摘要： 附塔管线的合理设计和施工是塔区管道的重点。本文以某项目精馏装置塔器为例，从管口方位的确定、梯子平台的设置、附塔管线和支架的设计、附塔管线的施工等角度，阐述了附塔管线的设计要点。
关键词： 附塔管线；管口方位；管道布置；吊装
Discussion on Key
Points of Tower Attached Pipeline Design
Xu Chenhui
（Institute of Ordnance Industry Health，Shaanxi，Xi'an 710065）
Abstract: The reasonable design and construction
of the attached tower pipeline is the focus of the tower area pipeline. This
article takes the distillation tower of a certain project as an example, and
elaborates on the design points of the attached tower pipeline from the
perspectives of determining the orientation of the nozzle position, setting up
the ladder platform, designing the attached tower pipeline and support, and
constructing the attached tower pipeline.
Key
words: Attached tower pipeline；Nozzle position；Pipeline layout；Hoisting
绪论
塔器是石油化工装置中应用最广泛的传质设备之一，可进行分离或吸收等物理过程、改变气体或液体复杂混合物组成，因此在生产过程中常用塔进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作过程。塔的高度从十几米到上百米不等，常规情况下塔体上设置有进料口、塔顶气相出口、回流口、塔底液相出口和再沸器口等主要接管管口，相应接管口配套的管线，称之为附塔管线[1]。附塔管线的规划需要设计者统筹考虑，不仅要满足工艺要求，也可以为现场施工和后期运维提供便利，因此本文从多角度出发，总结附塔管线的设计要点，希望对以后此类型管道的设计提供思路。
1.管口方位和梯子平台
1.1管口方位
管口方位的合理布置有助于附塔管线区域的划分和配管方案的规划。首先应确定塔的类型。塔一般分为填料塔和板式塔，填料塔根据填料类型分为规整填料和散装填料；板式塔根据塔板结构一般分为单溢流，双溢流和四溢流，由于内部结构较复杂，其管口方位需考虑塔内件的分布。然后在开始考虑塔的管口方位时，划分塔的操作区和配管区。操作区一般由操作平台、楼梯、人孔、仪表管口和需操作阀门等结构组成，通常在装置外侧，操作区的管口方位直接关系到塔平台设置的范围；配管区主要是附塔管线连接泵、换热器等塔的关联设备的管道布置区域，通常为靠近装置框架侧。
以某项目粗馏1级塔为例，如图1.1-1所示，此塔为填料塔，塔径和塔高分别为6.4m和99.95m。其主要设备管口如下，a口为塔顶气相出口，b1和b2口为回流口，c1～c3口为进料口，这些为连接附塔管线的主要管口。e1和e2口为再沸器进液口，f1～f3为再沸器返回口，d口为塔底出料口，L1～L4、P1～P5、t1～t5为仪表管口。如图1所示，人孔、仪表口大多集中布置在塔东侧，即操作区，附塔管线集中在西侧配管区。
图1.1-1 某粗馏塔上部设备工程图
（1）人孔
人孔主要用于塔内件的安装、检修和清洁维护。其方位的确定一般依据以下原则：①人孔应设置在操作区，其他管口的设置不得妨碍人孔盖板的打开，并且其关闭方向应和人员逃生方向一致；②塔上多人孔的方位应布置在吊柱的工作范围内；③如果多塔一字型布置时，人孔的方位尽量一致，这样便于作业人员检修，同时整齐美观。如图1.1-2所示，此塔共有13个人孔，对于填料塔来说，人孔方位选择限制较小，装置东侧为主要的通行道路和检修区，因此上部人孔M1～M10统一设置在东侧，底部M11～M13位于框架内部，根据实际的通行及操作空间确定方位。
（2）进料口和回流口
进料口和回流口是此塔连接附塔管线的主要管口。此塔共有两个回流口b1和b2，为使回流介质下液均匀，回流口尽量对称布置，根据操作区和配管区的规划，为不影响人员通行，将管口布置在操作区和配管区的相接处最为合适，即0°和180°。进料口c1～c3的位置低于回流口，同样考虑进料均匀的原则，c1口布置在0°，南侧平台设有联合平台的通道，因此c2备用口和c3口分别布置在215°和190°。
（3）其他管口
塔上部的其他管口主要为仪表管口，例如温度计口、压力计口和液位计口。仪表口应设置在操作区内，同时应避免测试参数波动大的区域，尽量避开回流口、进料口等。对于填料塔，仪表口方位注意不要影响人孔法兰盖的开启。另外，就地液位计口宜设置在平台末端，尽量不要布置在平台入口或作业人员通行处，以免妨碍人员通行且增加人为损坏的几率；对于高度较近的管口，可在直爬梯两侧布置，便于维护和观察。
图1.1-2 某塔部分管口方位图
1.2梯子平台
为了观察和检维修塔体仪表、人孔和管口阀门等，一般会设置操作平台。梯子平台的规划应和管口方位的布置同时进行，尽量设置在操作区，便于附塔管线的整体规划。
（1）在分布多个管口时塔平台的高度以人孔的距离确定。人孔中心距平台面的高度一般在600～1200mm，以800mm为宜。平台间的高差宜大于2.2m，便于人员通行，但高差超过8m时需增设中间休息平台。对于填料塔，在设计初期，可以通过调整裙座高度和或者微调人孔的高度来满足联合平台高度的设置需求。
（2）塔平台的宽度需考虑人员的通行、操作和检修，通常为1000mm~1500mm。例如人孔和仪表的平台宽度一般为1200mm。个别大口径管口和调节阀组所在平台可局部加大。塔顶平台的宽度一般为800mm和1000mm，其内沿与顶部法兰口留出一定距离，以便于拆卸法兰。
（3）如图1.2-1立面图所示，当相邻塔平台高度一致或接近时，平台之间可设置联合平台，通过走道配合斜梯连接。平台间通道的宽度满足通行最小宽度（D≥800mm）的要求。通道的角度尽量平缓保证人员的通行安全，当平台高差过大以至斜梯角度超过45°时，平台应独立布置，无需联合。
（4）结合管口方位的布置，直爬梯的方位应便于仪表的观察，尽量通过一个直爬梯可连续观察过个仪表。
（5）为了避免平台中间出现直梯孔，可将直爬梯及液位计布置在平台端部。如图1.2-1平面图所示，联合平台的通道一般和设备中心对齐，此时可以根据情况扩大操作平台的角度至配管区，直爬梯和管口避开走道和平台连接处，此时需注意附塔管线的布置，避免与平台碰撞。
图1.2-1 某精馏装置部分联合平台平面图和立面图
2.管道布置
2.1配管研究
在设计管口方位的同时应考虑附塔管线的走向，提前规划位置以避免管线和管口、平台碰撞。如图2.1-1所示，对于口径差距不大的管线可以采用同心圆的方法，此塔进料口和回流口管线尺寸在DN150～DN300之间，塔体的直径为6400mm，考虑到管道保温外径和塔的保温外径留出约400mm的净距，方便框型管道支架的设置，此类管道向下附塔距离设备中心的同心圆半径考虑为4000mm。顶部气相管线口径较大为DN1200，其向下穿管的空间要求更大，考虑保温厚度以及附塔支架型钢的预留空间，向下穿管的位置距离设备中心为4350mm较为合适。附塔管线的位置根据管口的高度考虑，上部管口的管线居中，下部管口的管线在外侧布置，这样规划有以下几个优点：
（1）可以合理运用附塔配管区的空间，管线不会交叉发生碰撞；
（2）管线靠近框架，便于下部管线规划；
（3）便于操作区管口和平台的规划；
（4）管线布置紧凑，整齐美观。
图2.1-1 附塔管线配管研究示意图
2.2塔顶管线
塔顶气相管线是至换热器或冷凝冷却器之间的管线，管径较大，并且温度较高，其走向应按步步低的要求不得出现袋形，且需要一定的柔性。如图2.2-1所示，一般用“L”型配管的水平段增加管道柔性，其通向换热器或冷凝冷却器主管的水平管段需足够长。本塔的塔顶气相管线口径为DN1200，操作温度为58.2℃，操作压力为0.23MPa，根据工艺流程可知此气相管需要分成三级为DN200的管道进入空冷器换热，同时考虑下料均匀减少介质偏流的因素，气相管接入母管的位置尽量位于空冷器的中心。因此此塔布置在空冷器的端部，距离空冷器的中心具有一定的距离，使气相管在水平段具有一定的长度，满足管道布置时“L”型补偿的原则，使管道具有柔性。
图2.2-1 典型的“L”型配管示意图
2.3塔侧管线
塔侧管道的阀门应直接与管口连接，以减少积液，同时水平段应留出一定距离，以“？”的形式绕回附塔配管区，这样可以防止塔体和管线膨胀量不一致造成管口力过大的情况，同时方便管线支撑。例如某附塔回流管线尺寸为DN200，操作温度为105℃，材质为不锈钢，塔的温度为110℃，材质为碳钢。图2.3-1a为管道垂直向下的配管方案，由于温度和材质的差异，管道的膨胀量大于塔的膨胀量，管口1530点和第一个承重架1500点受力互顶，其垂直受力分别为7.9t和-11.8t，远超过设计要求。图2.3-1b是调整走向后的配管方案，管道以“？”的形式附塔布置，此时1530点和1492点的垂直受力分别减小至560kg和-4t。这是因为弯头和水平段管道增加了补偿，吸收了塔和管道的膨胀差，使受力减小，满足管口受力要求。
图2.3-1 塔上部回流管线两种配管方案
另外附塔管线的垂直段较长，其在附塔下的走向也需考虑“L”型布置以增加管道的柔性，减少塔膨胀对管道的影响。某精馏塔回流管线的走向如图2.3-2。通过应力计算得知，当管道柔性不够时会出现调节阀组被塔膨胀拉起或塔侧管口受力过大的状况（如图2.3-2a），此时通过调整管道走向增加弯头和水平直管段距离（如图2.3-2b），以增加管道柔性吸收垂直方向的膨胀量，减小了阀组的位移及塔侧管口的受力。
图2.3-2
附塔回流管线阀组配管示意
除了管道柔性，布置附塔管线时还要考虑其他问题：
（1）在设备梯子平台条件上注明管道开孔位置，同时应在平台下部调整走向时注意高度，避免和平台支撑碰撞；
（2）附塔管线在框架楼面穿管时注意设备开孔边梁和水平斜撑的位置，及时调整走向，避免碰撞；
（3）当附塔管线在同一角度有不同高度的开口时，应考虑管道的走向，使主管和管口留有一定偏差，支管通过L型配管连接管口，以增加管道柔性且方便后期调整施工误差，并且考虑在平台上留有管口切断阀的操作空间。
3.管道支架
附塔管线管道支架的设计应从管道的尺寸、支撑荷载和支撑形式等因素考虑。通常附塔管线由上往下的第一道支架为承重架，承重架宜靠近管口处设置以减少管口的受力，以下支架为导向架。如果从上至下管道太长或管线自重很大，可能会使顶部承重支架超载，此时需在下部设置弹簧支吊架以分担荷载。目前很多精馏塔的高度较高，附塔管线的垂直段很长，即使是尺寸较小的管道垂直荷载也会很大，因此建议承重架尽量选用双悬臂框型架，再根据管架的垂直荷载、支撑形式和弹簧的安装型式考虑下部斜撑、上部斜撑或者上下同时使用斜撑的形式。管道的承重架一般选用耳轴，对于口径较大的管道可选用耳座。以此塔顶气相管为例，通过应力计算得知（图3-1a），顶部第一个支架为承重架和导向架，底部支架都为弹簧支架和导向架。附塔管架的垂直荷载约6t，根据管道支架标准图中的荷载要求选取附塔框型架作为生根件（图3-1b），立管用耳座作为管道的附着件（图3-1c），大口径管道座式管托作为导向架。同样其他附塔管道根据上述原则选取合适支架类型。另外在设计附塔管线的管支架时，需要注意以下问题：
（1）管架的间距应设置在允许跨距范围内；
（2）在同一高度没有足够空间时，需考虑错开支架标高避免碰撞；
（3）焊接型附着件需根据管道的温度和材质确认管架的材质；
（4）弹簧支吊架在应力计算时需注意生根位置，生根点设置在塔上或装置平台上会影响弹簧的选型；
（5）当塔体较高时，非应力管线（管径≥DN200）的承重架可能会出现超载的情况，建议与管机专业确认是否需要加设弹簧支吊架。
图3-1（a）塔顶气相管应力报告，（b）附塔框型架，（c）立管用耳座
4.附塔管线的施工
附塔管线的安装是整个工艺管道安装的重点和难点，其施工方案对施工进度、施工质量、成本控制都有着重要意义。熟悉附塔管线的施工方案，合理规划设计，全面把控细节，是保证施工进度、节约施工费用的前提。为加快项目的施工进度，减少高空作业，附塔管线在施工现场大部分采用“穿衣戴帽”的吊装方案，即部分劳动保护、附塔管线安装、塔器保温、电仪灯具安装等配套工作在塔的组对时进行[2]。其吊装形式主要为以下两种：
（1）分段吊装。如图4-1a所示，根据现场的吊装能力，在管线地面预制完成后，上段附塔管线随塔本体吊装就位，下段管线焊接辅助吊耳吊装，在高空中垂直组对焊接。该方法主要利用吊装条件受限或者塔本体分段吊装的场合。焊口组对时在空中进行，作业难度较大[3]。
（2）整体随设备吊装。如图4-1b所示，附塔管线的安装与设备组对同时进行，先安装管道支架，再进行管道预制焊接，最后处理管道防腐保温后附塔一同吊装。此方法可以在地面对附塔管道施工，节约人力物力，降低了施工难度，提高了安全性。但该方法需以塔整体吊装为前提，占地空间较大，且对设备和工艺管道材料的到场要求较高[4]。具体的作业过程如下：在吊装过程中两台吊车同时提升，保证设备底部接触不到地面。抬尾吊车缓缓向主吊车方向行走，同时主吊吊车持续提升，两台吊车吊钩保持竖直起升，当设备轴线与地面夹角接近垂直时，主吊吊车停止起升，抬尾吊车缓缓回落吊钩，使设备逐渐变为竖直状态。
图4-1 附塔管线（a）分段吊装，（b）整体吊装现场照片
由上可以看出无论采用哪种“穿衣戴帽”的吊装形式，吊绳在塔体两侧都需要一定的摆角空间，因此在设计前期需考虑全面，避免现场的不利因素。①对于内径较大的塔，轴耳上层的平台可以根据情况缩小范围，尽量在地面完成塔顶的焊接工作，减少高空作业；②轴耳附近及上部的管线和附塔管架布置在塔体的投影内，确保吊装时绳索在起吊过程中不受影响；③尾耳方位尽量布置在配管侧，便于管线安装。
以下是附塔管线在施工现场中安装和吊装的典型案例：
（1）某项目T-2002塔“穿衣戴帽”施工时，因吊装需求，尾耳需朝上放置。但由于附塔管道在尾耳的另一侧，导致附塔管线只能在塔下安装，临时的支撑鞍座无法横穿大口径管道，只能在塔安装完成后吊装附塔管线，造成现场施工不便，影响工期。
（2）如图4-2所示，在某项目精馏塔的吊装现场中，轴耳距离附塔管线较近，尾耳和附塔管线同侧，轴耳上部管线和附塔管架会干涉吊绳的摆角空间，因此在地面施工时不能安装附塔管线。现场调整施工方案，待塔吊装就位后对附塔管线单独吊装，增加了施工难度和风险，对进度有一定的延误。
图4-2 某项目精馏塔轴耳处模型和平面图
综上在设计前期须及时和业主及施工单位确认吊装方案，充分考虑附塔管线吊装时可能遇到各种问题，为后期现场的施工提供便利。
5.结论
石化装置中附塔管线的布置、配管以及施工是一项难度较高的任务。本文从管口方位和梯子平台的确定，附塔管线布置及管道支架的选型总结设计要点，同时结合工程实例提出了设计中的典型问题和注意事项，希望为以后附塔管线的设计提供参考。
参考文献
摘要： 附塔管线的合理设计和施工是塔区管道的重点。本文以某项目精馏装置塔器为例，从管口方位的确定、梯子平台的设置、附塔管线和支架的设计、附塔管线的施工等角度，阐述了附塔管线的设计要点。
关键词： 附塔管线；管口方位；管道布置；吊装
Discussion on Key
Points of Tower Attached Pipeline Design
Xu Chenhui
（Institute of Ordnance Industry Health，Shaanxi，Xi'an 710065）
Abstract: The reasonable design and construction
of the attached tower pipeline is the focus of the tower area pipeline. This
article takes the distillation tower of a certain project as an example, and
elaborates on the design points of the attached tower pipeline from the
perspectives of determining the orientation of the nozzle position, setting up
the ladder platform, designing the attached tower pipeline and support, and
constructing the attached tower pipeline.
Key
words: Attached tower pipeline；Nozzle position；Pipeline layout；Hoisting
绪论
塔器是石油化工装置中应用最广泛的传质设备之一，可进行分离或吸收等物理过程、改变气体或液体复杂混合物组成，因此在生产过程中常用塔进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作过程。塔的高度从十几米到上百米不等，常规情况下塔体上设置有进料口、塔顶气相出口、回流口、塔底液相出口和再沸器口等主要接管管口，相应接管口配套的管线，称之为附塔管线[1]。附塔管线的规划需要设计者统筹考虑，不仅要满足工艺要求，也可以为现场施工和后期运维提供便利，因此本文从多角度出发，总结附塔管线的设计要点，希望对以后此类型管道的设计提供思路。
1.管口方位和梯子平台
1.1管口方位
管口方位的合理布置有助于附塔管线区域的划分和配管方案的规划。首先应确定塔的类型。塔一般分为填料塔和板式塔，填料塔根据填料类型分为规整填料和散装填料；板式塔根据塔板结构一般分为单溢流，双溢流和四溢流，由于内部结构较复杂，其管口方位需考虑塔内件的分布。然后在开始考虑塔的管口方位时，划分塔的操作区和配管区。操作区一般由操作平台、楼梯、人孔、仪表管口和需操作阀门等结构组成，通常在装置外侧，操作区的管口方位直接关系到塔平台设置的范围；配管区主要是附塔管线连接泵、换热器等塔的关联设备的管道布置区域，通常为靠近装置框架侧。
以某项目粗馏1级塔为例，如图1.1-1所示，此塔为填料塔，塔径和塔高分别为6.4m和99.95m。其主要设备管口如下，a口为塔顶气相出口，b1和b2口为回流口，c1～c3口为进料口，这些为连接附塔管线的主要管口。e1和e2口为再沸器进液口，f1～f3为再沸器返回口，d口为塔底出料口，L1～L4、P1～P5、t1～t5为仪表管口。如图1所示，人孔、仪表口大多集中布置在塔东侧，即操作区，附塔管线集中在西侧配管区。
图1.1-1 某粗馏塔上部设备工程图
（1）人孔
人孔主要用于塔内件的安装、检修和清洁维护。其方位的确定一般依据以下原则：①人孔应设置在操作区，其他管口的设置不得妨碍人孔盖板的打开，并且其关闭方向应和人员逃生方向一致；②塔上多人孔的方位应布置在吊柱的工作范围内；③如果多塔一字型布置时，人孔的方位尽量一致，这样便于作业人员检修，同时整齐美观。如图1.1-2所示，此塔共有13个人孔，对于填料塔来说，人孔方位选择限制较小，装置东侧为主要的通行道路和检修区，因此上部人孔M1～M10统一设置在东侧，底部M11～M13位于框架内部，根据实际的通行及操作空间确定方位。
（2）进料口和回流口
进料口和回流口是此塔连接附塔管线的主要管口。此塔共有两个回流口b1和b2，为使回流介质下液均匀，回流口尽量对称布置，根据操作区和配管区的规划，为不影响人员通行，将管口布置在操作区和配管区的相接处最为合适，即0°和180°。进料口c1～c3的位置低于回流口，同样考虑进料均匀的原则，c1口布置在0°，南侧平台设有联合平台的通道，因此c2备用口和c3口分别布置在215°和190°。
（3）其他管口
塔上部的其他管口主要为仪表管口，例如温度计口、压力计口和液位计口。仪表口应设置在操作区内，同时应避免测试参数波动大的区域，尽量避开回流口、进料口等。对于填料塔，仪表口方位注意不要影响人孔法兰盖的开启。另外，就地液位计口宜设置在平台末端，尽量不要布置在平台入口或作业人员通行处，以免妨碍人员通行且增加人为损坏的几率；对于高度较近的管口，可在直爬梯两侧布置，便于维护和观察。
图1.1-2 某塔部分管口方位图
1.2梯子平台
为了观察和检维修塔体仪表、人孔和管口阀门等，一般会设置操作平台。梯子平台的规划应和管口方位的布置同时进行，尽量设置在操作区，便于附塔管线的整体规划。
（1）在分布多个管口时塔平台的高度以人孔的距离确定。人孔中心距平台面的高度一般在600～1200mm，以800mm为宜。平台间的高差宜大于2.2m，便于人员通行，但高差超过8m时需增设中间休息平台。对于填料塔，在设计初期，可以通过调整裙座高度和或者微调人孔的高度来满足联合平台高度的设置需求。
（2）塔平台的宽度需考虑人员的通行、操作和检修，通常为1000mm~1500mm。例如人孔和仪表的平台宽度一般为1200mm。个别大口径管口和调节阀组所在平台可局部加大。塔顶平台的宽度一般为800mm和1000mm，其内沿与顶部法兰口留出一定距离，以便于拆卸法兰。
（3）如图1.2-1立面图所示，当相邻塔平台高度一致或接近时，平台之间可设置联合平台，通过走道配合斜梯连接。平台间通道的宽度满足通行最小宽度（D≥800mm）的要求。通道的角度尽量平缓保证人员的通行安全，当平台高差过大以至斜梯角度超过45°时，平台应独立布置，无需联合。
（4）结合管口方位的布置，直爬梯的方位应便于仪表的观察，尽量通过一个直爬梯可连续观察过个仪表。
（5）为了避免平台中间出现直梯孔，可将直爬梯及液位计布置在平台端部。如图1.2-1平面图所示，联合平台的通道一般和设备中心对齐，此时可以根据情况扩大操作平台的角度至配管区，直爬梯和管口避开走道和平台连接处，此时需注意附塔管线的布置，避免与平台碰撞。
图1.2-1 某精馏装置部分联合平台平面图和立面图
2.管道布置
2.1配管研究
在设计管口方位的同时应考虑附塔管线的走向，提前规划位置以避免管线和管口、平台碰撞。如图2.1-1所示，对于口径差距不大的管线可以采用同心圆的方法，此塔进料口和回流口管线尺寸在DN150～DN300之间，塔体的直径为6400mm，考虑到管道保温外径和塔的保温外径留出约400mm的净距，方便框型管道支架的设置，此类管道向下附塔距离设备中心的同心圆半径考虑为4000mm。顶部气相管线口径较大为DN1200，其向下穿管的空间要求更大，考虑保温厚度以及附塔支架型钢的预留空间，向下穿管的位置距离设备中心为4350mm较为合适。附塔管线的位置根据管口的高度考虑，上部管口的管线居中，下部管口的管线在外侧布置，这样规划有以下几个优点：
（1）可以合理运用附塔配管区的空间，管线不会交叉发生碰撞；
（2）管线靠近框架，便于下部管线规划；
（3）便于操作区管口和平台的规划；
（4）管线布置紧凑，整齐美观。
图2.1-1 附塔管线配管研究示意图
2.2塔顶管线
塔顶气相管线是至换热器或冷凝冷却器之间的管线，管径较大，并且温度较高，其走向应按步步低的要求不得出现袋形，且需要一定的柔性。如图2.2-1所示，一般用“L”型配管的水平段增加管道柔性，其通向换热器或冷凝冷却器主管的水平管段需足够长。本塔的塔顶气相管线口径为DN1200，操作温度为58.2℃，操作压力为0.23MPa，根据工艺流程可知此气相管需要分成三级为DN200的管道进入空冷器换热，同时考虑下料均匀减少介质偏流的因素，气相管接入母管的位置尽量位于空冷器的中心。因此此塔布置在空冷器的端部，距离空冷器的中心具有一定的距离，使气相管在水平段具有一定的长度，满足管道布置时“L”型补偿的原则，使管道具有柔性。
图2.2-1 典型的“L”型配管示意图
2.3塔侧管线
塔侧管道的阀门应直接与管口连接，以减少积液，同时水平段应留出一定距离，以“？”的形式绕回附塔配管区，这样可以防止塔体和管线膨胀量不一致造成管口力过大的情况，同时方便管线支撑。例如某附塔回流管线尺寸为DN200，操作温度为105℃，材质为不锈钢，塔的温度为110℃，材质为碳钢。图2.3-1a为管道垂直向下的配管方案，由于温度和材质的差异，管道的膨胀量大于塔的膨胀量，管口1530点和第一个承重架1500点受力互顶，其垂直受力分别为7.9t和-11.8t，远超过设计要求。图2.3-1b是调整走向后的配管方案，管道以“？”的形式附塔布置，此时1530点和1492点的垂直受力分别减小至560kg和-4t。这是因为弯头和水平段管道增加了补偿，吸收了塔和管道的膨胀差，使受力减小，满足管口受力要求。
图2.3-1 塔上部回流管线两种配管方案
另外附塔管线的垂直段较长，其在附塔下的走向也需考虑“L”型布置以增加管道的柔性，减少塔膨胀对管道的影响。某精馏塔回流管线的走向如图2.3-2。通过应力计算得知，当管道柔性不够时会出现调节阀组被塔膨胀拉起或塔侧管口受力过大的状况（如图2.3-2a），此时通过调整管道走向增加弯头和水平直管段距离（如图2.3-2b），以增加管道柔性吸收垂直方向的膨胀量，减小了阀组的位移及塔侧管口的受力。
图2.3-2
附塔回流管线阀组配管示意
除了管道柔性，布置附塔管线时还要考虑其他问题：
（1）在设备梯子平台条件上注明管道开孔位置，同时应在平台下部调整走向时注意高度，避免和平台支撑碰撞；
（2）附塔管线在框架楼面穿管时注意设备开孔边梁和水平斜撑的位置，及时调整走向，避免碰撞；
（3）当附塔管线在同一角度有不同高度的开口时，应考虑管道的走向，使主管和管口留有一定偏差，支管通过L型配管连接管口，以增加管道柔性且方便后期调整施工误差，并且考虑在平台上留有管口切断阀的操作空间。
3.管道支架
附塔管线管道支架的设计应从管道的尺寸、支撑荷载和支撑形式等因素考虑。通常附塔管线由上往下的第一道支架为承重架，承重架宜靠近管口处设置以减少管口的受力，以下支架为导向架。如果从上至下管道太长或管线自重很大，可能会使顶部承重支架超载，此时需在下部设置弹簧支吊架以分担荷载。目前很多精馏塔的高度较高，附塔管线的垂直段很长，即使是尺寸较小的管道垂直荷载也会很大，因此建议承重架尽量选用双悬臂框型架，再根据管架的垂直荷载、支撑形式和弹簧的安装型式考虑下部斜撑、上部斜撑或者上下同时使用斜撑的形式。管道的承重架一般选用耳轴，对于口径较大的管道可选用耳座。以此塔顶气相管为例，通过应力计算得知（图3-1a），顶部第一个支架为承重架和导向架，底部支架都为弹簧支架和导向架。附塔管架的垂直荷载约6t，根据管道支架标准图中的荷载要求选取附塔框型架作为生根件（图3-1b），立管用耳座作为管道的附着件（图3-1c），大口径管道座式管托作为导向架。同样其他附塔管道根据上述原则选取合适支架类型。另外在设计附塔管线的管支架时，需要注意以下问题：
（1）管架的间距应设置在允许跨距范围内；
（2）在同一高度没有足够空间时，需考虑错开支架标高避免碰撞；
（3）焊接型附着件需根据管道的温度和材质确认管架的材质；
（4）弹簧支吊架在应力计算时需注意生根位置，生根点设置在塔上或装置平台上会影响弹簧的选型；
（5）当塔体较高时，非应力管线（管径≥DN200）的承重架可能会出现超载的情况，建议与管机专业确认是否需要加设弹簧支吊架。
图3-1（a）塔顶气相管应力报告，（b）附塔框型架，（c）立管用耳座
4.附塔管线的施工
附塔管线的安装是整个工艺管道安装的重点和难点，其施工方案对施工进度、施工质量、成本控制都有着重要意义。熟悉附塔管线的施工方案，合理规划设计，全面把控细节，是保证施工进度、节约施工费用的前提。为加快项目的施工进度，减少高空作业，附塔管线在施工现场大部分采用“穿衣戴帽”的吊装方案，即部分劳动保护、附塔管线安装、塔器保温、电仪灯具安装等配套工作在塔的组对时进行[2]。其吊装形式主要为以下两种：
（1）分段吊装。如图4-1a所示，根据现场的吊装能力，在管线地面预制完成后，上段附塔管线随塔本体吊装就位，下段管线焊接辅助吊耳吊装，在高空中垂直组对焊接。该方法主要利用吊装条件受限或者塔本体分段吊装的场合。焊口组对时在空中进行，作业难度较大[3]。
（2）整体随设备吊装。如图4-1b所示，附塔管线的安装与设备组对同时进行，先安装管道支架，再进行管道预制焊接，最后处理管道防腐保温后附塔一同吊装。此方法可以在地面对附塔管道施工，节约人力物力，降低了施工难度，提高了安全性。但该方法需以塔整体吊装为前提，占地空间较大，且对设备和工艺管道材料的到场要求较高[4]。具体的作业过程如下：在吊装过程中两台吊车同时提升，保证设备底部接触不到地面。抬尾吊车缓缓向主吊车方向行走，同时主吊吊车持续提升，两台吊车吊钩保持竖直起升，当设备轴线与地面夹角接近垂直时，主吊吊车停止起升，抬尾吊车缓缓回落吊钩，使设备逐渐变为竖直状态。
图4-1 附塔管线（a）分段吊装，（b）整体吊装现场照片
由上可以看出无论采用哪种“穿衣戴帽”的吊装形式，吊绳在塔体两侧都需要一定的摆角空间，因此在设计前期需考虑全面，避免现场的不利因素。①对于内径较大的塔，轴耳上层的平台可以根据情况缩小范围，尽量在地面完成塔顶的焊接工作，减少高空作业；②轴耳附近及上部的管线和附塔管架布置在塔体的投影内，确保吊装时绳索在起吊过程中不受影响；③尾耳方位尽量布置在配管侧，便于管线安装。
以下是附塔管线在施工现场中安装和吊装的典型案例：
（1）某项目T-2002塔“穿衣戴帽”施工时，因吊装需求，尾耳需朝上放置。但由于附塔管道在尾耳的另一侧，导致附塔管线只能在塔下安装，临时的支撑鞍座无法横穿大口径管道，只能在塔安装完成后吊装附塔管线，造成现场施工不便，影响工期。
（2）如图4-2所示，在某项目精馏塔的吊装现场中，轴耳距离附塔管线较近，尾耳和附塔管线同侧，轴耳上部管线和附塔管架会干涉吊绳的摆角空间，因此在地面施工时不能安装附塔管线。现场调整施工方案，待塔吊装就位后对附塔管线单独吊装，增加了施工难度和风险，对进度有一定的延误。
图4-2 某项目精馏塔轴耳处模型和平面图
综上在设计前期须及时和业主及施工单位确认吊装方案，充分考虑附塔管线吊装时可能遇到各种问题，为后期现场的施工提供便利。
5.结论
石化装置中附塔管线的布置、配管以及施工是一项难度较高的任务。本文从管口方位和梯子平台的确定，附塔管线布置及管道支架的选型总结设计要点，同时结合工程实例提出了设计中的典型问题和注意事项，希望为以后附塔管线的设计提供参考。
[1] 程鹏.超高型塔器附塔管线地面安装施工技术[J].石化技术, 2022,
29(12):250-252.
[2] 王璐.高塔"穿衣戴帽"模块化安装[J].化工中间体, 2021,
000(007):169-170.
[3] 狄朝晖.大口径超高附塔管线安装技术[J].石油化工建设, 2020(1):6.
[4] 王小艳.附塔管线的安装技术[J].安徽化工, 2015, 41(5):2.
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