李红波
（中石油华东设计院有限公司北京分公司100029）
摘要：长径比较大的石油化工塔设备在设计过程中，通常因塔体过高而计算校核其塔顶挠度超过其控制值。增大塔体壁厚是最便捷的选择，然而由此导致材料和制造费用提高很多。因此还需要据具体情况进行分析，并且灵活应用软件完成设计方案的计算校核过程。文中采用了降低塔体高度与增大塔釜直径并用的方法降低了塔顶挠度，使其达到塔顶挠度控制值以下。
关键词：塔；塔顶挠度；挠度控制值；计算
中图分类号： 文献标志码：B
塔是底端固定、顶端自由、长径比较大的石油化工设备。在外部载荷作用下，塔体会产生一定的挠曲。过大的挠曲会使塔盘的水平度降低，影响塔盘效率。所以应计算塔顶挠度，并予以适当的控制。而塔顶挠度控制值的大小，直接影响到塔体钢材的消耗量。塔顶挠度控制值取得大，则塔体产生较大的附加弯矩，使塔盘效率降低；塔顶挠度控制值取得小，必须增加塔体壁厚，提高材料和制造费用。目前，国内某单位推荐的塔顶挠度控制值为：
H/200 (DN＞2000mm时)
H/DN (1000mm＜DN≤2000mm时)
H/100 (DN≤1000mm时)
以上各式中，H——塔体高度，mm；DN——塔体内径，mm。
1 工程实例
本文以苯抽提装置中的抽提蒸馏塔为例，简述抽提蒸馏塔由于当地风压值过高而引起的塔顶挠度超过其控制值的计算校核过程，并对其进行分析，获取一种较合理的处理方法。
该抽提蒸馏塔为某苯抽提装置中的关键设备，其工艺介质为溶剂、烃，塔顶工作压力为0.06MPa,塔底工作压力为0.13；塔顶工作温度为88℃，塔底工作温度为166℃。设计压力为0.35/-0.1MPa，设计温度为192/166℃。壳体直径Φ2200mm，切线长度为53100mm，裙座高度为8000mm。壳体材质为Q345R,腐蚀裕量为3mm，焊接接头系数为1。现场自然条件，基本风压为1.0KN/m2；地震烈度为7度（0.10，第三组）；场土地类型为II类；地面粗糙度类别为B类。
根据上述参数，设计人将塔体筒体段分为5节。由下至上，第一节筒体长10000mm、厚度38mm；第二节筒体长10000mm、厚度34mm；第三节筒体长11000mm、厚度28mm；第四节筒体长11000mm、厚度24mm；第五节筒体长11020mm、厚度18mm；塔体下封头厚度38m、上封头厚度18mm；裙座采用锥形，顶端内径Φ2200mm、底端内径Φ4800mm、厚度46mm。利用PV Desktop强度计算软件进行校核计算，设计人将各参数输入程序计算校核后发现塔顶挠度为334.15。
根据国内某单位推荐的塔顶挠度控制值，当DN＞2000mm时，塔顶挠度控制值等于H/200。由以上数据得出，H= 8000mm（裙座高度）+ 53100mm（切线长度）+ 550mm（上封头高度）=61650mm。因此，该抽提蒸馏塔顶挠度控制值为61650/200=308.25，308.25小于334.15，因此须调整设计方案。
2校核计算原因分析及处理方案
该抽提蒸馏塔在计算过程中发现塔顶挠度超过其控制值，所以应予以适当的控制。因此需要据具体情况进行分析，并且灵活应用软件完成设计方案的计算校核过程。
笔者认为，导致苯抽提装置抽提蒸馏塔塔顶挠度过高的原因有以下三点：
原因一是现场自然条件风压值（1.0KN/m2）过高，在同样的条件下，如果将现场风压值降低到0.9KN/m2，则塔顶挠度在控制值以内；但是由于现场条件要求，降低风压值是不可能的；
原因二是塔体壁厚不够，直接增大塔体壁厚是最便捷的选择，然而由此导致材料和制造费用提高很多；
原因三是塔体长径比较大，降低塔体高度或加大塔釜直径都可以降低塔顶挠度。
3 解决方案
针对降低塔体高度或加大塔釜直径则可以降低塔顶挠度的方案，设计人先与校审人商量，然后又与上游委托专业（工艺）相关人员沟通，决定采用降低塔体高度和增大塔釜直径并用的方法来控制塔顶挠度。设计人利用PV强度计算软件，采用了降低塔体高度、增大塔釜直径、减小裙座底部内径、调整塔体厚度、裙座厚度等方法单独或混合并用试计算等方法通过程序进行校核计算，最终选取了以下所述的一种较合适的方案。
设计人将塔釜直径由Φ2200mm增大到Φ2600mm，又根据工艺专业塔釜液体停留时间的要求，在保证塔釜停留液体容积的情况下，将塔釜高度降低1000mm，即塔体总高降低1000mm。然后设计人根据常规设计再次将塔体筒体段分为3部分，由下至上，第一部分为直径Φ2600mm的筒体，长3920mm，厚度36mm；第二部分为锥段，大端直径Φ2600mm，小段直径Φ2200mm，锥段切线长1500mm，直边段40mm，厚度36mm；第三部分为直径Φ2200mm筒体，长46520mm。
为了降低材料消耗和制造成本，设计人又将第三部分筒体分为5节筒体。由下至上，，所以第一节筒体（加强段）长500mm，厚度36mm（GB/T150.3《压力容器》5.6.4.2规定：需要增加厚度予以加强时，则应在锥段与筒体之间设置加强段，且锥段加强段与圆筒加强段应具有相同厚度）；第二节筒体长13700mm、厚度32mm；第三节筒体长14000mm、厚度28mm；第四节筒体长10000mm、厚度22mm；第五节筒体长8360mm、厚度18mm；塔体下封头厚度36m、上封头厚度18mm；裙座采用锥形，顶端内径Φ2600mm、底端内径Φ4600mm、厚度32mm。然后利用PV强度计算软件进行校核计算，设计人将各参数输入程序计算校核后显示塔顶挠度为288.68。
由于塔体总高降低1000mm，所以其塔顶挠度控制值也相应降低。按前述公式计算最终方案的塔顶挠度控制值为（61650-1000）/200=303.25，大于288.68。因此该设计方案可行。
4结束语
笔者认为，由于上游专业对下游专业的专业技术要求和设计规定不一定很清楚，因此下游专业在接到上游专的业的条件时应对一些比较特殊的设备要及时设计，以便发现问题及时与上游专业沟通，并根据实际情况进行灵活处理，在不违反设计规定、满足上游专业委托条件的前提下，寻求最优化的设计方案。
参考文献
1.GB/T150-2011《压力容器》[S]
2.中国石化集团洛阳石油化工工程公司编，石油化工设备设计便查手册(第二版)[J]，中国石化出版，2012
3.NB/T47041-2014《塔式容器》[S]
作者简介：李红波（1981），女，汉族，祖籍陕西佳县，工程师，本科，现在中石油华东设计院有限公司北京分公司工作，主要从事压力容器设计工作。