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）
（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
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
图5-7 压板与螺柱
图5-8 降液管(1.5) 降液管
降液管分为圆形和⼸形三种，如图5-8所⽰。图中（a）（b）为圆形降液管，其中（a）
是⽤管的伸出端兼作溢流堰，⽽图（b）是另外设有溢流堰，圆形降液管的降液能⼒⼩，管中易为泡沫所充满，产⽣拦液现象，因此，只有在液体负荷较⼩或塔径较⼩时⽤，图（c）为⼸形降液管，它最⼤限度地利⽤于塔的载⾯，不仅降液能⼒⼤，⽽且具有⽓、液分离较好优点，故使⽤较多，尤其⽤于⼤塔。降液管由平板和弧形板焊接⽽成，平板上部有凸出肩架，组装时使其架于塔板上，操作时作为溢流堰。堰长L和堰⾼H由⼯艺决定，常取L=（0.6~0.8）D1 (塔盘内径)，h=30~40mm。（教材P499图17-12~13相同）
塔的最下层塔盘降液管末端，应设液封槽(图5-8（d））。（教材P499图17-14相同）（1.6）定距管⽀承结构
定距管⽀承结构由拉杆、定距管、塔盘⽀座和锁紧螺母组成，见图5-9。定距管对塔盘起⽀承作⽤并保证相邻两塔盘的板间距。安装时先根据安装尺⼨把四个⽀座焊在塔壁上，将四根下端拧好螺母的拉杆穿⼊⽀座的拉杆孔，把下层的⼀块塔盘从上套进拉杆，塔板⽀承在⽀座上，再把定距管套进拉杆，然后装好密封装置。这样依次装⼊塔盘。最上层⼀块塔盘的上⾯⽤短套管
套进拉杆再放上垫圈，⽤双螺母锁紧。
图5-9 定距管⽀承结构
图5-10重叠式塔盘
（2）重叠式塔盘(教材P494图17-6)
重叠式塔盘的典型结构如图5-10所⽰。各塔板安放在⽀承板上，借助调节螺钉可以调整板的⽔平，⽀承板则安放在三根⽀柱上，该⽀柱则焊在下⼀层塔盘的塔盘圈上。在每塔节内均包括数块如此叠加起来的塔盘，对于最底层塔盘的调节螺钉则要由焊在塔壁的⽀座来⽀承，所以塔节内全部内件的重量最终由⽀座来承受。重叠式塔盘的密封装置、降液管等均与定距管⽀承式塔盘相同。
这种塔盘的优点是其⽔平度可⽤调节螺钉加以调节，可以使每个塔节内安置的塔板数增加，但结构复杂，⽽且旋拧调节螺钉时⼈需进⼊塔内，因此不适⽤于塔径＜700mm的塔。
图5-11 单流分块式塔盘2分块式塔盘结构
对于直径较⼤的板式塔，考虑塔盘制造、安装、检修的⽅便，可将塔盘板分成数块，通过⼈孔送⼊塔内，装在焊于塔体内壁的塔盘⽀承件上，这种结构形式称为分块式塔盘。这种塔的塔体为⼀焊接圆筒体，不需再分塔节制造。分块式塔盘根据塔径⼤⼩，⼜分为单流塔盘，双流塔盘和多流塔盘。塔径在800~2400mm时，多采⽤单流塔盘；塔径在2400~4200mm时，可采⽤双流塔盘。当塔径与液相流量进⼀步增加情况下，即使采⽤双流塔盘，液⾯落差仍然太⼤，则可采⽤多流塔盘。本节仅介绍常⽤的单流分块式塔盘结构。(教材P499图17-9)
图5-11为单流分块塔盘结构图。（图中下层塔盘只绘出塔盘固定件）由图中可以看出，本构件塔板分成四块，（⼀般根据塔径⼤⼩分为3-6块）靠近塔壁的两块为⼸形板，中间⼆
块是矩形，其中⼀块叫矩形块，另⼀导体叫通道板，作为安装检修的通道。不管塔板数为多少，中间都必须设置⼀块通道板。⽤于⽀承塔板的⽀持板、⽀持圈、受液盘和降液板为塔盘固定件，直接焊在塔壁上。当塔径≥1600mm时，受液盘下⾯加筋板⽤于加固。⼸形板固定在⽀持圈、⽀持板和受液盘上，矩形板固定在⽀持板、受液盘、⼸形板上，通道板固定在⽀持板、受液盘、⼸形板和矩形板上。由龙门锲⼦等紧固件将塔盘联成为⼀整体。
图5-12 分块塔板结构
（a）矩形板（b）通道板（c）⼸形板（2.1）塔板结构设计
分块式塔盘板按结构分为平板式、⾃⾝梁式及槽式三种。采⽤最多的是⾃⾝梁式塔盘板，其次是槽式，平板式塔盘板虽然结构简单，但由于其刚性差，另须配备⽀承梁，反⽽带来耗材多缺点，故使⽤较少，本节仅介绍⾃⾝梁式分块塔盘结构。
矩形板图5-12（a）所⽰，在矩形板长边的⼀侧冲压成直⾓折边，以提⾼塔板刚度，其作⽤相当于梁，故称为⾃⾝梁式塔盘板，板与梁的过渡部分作为凹平⾯，⽤以搭接相邻塔板，保证与另⼀塔板齐平。矩形板短边制作⼏个缺⼝，⽤以放龙门铁，矩形板短边长度统⼀取420mm，以便塔板从⼈孔进出。板上开有⼀定数量阀孔或筛孔。
通道板图5-12（b）所⽰通道板为⼀块平板，它的两长边放在相邻塔板的凹肩上，长度同矩形板，短边统⼀取400mm，每层塔盘上的通道板尽可能处于同⼀铅垂位置，以利于检修⼈员通过和采光。
⼸形板图5-12（b）所⽰⼸形板的弦长作⾃⾝梁，其长度同矩形板，安装后保证弧边距塔内壁距离20~30mm。
塔盘板与塔盘⽀持件间的装配关系见图5-11，图中b、γ、r等尺⼨及塔盘板的结构尺⼨见表5-3。⽀持板和⽀持圈都是由厚度为10或12mm，宽50或60mm扁钢制成，直接焊在塔壁上。
注：1、同⼀塔径均有三种塔盘长度可供选⽤。2、有的尺⼨是装配尺⼨。(2.2)降液板及受液盘结构降液板分为固定式和可拆式两种。
固定式⼸形降液板与⽀持圈及塔体之间采⽤焊接结构，其结构简单，但检修困难，多⽤于物料⼲净、不易聚合，且塔径较⼩的场合。对于物料腐蚀性较严重或容易聚合的情况下，为了便于检修，多采⽤可拆卸的。
可拆降液板如图5-13所⽰，由上降液板、可拆降液板及两块连接板构成，相互间⽤螺栓连接。其中上降液板是竖直的，并与⽀持板和塔体焊在⼀起，如图5-14所⽰。可拆降液板向塔壁倾斜，以减少降液板出⼝处的⼸形⾯积，它的上部折边及两侧，分别与上降液板及焊于塔内壁上的连接板相连，并由此保证可拆降液板与塔壁间的密封。为了便于在安装时调整连接板的位置，可拆降液板上的四个螺栓孔，应作成长圆形如图5-13中节点Ⅰ放在图所
⽰。连接板与塔壁接触的边线应按塔径放样下料，使之相互吻合，以防漏⽓。
图5-13 可拆式降液板
图5-14 上降液板与可调节堰(a)矩形板（b）通道板（c）⼸形板上降液板⾼度H由下式确定：H=Hp+50-500-h mm式中Hp—塔板间距；
ho—降液管下端⾄塔板距离，见图5-14。通常⽐⼊⼝堰⾼度低12mm。50为上降液板抻出⽀承持板部分的⾼度，200为可拆降液板⾼度。可调节堰板的宽度L1由下式确定：L1=L-（20~30）mm式中L—上降液板宽度。
受液盘分为平型和凹型两种，见图5-15。
平型受液盘⽤于处理易聚合的物料，以防在塔盘上形成死⾓。为提⾼平受液盘的刚性，与塔盘板联接处弯出⼀个“⾃⾝梁和塔放塔盘板为肩（见图5-15（a）），或在它为下⾯另布⼀⽀承梁。为使液体较平稳地流⼊塔盘，应在塔盘上设置⼊⼝堰，⼊⼝堰⾼取8mm，降液板下端⾄受液盘的垂直距离ho，⼀般⽐出⼝堰的⾼度低12mm，⾄⼊⼝堰的⽔平距离hc可取等于出⼝堰⾼。
凹型受液盘（图5-15（b））对液体的流动有缓冲作⽤，可降低塔盘⼊⼝处的液峰使得液流平衡，利于塔盘⼊⼝处更好的⿎泡，有利⽓体均匀分布，因此凹型受液盘被⼴泛采⽤。受液盘的深度有50、125、150三种，常⽤的为50mm，厚度根据塔径⼤⼩取4~6mm，为了在停车时盘上不残留液体，开有1~2个φ10的孔，当塔径＞1600mm时，盘上应设加强筋结构。
图5-15 受液盘结构(2.4)紧固件结构
塔盘紧固件是指联接和紧固塔板与⽀持圈、⽀持板、塔板之间、塔板与受液盘的连接构件。按连接原理，分为楔卡连接和螺纹连接两种。(2.4.1)楔卡连接
图5-16龙门铁⼀楔⼦紧固件
（a）塔板与⽀持板的联接（b）塔板与受液盘的联接（c）塔板间联接（d）⼸形板与⽀持圈的联接
龙门铁⼀楔连接结构简单，装拆⽅便，通常可⽤普通碳钢来制作，其结构见图5-16 图中（a）（b）分别为如图5-11中I、II节点放⼤图，（c）（d）分别为图5-11中B-B、C-C 剖视图放⼤图。图中（a）（b）（c）联结结构均由龙门铁⼀楔⼦组成，安装时，必须将龙门铁焊接在⽀持件或塔盘板上。
对于这种结构在拆卸时需要锤击，因此不宜⽤于易燃、易爆、腐蚀性介质以及对塔盘板的⽔平度要求⽐较严格的场合。
图5-17 Ⅺ型楔卡连接
图5-18 Ⅺ型楔卡连接结构的下卡板和上卡板（b）中数字为II型尺⼨
Ⅺ型楔卡也称双卡⼀楔连接，其结构见图5-17，上卡板和下卡板的结构和尺⼨见图5-18，Ⅺ型楔卡有Ⅰ型和Ⅱ型两种类型，图5-18（b）中括号的数字是Ⅱ型的尺⼨，Ⅰ型和Ⅱ型分别适⽤于厚度h（图5-22）为4~8mm和10~14mm的⽀持板或⽀持圈。此结构已有标准，标准号为JB2878-81。
X2型楔卡也称单卡⼀楔连接，其结构见教材，其卡板与楔⼦等零件的结构尺⼨图见教材，X2是以卡板弯边的⽅法来代替Ⅺ型下卡，从⽽使之结构得以简化，但卡板（X2型）的受⼒情况较差。
楔卡紧固件不怕咬死也不会锈蚀，装拆⽅便，适⽤于经常检修、拆装或处理腐蚀性介质的塔设备。⾃锁能⼒强，不经锤击不会轻易松动，⼜由于钩头结构及其⾃重作⽤，不会⾃⾏滑脱。现场安装时不须动⽕，较为安全。(2.4.2)螺纹连接
图19 螺栓-卡板连接结构
图20 螺栓-卡板连接的零件
常⽤的有螺栓-卡板连接结构，如图5-19，它主要椭圆垫板、圆头螺栓、卡板及螺母四个零件组成。零件图见图5-20。装配时，螺栓与卡板间应点焊，并使螺栓端部⼩槽与塔板
长边⽅向垂直或平⾏，以保证卡板处于正确⽅位。卡板端部的折边⾼度h值，应与⽀持件的厚度相同，以保证塔盘板处于⽔平位置，这种连接结构只能从塔盘板的上⽅拆卸，故不适⽤于通道板与⽀持件间的连接。考虑到状拆⽅便，当采⽤这种连接时，塔盘板上的螺栓孔应为长圆形。
⽽改⽤双头螺栓联接形式（螺柱—异形垫板连接），上下均可以拆。（⽆图，可参考资料）（⼆）、填料塔
填料塔的结构见图5-21。它由塔体、裙座、液体分布装置、填料、填料⽀承装置、液体再分布装置和各种接管等组成。和板式塔相⽐较，仅有三个特殊部件，即液体分布装置，填料⽀承装置和液体再分布装置。本节仅介绍这三种结构。
5-21 填料塔1．液体分布装置
液体在填料层内分布是否均匀，对塔的效率影响很⼤，⽽塔顶的液体分布状况如何，直接影响甚⾄决定了液体在填料层的分布状况。因此，设计液体分布装置（喷淋装置）应使液体能均匀分散于塔的截⾯，通道不易堵塞，结构简单。
多孔直管式分布器洒器（图5-22）。直管下⽅叉开3-5排⼩孔，孔径φ3-8mm，⼩孔的总⾯积约与直管截⾯积相等。这种喷洒器结构简单，但喷淋⾯⼩，适⽤于对液体分布要求不⾼的场合。
5-22 多孔直管式分布器洒器
5-23（a）⽔平⼊管排管多孔喷洒器
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