摘要：在石油化工装置生产过程中，精馏塔作为实现气液两相介质传质与传热过程的核心重要设备，广泛应用于石油、化工、环保、医药等行业，其设计直接影响设备传质效率和连续操作的稳定性。从塔的内部结构型式上来分，精馏塔主要分为板式塔和填料塔两大类。相较于填料塔而言，板式塔的管口方位需满足的各类要求多，不但要满足工艺要求，还要满足塔内部构造、配管及检维修等相关要求，只有在设计过程中全方位统筹考虑，才能设计合理。因此，文章以板式塔为例，通过详细分析各类管口方位的不同，进而展开最佳方位的讨论。

　　关键词：板式塔；管口方位；传质效率；内部构造

　　0引言

　　塔的管道一般可分为塔顶管道、塔体侧面管道和塔底管道。塔顶管道包括塔顶油气管道、安全阀进出口管道、油气放空管道等；塔体侧面管道包括回流管道、进料管道、侧线抽出管道、汽提蒸汽管道、重沸器入口和返回管道；塔底管道包括塔底抽出管道和塔底排液管道等。上述这些管道均与塔体上的开口相连，且一般都沿塔体周围或上下布置。管口方位不仅影响塔内流体均匀分布，还与塔板的压降、处理能力及操作弹性密切相关。合理的管口方位设计能够有效提升板式塔的处理效率，减少投资成本和运营费用。因此，深入研究塔器管口方位对于优化板式塔设计具有重要意义。此外，塔器管口方位还深度影响塔内气液分布、流动模式、塔板压降等。

　　1概述

　　本文以陕西未来能源化工有限公司液化石油气分离项目为例，对脱丙烷塔的开口方位进行详细分析和研究。此塔属于石化装置最常见的单溢流板式塔，规格为φ1 600 mm×40 500 mm，共65层塔板，主要作用是将碳三与碳四及重组分进行分离。在脱丙烷塔中，碳三组分从塔顶产出，而碳四及以上组分则从塔底产出。脱丙烷塔的进料包含两股，分别来自脱乙烷塔和凝液汽提塔釜液。塔顶出来的气体使用丙烯冷剂进行冷凝，冷凝后的液体部分回流到塔内，部分则进入C3加氢系统。

　　脱丙烷塔管口主要包括进料口、塔顶气相出口、放空口、回流口、再沸器出口、再沸器返回口、温度计、压力计及液位计等仪表口。在进行管口方位设计时，应遵循自上而下的顺序，先规划塔顶，最后规划塔底。在设计管口方位的同时，应同步规划梯子和平台，这样才能确保设计整体的一致性和合理性。

　　2管口方位研究

　　通常可将塔的四周大致分为操作和检修所需的检修侧以及配管所需的管道侧，然而有时难以将它们进行严格区分。本装置塔器数量众多，共16台塔，且大部分为板式塔，因此确定塔的管口方位是整个塔设计的重点和难点。通常直径超过2 000 mm的大直径塔器独立布置在框架两侧，小直径塔器为了增加其稳定性和操作便捷性，通常布置在框架内，这样可以用框架来增加其稳固性。

　　塔器管口方位在规划时需满足：(1)工艺PID相关要求。根据塔内部构造的不同，每个管口作用不同，所处方位也不相同。(2)操作便捷性要求。通过管道、吊柱、平台等设计，确保人员通行顺畅。(3)温度、压力等仪表的高度要求。(4)经济美观性要求。节约成本、整齐、美观。

　　3管口方位研究关键点

　　(1)板式塔的结构特点与管口方位。板式塔结构特性对管口方位有显著影响，例如在多溢流塔板中，管口方位的设计需考虑到塔板结构的影响，应确保流体均匀分布，以提高传质传热效率。

　　(2)工艺条件与配管技巧。管口方位的设计需满足特定工艺要求，同时综合考虑管道布置、操作检修及安全疏散通道等实际要求，这通常要求工程师具备较高的配管技巧和工程经验。

　　(3)塔内件与人孔设计。在设计管口方位时，还应关注塔内件构造，尤其是分布器及其支撑件是否阻挡人孔，以便日后方便检修。

　　(4)应力分析。管口方位的确定应同步考虑管道应力分析，以确保管口受力和管道柔性满足要求，主要包括进料口、塔底再沸器抽出口和返回口。

　　4塔器管口方位设计

　　4.1设计原则

　　(1)满足工艺要求：确保物料进出口、回流口等关键口符合工艺设计；

　　(2)避免相互干涉：与其他管口、内件等无干涉，保证塔的正常运行；

　　(3)均匀分布：使气液流均匀分布，提高分离效果；

　　(4)考虑操作空间：为操作人员提供足够的操作和维修空间。

　　因此，要在塔体上开出最适宜的管口方位，就必须详细了解工艺要求和塔内部结构。

　　4.2塔顶气相出口(N2)

　　塔顶气相出口位于塔顶封头中心位置，以避免工艺气体的积聚，与其连接的管线为塔顶馏出线，通常口径大，与安全阀放空口可合用一个管口。塔顶泄压口位于气相出口附近、靠近直梯，方便人员安全撤离。脱丙烷塔顶气相示意图如图1所示。

　　4.3人孔方位(M1～M5)

　　人孔作为吊装内件和设备检修人员通行的管口，位置设置在操作侧，一般设置在塔板上方鼓泡区，不得设置在降液管的上方[1]，其高度距离平台通常750～1 250 mm，最适宜高度为900 mm，方便人员进出。为了安全起见，其人孔盖打开的方向应朝向人员疏散的一侧，通常为直梯侧，方便紧急情况下人员迅速撤离。每个人孔间距通常5 m左右，为了整齐美观和安全，宜将塔的所有人孔统一设置在一个正向角度，本项目所有人孔均设置在南侧(操作侧)，与设备铭牌同侧，方便塔盘的吊装和更换。

　　4.4进料口方位(N3)

　　进料口位于塔板上方、降液管的对面，以增加其传热传质效果。当进料流速较高时，为了流体均匀分布在塔板上，进料口塔板内还应设置分配管。如图2所示，N3口为进料口，按照开口方位要求，其应位于第一层降液管的对面位置。

　　4.5再沸器返回口(N4)

　　再沸器返回口开口位置应设置在塔中心线上并与受液槽平行布置，当有两个返回口时，宜呈180°布置。再沸器返回塔的管线在满足工艺和管道柔性的前提下，宜弯头数最少，这样可以最大程度减小压降损失。

　　4.6塔底抽出口(N5)

　　塔底抽出口一般设置在塔底封头的中间部位，并设置防涡流板。对塔底采用泵抽出的抽出口，其标高应满足塔底泵的有效汽蚀余量要求，并应延伸到塔的裙座外。为了方便检修，裙座内不设置法兰。

　　4.7仪表开口(P、T、L)

　　塔器上的仪表口众多，有测温口、测压口、液位计口、取样口等，按照测量方式不同，又分为就地和远传两大类。根据物料不同，每种测量方式需要的塔内和塔外空间不同，应特别注意，否则会出现无法安装的情况。

　　液位计和液位调节器口应布置在人员便于观测和检维修的位置。液位计口通常直接连接根部阀，亦可通过连通管连接，压力较高时还应采用双阀连接。为了读数的稳定和准确，应避免流体冲击波动，严禁将液位计口布置在进料口对面，塔内设置有内挡板除外。无特殊说明时，当温度计口不高于塔板上方100 mm时，测量的为液相温度；当温度计口高于塔板上方100 mm时，默认测量的为气相温度[2]。压力表测量的是气相区域，因此开口应位于塔内气相区域，这样压力计读数准确，不受液位影响。为了方便热电偶安装和检修，需留有至少600 mm的空间，还应该考虑人孔、梯子和其他因素等影响。最终的管口方位图如图3所示。

　　4.8平台与直梯

　　通常在规划塔管口方位的同时，也应同步规划梯子平台，两者相辅相成、统筹规划，才能达到最好的设计效果。

　　为了方便人员操作、检修以及巡视塔体上的阀门和仪表，塔上通常9 m以内设置一段直梯，两个大直径塔器间也可以设置斜梯，斜梯倾斜角度不大于45°,高度不大于5 m，这样更加方便人员通行[3]。平台的宽度根据其具体作用不同，也不尽相同，无管口、仅供中间休息的平台宽度1 000 mm即可，需要操作阀门的平台通常设计宽度1 200 mm为宜，若有液位计则需要1 400 mm，具体情况根据液位计及相关联阀门尺寸确定。平台宽度不小于800 mm，净空高度不小于2 200 mm。塔顶平台通常需放置安全阀，故通常设置为全平台，最下方平台通往地面的直梯宜位于操作侧，保证人员可以快速安全疏散。

　　为了方便人员操作，设计过程中应尽可能将塔平台与周边相邻高度的框架平台相连。由于塔在操作过程中有热胀量，而框架平台没有热胀量，因此在设计过程中，应避免将两个平台直接焊接连接，可采用搭接或拼接的形式。

　　5结语

　　在保证塔器设备正常运行的前提下，通过深入研究和合理优化管口方位布置，可以提高石化装置板式塔的安全性和可靠性，降低运行风险和维护成本，为石化装置连续稳定高效运行提供有力保障。塔器作为石化装置重要的设备，其开口方位设置涉及的专业知识较多，相关专业知识点高度交叉，开口方位设计的优劣，不仅决定管道布置是否便捷，还对生产是否安全起到非常重要的决定作用。因此，在规划塔管口方位时，一定要同步结合梯子平台一同规划，以确保方案的合理性和准确性。

　　参考文献：

　　[1]张*姜,赵勇.石油化工工艺管道设计与安装[M].北京:中石化出版社,2002.

　　[2]宋岢岢.压力管道设计及工程实例[M].北京:化学工业出版社,2007.

　　[3]中华人民共和国工业和信息化部.石油化工金属管道布置设计规范:SH 3012—2011[S].北京:中石化出版社,2011.