专利名称：具有高温介质进料嘴子的塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种塔设备，尤其涉及一种具有高温介质进料嘴子的塔。
在现有的塔设备设计中(如岳阳石化总厂烯烃厂催化裂化装置中的分馏塔、洛阳石化总厂炼油厂重油催化裂化装置中的分馏塔)，进料嘴子设于裙座与筒体之连接处上方的筒体上，高温热介质经大口径管道和进料嘴子自塔的下部进入塔内。在装置正常运行的情况下，此进料嘴子随筒体一起向上热位移，而与之相连的大口径进料管道的位移则向下；由于热应力的作用，该管道对进料嘴子的力和力矩非常大。由于进料嘴子所受力和力矩很大，进料嘴子处介质泄漏事故时常发生，由此可能导致装置被迫停产，甚至引起火灾，严重威胁着国家财产和人身安全。尽管人们想出各种办法来解决这个问题，但只把注意力集中在进料管道布置方面，采取各种补偿措施改善进料嘴子的受力状态；矛盾虽然能得到一定程度的缓解，但并没有从根本上解决问题。
本实用新型的目的在于提供一种具有高温介质进料嘴子的塔，通过改变塔的结构，简单有效地改变高温介质进料嘴子的受力状态。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种具有高温介质进料嘴子的塔，包括筒体和裙座，筒体支承于裙座上，筒体上装有进料嘴子，其特征在于所述进料嘴子设于筒体与裙座之连接处下方的下部筒体的侧壁上。
采用本实用新型，具有如下的有益效果本实用新型将进料嘴子设于筒体与裙座之连接处下方的下部筒体上；当高温热介质通过进料管道进入塔内时，根据管系的布置，需要进料嘴子的热位移向下时，能有效地降低该进料嘴子所受的力和力矩，从原理上根本解决了因管系热膨胀而产生的塔体进料嘴子受力不良的问题。在正常运行的情况下，进料嘴子和与之相连的进料管道的位移均向下，减小了二者之间的热应力，使进料嘴子所受力和力矩较小，受力状态良好。同传统的具有高温介质进料嘴子的塔相比，由于进料嘴子的受力状态非常好，所以不仅可以减小塔的壁厚、减小地脚螺栓的直径、节约钢材，更重要的是能保证塔的进料嘴子法兰连接处所受的力和力矩很小，有利于装置长周期安全运行，有效地减少或杜绝因进料嘴子泄漏而被迫停产甚至发生火灾危险。
本实用新型设计新颖，巧妙地运用了筒体本体和裙座之间的温度差，通过改变高温进料嘴子与筒体和裙座连接处的相对位置，根据大口径、高温进料管道布置的需要，来确定进料嘴子位移的大小和方向，改变其受力状态。当塔的进料为高温热介质(温度在100℃至1000℃范围内的介质)，且采用大口径进料管道时(管道以及进料嘴子的公称直径在DN200mm至DN4000mm的范围内)，采用本实用新型的效果尤其明显。
本实用新型易于实施，仅在塔的下部作少量变动即可。对于正在运行的现有的塔设备，可利用检修期进行改造。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是催化裂化装置中现有结构的分馏塔与沉降器的管道连接示意图。
图2是下部筒体缩径的本实用新型塔设备的结构示意图。
图3是下部筒体缩径的本实用新型另一种塔设备的结构示意图。
图4是裙座扩径的本实用新型塔设备的结构示意图。
图5是催化裂化装置中本实用新型分馏塔与沉降器的管道连接示意图。
如
图1所示，是炼油厂催化裂化装置中分馏塔1与沉降器7通过反应油气管道8相连接的典型布置图。反应油气管道8的一端与沉降器7的顶部相连，另一端与分馏塔1上的进料嘴子4相连。反应油气产物由沉降器7的顶部经反应油气管道8和进料嘴子4由分馏塔1的下部进入分馏塔1进行分馏。反应油气管道8为冷热壁结合管道。分馏塔1为现有的传统结构的分馏塔，其反应油气管道进料嘴子4设在分馏塔下部、筒体2与裙座3之连接处5的上部的筒体2上(见
图1)。
在炼油厂的催化裂化装置中，沉降器7至分馏塔1的反应油气管道8内的介质为高温油气，温度一般为500℃以上，且该管道管径较大(对于100×104吨/年的催化裂化装置，一般为DN900mm左右。DN为管道公称直径)。在装置正常运行的情况下，由于分馏塔底部的温度很高，筒体2受热膨胀，进料嘴子4随筒体2一起向上位移。而由于油气管道8受热后热伸长，油气管道8上弯头9处的位移则是向下。所以，油气管道8对分馏塔进料嘴子4的力和力矩非常大，进料嘴子4处经常出现泄漏。
反应油气管道8的布置型式有下列几种(1)热壁自然补偿型；(2)冷壁自然补偿型；(3)冷热壁结合型。(1)、(2)两种型式，因管道长、弯头多、管道内易结焦，所以这两种办法已不被采用。近几年的设计常采用冷热壁结合型，但进料嘴子所受的力和力矩仍然很大。也有的在附
图1所示的弯头9处采用波纹管补偿器的办法来解决这一问题，但由于在高温油气管道上使用波纹管补偿器危险性大，所以这种办法也很少被采用。以上几种型式都不同程度地缓解了分馏塔反应油气管道进料嘴子的受力状态，但由于未能从根本上解决问题，运行一段时间后，由于热应力和所受力矩过大，使连接管法兰与进料嘴子的螺栓易松弛，因该进料嘴子泄漏而发生火灾的现象时有发生。(注上述“冷壁”是指碳钢管道内衬隔热耐磨衬里，正常使用时管道外壁温度远低于管道内介质温度的管道。“热壁”指根据管道内介质的设计条件选用的金属管道，管道外壁的温度与介质温度相近的管道。“自然补偿”是指以管道的自然弯曲所具有的柔性来补偿其本身的热胀和端点位移。)鉴于传统结构分馏塔的进料嘴子所受反应油气管道的力和力矩很大，而且油气管道采用上述的各种补偿方法仍不能很好地解决这个问题，因此提供一种新型结构的分馏塔，使其进料嘴子所受的力和力矩尽可能地小，是非常必要的。
图2所示为本实用新型的一种结构的分馏塔。它包括筒体2和裙座3，筒体2支承于裙座3上。在筒体2和裙座3连接处5下方的筒体为下部筒体6；下部筒体6缩径，形成一缩径结构。下部筒体6缩径后，其与裙座3之间留有一定间隙，这样下部筒体6受热后就能在裙座3内产生向下的位移。进料嘴子4设于缩径结构的下部筒体6的侧壁上，位于筒体2和裙座3连接处5的下方、塔底部封头的上方。
下部筒体6缩径的多少可由物料在塔内的停留时间计算出来。图2中，H为进料嘴子4的中心至筒体2和裙座3连接处5的距离；参见
图1，H的大小可由反应油气管道8中弯头9处的位移以及系统的应力分析来决定。对近年来采用的冷热壁结合型反应油气管道设计，弯头9处的位移通常较小，所以H值只需在较小的范围内调整。在工程上，由于分馏塔裙座3的温度与筒体2相比非常低，所以可以近似地认为，在正常运行的情况下，附图2中连接处5的位移为0。当正常运行时，下部筒体6受热向下膨胀，进料嘴子4随之向下产生热位移，其位移量为S1。进料嘴子4的热位移S1与H值和下部筒体6使用的材料有关；H值和下部筒体6使用的材料一旦选定即可确定S1。
图1所示的弯头9处向下的位移S2也可很容易地计算出来。对系统进行应力分析，来确定进料嘴子4的热位移，以保证其所受力和力矩最小。根据进料嘴子4的热位移量，确定H。这样，分馏塔进料嘴子4处的受力状态为从理论上讲，在正常运行的情况下，仅受管系重力的作用，不受热应力的作用，当然所受力矩也就降到了最小值。
图3是下部筒体缩径的本实用新型另一种塔结构的示意图，这种结构主要是用于将现有的塔设备改造成本实用新型的结构。原有塔的筒体2保持不变，将缩径的下部筒体6设于筒体2内。进料嘴子4同样设置在缩径结构的下部筒体6的侧壁上，并由筒体2伸出。由图3可见，进料嘴子4位于下部筒体6与筒体2连接处5的下方。本图中的连接处5相当于图2中筒体2和裙座3的连接处5，正常运行情况下其位移基本上为0。
图4是裙座扩径的本实用新型塔设备的示意图，这种结构主要也是用于将现有的塔设备改造成本实用新型的结构。筒体2在与裙座3的连接处5的下方不缩径，而是将裙座3扩径；这样下部筒体6与裙座3之间形成一定间隙，下部筒体6同样可在裙座3内产生向下的位移。进料嘴子4设置在连接处5下方的下部筒体6的侧壁上，并由裙座3伸出。
显然，采用图3、图4所示的结构，同样能保证正常运行时进料嘴子4处的位移向下，使之所受进料管道施加的力和力矩降到最小值；其构思与图2所示的结构是相同的。图3、图4中的“H”均为进料嘴子4的中心至连接处5的距离。
采用本实用新型的各种塔结构，为了降低裙座的温度，可在筒体和裙座之间适当填充保温材料，或使裙座通风良好。
本实用新型所述的“高温介质”是指温度为100℃至1000℃范围内的介质。本实用新型所述的进料管道以及进料嘴子的管径一般在DN200mm至DN4000mm的范围内。
对比例和实施例首先以一对比例分析采用现有结构塔设备其进料嘴子的位移和受力情况，参见
图1。某炼油厂处理能力为100×104吨/年的催化裂化装置，其反应油气管道的设计温度为525℃，设计压力为0.25MPa。油气管道8的布置采用冷热壁结合型，即弯头9至进料嘴子4之间的水平管道采用热壁，其管道为φ920×12mm(直径×壁厚)，长度为16m，材质为15CrMoR。沉降器7顶部至弯头9处的管道采用冷壁，其管道为φ1120×12mm，材质为20R，内衬100mm厚的隔热耐磨衬里，冷壁壁温为200℃；其中，弯头9与弯头10之间竖直段的长度为53m。分馏塔1为现有结构的分馏塔，其进料嘴子4设在分馏塔下部、筒体2与裙座3之连接处5上方的筒体2上。分馏塔下部筒体的材质为OCr18NillTi，进料嘴子4的中心至筒体2和裙座3连接处5的距离H为3000mm，筒体2的直径为φ6040mm。正常运行的情况下，该进料嘴子4处的位移为X=0,Y=+26.3mm,Z=-26.4mm
参见
图1坐标系，“+”号表示分别与X、Y、Z轴正方向相同的位移，“-”号表示分别与X、Y、Z轴正方向相反的位移。
用美国COADE公司的管道静、动力计算程序CAESAR-Ⅱ计算该进料嘴子所受的力和力矩如下Fx=0kN Mx=-203.2kN·mFy=-18kNMy=0kN·mFz=3.8kNMz=0kN·m其中，Fx、Fy、Fz分别为沿X轴、Y轴、Z轴所受的力，Mx、My、Mz分别为绕X轴、Y轴、Z轴所受的力矩。
现将
图1中的分馏塔1改为如图2所示的结构，下部筒体6缩径，进料嘴子4设于缩径结构的下部筒体6的侧壁上。进料嘴子4处分馏塔下部筒体6的材质为OCr18Ni11Ti，筒体2的直径为φ6040mm，缩径结构的下部筒体6的直径为φ4600mm,H为2000mm。装置的各种操作参数以及沉降器7至分馏塔1的油气管道的布置与
图1所示的对比例完全相同，见图5。在正常运行的情况下，该进料嘴子4处的位移为X=0,Y=-17.5mm,Z=-26.4mm用CAESAR-Ⅱ程序计算该进料嘴子的受力情况如下Fx=0kN Mx=43.5kN·mFy=-6.2kNMy=0kN·mFz=2.25kNMz=0kN·m其中，Fx、Fy、Fz和Mx、My、Mz以及“+”、“-”号的含义与上述对比例相同。
以上对比例和实施例的计算结果表明，采用图2所示的本实用新型塔结构，分馏塔进料嘴子所受的力和力矩大大减小，因而从根本上解决了分馏塔进料嘴子的受力问题。
以上以炼油厂催化裂化装置中的分馏塔为例对本实用新型做了详细的说明。本实用新型的应用不限于此；任何以高温热介质为进料自塔的下部筒体进料的塔器，如果根据进料管道的布置，在进料嘴子的热位移向下时其受力能够达到良好的情况下，均可考虑采用本实用新型的结构，取得同样的效果。本实用新型可广泛用作石油化工、制药、电力等行业的各种分馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应器及立式容器；可用于新建装置，也可用于改建装置。对于筒体底部已经缩径的现有的塔器，只需将筒体和裙座的连接处向上提高到进料嘴子的上方即可。
权利要求1.一种具有高温介质进料嘴子的塔，包括筒体(2)和裙座(3)，筒体(2)支承于裙座(3)上，筒体(2)上装有进料嘴子(4)，其特征在于所述进料嘴子(4)设于筒体(2)与裙座(3)之连接处(5)下方的下部筒体(6)的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的具有高温介质进料嘴子的塔，其特征在于所述下部筒体(6)为缩径结构。
3.根据权利要求1所述的具有高温介质进料嘴子的塔，其特征在于所述裙座(3)为扩径结构。
专利摘要本实用新型公开了一种具有高温介质进料嘴子的塔,主要用于解决现有塔设备的进料嘴子受力不良的问题。本实用新型包括筒体2和裙座3,筒体2上装有进料嘴子4,进料嘴子4设于筒体2与裙座3之连接处5下方的下部筒体6上。在正常运行的情况下,进料嘴子和与之相连的进料管道的位移均向下,减小了二者之间的热应力,使进料嘴子所受的力和力矩较小,改善了其受力状态。本实用新型可广泛用作石油化工、制药、电力等行业的各种塔设备。
文档编号B01D3/32GK2463021SQ0026617
公开日2001年12月5日 申请日期2000年12月26日 优先权日2000年12月26日
发明者侯要民, 付国方, 翟晓东 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化集团洛阳石油化工工程公司