的工作量，因此吊耳設計時需將這些重量考慮計入。
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP
