第六章 塔設(shè)備

第一節(jié) 塔設(shè)備的應(yīng)用及類型

一、塔設(shè)備應(yīng)用

在煉油、化工、輕工及醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中，氣、液或液、液兩相直接接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過程是很多的，如精餾、吸收、萃取等，這些過程都是在一定的設(shè)備內(nèi)完成的。由于過程中介質(zhì)相互間主要發(fā)生的是質(zhì)量的傳遞，所以也將實現(xiàn)這些過程的設(shè)備叫傳質(zhì)設(shè)備，從外形上看這些設(shè)備都是豎直安裝的圓筒形容器，高徑比較大，形狀如“塔”，故習(xí)慣上稱其為塔設(shè)備。

塔設(shè)備為氣、液或液、液兩相進(jìn)行充分接觸創(chuàng)造了良好的條件，使兩相有足夠的接觸時間、分離空間和傳質(zhì)傳熱的面積，從而達(dá)到相際間質(zhì)量和熱量傳遞的目的，實現(xiàn)工藝要求。所以塔設(shè)備的性能對整個裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、消耗定額和環(huán)境保護(hù)等方面都有著重大的影響。

在化工和石油化工生產(chǎn)裝置中，塔設(shè)備的投資費用約占全部工藝設(shè)備總投資的25%，在煉油和煤化工生產(chǎn)裝置中約占35%；其所消耗的鋼材重量在各類工藝設(shè)備中所占比例也是比較高的，如年產(chǎn)250萬噸常減壓蒸餾裝置中，塔設(shè)備耗用鋼材重量約占45%，年產(chǎn)30萬噸乙烯裝置中約占27%。可見塔設(shè)備是煉油、化工生產(chǎn)中最重要的工藝設(shè)備之一，它的設(shè)計、研究、使用對煉油、化工等工藝的發(fā)展起著重要的作用。

二、塔設(shè)備的一般要求

工業(yè)生產(chǎn)上對于塔設(shè)備具有一定的要求，概括起來有下列幾個方面。

（1）生產(chǎn)能力要大，即單位塔截面上單位時間內(nèi)的物料處理量要大。

（2）分離效率要高，即達(dá)到規(guī)定分離要求的塔高要低。

（3）操作穩(wěn)定，彈性要大，即允許氣體和（或）液體負(fù)荷在一定的范圍內(nèi)變化，塔仍能正常操作并保持較高的分離效率。

（4）對氣體的阻力要小，這對于減壓蒸餾尤為重要。

（5）結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造，維修方便，耐腐蝕等。

任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，因此必須了解各種塔設(shè)備的特點并結(jié)合具體的工藝要求，抓住主要矛盾以選擇合適的塔型。

三、塔設(shè)備的分類

從不同的角度認(rèn)識塔設(shè)備有不同的類型。按工藝用途可分為精餾塔、吸收塔、萃取塔、干燥塔、洗滌塔等；按操作壓力可分為常壓塔、加壓塔和減壓塔；按內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)可分為板式塔和填料塔兩大類。

1.板式塔

板式塔的結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，在塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔盤，氣體以鼓泡或噴射形式穿過塔盤上液層，氣液相相互接觸并進(jìn)行傳質(zhì)過程。氣相與液相組成沿塔高呈階梯式變化。板式塔中根據(jù)塔盤結(jié)構(gòu)特點，又可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種，目前主要使用的塔型是浮閥塔和篩板塔。

2.填料塔

填料塔的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示，塔內(nèi)設(shè)置一定高度的填料層，液體從塔頂沿填料表面呈薄膜狀向下流動，氣體則呈連續(xù)相由下向上流動，氣液相逆流接觸并進(jìn)行傳質(zhì)過程。氣相和液相的組分沿塔高呈連續(xù)變化。常用填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍形填料、波紋填料、絲網(wǎng)填料等。

無論是板式塔還是填料塔，大體上都是由塔體、支座入孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及塔的內(nèi)件等組成。塔體是塔設(shè)備的外殼，它包括筒體和封頭兩個部分，是塔設(shè)備的主要受壓元件。支座是塔體安放到基礎(chǔ)上的連接部分，一般采用裙座。除沫器用于捕集氣流中的液滴。入孔、手孔主要是為塔設(shè)備的制造、安裝檢修維護(hù)所設(shè)置的。接管用于工藝聯(lián)接，使塔設(shè)備與前后的相關(guān)設(shè)備形成嚴(yán)格系統(tǒng)。設(shè)置在塔頂?shù)牡踔?，主要用于安裝檢修時運輸塔內(nèi)件。

圖6-1  板式塔結(jié)構(gòu)                       圖6-2  填料塔結(jié)構(gòu)

1—吊柱；2—氣體出口；3—回流液入口          1—吊柱；2—氣體出口；3—噴淋裝置；4—人孔

4—精餾段塔盤5—殼體；6—料液進(jìn)口              5—殼體；6—液體再分配器；7—填料

7—人孔；8—提餾段塔盤9—氣體入口            8—卸填料人孔；9—支承裝置10—氣體入口

10—裙座；11—釜液出口；12—檢查孔               11—液體出口；12—裙座；13—檢查孔

第二節(jié)  板式塔

一、板式塔塔盤的形式及特點

板式塔是化工生產(chǎn)中廣泛采用的一種傳質(zhì)設(shè)備，板式塔的塔盤結(jié)構(gòu)是決定塔特性的關(guān)鍵，常用塔盤有泡罩形、浮閥形、篩板形、舌形及浮動噴射形等。下面討論常用塔盤結(jié)構(gòu)及特點。

1.泡罩塔盤

泡罩塔盤是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔盤之一，如圖6-3所示。在塔盤板上開許多圓孔，每個孔上焊接一個短管，稱為升氣管，管上再罩一個“帽子“，稱為泡罩，泡罩周圍開有許多條形空孔。工作時，液體由上層塔盤經(jīng)降液管流入下層塔盤，然后橫向流過塔盤板、流入再下一層塔盤；氣體從下一層塔盤上升進(jìn)入升氣管，通過環(huán)行通道再經(jīng)泡罩的條形孔流散到液體中。泡罩塔盤具有如下特點。

（1）氣、液兩相接觸充分，傳質(zhì)面積大，因此塔盤效率高。

（2）操作彈性大，在負(fù)荷變動較大時，仍能保持較高的效率。

（3）具有較高的生產(chǎn)能力，適用于大型生產(chǎn)。

（4）不易堵塞，介質(zhì)適用范圍廣。

（5）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，安裝維護(hù)麻煩；氣相壓降較大，但若在?；蚣訅合虏僮鳎@并不是主要問題。

圖6-3  泡罩塔盤

1—升氣管；2—泡罩；3—塔盤板

2.浮閥塔盤

浮閥塔盤是在塔盤板上開許多圓孔，每一個孔上裝一個帶三條腿可上下浮動的閥。浮閥是保證氣液接觸的元件，浮閥的形式主要有F-1型、V-4型、A型和十字架型等，最常用的是F-1型，如圖6-4所示。

F-1型浮閥有輕重兩種，輕閥厚1.5mm、重25g，閥輕慣性小，振動頻率高，關(guān)閥時滯后嚴(yán)重，在低氣速下有嚴(yán)重漏液，宜用在處理量大并要求壓降?。ㄈ鐪p壓蒸餾）的場合。重閥厚2mm、重33g，關(guān)閉迅速，需較高氣速才能吹開，故可以減少漏液、增加效率，但壓降稍大些，一般采用重閥。

操作時氣流自下而上吹起浮閥，從浮閥周邊水平地吹入塔盤上的液層；液體由上層塔盤經(jīng)降液管流入下層塔盤，再橫流過塔盤與氣相接觸傳質(zhì)后，經(jīng)溢流堰入降液管，流入下一層塔盤。浮閥塔盤上氣液接觸狀況如圖6-5所示。

綜上所述，盤式浮閥塔盤具有如下特點。

（1）處理量較大，比泡罩塔提高20～40%，這是因為氣流水平噴出，減少了霧沫夾帶，以及浮閥塔盤可以具有較大的開孔率的緣故。

（2）操作彈性比泡罩塔要大。

（3）分離效率較高，比泡罩塔高15%左右。因為塔盤上沒有復(fù)雜的障礙物，所以液面落差小，塔盤上的氣流比較均勻。

（4）壓降較低，因為氣體通道比泡罩塔簡單得多，因此可用于減壓蒸餾。

（5）塔盤的結(jié)構(gòu)較簡單，易于制造。

（6）浮閥塔不宜用于易結(jié)垢、結(jié)焦的介質(zhì)系統(tǒng)，因垢和焦會妨礙浮閥起落的靈活性。

圖6-4 F-1型浮閥

1—   浮閥；2—門件；3—閥孔；4—起始定距片

5—閥腿；6—最小開度；7—最大開度          圖6-5浮閥塔盤氣液接觸狀況

3.篩板塔盤

篩板塔盤是在塔盤板上開許多小孔，操作時液體從上層塔盤的降液管流入，橫向流過篩板后，越過溢流堰經(jīng)降液管導(dǎo)入下層塔盤；氣體則自下而上穿過篩孔，分散成氣泡通過液層，在此過程中進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。由于通過篩孔的氣體有動能，故一般情況下液體不會從篩孔大量泄漏。篩板塔盤的結(jié)構(gòu)及氣、液接觸情況如圖6-6所示。

篩板塔盤的小孔直徑是一個重要參數(shù)，小則氣流分布較均勻，操作較穩(wěn)定，但加工困難，容易堵塞。目前工業(yè)篩板塔常用孔徑為3～8mm。篩板開孔的面積總和與開孔區(qū)面積之比稱為開孔率，是另一個重要參數(shù)。在同樣的空塔速度下，開孔率大則孔速小，易產(chǎn)生漏液，降低效率，但霧沫夾帶也減少；開孔率過小，塔盤阻力大，易造成大的霧沫夾帶和液泛，限制塔的生產(chǎn)能力。通常開孔率在5～15%。篩孔一般按正三角形排列，孔間距與孔徑

圖6-6  篩板塔盤示意圖

之比通常為2.5～5。

篩板塔具有如下的特點。

（1）結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，便于檢修，成本低。

（2）塔盤壓降小。                                 

（3）處理量大，可比泡罩塔提高20~40%。

（4）塔盤效率比泡罩塔提高15%，但比浮閥塔盤稍低。

（5）彈性較小，篩孔容易堵塞。

4.舌形和浮舌塔盤

舌形塔盤是在塔盤板上沖有一系列舌孔，舌片與塔盤板呈一定傾角，如圖6-7所示。氣流通過舌孔時，利用氣體噴射作用，將液相分散成液滴和流束而進(jìn)行傳質(zhì)，并推動液相通過塔盤。舌孔與塔盤板的傾角一般有18o、20o和25o三種，通常是20o，舌孔常用25×25mm和50×50mm兩種，舌孔按三角形排列。

舌形塔盤具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝檢修方便 ，處理能力大，壓力降小，霧沫夾帶少等優(yōu)點，但由于舌孔的傾角是固定的，在低負(fù)荷下操作時易產(chǎn)生漏液現(xiàn)象，故操作彈性較小。     

         圖6-7 舌形塔盤的舌孔                   圖6-8 浮舌形塔盤的舌片

浮舌塔盤是結(jié)合浮閥塔和舌形塔的優(yōu)點而發(fā)展出起來的一種塔盤，其結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。將舌形塔的固定舌片改成浮動舌片而成，與浮閥塔類似，隨氣體負(fù)荷改變，浮舌可以上下浮動，調(diào)節(jié)氣流通道面積，從而保證適宜的縫隙氣速，強化氣液傳質(zhì)，減少或消除漏液。當(dāng)浮舌開啟后，又與舌形塔盤相同，氣液并流，利用氣相的噴射作用將液相分散進(jìn)行傳質(zhì)。浮舌塔盤具有如下特點。

（１）具有大的操作彈性，操作穩(wěn)定。在保證較高效率條件下，它的負(fù)荷變化范圍甚至可超過浮閥塔。

（２）具有較大的氣液相的處理能力，壓降又小，特別適宜于減壓蒸餾。

（３）結(jié)構(gòu)簡單，制作方便。但舌片易損壞。

（４）效率較高，介于浮閥與舌形塔板之間，效率隨氣速變化比浮閥稍大。

除以上常用塔盤外，還有網(wǎng)孔塔盤、穿流塔盤等。

二、板式塔的主要內(nèi)部構(gòu)件

1.塔盤構(gòu)造

板式塔的塔盤形式雖多種多樣，但就其整體構(gòu)造而言，基本上都是由塔盤板、傳質(zhì)元件（浮閥、泡罩、舌片等）、溢流裝置、連接件等構(gòu)成。塔盤若只有一塊塔盤板，稱為整塊式塔盤，見圖6-9。若是由兩塊以上塔盤板組成則稱為分塊式塔盤，見圖6－10、圖6-11。一般在塔徑300－900mm時，采用整塊式塔盤，塔徑大于等于800mm時，就可在塔內(nèi)進(jìn)行裝拆作業(yè)，這時可選分塊式塔盤。降液管有弓形和圓形兩種，以弓形降液管較為常用，其結(jié)構(gòu)如圖6—12所示。

分塊式塔盤各塔盤之間、塔盤板與支持圈（或支持板）之間的連接和緊固方式很多。按連接是否可拆有可拆連接和不可拆連接，其中可拆連接又有上可拆、下可拆和上下均可拆連接；按連接結(jié)構(gòu)形式有羅紋連接、卡板連接和楔形連接等。幾種常見的連接緊固形式如圖6-13至圖6-16所示。

圖6-9  定距管式塔盤

1－法蘭；2－塔體；3－塔盤圈；4－塔盤板；5－降液管；6－拉桿；7－定距管；

8－壓圈；9－填料；10－吊環(huán)；11－螺母；12－壓扳；13－螺柱；

14－支座（焊在塔體內(nèi)壁上）；15－螺母

圖6-10 單溢流支持圈支承塔盤                 圖6-11 雙溢流具有支持主梁的塔盤

1—通道板；2—矩形板；3—弓形板；4—支持圈；      1—塔盤板；2—支持板；3—筋板；4—壓板；

5—筋板；6—受液盤；7—支持板；8—固定降液板；      5—支座；6—主梁；7—兩側(cè)降液板；

9—可調(diào)堰板；10—可拆降液板；11—連接板          8—可調(diào)堰板；9—中心降液板；10—支持圈

圖6—12 塔盤的弓形降液管              圖6—13 上可拆螺栓連接

                   
                          圖6—14 上下均可拆螺栓連接 

                             1—螺母；2—塔盤板Ⅰ；3—塔盤板Ⅱ；4—T形螺栓

        圖6-15 楔形連接            圖6-16 螺紋卡板連接

 1—龍門鐵；2—楔子；3—墊板；         1—卡板；2—螺母；3—螺柱；4—橢圓墊圈；

4、5—塔盤板                               5—塔盤板；6—支持圈

2.除沫器

除沫器安裝在塔內(nèi)頂部，其作用是分離塔頂氣體中夾帶的液滴，保證塔頂餾出產(chǎn)品的質(zhì)量。目前使用的除沫器有折板形、絲網(wǎng)形和旋流式，其中以絲網(wǎng)除沫器應(yīng)用最為廣泛，其結(jié)構(gòu)如圖6-17所示。將許多層絲網(wǎng)用柵板夾住，并用螺栓固定在支持圈上，對大直徑的塔，絲網(wǎng)也可做成分塊式。絲網(wǎng)用圓絲或扁絲編織而成，材料多用不銹鋼、磷青銅、鍍鋅鐵絲、聚四氟乙烯、尼龍等。

　　絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大、重量輕、空隙大以及使用方便、除沫效率高、壓降小等優(yōu)點。適用于清潔的氣體，不宜用在液滴中含有固體物質(zhì)或易析出固體物質(zhì)的場合，如堿液、碳酸氫氨溶液等，以免液體蒸發(fā)后留下固體堵塞絲網(wǎng)。當(dāng)霧沫中含有少量懸浮物時，應(yīng)經(jīng)常對其進(jìn)行沖洗。絲網(wǎng)除沫器在安裝時，在其上下方都應(yīng)留有適當(dāng)?shù)姆蛛x空間。

3.防渦器和濾焦器

塔底液體流出時，若帶有漩渦則會將油氣卷帶入與塔底出口等相連的泵內(nèi)，使泵容易發(fā)生抽空現(xiàn)象，為此塔底大多裝有防渦器，其結(jié)構(gòu)如圖6-18所示。圖中（b）所示排液管口與塔底平齊，用于干凈的物料；（a）所示排液管伸入塔底內(nèi)一定高度，一般為50mm以上，適用于稍有沉淀的物料，以防沉淀被吸入泵內(nèi)。當(dāng)排液管直徑小于150mm時就用一塊鋼板插焊在管口，排液管直徑大于150mm時，可用十字形板插焊于管口，如圖（c）、（d）所示。

對減壓塔、催化裂化分餾塔等，為防止焦塊進(jìn)入塔底出口管被帶入泵內(nèi)，影響正常工作，都裝有塔底濾焦器。常用濾焦器的結(jié)構(gòu)如圖6-19所示，就是一個帶圓錐帽的圓筒，筒壁上開有直徑10mm的濾孔，孔間距25mm。

    
圖6-17　絲網(wǎng)除沫器

1－塔體；2－緊固螺栓；3－墊片；4－絲網(wǎng)；

5－柵板（上下各一件做成分塊）；6－支持圈；7－螺母

4.塔設(shè)備的進(jìn)出口接管

　       幾種常見的物料進(jìn)出口接管結(jié)構(gòu)如圖6-20至圖6-23所示。

對液體進(jìn)料當(dāng)塔徑大于等于800mm，且物料較清潔時可用圖6－20（a）的結(jié)構(gòu)；當(dāng)塔徑小于800mm時，或物料較臟、需經(jīng)常清洗時宜采用圖6－20（b）的結(jié)構(gòu)。對氣體分布要求不高，直徑較小的塔，可采用圖6－21（a）的簡單進(jìn)氣管；為了避免進(jìn)塔氣體沖濺、夾帶塔底的儲液，進(jìn)氣管應(yīng)安裝在塔內(nèi)最高液面之上一定距離；當(dāng)塔徑較大、要求進(jìn)氣分布均勻時，宜采用圖6－21（b）的橫管結(jié)構(gòu)，管上有三排出氣小孔，孔徑由工藝決定。若為氣、液混合進(jìn)料，為使物料經(jīng)氣、液分離，除將加料塔盤間距適當(dāng)加大外，還應(yīng)采用圖6－22所示的切向進(jìn)料管。對液體出料接管可直接從塔底引出裙座外。對氣體出料管為減少霧沫夾帶在未設(shè)置除沫器的塔中可采用圖6－23所示的氣體出口結(jié)構(gòu)。

圖6-18　塔底防渦器

1－塔底；2－出料管；3－立板；4－頂板

 圖6-19　塔底濾焦器

1－支承；2－圓錐形頂；3－圓筒壁

 
圖6—20  液體進(jìn)料（包括回流）管

1－進(jìn)料口；2－進(jìn)口堰

圖6—21　氣體進(jìn)料管

 
圖6-22　氣液混合進(jìn)料管（也稱切向進(jìn)料管）

1－上擋板；2－下?lián)醢澹?SPAN lang=EN-US>3－導(dǎo)向擋板

 圖6-23　氣體出口管

第三節(jié)  填料塔

一、填料及支承結(jié)構(gòu)

1.對填料的基本要求

填料是填料塔的主要構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣直接影響填料塔的操作性能及傳質(zhì)效率。工業(yè)生產(chǎn)對填料的基本要求如下。

（1）傳質(zhì)分離效率高。填料的比表面積大，填料表面安排合理，填料表面潤濕性好。

（2）壓力降小，汽液相通量大。

（3）不易引起偏流和溝流。

（4）具有良好的耐腐蝕性、較高的機械強度和一定的耐熱性。

（5）不被固體雜物堵塞，其表面不會結(jié)垢。一般來說，填料塔不適用于含固體雜物和易結(jié)垢的場合，但是有寬暢流道、孔隙率大的格柵填料可用于這類操作。

（6）重量輕、價格低。

2.填料的種類

工業(yè)上所用的填料總體上可分為散裝填料、規(guī)整填料和格柵填料三類。散裝填料由于其結(jié)構(gòu)上的特點，不能按一定規(guī)律安放而只能隨機（自由）堆砌。常見的散裝填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、θ環(huán)、十字環(huán)、弧形鞍、矩形鞍等。這種填料氣、液兩相分布不夠均勻，故塔的分離效果不夠理想。因此產(chǎn)生了規(guī)整填料，這種填料分離效果好、壓力降小，適用于在較高的氣速或較小的回流比下操縱，目前使用較多的是波紋網(wǎng)和波紋板填料。填料塔常用填料如圖6-24所示。

圖6-24 填料種類

   3.填料支承結(jié)構(gòu)

   填料的支承結(jié)構(gòu)安裝在填料層的底部，其作用是支撐填料及填料層中所載液體，同時還要保證氣流能均勻地進(jìn)入填料層，并使氣流的流通面積無明顯減少。因此不僅要求支承結(jié)構(gòu)具備足夠的強度及剛度，而且要求結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，所用材料耐介質(zhì)腐蝕。常用的填料支承結(jié)構(gòu)有柵板和波形板。圖6-25、圖6-26是最常用的柵板結(jié)構(gòu)，為了限定填料在塔中的相對位置，不至于在氣、液體沖擊下發(fā)生移動、跳躍或撞擊，應(yīng)安裝填料壓板或床層限制板。

        圖6-25 整塊式柵板                  圖6-26 分塊式柵板

         1—柵板；2—支持圈                     1—連接板；2—支持圈；3—柵板Ⅰ；

                                                      4—柵板Ⅱ；5—支持板

二、液體分布裝置

1.液體初始分布裝置

液體初始分布裝置是分布塔頂回流液的部件。工業(yè)上應(yīng)用的分布裝置類型很多，較常用的有噴灑型、溢流型、沖擊型等。噴灑型中又有管式和噴頭式兩種。一般在塔徑1200mm以下時都可采用如圖6-27所示的環(huán)管多孔式噴灑器，但直徑600mm以下時多采用圖6-28所示的噴頭式噴灑器、其中塔徑300mm以下時往往用圖6-29所示的直管式或彎管式噴灑器。較大直徑的塔則可采用圖6-30所示的多支管噴灑器。

溢流型噴淋裝置用在大型填料塔中，結(jié)構(gòu)如圖6-31所示，其優(yōu)點是適應(yīng)性強，不易堵塞、操作可靠。沖擊型噴灑器結(jié)構(gòu)如圖6-32所示，它是由中心管和反射板組成，反射板可是平板、凸形板或錐形板，操作時液體沿中心管流下，靠液體沖擊反射板的反射飛濺作用而分布液體，反射板中心鉆有小孔以使液體流下淋灑到填料層中心部分。

 圖6-27 環(huán)管多孔噴灑器

          
                        圖6-28  噴頭式噴灑器

                         圖6-29管式噴灑器

圖6-30 多支管噴灑器

 圖6-31有升氣管的盤式噴灑器                圖6-32沖擊式噴灑器

1—升氣管；2—降液管；3—定距管；                

4—支持圈；5—螺栓、螺母            

2.液體再分布裝置

液體沿填料向下流動時，由于向上的氣流速度不均勻，中心氣流速度較大、靠近塔壁處流速較小，使得液體流向塔壁形成“壁流”，減少了氣、液的有效接觸，降低了塔的傳質(zhì)效率，嚴(yán)重時會使塔中心的填料不能被濕潤而形成“干錐”現(xiàn)象。為此，每隔一定高度的填料層則設(shè)置一液體再分布裝置，以便使液體再一次重新均勻分布。最常見的液體再分布裝置是錐形分布器，如圖6-32所示。

圖6-33　液體再分布器

三、板式塔與填料塔的比較

板式塔和填料塔都是常用的精餾塔型，對于具體的分離任務(wù)，充分理解和掌握各塔型的特點，正確選擇合適的塔型是首要的。現(xiàn)將板式塔和填料塔的主要特點列表進(jìn)行比較，見表6-1。

表6-1  板式塔與填料塔的比較

第四節(jié) 塔設(shè)備的載荷分析

一、塔設(shè)備的使用工況

1.正常操作工況

在正常操作工況下，塔設(shè)備在一定的操作壓力和操作溫度下工作，此時塔內(nèi)有工作介質(zhì)，它的內(nèi)部構(gòu)件如塔盤、除沫器及其他附件如保溫層、扶梯、接管、閥門等安裝齊全。塔設(shè)備在此工況下的時間最長。

2.壓力試驗工況

塔設(shè)備在安裝或大檢修后再安裝狀態(tài)下進(jìn)行壓力試驗時，塔內(nèi)充滿試驗液體（一般為水），此時塔體受試驗壓力及業(yè)液柱靜壓力的作用，它的總體質(zhì)量也最大，裙座、基礎(chǔ)環(huán)和地基所受的壓應(yīng)力也最大。

3.非操作工況

所謂非操作工況時指除正常工作工礦和壓力試驗工況以外的情況，包括吊裝完畢安裝階段及停工檢修階段。此時塔設(shè)備處于環(huán)境溫度，塔內(nèi)沒有物料，內(nèi)部構(gòu)建及附件沒有裝或沒有安裝齊全。此工況下塔設(shè)備的總體質(zhì)量最小，在風(fēng)力、地震等載荷作用下最易傾倒，此時地腳螺栓受力可能最大。

二、塔設(shè)備的主要危險截面

塔設(shè)備一般在室外立式安裝，由于其受載的復(fù)雜性，在強度及穩(wěn)定性計算時，先按一般壓力容器初步確定塔體壁厚。對裙座則參照塔體厚度先假定一厚度，然后再按不同工況對可能的危險截面進(jìn)行校核計算，最后確定塔體和裙座的厚度。危險截面是指組合應(yīng)力最大的截面，所以在確定危險截面時，既要考慮承載的大小，又要考慮截面的承載能力。一般而言，塔設(shè)備以下幾個截面都可能是危險截面，都應(yīng)進(jìn)行校核計算。                    

1.裙座最低截面

裙座最低截面是指裙座與基礎(chǔ)環(huán)連接處的截面，使裙座上承受各種載荷最大的截面，必須進(jìn)行校核計算。

2.裙座上檢查孔及較大管線引出口截面

該截面雖然沒有裙座最低截面承受的載荷大，但應(yīng)開口削弱了該截面，其承載能力下降，故也應(yīng)進(jìn)行校核計算。

3.塔體最低截面

該截面位于塔體與裙座連接處燒傷一點的位置。當(dāng)裙座與塔體對接時，此截面去塔體下風(fēng)頭切線處；當(dāng)裙座與塔體塔接時，此截面在下封頭直變短或設(shè)備筒體下部（塔體與裙座的連接形式減低三章介紹）。該截面是塔體上承受載荷最大的截面，因此應(yīng)進(jìn)行校核計算。

4.裙座與塔體連接處的焊縫截面

此處雖不是塔體或裙座上的危險截面，但其焊接接頭處可能存在焊接缺陷，同時承受著較大的重量、風(fēng)力、地震等載荷的作用，應(yīng)對此進(jìn)行校核計算。

除以上所列的幾個截面外，殼體直徑變化的截面、壁厚變化較大的截面等也有可能是危險截面，應(yīng)視具體情況而定。

三、不同截面上的載荷分析

（一）各種載荷對塔設(shè)備的影響

1.操作壓力及試驗壓力

對加壓（內(nèi)壓）塔操作壓力使塔體上各截面產(chǎn)生拉應(yīng)力，對減壓（外壓或真空）塔操作壓力是塔體上各截面產(chǎn)生應(yīng)壓力。無論是加壓塔還是減壓塔，壓力試驗均以內(nèi)壓進(jìn)行，所以試驗壓力及試驗液體的靜壓力對塔體上各截面均產(chǎn)生拉應(yīng)力。

2.重量載荷

塔設(shè)備的重量包括塔體和裙座本身的重量，內(nèi)件重量、保溫層重量、焊在塔體上的平臺扶梯重量、操作時塔內(nèi)物料及液壓試驗時液體重量。不同截面上重量載荷不同，重量載荷使塔設(shè)備產(chǎn)生壓應(yīng)力。

3.風(fēng)載荷

風(fēng)作用在塔壁上一方面使塔產(chǎn)生彎曲變形，在迎風(fēng)側(cè)受拉、背風(fēng)側(cè)受壓，不同截面上風(fēng)力所產(chǎn)生的彎矩不同；另一方面氣流在塔的背風(fēng)側(cè)產(chǎn)生周期性的旋渦，導(dǎo)致塔在垂直方向產(chǎn)生周期性的振動，但這種情況只有在塔的高徑比較大、風(fēng)速也較大時影響才比較明顯。風(fēng)載荷的大小與風(fēng)速、空氣的密度、設(shè)備的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

4.地震載荷

地震使塔設(shè)備產(chǎn)生水平和垂直方向的振動，有時還伴有。使塔產(chǎn)生彎曲、拉（壓）、扭轉(zhuǎn)等變形。按JB4710?鋼制塔式容器》的規(guī)定，地震設(shè)防烈度在8度以上才考慮垂直地震力的影響，設(shè)防烈度在7度以下（包括7度）只考慮水平地震力的影響。

5.偏心載荷

當(dāng)塔設(shè)備外部安裝有附屬設(shè)備時，如塔頂一側(cè)掛有冷凝器、塔底懸掛重沸器等。這些與塔的主體軸線不同心的重量，除了引起軸向壓應(yīng)力外、還會引起軸向彎矩即偏心彎矩，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。

風(fēng)載荷、地震載荷、偏心載荷對塔的作用效果是類似的，其彎曲應(yīng)力方向一致的時刻也是存在的，因此也可以將它們組成一個總的彎矩，即最大彎矩。但由于風(fēng)彎矩和地震彎矩都是按根據(jù)設(shè)備安裝地區(qū)歷史統(tǒng)計的最大風(fēng)力和最大地震烈度確定的，而實際上風(fēng)彎矩和地震彎矩同時達(dá)到最大值的概率極小，所以在確定最大彎矩時也不能簡單的將其相加。具體方法見JB4710。