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1、塔设备设计一、 塔设备的结构设计塔设备在石油、化工等生产中，广泛用于精馏、吸收、萃取、气体增湿、离子交换等单元操作中。虽然所进行的工艺过程（单元操作）各不相同，其结构形式各异但根据塔的内件结构可将塔设备划分为板式塔和填料塔两大类。不论是板式塔还是填料塔，均由以下几部分组成：塔体 由筒体、封头、联接法兰等组成。内件 由塔盘、填料及支承装置组成。支座 一般采用裙式支座。附件 包括人孔、手孔、各种接管、吊柱、操作台、扶梯、保温层等。（一） 板式塔图5-1 板式塔1板式塔的总体结构及其分类板式塔的结构示意图如图5-1所示。板式塔的主体部分由塔体和裙座构成。塔体和裙痤多采用钢板焊制。裙座为上端与塔体底封
2、头焊接在一起，下端通过地脚螺栓固定在基础上。有的塔体需用铸钢制造时，采用以每层塔盘为一段，用法兰联接的形式。板式塔的内件主要由多层塔盘组成。各层塔盘的结构相同，由气液接触元件（如浮阀、筛孔、泡罩等）、塔盘板、溢流装置、降液管受液盘以及支承件、紧固件等元件组成。一般塔盘间距相同。开有人孔的塔盘间距较大，通常为700mm。最底一层塔盘到塔底的距离也比塔盘间距高，因为塔底空间起着贮槽的作用，保证料液有足够的储存，使塔底液体不致流空。最高一层塔盘和塔项距离也高于塔盘间距，在这一段上往往装有除沫器。塔盘结构有整块式和分块式两种。采用形式与塔径大小有关，当直径小于700mm的板式塔采用整块式塔盘，由于塔体
3、分段，所以塔盘的安装可在塔外进行，塔体不需开设人孔。当塔的直径大于700mm时，应采用分块式塔盘，塔体上开设人孔，塔盘的装、拆可以在塔内进行。按塔盘上气、液两相接触元件结构的不同，板式塔又可分为：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔以及各种复合型塔。目前，国内石油化工生产中使用较多的板式塔为筛板塔和浮阀塔。1 整块式塔盘结构采用整块式塔盘的塔体是由若干塔节组成，各塔节之间用法兰联接，每个塔节安装一至数块塔盘。根据塔盘的支承方式，整块式塔盘分为定距管式和重叠式两类。图5-2 定距管式塔盘塔节(1)定距管式塔盘定距管式塔盘（见图5-2）由塔盘板、塔盘圈及带溢流的降液管组成。支承是由定距管和拉杆将塔盘紧固
4、在塔节内的一组支座上。（教材P493图17-2）（1.1）塔节尺寸塔节尺寸的确定主要考虑安装和检修的方便。塔径小只能伸入手臂安装;塔径大可以进入塔节内安装，塔节长度可取较大。由于受拉杆长度的限制，并避免发生安装困难，每节塔内塔盘数取46块，塔节长度L和板间距H的常用尺寸参见表5-1。(1.2）塔盘板图5-3 定距管式塔盘板塔盘板如图5-3所示，塔盘板的厚度选取见表5-2，板上开有阀孔、拉杆孔、降液管孔和泪孔。（教材P494图17-5）表5-1定距管式塔盘塔节尺寸塔径D300500600700800900塔板间距H250350250400250400塔节长度L800100012001500200
5、02500（1.3）塔盘圈塔盘圈是由与塔盘板同样材料焊成的圆环。为了在塔盘与塔体间的缝隙中安放封用密封用石棉绳，塔盘圈有角焊和翻边两种。（教材P497图17-9）图5-4 塔盘圈角焊结构 此结构系将塔盘圈角焊于塔板上组成塔盘（图5-4 a、b）。 在没有特殊要求时，可用单面角焊，焊缝可在塔盘圈内侧，也可在外侧。这种塔盘圈制造简单，但要注意减少焊接变形引起的塔板不平。 翻边结构 此结构的塔盘圈直接由塔盘板翻边而成，因此可避免焊接就形，保证尺寸正确，缺点是需要冲压模具。当直边较短或制造条件许可时，可以整体冲压（图5-4c）。否则应另做一个塔盘圈与塔盘板对接（图5-4d） 塔盘圈的结构尺寸如图5-4
6、，塔盘圈的高度h1一般可取70mm，但不得低于溢流堰高度。塔盘圈外缘与塔体内壁的间隙一般为10-12mm。填料支承圈用8-10mm的圆钢弯成，其焊接位置h2随填料圈数而定，一般可以取30或40mm。塔盘圈的结构尺寸参见表5-2。表5-2 整块式塔盘结构尺寸塔径Dg300（350）400（450）500600700800900角焊结构塔盘板厚S 34塔盘圈内径D1274324374424474568668768868塔盘板直径D2297347397447497596696796896D3290340390440490590690790890翻边结构塔盘板厚S 23塔盘圈内径D1276326376
7、426476570670770870翻边塔盘R 68注：1、当腐蚀速度大于0.1mm/a，塔盘板厚度适当增加或在塔盘板下面加筋（应采用间断焊接，以防止塔盘板变形）。2、泡罩的升气管胀接在塔盘上时，须适当增加塔盘厚度。(1.4)塔盘密封装置 图5-5 塔盘密封结构当塔盘装入塔节后，塔盘圈与塔节内壁间的间隙就成了填料函。常见的密封结构见图5-5。它由石棉绳填料，压圈、压板、螺柱及螺母组成。螺柱焊在塔盘圈上，焊接高度2530mm，当拧紧螺母，压板压向压圈，而压圈压缩填料使之变形以达到密封的目的。每个压圈上焊两个吊耳，见图5-6以便装拆，密封填料一般采用1012mm的石棉绳，放置23层。图5-5中（a
8、）适用于塔盘圈比较低的情况；（b）（c）适用塔盘圈比较高的情况。压板与螺柱尺寸见图5-7。（教材P498图17-10相同）图5-6 压圈图5-7 压板与螺柱图5-8 降液管(1.5) 降液管降液管分为圆形和弓形三种，如图5-8所示。图中（a）（b）为圆形降液管，其中（a）是用管的伸出端兼作溢流堰，而图（b）是另外设有溢流堰，圆形降液管的降液能力小，管中易为泡沫所充满，产生拦液现象，因此，只有在液体负荷较小或塔径较小时用，图（c）为弓形降液管，它最大限度地利用于塔的载面，不仅降液能力大，而且具有气、液分离较好优点，故使用较多，尤其用于大塔。降液管由平板和弧形板焊接而成，平板上部有凸出肩架，组装时
9、使其架于塔板上，操作时作为溢流堰。堰长L和堰高H由工艺决定，常取L=（0.60.8）D1 (塔盘内径)，h=3040mm。（教材P499图17-1213相同）塔的最下层塔盘降液管末端，应设液封槽(图5-8（d）。（教材P499图17-14相同）（1.6）定距管支承结构定距管支承结构由拉杆、定距管、塔盘支座和锁紧螺母组成，见图5-9。定距管对塔盘起支承作用并保证相邻两塔盘的板间距。安装时先根据安装尺寸把四个支座焊在塔壁上，将四根下端拧好螺母的拉杆穿入支座的拉杆孔，把下层的一块塔盘从上套进拉杆，塔板支承在支座上，再把定距管套进拉杆，然后装好密封装置。这样依次装入塔盘。最上层一块塔盘的上面用短套管套
10、进拉杆再放上垫圈，用双螺母锁紧。图5-9 定距管支承结构 图5-10重叠式塔盘（2）重叠式塔盘(教材P494图17-6)重叠式塔盘的典型结构如图5-10所示。各塔板安放在支承板上，借助调节螺钉可以调整板的水平，支承板则安放在三根支柱上，该支柱则焊在下一层塔盘的塔盘圈上。在每塔节内均包括数块如此叠加起来的塔盘，对于最底层塔盘的调节螺钉则要由焊在塔壁的支座来支承，所以塔节内全部内件的重量最终由支座来承受。重叠式塔盘的密封装置、降液管等均与定距管支承式塔盘相同。这种塔盘的优点是其水平度可用调节螺钉加以调节，可以使每个塔节内安置的塔板数增加，但结构复杂，而且旋拧调节螺钉时人需进入塔内，因此不适用于塔径
11、700mm的塔。 图5-11 单流分块式塔盘2分块式塔盘结构对于直径较大的板式塔，考虑塔盘制造、安装、检修的方便，可将塔盘板分成数块，通过人孔送入塔内，装在焊于塔体内壁的塔盘支承件上，这种结构形式称为分块式塔盘。这种塔的塔体为一焊接圆筒体，不需再分塔节制造。分块式塔盘根据塔径大小，又分为单流塔盘，双流塔盘和多流塔盘。塔径在8002400mm时，多采用单流塔盘；塔径在24004200mm时，可采用双流塔盘。当塔径与液相流量进一步增加情况下，即使采用双流塔盘，液面落差仍然太大，则可采用多流塔盘。本节仅介绍常用的单流分块式塔盘结构。(教材P499图17-9)图5-11为单流分块塔盘结构图。（图中下层
12、塔盘只绘出塔盘固定件）由图中可以看出，本构件塔板分成四块，（一般根据塔径大小分为3-6块）靠近塔壁的两块为弓形板，中间二块是矩形，其中一块叫矩形块，另一导体叫通道板，作为安装检修的通道。不管塔板数为多少，中间都必须设置一块通道板。用于支承塔板的支持板、支持圈、受液盘和降液板为塔盘固定件，直接焊在塔壁上。当塔径1600mm时，受液盘下面加筋板用于加固。弓形板固定在支持圈、支持板和受液盘上，矩形板固定在支持板、受液盘、弓形板上，通道板固定在支持板、受液盘、弓形板和矩形板上。由龙门锲子等紧固件将塔盘联成为一整体。 图5-12 分块塔板结构（a） 矩形板 （b）通道板 （c）弓形板（2.1）塔板结构设
13、计分块式塔盘板按结构分为平板式、自身梁式及槽式三种。采用最多的是自身梁式塔盘板，其次是槽式，平板式塔盘板虽然结构简单，但由于其刚性差，另须配备支承梁，反而带来耗材多缺点，故使用较少，本节仅介绍自身梁式分块塔盘结构。矩形板 图5-12（a）所示，在矩形板长边的一侧冲压成直角折边，以提高塔板刚度，其作用相当于梁，故称为自身梁式塔盘板，板与梁的过渡部分作为凹平面，用以搭接相邻塔板，保证与另一塔板齐平。矩形板短边制作几个缺口，用以放龙门铁，矩形板短边长度统一取420mm，以便塔板从人孔进出。板上开有一定数量阀孔或筛孔。通道板 图5-12（b）所示通道板为一块平板，它的两长边放在相邻塔板的凹肩上，长度同
14、矩形板，短边统一取400mm，每层塔盘上的通道板尽可能处于同一铅垂位置，以利于检修人员通过和采光。弓形板 图5-12（b）所示弓形板的弦长作自身梁，其长度同矩形板，安装后保证弧边距塔内壁距离2030mm。塔盘板与塔盘支持件间的装配关系见图5-11，图中b、r等尺寸及塔盘板的结构尺寸见表5-3。支持板和支持圈都是由厚度为10或12mm，宽50或60mm扁钢制成，直接焊在塔壁上。表5-3自身梁式分块塔盘的结构尺寸塔 径 DN堰 长 受液盘最大宽度b支持圈内半径 R1塔 盘长度 L1弓 形塔 板 e 一层塔盘件数弓形板通道板矩形板总计800529570639100125160348550500162213430100064971480012015020044871065055026221312007918779601501902405488507706703622131400903102911041652252706
