第四章 塔設(shè)備的使用與維護

第四章塔設(shè)備的使用與維護石油與化學工程系孫慶國

化工設(shè)備使用與維護第一節(jié)塔設(shè)備工作過程及類型塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的工藝設(shè)備之一。它可使氣(或汽)液或液液兩相之間進行緊密接觸達到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸及萃取等。第一節(jié)塔設(shè)備工作過程及類型塔設(shè)備的工作過程以精餾塔為例說明其工作過程精餾是分離液體混合物的一種單元操作，分離的依據(jù)是各組分揮發(fā)能力的差異。精餾裝置由精餾塔、塔頂冷凝器和塔底再沸器等構(gòu)成。第一節(jié)塔設(shè)備工作過程及類型塔設(shè)備的基本要求重要的單元操作設(shè)備，作用是實現(xiàn)氣（汽）—液相或液—液相之間的充分接觸，從而達到相際間進行傳質(zhì)及傳熱的目的1.氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大2.生產(chǎn)能力大，即氣液處理量大3.操作穩(wěn)定，操作彈性大4.對氣體的阻力小5.結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、維修方便，設(shè)備的投資及操作費用低6.耐腐蝕，不易堵塞基本要求凈化塔填料塔空氣分離塔解吸塔各種塔設(shè)備槽式液體分布器金屬鮑爾環(huán)及金屬改型鮑爾環(huán)填料陶瓷孔板波紋填料槽盤式氣液分布器除沫器空氣分離填料θ環(huán)填料各種塔設(shè)備甲醇酒精回收塔酒精回收塔填料塔

斜孔塔板

襯鈦塔塔內(nèi)件吊裝化肥廠塔設(shè)備塔設(shè)備的投資在過程設(shè)備中所占的比重塔設(shè)備投資的比例（%）化工及石油化工

25.448.9

54裝置名稱裝置名稱塔設(shè)備鋼材耗量的比例（%）煉油及煤化工化纖

34.85

44.9

25.360萬t，120萬t/a催化裂化30萬t/a乙烯4.5萬t/a丁二烯第一節(jié)塔設(shè)備工作過程及類型塔設(shè)備的類型

塔設(shè)備分類

按操作壓力（加壓塔、常壓塔、減壓塔）按單元操作分（精餾塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔、干燥塔等）

按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分（填料塔、板式塔）1－吊柱2－氣體出口3－回流液入口4－精餾段塔盤5－殼體6－料液進口7－人孔8－提餾段塔盤9－氣體入口10－裙座11－釜液出口12－檢查孔1－吊柱2－氣體出口3－噴淋裝置4－人孔5－殼體6－液體再分布器7－填料8－泄料孔

9－支承裝置10－氣體入口11－液體出口

12－裙座

13－檢查孔第二節(jié)塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)板式塔板式塔的塔盤，按其是否設(shè)置溢流裝置，分為溢流式和穿流式兩大類。溢流式塔盤上有專供液相流通的降液管，塔盤上的液層高度由溢流堰高度來調(diào)節(jié)，因此可獲得較大的操作彈性，并能保證一定的效率。穿流式塔盤上的氣液兩相同時通過塔板上的一些孔道流動，處理能力較大，壓力降較小，但效率及操作彈性較差板式塔板式塔塔盤的形式及特點溢流式:液相流經(jīng)降液管，經(jīng)過塔盤板，流經(jīng)溢流堰，溢流堰高度調(diào)節(jié)液層高度。優(yōu)點：重量輕，處理量大，效率高，便于維修。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力降大穿流式:氣，液兩相同時通過塔板上的一些孔道流動。特點：處理量大，壓力降小。

泡罩塔泡罩塔是工業(yè)生產(chǎn)上最早出現(xiàn)的典型板式塔，最主要的傳質(zhì)元件是泡罩。如圖所示，由泡罩、升氣管、溢流堰、降液管及塔板等部分組成（a）泡罩塔板操作示意圖（b）圓形泡罩（c）有帽緣的圓形泡罩

泡罩塔應(yīng)用已有一百多年歷史，技術(shù)成熟、操作彈性大、氣液比的范圍大，不易堵塞；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、氣相壓降大、安裝維修不變。目前幾乎被浮閥塔和篩板塔所代替，只在某些情況，如生產(chǎn)能力變化大，操作穩(wěn)定性要求高，要求有相當穩(wěn)定的分離能力時才用篩板塔

篩板塔塔盤分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等部分，如圖所示。液體從上層塔盤的降液管流下，橫向流過塔盤，越過溢流堰經(jīng)溢流管流入下層塔盤，塔盤上依靠溢流堰的高度保持其液層高度；蒸氣自下而上穿過篩孔時，被分散成氣泡，在穿越塔盤上液層時，進行氣液兩相間的傳質(zhì)與傳熱。篩板塔結(jié)構(gòu)及氣液接觸狀況

篩板塔應(yīng)用歷史較久，與泡罩塔相比結(jié)構(gòu)簡單，成本降低40%左右，板效率提高10～15%，安裝維修方便；但是操作彈性不如泡罩塔，負荷有變動時，操作穩(wěn)定性差，介質(zhì)黏性較大或含雜質(zhì)較多時篩孔易堵塞?，F(xiàn)有大篩孔（孔徑達20～25mm）、導(dǎo)向篩板等多種形式浮閥塔浮閥塔氣、液兩相流程與泡罩塔相似，塔盤上開有一定形狀的閥孔，閥孔上有閥片，蒸氣從閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。浮閥塔的氣液傳質(zhì)元件浮閥能隨氣速的增減在相當寬的氣速范圍內(nèi)自由升降，保持穩(wěn)定操作浮閥塔生產(chǎn)能力大，比泡罩塔提高20-40%；操作彈性大；塔板效率較高，氣液接觸狀態(tài)較好，氣體沿水平方向吹入液層，霧沫夾帶較小；結(jié)構(gòu)及安裝較簡單，重量較輕，制造費用低，僅為泡罩塔的60～80%左右。但氣速較低時，塔板有漏液，效率下降；閥片有卡死和吹脫的可能，導(dǎo)致操作運轉(zhuǎn)及檢修的困難；塔板壓力降較大，妨礙了它在高氣相負荷及真空塔中的應(yīng)用斜噴型塔

舌形塔:舌形塔是應(yīng)用較早的一種斜噴型塔，在塔盤上沖出以一定方式排列的舌片，如圖示。舌片開啟一定角度，舌孔方向與液流方向一致，氣相噴出推動液體，液面梯度減小、液層減薄、處理能力增大、壓降減小

浮動舌形塔:浮動舌形塔是20世紀60年代研制的一種定向噴射型塔板。如圖示，一端可以浮動，最大張角約20°。舌片厚度1.5mm，質(zhì)量約20g。浮動舌形塔處理能力大，壓降小，舌片可以浮動。塔盤霧沫夾帶及漏液較小，操作彈性顯著增加。板效率較高，但其舌片容易損壞

無降液管塔—穿流式柵板塔結(jié)構(gòu)穿流式柵板塔塔盤上無降液管，氣液通道為沖壓而成的長條柵縫或圓形篩孔。操作時蒸氣由柵縫或篩孔上升，液體在塔盤上被上升的氣體擾動形成泡沫，兩相在泡沫中進行傳質(zhì)與傳熱。與氣相密切接觸后的液體又不斷從柵縫或篩孔流下，氣液兩相同時在柵縫或篩孔中形成上下穿流

穿流式柵板塔板式塔性能比較板式塔板式塔的主要內(nèi)部構(gòu)件塔盤就其整體構(gòu)造而言，是由塔板盤、傳質(zhì)元件(浮閥、泡罩、舌片)、溢流裝置、連接件等構(gòu)成。按塔徑及結(jié)構(gòu)分為：整塊式塔盤：DN≤700mm，分塊式塔盤：DN≥800mm。板式塔的主要內(nèi)部構(gòu)件除沫裝置除沫器安裝在塔頂，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。除沫裝置分為絲網(wǎng)除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器、多孔材料除沫器、玻璃纖維除沫器等。

絲網(wǎng)除沫器氣體通過除沫器的絲墊，可除去夾帶的霧沫絲網(wǎng)除沫器特點是比表面積大，重量輕、空隙率大、使用方便，除沫效率高、壓力降小、應(yīng)用廣泛，應(yīng)用于清潔氣體。不宜用于液滴中含有或易析出固體物質(zhì)的場合(如堿液、碳酸氫鈉溶液等)，以免液體蒸發(fā)后留下固體堵塞絲網(wǎng)。當霧沫中含有少量懸浮物時，應(yīng)注意經(jīng)常沖洗防渦器和濾焦器塔底液體流出時，若帶有漩渦則會將油氣帶入與塔底出口相連的泵內(nèi)，使泵容易發(fā)生抽空現(xiàn)象，為此，塔底大多裝有防渦器對減壓塔、催化裂化分餾塔等，為了防止焦塊進入塔底出口管被帶入泵內(nèi)，影響正常工作，都裝有塔底濾焦器塔底防渦器

1－塔底；2－出料管；3－立板；4－頂板板式塔的主要內(nèi)部構(gòu)件塔設(shè)備的進出口接管

塔設(shè)備上由于工藝、檢測和安裝、檢修的需要，安裝有各種接管，物料進出口、人孔，測壓、測溫、取樣及安裝液面計等都需要接管。幾種常見的物料進出口接管結(jié)構(gòu)如圖所示第二節(jié)塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)填料塔

填料塔的基本特點是結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕材料制造。

填料塔填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相間接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。

填料塔的結(jié)構(gòu)較簡單，如圖所示。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安裝填料壓板，以限制填料隨上升氣流的運動。液體從塔頂加入，經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置(小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置)分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層空隙。在填料表面氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)。

填料塔屬于連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相填料塔填料的類型填料是填料塔的核心內(nèi)件，它為氣—液兩相接觸進行傳質(zhì)和傳熱提供表面。與其他內(nèi)件共同決定填料塔的性能。設(shè)計時，首先選擇填料基本要求單位體積填料的表面積，即比表面積要大，且填科表面易為液體所潤濕。單位體積填料的空隙體積，即空隙率要高，以增加氣（汽）液的通過能力、減小流動阻力經(jīng)久耐用，具有良好的耐腐蝕性、較高的機械強度和必要的耐熱性取材容易，價格便宜填料的類型散裝填料安裝以亂堆為主的填料，也可以整砌。具有一定外形的顆粒體，根據(jù)形狀分為：環(huán)形、鞍形及環(huán)鞍形（a）垃西環(huán)（b）θ環(huán)（c）十字格環(huán)（d）鮑爾環(huán)（e）弧環(huán)（f）矩環(huán)（g）階梯環(huán)（h）金屬鞍環(huán)（i）θ網(wǎng)環(huán)（j）波紋填料散裝填料拉西環(huán)拉西環(huán)填料于1914年由拉西(FRashching)發(fā)明，是使用最早的一種填料，為外徑與高度相等的圓環(huán)，如圖所示。由于拉西環(huán)在裝填時容易產(chǎn)生架橋、空穴等現(xiàn)象，圓環(huán)的內(nèi)部液體不易流入，所以極易產(chǎn)生液體的偏流、溝流和壁流，氣液分布較差，傳質(zhì)效率低。又由于填料層持液量大，氣體通過填料層折返的路徑長，所以氣體通過填料層的阻力大，通量小。目前拉西環(huán)工業(yè)應(yīng)用較少，已逐漸被其他新型填料所取代。拉西環(huán)散裝填料鮑爾環(huán)可用金屬、陶瓷和塑料等制作，它是在拉西環(huán)的壁上開一層(φ25mm以下的環(huán))或二層(φ