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摘要：塔设备是化工、石油化工、炼油等生产中最重要的设备之一，本文对塔设备的基本情况进行了介绍，从设计的角度上提出了化工设备的设计原理，进而从多个方面阐述了化工塔设备的设计要点，提高塔设备的设计水平，有利于塔设备的更好使用。
关键词：塔设备；设计；化工
1概述
塔设备是可使气（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设备。塔设备经过长期发展，形成了型式繁多的结构，以满足各个方面的特殊需要。由于种类繁多，塔设备可以按单元操作分为精馏塔、吸收塔、萃取塔、反应塔、解吸塔和干燥塔等；按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按塔内结构分为板式塔和填料塔等。
塔设备主要由塔体、塔体群座、工艺管口、人孔或手孔、吊耳、吊柱和塔内件组成。根据实际情况决定是否设置塔外部爬梯和平台以供操作使用。塔内件一般有塔板、丝网除沫器、填料及填料支持、填料压盖、进气分布器、喷淋装置等。通常根据塔设备不同用途，选择不同的内件结构。
2化工设备的设计原理
化工设备设计主要是在把握设计标准的基础上，设计出安全合理经济的产品。标准规范介绍了各种形式化工设备的设计原理和规则。熟悉化工设备的设计原理，需要了解化工设备的结构和计算模型。化工设备根据结构的不同，具有不同的计算模型，卧式容器的计算模型是对称外伸悬臂梁，塔器的计算模型是多自由度振动体系。总的来说，化工设备的计算模型可以从结构、受力和约束三方面来分析。化工设备的结构由外壳、内件和支座等组成，外壳多为圆柱壳体或球壳。约束指的是设备的支撑方式，包括支座、鞍座、裙座和球罐支柱等。受力主要是压力、液柱静压力和接管载荷等。不同形式的设备承受不同的载荷，并且主次载荷并不相同，比如，卧式容器和换热器不考虑横向风载荷，但是塔器和球罐需要考虑风载荷（且是主要载荷），还需考虑水平风力和水平地震力。
总而言之，化工设备设计的原理包括结构的设计和计算。结构设计主要是确定不同设备的外形和内件形式，使其满足工艺要求；结构计算主要是确定计算模型，使设备及零部件满足强度、刚度、稳定性和使用寿命的要求。此外，设计是制造的上游工序，因此，设备设计还要考虑制造和检测的要求。
3化工塔设备的设计
3.1加强塔设备的安全设计
石油化工装置中塔设备的规模较大，在塔设备的设计布置时，应加强安全设计观念，从源头上降低事故发生风险。在塔设备的构建过程中，应在考虑生产加工效率的同时，对维修及消防进行合理布置，对避开可燃源、各设备间相互影响导致设备损害等进行测试研究，科学合理的设计生产加工环节中较危险设备的安置方位和避让措施，如明火加热设备的周围不放置易燃易爆的设备，秉承安全设计原则，规范各设备的安全距离和操作流程，预留消防通道，方便人员撤离。
3.2加强塔设备内部密封
塔设备在生产加工过程中会产生大量的可燃物及有毒气体，如果泄露或堆积，会对环境及人员产生极大的危害。因此在设计塔设备时设计人员应考虑到塔设备密封性，保证材料的耐腐蚀性，封锁有害物质流出。同时，设计塔设备应考虑生产加工中系统地消除有毒物质及可燃物。为防止因可燃气体充斥引起的火灾爆炸，在设计初应具有除尘、释放惰性气体、抑制可燃物氧化燃烧的环节。加强塔设备的密封及设计惰性安全体系，保障生产加工的安全。
3.3塔设备仪表安全设计
为避免特大事故发生，对塔设备各仪表盘进行安全设计，引入自动控制及报警系统，防止工作人员无法进行操作的事情发生，保证一切处于安全状态。在设计塔设备时，对各监测仪表进行实时控制系统，在可通过仪表进行数据分析的基础上，将仪表盘与自动控制系统向结合，当各监测指标（有毒气体浓度、可燃物堆积程度、操作流程失误）到达预警标准时，实时发出警报，警醒工作人员，以便操作人员在最短的时间内进行决断及操作，减少事故产生机会，保障生命财产安全。
3.4塔设备管道设计
在化工装置中，塔设备的塔顶管道一般都是在塔设备顶端的最高处或者水平管道的顶部，在布置时，保证管道安全性，针对可能出现的安全事故，严格按照国家的相关规范予以避免。塔设备的介质一般都是气相，在管道布置时尽可能的降低管道长度，每一段塔顶管道在布置上都需要设置承重架，在塔顶出安装导向支架，防止管道受力过大而出现变形。塔设备的油气管道设置冷换设备，避免管道设计过程中出现偏流，保证两段对称。塔设备顶端管道两级冷凝，管道布置根据冷凝液的自流流量变化，对称布置管道入口。单塔设备顶部受到热旁路管道的影响，尽可能的保持其温度不变，避免管道内出现积液。
4结论
化工塔设备应用广泛，结构形式复杂，安全可靠性要求高，因此，对化工设备设计人员的要求也随之提高。化工塔设备的工程设计包括设计原理和绘图方法。了解化工塔设备的设计原理，对于把握设计产品的安全合理性至关重要。把握化工塔设备的设计对于提高企业的设计效率大有裨益，能够保证塔设备的正常运行，提高化工企业的经济效益，促进化工企业的进一步发展。
参考文献：
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作者简介：
杨振东，男，工程师，辽宁方大工程设计有限公司，研究方向：化工机械。