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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4~6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D 塔板间距H 塔节长度L 300~500 250~350 800~1000 600~700 250~400 1200~1500 800~900 250~400 2000~2500 （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，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φ8-10mm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 角焊结构 塔径 塔盘板厚 塔盘圈内径 塔盘板直径 翻边结构 塔盘板厚 塔盘圈内径 翻边塔盘 Dg S D1 D2 D3 S D1 R 300 （350） 400 （450） 500 600 3 274 324 297 347 290 340 374 424 397 447 390 440 474 568 497 596 490 590 668 696 690 700 800 4 768 796 790 3 476 570 670 770 8 870 868 896 890 900

2 276 326 376 426 6

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25~30mm，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φ10~12mm的石棉绳，放置2~3层。图5-5中（a）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