第四章 塔设备的使用与维护

第四章塔设备的使用与维护石油与化学工程系孙庆国

化工设备使用与维护第一节塔设备工作过程及类型塔设备是化工、炼油生产中最重要的工艺设备之一。它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触达到相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸及萃取等。第一节塔设备工作过程及类型塔设备的工作过程以精馏塔为例说明其工作过程精馏是分离液体混合物的一种单元操作，分离的依据是各组分挥发能力的差异。精馏装置由精馏塔、塔顶冷凝器和塔底再沸器等构成。第一节塔设备工作过程及类型塔设备的基本要求重要的单元操作设备，作用是实现气（汽）—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的1.气液两相充分接触，相际间传热面积大2.生产能力大，即气液处理量大3.操作稳定，操作弹性大4.对气体的阻力小5.结构简单，制造、安装、维修方便，设备的投资及操作费用低6.耐腐蚀，不易堵塞基本要求净化塔填料塔空气分离塔解吸塔各种塔设备槽式液体分布器金属鲍尔环及金属改型鲍尔环填料陶瓷孔板波纹填料槽盘式气液分布器除沫器空气分离填料θ环填料各种塔设备甲醇酒精回收塔酒精回收塔填料塔

斜孔塔板

衬钛塔塔内件吊装化肥厂塔设备塔设备的投资在过程设备中所占的比重塔设备投资的比例（%）化工及石油化工

25.448.9

54装置名称装置名称塔设备钢材耗量的比例（%）炼油及煤化工化纤

34.85

44.9

25.360万t，120万t/a催化裂化30万t/a乙烯4.5万t/a丁二烯第一节塔设备工作过程及类型塔设备的类型

塔设备分类

按操作压力（加压塔、常压塔、减压塔）按单元操作分（精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等）

按内件结构分（填料塔、板式塔）1－吊柱2－气体出口3－回流液入口4－精馏段塔盘5－壳体6－料液进口7－人孔8－提馏段塔盘9－气体入口10－裙座11－釜液出口12－检查孔1－吊柱2－气体出口3－喷淋装置4－人孔5－壳体6－液体再分布器7－填料8－泄料孔

9－支承装置10－气体入口11－液体出口

12－裙座

13－检查孔第二节塔设备的结构板式塔板式塔的塔盘，按其是否设置溢流装置，分为溢流式和穿流式两大类。溢流式塔盘上有专供液相流通的降液管，塔盘上的液层高度由溢流堰高度来调节，因此可获得较大的操作弹性，并能保证一定的效率。穿流式塔盘上的气液两相同时通过塔板上的一些孔道流动，处理能力较大，压力降较小，但效率及操作弹性较差板式塔板式塔塔盘的形式及特点溢流式:液相流经降液管，经过塔盘板，流经溢流堰，溢流堰高度调节液层高度。优点：重量轻，处理量大，效率高，便于维修。缺点：结构复杂，压力降大穿流式:气，液两相同时通过塔板上的一些孔道流动。特点：处理量大，压力降小。

泡罩塔泡罩塔是工业生产上最早出现的典型板式塔，最主要的传质元件是泡罩。如图所示，由泡罩、升气管、溢流堰、降液管及塔板等部分组成（a）泡罩塔板操作示意图（b）圆形泡罩（c）有帽缘的圆形泡罩

泡罩塔应用已有一百多年历史，技术成熟、操作弹性大、气液比的范围大，不易堵塞；但结构复杂、造价高、气相压降大、安装维修不变。目前几乎被浮阀塔和筛板塔所代替，只在某些情况，如生产能力变化大，操作稳定性要求高，要求有相当稳定的分离能力时才用筛板塔

筛板塔塔盘分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等部分，如图所示。液体从上层塔盘的降液管流下，横向流过塔盘，越过溢流堰经溢流管流入下层塔盘，塔盘上依靠溢流堰的高度保持其液层高度；蒸气自下而上穿过筛孔时，被分散成气泡，在穿越塔盘上液层时，进行气液两相间的传质与传热。筛板塔结构及气液接触状况

筛板塔应用历史较久，与泡罩塔相比结构简单，成本降低40%左右，板效率提高10～15%，安装维修方便；但是操作弹性不如泡罩塔，负荷有变动时，操作稳定性差，介质黏性较大或含杂质较多时筛孔易堵塞。现有大筛孔（孔径达20～25mm）、导向筛板等多种形式浮阀塔浮阀塔气、液两相流程与泡罩塔相似，塔盘上开有一定形状的阀孔，阀孔上有阀片，蒸气从阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液层，形成泡沫。浮阀塔的气液传质元件浮阀能随气速的增减在相当宽的气速范围内自由升降，保持稳定操作浮阀塔生产能力大，比泡罩塔提高20-40%；操作弹性大；塔板效率较高，气液接触状态较好，气体沿水平方向吹入液层，雾沫夹带较小；结构及安装较简单，重量较轻，制造费用低，仅为泡罩塔的60～80%左右。但气速较低时，塔板有漏液，效率下降；阀片有卡死和吹脱的可能，导致操作运转及检修的困难；塔板压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用斜喷型塔

舌形塔:舌形塔是应用较早的一种斜喷型塔，在塔盘上冲出以一定方式排列的舌片，如图示。舌片开启一定角度，舌孔方向与液流方向一致，气相喷出推动液体，液面梯度减小、液层减薄、处理能力增大、压降减小

浮动舌形塔:浮动舌形塔是20世纪60年代研制的一种定向喷射型塔板。如图示，一端可以浮动，最大张角约20°。舌片厚度1.5mm，质量约20g。浮动舌形塔处理能力大，压降小，舌片可以浮动。塔盘雾沫夹带及漏液较小，操作弹性显著增加。板效率较高，但其舌片容易损坏

无降液管塔—穿流式栅板塔结构穿流式栅板塔塔盘上无降液管，气液通道为冲压而成的长条栅缝或圆形筛孔。操作时蒸气由栅缝或筛孔上升，液体在塔盘上被上升的气体扰动形成泡沫，两相在泡沫中进行传质与传热。与气相密切接触后的液体又不断从栅缝或筛孔流下，气液两相同时在栅缝或筛孔中形成上下穿流

穿流式栅板塔板式塔性能比较板式塔板式塔的主要内部构件塔盘就其整体构造而言，是由塔板盘、传质元件(浮阀、泡罩、舌片)、溢流装置、连接件等构成。按塔径及结构分为：整块式塔盘：DN≤700mm，分块式塔盘：DN≥800mm。板式塔的主要内部构件除沫装置除沫器安装在塔顶，其作用是分离塔顶气体中夹带的液滴，保证塔顶馏出产品的质量。除沫装置分为丝网除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器、多孔材料除沫器、玻璃纤维除沫器等。

丝网除沫器气体通过除沫器的丝垫，可除去夹带的雾沫丝网除沫器特点是比表面积大，重量轻、空隙率大、使用方便，除沫效率高、压力降小、应用广泛，应用于清洁气体。不宜用于液滴中含有或易析出固体物质的场合(如碱液、碳酸氢钠溶液等)，以免液体蒸发后留下固体堵塞丝网。当雾沫中含有少量悬浮物时，应注意经常冲洗防涡器和滤焦器塔底液体流出时，若带有漩涡则会将油气带入与塔底出口相连的泵内，使泵容易发生抽空现象，为此，塔底大多装有防涡器对减压塔、催化裂化分馏塔等，为了防止焦块进入塔底出口管被带入泵内，影响正常工作，都装有塔底滤焦器塔底防涡器

1－塔底；2－出料管；3－立板；4－顶板板式塔的主要内部构件塔设备的进出口接管

塔设备上由于工艺、检测和安装、检修的需要，安装有各种接管，物料进出口、人孔，测压、测温、取样及安装液面计等都需要接管。几种常见的物料进出口接管结构如图所示第二节塔设备的结构填料塔

填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造。

填料塔填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。

填料塔的结构较简单，如图所示。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后，与液体呈逆流连续通过填料层空隙。在填料表面气液两相密切接触进行传质。

填料塔属于连续接触式的气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相填料塔填料的类型填料是填料塔的核心内件，它为气—液两相接触进行传质和传热提供表面。与其他内件共同决定填料塔的性能。设计时，首先选择填料基本要求单位体积填料的表面积，即比表面积要大，且填科表面易为液体所润湿。单位体积填料的空隙体积，即空隙率要高，以增加气（汽）液的通过能力、减小流动阻力经久耐用，具有良好的耐腐蚀性、较高的机械强度和必要的耐热性取材容易，价格便宜填料的类型散装填料安装以乱堆为主的填料，也可以整砌。具有一定外形的颗粒体，根据形状分为：环形、鞍形及环鞍形（a）垃西环（b）θ环（c）十字格环（d）鲍尔环（e）弧环（f）矩环（g）阶梯环（h）金属鞍环（i）θ网环（j）波纹填料散装填料拉西环拉西环填料于1914年由拉西(FRashching)发明，是使用最早的一种填料，为外径与高度相等的圆环，如图所示。由于拉西环在装填时容易产生架桥、空穴等现象，圆环的内部液体不易流入，所以极易产生液体的偏流、沟流和壁流，气液分布较差，传质效率低。又由于填料层持液量大，气体通过填料层折返的路径长，所以气体通过填料层的阻力大，通量小。目前拉西环工业应用较少，已逐渐被其他新型填料所取代。拉西环散装填料鲍尔环可用金属、陶瓷和塑料等制作，它是在拉西环的壁上开一层(φ25mm以下的环)或二层(φ