李聞杰

(中石化上海工程有限公司，上海 200120)

化工熱力學中有一個派生詞“熵”，為系統(tǒng)混亂程度大小的度量[1]，統(tǒng)籌規(guī)劃各方面因素，達到熵平衡狀態(tài)即達到了穩(wěn)定狀態(tài)。管口方位的布置與工藝要求、后期的管道設(shè)計、設(shè)備預埋件、支吊架定位以及平臺梯子定位等因素相互制約影響，并且隨著設(shè)計進程的推進愈加復雜混亂，整個過程如同一個尋求熵平衡的過程。

1 概述

洗滌塔位于某裝置反應區(qū)中，具有洗滌和分離的功能。反應生成的產(chǎn)物中含有二氧化碳和水等雜質(zhì)，經(jīng)氣-氣換熱器及洗滌塔進料/釜液換熱器(E-104)進一步冷卻后，自A1/A2管口進入產(chǎn)品洗滌塔/分離罐(C-101)的洗滌部分，與循環(huán)水逆流接觸，環(huán)氧乙烷被水吸收，同時少量其他輕組分氣體也溶解在洗滌水中，這些氣體將在低壓產(chǎn)品吸收塔中被從塔頂脫除，在壓縮后返回到產(chǎn)品洗滌塔的頂部，副產(chǎn)物水在產(chǎn)品洗滌塔的洗滌部分被冷凝。溶解了產(chǎn)品的富吸收水經(jīng)E-104與洗滌塔的進料氣換熱后，經(jīng)吸收水閃蒸罐低壓閃蒸后，在汽提/精餾塔中解吸出產(chǎn)品。

來自產(chǎn)品洗滌塔頂?shù)难h(huán)氣體與來自尾氣壓縮機(K-301)的氣體混合，經(jīng)過產(chǎn)品洗滌塔底的分離罐送入循環(huán)氣壓縮機，壓縮增壓，補償在反應循環(huán)過程中的壓力損失。

洗滌塔塔高超過43 m，塔徑5.4 m，塔體分成洗滌段和分離段。裝置中的物料包含碳酸、醛類和有機酸等，對碳鋼材料腐蝕比較嚴重，因此設(shè)備殼體選用不銹鋼材料，塔內(nèi)件(包括填料、分布器、集油箱、除沫器、內(nèi)部進料管等可拆件及緊固件)也均采用不銹鋼。B管口為貧吸收水返回口，D和E管口分別為洗滌塔塔底液相和塔頂氣相出口，H管口為氣相物料返回口。物料自A1/A2進入塔體與塔頂B口進入的貧吸收水先在兩層塔板接觸洗滌，經(jīng)三層填料層洗滌，輕組分從塔頂E口離開，自H口進入塔底分離部分，重組分在洗滌塔內(nèi)集中從D口出料。

洗滌塔位于反應區(qū)101框架南側(cè)，東接裝置主管廊，南側(cè)為壓縮機框架。

2 管口方位布置

根據(jù)洗滌塔周圍設(shè)備布置，將塔周分為兩個區(qū)域：一個是操作區(qū)，另一個是配管區(qū)[2]。管道應布置在配管區(qū)，儀表、人孔和梯子應布置在操作區(qū)。

洗滌塔的北側(cè)為主裝置，東側(cè)為主管廊，是裝置管道貫通區(qū)域，與洗滌塔相接的進出管線應在這個區(qū)域布置；洗滌塔的西側(cè)與界區(qū)之間為空地，南側(cè)與壓縮機框架距離稍遠，可以作為吊裝檢修等的空地。根據(jù)以上分析，對洗滌塔塔周圍進行劃分，初步分出操作區(qū)和配管區(qū)。

洗滌塔上共有各種管口43個，其中物料進出口9個，人孔7個，儀表口16個，放空以及設(shè)備自帶管口若干。如此眾多的管口分布在不同的層高，對管口方位的選擇上需要遵守“先后主次”。

在布置管口方位時，首要考慮的是有工藝要求的管口，根據(jù)這些管口的方位確定洗滌塔塔盤的方向，進而確定整個塔的“方向”；其次，確定與塔內(nèi)件相關(guān)聯(lián)的管口方位，儀表的液位計、壓力表等由于管口眾多且有對應的布置要求，并考慮后期檢修操作方便，應當規(guī)劃布置的范圍；然后按照配管設(shè)計和應力計算的結(jié)果確定其他管口方位。管道應與人孔、儀表、吊柱、平臺及梯子統(tǒng)一布置，管道布置應從塔的頂部到底部進行規(guī)劃，并應優(yōu)先布置塔頂管道、大直徑管道和有特殊要求的管道。

2.1 有工藝要求的管口

洗滌塔用于除去粗產(chǎn)品中的二氧化碳和水，塔體中間的A1/A2進料管口位于第一層塔板(塔板自下而上編號)，經(jīng)換熱器(E-104)冷卻后的粗產(chǎn)品通過A1/A2進入洗滌塔，對于這種中部進料的工況，需要特別注意進料流體的組成，液體和混相進料必須使流體流經(jīng)進料所在的塔盤，而氣相進料則要保證流體均勻通過上層塔盤[3]。

根據(jù)均勻布置的要求，A1和A2管口應對稱布置于降液板的兩側(cè)沿塔軸線，并且連接A1/A2的管道也要求完全對稱，使物料平穩(wěn)地進入洗滌塔，稍有偏差就可能造成洗滌塔塔板不穩(wěn)。

換熱器(E-104)與洗滌塔(C-101)在一個豎直方向上，其出料管口正對洗滌塔，將A1/A2管口以洗滌塔中心線鏡像布置，滿足完全對稱布置的要求。

經(jīng)洗滌的物料輕組分自洗滌塔頂部的E管口進入底部分離段的H口，在分離段中經(jīng)除沫器除沫后從K管口出，進入壓縮機。根據(jù)工藝要求，K口位于除沫器的下游，而H口位于除沫器的上游，為了達到最好的除沫效果，物料輕組分正對除沫器，H和K口呈180°相對布置，從而使物料輕組分與除沫器接觸的作用面最大。

連接壓縮機的管道應盡量短，少打彎，以減少振動。壓縮機位于洗滌塔的南側(cè)，故K口應盡量偏向南側(cè)。可將K口布置在180°，相對的H口布置在0°。

E和H連通布置，造成管道與A1/A2入口管線碰撞，E和H管徑較大，達到DN1 050 mm，管道對于設(shè)備管口的作用力較大。通過改變管道走向，增加管道柔性，同時在距離上封頭500 mm的位置設(shè)置承重支架，避免E管口與管道的連接因應力過大造成脫離；參照管道跨距的要求[4]，沿塔設(shè)置E-H連通管的導向支架；在管道打彎前設(shè)置的管道支架，應當與彎頭之間留出2～3 m的距離，即留出足夠管道變形的空間。布置管道支架時根據(jù)支撐點的位置、管道尺寸及支架選型等確定預埋件的位置大小。E-H連通管需要較大的布置空間，因而將H管口布置在配管區(qū)的90°，相對的K管口布置在270°。根據(jù)以上分析得出重要物料管口方位分布(見圖1)。

圖1 重要物料管口方位

2.2 與塔內(nèi)件相關(guān)的管口

B為貧吸收水進料管口，DN400 mm，位于第一層填料層上方，為主進料管口，貧吸收水沿填料床層、塔板依次向下與A1/A2進料作用，吸除物料中的二氧化碳和水分。M7人孔，DN800 mm，與B管口在相同高度，用于B管口的抽芯、檢修以及填料裝填等操作。根據(jù)塔內(nèi)件填料層的圖紙，兩個管口布置在相對的位置。由于主管與支管連接處整體結(jié)構(gòu)較大，無法從DN600 mm的人孔出入，根據(jù)設(shè)備的核算調(diào)整將M7人孔放大至DN800 mm。

B管口應位于配管區(qū)，所連管道沿著塔體向下延伸，并伴有管道支架，增加設(shè)備預埋件，為了避讓E-H連通管，B口選擇45°，可以在±10°以內(nèi)調(diào)整。M7選在225°，相應調(diào)整。

M4人孔位于第二層塔板的高度，塔板的方向已經(jīng)確定，人孔最佳方位是與塔板降液管平行的位置，即45°或225°，這個方位具有最大的檢修空間。當人孔布置在最佳方位存在困難時，人孔可以在45°或225°向兩側(cè)偏移，但人孔最外緣與降液管的最小距離不得小于50 mm。人孔布置于操作區(qū)，故而將M4布置在225°，并可在±5°調(diào)整[5]。

2.3 儀表管口

儀表管口布置于操作區(qū)，應成排布置，各管口之間的間隙應滿足不影響根部閥操作的要求，管口盡量上下對應，有連通管的要注意避讓操作平臺。

塔上的壓力取壓點應設(shè)在氣相區(qū)，同一處測壓點上壓力表和壓力變送器可合用一個取壓口。當同一處測壓口上有2臺或2臺以上壓力變送器時，應分別設(shè)置取壓口及根部閥。

P1/P2為洗滌塔上的壓力表管口，由于產(chǎn)品物料容易積聚的特殊性，將管口斜45°布置于塔體上，避免在壓力管口的位置積聚堵塞。兩個測壓點延伸到同一處測壓，P2位于塔頂焊縫下方400 mm，P1位于第一層塔板下方300 mm，高差達到29 200 mm，儀表自帶的毛細管長度最大為20 000 mm，兩個測壓點通過引壓管引至塔頂布置，便于壓力表根部閥操作檢修。引壓管應靠近梯子布置，并以梯子為支撐沿塔引到塔頂平臺，P1和P2的方位在梯子平臺確定以后選擇就近布置。

塔底的液位計管口由于是底部封頭出口，管口“J”形引出，各管口之間錯開的距離還應滿足設(shè)備管口制作的要求。

2.4 其他管口

C管口靠近塔頂?shù)奈恢?，連接管道由壓縮機引出，需要附塔攀爬一段，將該管線和E-H連通的管道就近布置，利用大管道的附塔支架預埋件，為管道提供支撐。E-H管道的東側(cè)由于有打彎要求不宜布置C口，故而在避開預埋件的基礎(chǔ)上，就近將C口定位在205°。

D管口，尺寸為DN450 mm，位于EL.5850，與101框架的換熱器相連，操作溫度達到了87 ℃，選擇0°與換熱器直接對接的布置不符合管道柔性要求，調(diào)整管道走向以增加柔性，選擇稍偏離的角度即315°～345°，以滿足應力的要求。

人孔用于安裝和拆卸填料等，依人孔高度和角度設(shè)置塔設(shè)備平臺高度和直爬梯位置，是確定管口方位最重要的的依據(jù)。塔的人孔應設(shè)在塔的操作區(qū)內(nèi)，并應該設(shè)在同一方位上[6]。M1位于EL.3700，M2位于EL.5300，兩者高差還不足2 200 mm，不能滿足凈空要求，需要錯開布置。其他人孔根據(jù)人孔布置的一般原則，在操作區(qū)中盡量成一直線布置，同時根據(jù)平臺梯子布置的要求適當調(diào)整。

塔底布滿了大大小小的管口，包括眾多的儀表和兩個人孔，以及設(shè)備自身帶有的檢查孔等。如果一味均勻布置會造成塔體底部各個方向均有孔，設(shè)備強度受損，儀表口等的操作也不夠方便。因此依然按照逐層推進、相互制約的方式確定管口方位。

綜合以上分析和討論得出的管口方位分布(見圖2)。

圖2 洗滌塔管口方位

3 結(jié)論

通過對工藝要求、設(shè)備布置、設(shè)備儀表條件、應力計算、管道布置、支吊架選擇以及平臺梯子設(shè)置等諸多因素的對比，判斷先后主次，總結(jié)出如下選擇步驟。

(1)根據(jù)設(shè)備布置情況將塔周圍劃分成配管區(qū)和操作區(qū)。

(2)布置有工藝要求的管口，通過逐層考量工藝要求、塔設(shè)備自身條件、管道走向選擇等確定管口方位。

(3)布置與塔內(nèi)件相關(guān)的管口方位，如位于填料層上方、塔板附近的人孔。

(4)布置儀表管口，應滿足工藝、設(shè)備、儀表的特殊要求，進而依平臺、梯子的位置確定管口方位。

(5)布置其他管口，避讓已確定方位的管口及可能碰撞的管道、設(shè)備預埋件等，人孔的選擇要考慮操作、檢修的要求，與梯子平臺的設(shè)置相互影響。

(6)所有管口方位確定以后，檢查是否與設(shè)備檢查孔等有沖突，并進行相應調(diào)整。

以上分析總結(jié)主要針對塔器管口方位的配管設(shè)計，以期為相似的配管設(shè)計提供參考。