机电一体化基础知识培训教材

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第一章化工设备

第一节塔器

塔器是化工生产中实现气相和液相或液相和液相间传质的最重要的设备之一，设计压力低于10.0Mpa（包括真空），设计温度高于－40℃低于550℃。在塔器中所进行的工艺过程虽然各不相同，结构类型各异，但总的来说仅可划分为板式塔和填料塔两大类。不论板式塔或填料塔，从设备设计的角度来看，其基本结构可以概括为：塔体，包括筒节、端盖和联接法兰等；内件，指塔板或填料及其支撑装置及喷淋装置；支座，一般均用裙式支座；附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。

塔按内件分为板式塔和填料塔。下面以板式塔为例。

1.1.1 塔体（筒体、封头、联接法兰等）

(1) 筒体：筒体由数段筒节拚焊而成。常用来制造筒体的材料有16MnR,20R,有时用0Cr18Ni9Ti 以及复合钢板。

(2) 封头：常见的压力容器的封头又称端盖，有半球形、椭圆形、蝶形、锥形及平板等。在实际生产中，大多数塔器采用椭圆形封头，而半球形封头受力最均匀，因而常用在高压容器上；平板封头应力突变最大，一般应用于常压容器。

1.1.2 内件〔塔盘、各种气体液体出入管、除雾器、挡板及过滤器等〕

塔盘结构型式很多，常见的有圆形泡罩、槽形泡罩塔盘，S型塔盘，舌型塔盘，浮阀塔盘，浮舌塔盘，浮动喷射塔盘以及筛孔塔盘，在石油、化工中，用的较多的是圆形泡罩、浮阀、浮舌和筛孔等几种。这里就主要介绍浮阀和筛孔塔盘结构。

(1) 浮阀塔盘：浮阀按其结构又分为两大类：一是盘状浮阀，也就是浮阀是圆盘形，塔板上开圆孔，三条腿固定浮阀升高位置，另外是十字架固定升高位置，其中以FI型为多。另外一种是条状浮阀，是带支腿的长条片，塔板上是长条孔。

浮阀的特点是：操作弹性大，最宜工作区范围大，由于气体从浮阀下吹出是靠近塔板处水平吹入液层内；因此雾沫夹带也小，气体流量可提高，生产能力大；由于塔板上只有浮阀片，流动障碍少，所以液面落差也少；全塔盘鼓泡均匀，效率可提高；另外还有压降较小，结构简单，安装方便，造价低等一系列优点。

对于浮阀塔板的结构型式可分为两种，一种是整块式；另一种是分块式，对于实际使用的塔盘，特别是炼油工业常采用分块式，而整块的仅用于塔径较小的塔。分块式塔盘都可以从人孔中进出，以便于安装和检修。在塔内圆周上每隔一定距离焊有支承圈，用以支承塔盘。塔板通过螺栓联接或特制固定件与支承圈相联，塔盘之间通常采用螺栓或卡子互相联接从而组成整块塔盘。

从塔盘液体流向来看，塔盘可分为单流式和双流式塔盘。单流式适用于塔径较小的塔；一般塔

径为Φ200～Φ2400mm时采用单流式；当塔径在Φ2000mm以上时可用双流式。

板式塔填料塔

塔的结构简图

常用的分块式塔板有自身梁式和槽式两种结构，自身梁式塔板的连接分为与支承圈的连接、塔板与塔板之间的连接。常用的塔盘紧固件有卡子、螺栓和龙门铁。卡子由下卡（包括卡板及M10螺栓）、椭圆垫板及螺母等零件组成，当拧紧螺母时，通过椭圆垫板和卡板把塔板紧固在支持圈或支持板上，为便于安装，塔板上的卡子孔通常开成长圆形，塔盘板之间也可用M10螺钉直接相连。

龙门铁结构可用于塔盘板之间、塔盘板与支持圈或支持板之间的连接，其结构类型甚多，它具有结构简单、制造方便、能节省不锈钢等优点，但安装时要施焊，拆卸时要锤击，因此不宜用于易燃易爆及腐蚀的介质。

槽式塔板与支持圈连接结构与自身梁式大致相同，而槽式塔板的连接则采用螺栓连接。螺栓若在上面，即为上拆结构；若在下面，即为下拆结构，有的可做成上下可拆结构。

(2) 筛孔塔盘：筛孔塔盘的结构很简单，就是在钢板上钻了许多三角形排列的小孔, 小孔直径在Φ10～Φ25不等。气流从小孔中穿出吹入液体内鼓泡，液体以横流过塔板从降液管中流下，这种塔盘开孔率、生产能力也可较大，气流没有拐弯，压降也较小，塔板上无障碍物，液面落差较小，鼓泡可以较均匀，但它的操作弹性小，气流负荷变小时，就易泄漏，效率下降。在塔板上，筛孔的排列一般采取顺排和叉排两种方式。整个筛孔塔板由一块块矩形板组合而成，每块塔板由人孔送入塔内进行组装。

1.1.3 支座

裙式支座由裙座体、基础环板、螺栓座、基础螺栓等部分组成。裙座体一般有圆筒形和圆锥形两种。

1.1.4 附件（人孔、各类进出料接管及仪表接管、塔的外平台等）

(1) 人孔：对于塔径较大的塔，为了方便检修，对设备内部进行清洗、安装及拆卸内部部件，在塔上常开设有人孔。人孔的结构一般分为圆形和椭圆形两种，圆形人孔制造方便，因此应用较广泛；椭圆形人孔制造较困难，但它对压力容器的器壁削弱较小,为减少对器壁的削弱和减少密封面，人孔尺寸尽量要小，目前所有人孔已标准化，其大小为400，450，500，600mm这四种。

(2) 接管：为控制操作过程，需测量温度、压力及液面等，在容器上装有安装这些仪表的接管，此类接管直径都较小，因此一般采用带有内、外管的短接管直接焊接在设备上，这些接管常采用与塔体材质相同的材质来制造。

炼化部丁二烯装置的2#常减压的常减压塔和1#芳烃装置的1#常减压的常减压塔的结构形式就如图所示的板式塔。

炼化部共有各类塔器286台，包含各种类型的塔。常减压装置中的减压塔是比较典型的一种。减压塔的功能是用来分馏粗馏塔中沸点高于大约7000F （3700C）的烃类。减压塔的压力，在污重油收集盘下，可降低到大约1.0磅/平方英寸（绝对压力）。从粗馏塔塔底到粗馏塔的总压力降为28.7

磅/平方英寸（绝对压力）。这样大的压力差能使大量的烃类在减压塔塔顶内蒸出来，而塔底温度，可维持在不超过730～7800F，这要由所进的原料来决定。为了从塔底中更好地取出有用的产品，以及生产出有良好针入度的沥青，可以从塔底集油槽导入汽提蒸汽，来降低塔底液的分压。与大多数的分馏塔相比较，减压塔的进料管是很大的。这是由于低压，使减压塔进料几乎大部份被汽化了。同样还需要使用一种叫切线分配器的特殊分配器，使进料发生旋转，避免分配器上部的设备由于原料进入低压的减压塔后急剧膨胀而造成损失。减压塔的内件按最小压降来设计。污重油收集盘、格栅板和破沫网是贯穿整个塔横截面的内件。格栅板和破沫网使夹带在快速上升的气体中的液滴凝聚而得以去除。喷淋分配器有助于格栅板和破沫网的去除液滴的作用。在减压塔内设有塔板，所谓的塔板仅是一种间隔排列的挡板。挡板的边缘钻有孔，并有金属网络加强。挡板交错安装，对凝液有一种阶梯效应。热气体通过阶梯使液体中低沸点组份在次气化。收集盘设计成为在侧线切割料抽出泵进口液体中不含有气体。在泵启动时，将不凝性气体排放回塔内，这将极大地有助于泵的启动。当泵运转正常时，将排放关闭。减压塔的顶部是锻成直径缩小的，因为在顶部物料的流动比塔的侧线要少些。事实上，原料中如果轻馏份过多，或塔底料由于热裂解生成的轻馏份过多，会使得对减压塔抽空并维持减压塔低压的真空喷射泵负荷过重。减压塔一般设计成能承受内压50磅/平方英寸（表压）（3.5公斤/厘米2）和绝对外压14.7磅/平方英寸。为了加强塔壁承受这二个压力，采取了加强肋措施。就是每隔几英尺围绕塔身焊接一个加强圈。在2号乙烯70万吨改造项目中引进一种波纹筛板塔，波纹筛板塔是S&W公司专利塔盘，该塔盘塔径小通量大的优点。波纹板顾名思义是波纹形状的塔板，在波纹的波谷和波纹上开有小孔，也就是说把开孔的平板轧制成波纹板，若干个小塔板组装成一个完整塔板。

①DA-2135 急冷油塔

该塔的作用与DA101的作用相同，都是分离裂解气中的重组份，产出急冷油和燃料油。现将DA2135与DA101作一下比较，从中找出两者的差异。

从外形上看，两塔塔径相同，不过DA2135上部6200mm段塔径小400mm，从高度上看，DA2135比DA101高5850mm。

从内部结构看，DA2135不用传统的浮伐塔板和折流板，而用先进的不结垢、无活动部件的波纹筛板，不会出现类似浮阀冲掉现象。由于塔板结构不同，所采用的回流进料管的形式有差异。