塔設備是石油化工、化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)等生產(chǎn)中最重要的設備之一。它可使氣（汽）液或液液相之間進(jìn)行充分接觸，達到相際傳熱及傳質(zhì)的目的。在塔設備中能進(jìn)行的單元操作有：精餾、吸收、解吸，氣體的增濕及冷卻等。

塔設備的種類(lèi)很多，為了便于比較和選型，必須對塔設備進(jìn)行分類(lèi)，常見(jiàn)的分類(lèi)方法有：

① 按操作壓力分有加壓塔、常壓塔及減壓塔；

② 按單元操作分有精餾塔、吸收塔、解吸塔、淬取塔、反應塔、干燥塔等；

③ 按內件結構分有板式塔、填料塔。

由上圖可見(jiàn)，無(wú)論是板式塔還是填料塔，除了各種內件之外，均由塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平臺等組成。

a.塔體 塔體即塔設備的外殼，常見(jiàn)的塔體由等直徑、等厚度的圓筒及上下封頭組成。塔設備通常安裝在室外，因而塔體除了承受一定的操作壓力（內壓或外壓）、溫度外，還要考慮風(fēng)載荷、地震載荷、偏心載荷。此外還要滿(mǎn)足在試壓、運輸及吊裝時(shí)的強度、剛度及穩定性要求

b.支座 塔體支座是塔體與基礎的連接結構。因為塔設備較高、重量較大，為保證其足夠的強度及剛度，通常采用裙式支座。

c.人孔及手孔 為安裝、檢修、檢查等需要，往往在塔體上設置人孔或手孔。不同的塔設備，人孔或手孔的結構及位置等要求不同。

d.接管 用于連接工藝管線(xiàn)，使塔設備與其他相關(guān)設備相連接。按其用途可分為進(jìn)液管、出液管、回流管、進(jìn)氣出氣管、側線(xiàn)抽出管、取樣管、儀表接管、液位計接管等。

e.除沫器 用于捕集夾帶在氣流中的液滴。除沫器工作性能的好壞對除沫效率、分離效果都具有較大的影響。

f.吊柱 安裝于塔頂，主要用于安裝、檢修時(shí)吊運塔內件。

泡罩塔是工業(yè)應用最早的板式塔，而且在相當長(cháng)的一段時(shí)期內是板式塔中較為流行的一種塔型。泡罩塔盤(pán)的結構主要由泡罩、升氣管、溢流堰、降液管及塔板等部分組成，如下圖所示。

優(yōu)點(diǎn)：操作彈性大，因而在負荷波動(dòng)范圍較大時(shí)，仍能保持塔的穩定操作及較高的分離效率；氣液比的范圍大，不易堵塞等。

缺點(diǎn)：結構復雜、造價(jià)高、氣相壓降大、以及安裝維修麻煩等。

目前，只是在某些情況如生產(chǎn)能力變化大，操作穩定性要求高，要求有相當穩定的分離能力等要求時(shí)，可考慮使用泡罩塔。

浮閥塔板的結構特點(diǎn)是在塔板上開(kāi)有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可上下浮動(dòng)的閥片，閥片本身連有幾個(gè)閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉90°，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個(gè)略向下彎的定距片，當氣速很低時(shí)，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落在閥孔上，在一定程度上可防止閥片與板面的粘結。浮閥的類(lèi)型很多，國內常用的F1型、V-4型及T型等 。

優(yōu)點(diǎn)：

• 生產(chǎn)能力大；
  

• 操作彈性大；
  

• 塔板效率較高，；

• 塔板結構及安裝較泡罩簡(jiǎn)單，重量較輕 。

缺點(diǎn)：

• 在氣速較低時(shí)，仍有塔板漏液，故低氣速時(shí)塔板效率有所下降；
  

• 浮閥閥片有卡死和吹脫的可能，這會(huì )導致操作運轉及檢修的困難；
  

• 塔板壓力降較大，妨礙了它在高氣相負荷及真空塔中的應用。

篩板塔也是應用歷史較久的塔型之一，與泡罩塔相比，篩板塔結構簡(jiǎn)單，篩板塔結構及氣液接觸狀況如下圖所示。篩板塔塔盤(pán)分為篩孔區、無(wú)孔區、溢流堰及降液管等部分。

優(yōu)點(diǎn)：

• 結構簡(jiǎn)單，制造和維修方便，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔；
  

• 塔板壓力降較低，適用于真空蒸餾；
  

• 塔板效率較高，但稍低于浮閥塔；
  

• 具有較高的操作彈性，但稍低于泡罩塔。
  

缺點(diǎn)：小孔徑篩板易堵塞，不適于處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液。

（1）舌型塔盤(pán)產(chǎn)生的原因

一般情況下，塔盤(pán)上氣流垂直向上噴射（如篩板塔），這樣往往造成較大的霧沫夾帶，如果使氣流在塔盤(pán)上沿水平方向或傾斜方向噴射，則可以減輕夾帶，同時(shí)通過(guò)調節傾斜角度還可以改變液流方向，減小液面梯度和液體返混。

（2）舌形塔

舌型塔應用較早的一種斜噴型塔。氣體通道為在塔盤(pán)上沖出的以一定方式排列的舌片。舌片開(kāi)啟一定的角度，舌孔方向與液流方向一致，如下圖[a]所示。

舌形塔結構簡(jiǎn)單，安裝檢修方便，但這種塔的負荷彈性較小，塔板效率較低，因而使用受到一定限制。

舌孔有兩種，三面切口［上圖（b）］及拱形切口［上圖（c）］。通常采用三面切口的舌孔。舌片的大小有25mm和50mm兩種，一般采用50mm［如上圖（d）］，舌片的張角常用20°

(3)浮動(dòng)舌形塔

浮動(dòng)舌形塔是20世紀60年代研制的一種定向噴射型塔板。它的處理能力大，壓降小，舌片可以浮動(dòng)。因此，塔盤(pán)的霧沫夾帶及漏液均較小，操作彈性顯著(zhù)增加，板效率也較高，但其舌片容易損壞。

浮動(dòng)舌片的結構見(jiàn)下圖 ，其一端可以浮動(dòng)，最大張角約20°。舌片厚度一般1.5mm，質(zhì)量約為20g。

穿流式柵板塔（如下圖）屬于無(wú)溢流堰裝置的板式塔，在工業(yè)上也得到廣泛的應用。根據塔盤(pán)上所開(kāi)的柵縫或篩孔，分別稱(chēng)為穿流式柵板塔或穿流式篩板塔。這種塔沒(méi)有降液管，氣液兩相同時(shí)相向通過(guò)柵縫或篩孔。操作時(shí)蒸氣通過(guò)孔縫上升進(jìn)入液層，形成泡沫；與蒸氣接觸后的液體不斷地通過(guò)孔縫流下。

優(yōu)點(diǎn) ：

• 由于沒(méi)有降液管，所以結構簡(jiǎn)單，加工容易、安裝維修方便，投資少；
  

• 因節省了降液管所占的塔截面（一般約為塔盤(pán)截面的15%～30%），允許通過(guò)更多的蒸氣量，因此生產(chǎn)能力比泡罩塔大20%～100%；
  

• 因為塔盤(pán)上開(kāi)孔率大，柵縫或篩孔處的壓力降較小，比泡罩塔低40%～80%，可用于真空蒸餾。
  

其缺點(diǎn)是：

• 塔板效率比較低，比一般板式塔低30%～60%，但因這種塔盤(pán)的開(kāi)孔率大，氣速低，形成的泡沫層高度較低，霧沫夾帶量小，所以可以降低塔板的間距，在同樣分離條件下，塔總高與泡罩塔基本相同；
  

• 操作彈性較小，能保持較好的分離效率時(shí)，塔板負荷的上下限之比約為2.5～3.0。
  

導向篩板塔盤(pán)的結構如下圖所示。

它是在普通篩板塔盤(pán)上進(jìn)行了兩項改進(jìn)，其一是在篩板上開(kāi)設了一定數量與液流方向一致的導向孔；其二是在液體進(jìn)口區設置了鼓泡促進(jìn)裝置。

利用導向孔噴出的氣流推動(dòng)液體，既可減少液面落差，又可通過(guò)適當安排的導向孔來(lái)改善液流分布的狀況，減少液體返混，從而提高塔板效率，并且導向孔氣流與篩孔氣流合成了拋物線(xiàn)型的氣流，可減少霧沫夾帶。

鼓泡促進(jìn)裝置使塔盤(pán)進(jìn)口區的液層變薄，可避免漏液，因而易于鼓泡，從而使整個(gè)鼓泡區內氣體分布均勻，故可增大處理能力和減少塔板壓力降。

板式塔的塔盤(pán)分為溢流式和穿流式兩類(lèi)，二者之間的區別就在于溢流式塔盤(pán)有降液管，而流式塔盤(pán)上的氣液兩相同時(shí)通過(guò)塔盤(pán)上的孔道流動(dòng)， 考慮到溢流式塔盤(pán)是煉油廠(chǎng)主要使用形式，今天主要介紹溢流式塔盤(pán)結構。

溢流式塔盤(pán)由氣液接觸元件、塔板、降液管及受液盤(pán)、溢流堰等構成

塔盤(pán)按結構特點(diǎn)可分為整塊式塔盤(pán)和分塊式塔盤(pán)。當塔徑DN≤700mm時(shí)，采用整塊式塔盤(pán)；塔徑DN≥800mm時(shí)宜采用分塊式塔盤(pán)。

（1）整塊式塔盤(pán)

整塊式塔盤(pán)根據組裝方式不同可分為定距管式及重疊式兩類(lèi)。采用整塊式塔盤(pán)時(shí)，塔體由若干個(gè)塔節組成，每個(gè)塔節中裝有一定數量的塔盤(pán)，塔節之間采用法蘭連接。

（2）分塊式塔盤(pán)

直徑較大的板式塔，為便于制造、安裝、檢修，可將塔盤(pán)板分成數塊，通過(guò)人孔送入塔內，裝在焊于塔體內壁的塔盤(pán)支承件上。分塊式塔盤(pán)的塔體，通常為焊制整體圓筒，不分塔節。

作用：使夾帶氣泡的液流進(jìn)入降液管后具有足夠的分離空間，能將氣泡分離出來(lái)，從而僅有清液流往下層塔盤(pán)。

降液管的結構型式可分為圓形降液管和弓形降液管兩類(lèi) 。圓形降液管通常用于液體負荷低或塔徑較小的場(chǎng)合，弓型降液管適用于大液量及大直徑的塔 。

為了保證降液管出口處的液封，在塔盤(pán)上設置受液盤(pán)，受液盤(pán)有平型和凹型兩種（見(jiàn)下圖)。受液盤(pán)的型式和性能直接影響到塔的側線(xiàn)取出、降液管的液封和流體流入塔盤(pán)的均勻性等。平型受液盤(pán)適用于物料容易聚合的場(chǎng)合 ；當液體通過(guò)降液管與受液盤(pán)的壓力降大于25mm水柱，或使用傾斜式降液管時(shí)，應采用凹型受液盤(pán)。

溢流堰有保持塔盤(pán)板上一定液層高度和促使液流均勻分布的作用。采用平型受液盤(pán)時(shí)，為使上層塔板流入的液體能在塔盤(pán)上均勻分布，并為了減小入口液流的沖力，常在液體進(jìn)口處設置進(jìn)口堰。

填料是填料塔的核心內件,它為氣－液兩相充分接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)提供了表面積?？煞譃樯⒀b填料和規整填料兩大類(lèi)。

a 環(huán)形填料：拉西環(huán)填料、 鮑爾環(huán)填料 、階梯環(huán)填料

b 鞍形填料：弧鞍填料 、矩鞍填料 、改進(jìn)矩鞍填料

c 金屬鞍環(huán)填料

根據其結構可分為絲網(wǎng)波紋填料及板波紋填料

填料的支承裝置安裝在填料層的底部。其作用是防止填料穿過(guò)支承裝置而落下；支承操作時(shí)填料層的重量；保證足夠的開(kāi)孔率，使氣液兩相能自由通過(guò)。

支承柵板是結構最簡(jiǎn)單、最常用的填料支承裝置（如下圖）。

它由相互垂直的柵條組成，放置于焊接在塔壁的支撐圈上。這種支承裝置廣泛用于規整填料塔。用于散裝填料時(shí)，柵板上先放置一盤(pán)板波紋填料，然后再裝填散裝填料。避免散裝填料直接亂堆在柵板上， 將空隙堵塞從而減少其開(kāi)孔率。

氣液分流型支承屬于高通量低壓降的支承裝置。其特點(diǎn)是為氣體及液體提供了不同的通道，避免了柵板式支承中氣液從同一孔槽中逆流通過(guò)。這樣既避免了液體在板上的積聚，又有利于液體的均勻再分配。有駝峰式支承裝置 （上圖）孔管式填料支承裝置 （下圖）

液體分布器安裝于填料上部，它將液相加料及回流液均勻地分布到填料的表面上，形成液體的初始分布。在填料塔的操作中，因為液體的初始分布對填料塔的影響最大，所以液體分布器是填料塔最重要的塔內件之一。

液體分布器根據其結構形式，可分為管式、槽式、噴灑式及盤(pán)式。

當液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有流向器壁形成“壁流”的傾向，結果使液體分布不均，降低傳質(zhì)效率，嚴重時(shí)使塔中心的填料不能被潤濕而形成“干錐”。

為了提高塔的傳質(zhì)效率，填料必須分段，在各段填料之間，安裝液體收集再分布裝置。

其作用有二：一是收集上一填料層的液體，并使其在下一填料層均勻分布；二是當塔內氣、液相出現徑向濃度差時(shí)，液體收集再分布器將上層填料流下的液體完全收集、混合，然后分布到下層填料，并將上升的氣體均勻分布到上層填料以消除各自的徑向濃度差。

（1）分配錐

用于小塔，僅能裝在填料層的分段之間，作為壁流收集器使用。改進(jìn)分配錐可裝在填料層里，收集壁流并進(jìn)行液體再分布用于直徑大于600mm塔。

（2）多孔盤(pán)式再分布器

多孔盤(pán)式再分布器（圖3－49）也可作為液體分布器使用。為了與氣體噴射式支承板相配合，故采用長(cháng)方形升氣管分布盤(pán)上的孔數按噴淋點(diǎn)數確定，孔徑為φ3～10mm。升氣管的尺寸應盡可能大，其底部常鋪設金屬網(wǎng)，以防填料吹進(jìn)升氣管中。

這種裝置用作再分布器時(shí)，為了防止上一層填料層來(lái)的液體直接流入升氣管，應在升氣管上設帽蓋，帽蓋離升氣管上緣40mm以上。

（3）斜板復合再分布器

斜板復合式再分布器是把支承板、收集器、再分布器結合在一起（下圖），可以減小塔的高度。其導流－集液板同時(shí)當作支承板使用，而分布槽既是收集器又是再分布器。匯集于環(huán)形槽中的壁流液體，從圓筒上的開(kāi)孔流入分布糟，與由斜板導入分布槽的液體一起，通過(guò)槽底的分布孔重新均布。

當液體負荷較大時(shí)，分布槽內的溢流管也參加工作，從而可以適應較大的液體流量變化，同時(shí)又增加了液體的噴淋點(diǎn)數，因而能取得良好的分布效果。

填料壓緊器又稱(chēng)填料壓板。將其自由放置于填料層上部，靠其自身的重量壓緊填料。當填料層移動(dòng)并下沉時(shí)，填料壓板即隨之一起下落，故散裝填料的壓板必須有一定的重量。

常用的填料壓緊板有柵條式和網(wǎng)板式填料壓板，均可制成整體式或分塊結構，視塔徑大小及塔體結構而定。

填料限位器又稱(chēng)床層定位器，用于金屬、塑料制成的散裝填料及所有規整填料。

它的作用是防止高氣速、高壓降或塔的操作出現較大波動(dòng)時(shí)，填料向上移動(dòng)而造成填料層出現空隙，從而影響塔的傳質(zhì)效率。

對于金屬及塑料制成的散裝填料，可采用如下圖所示的網(wǎng)板結構作為填料限位器。因為這種填料具有較好的彈性，且不會(huì )破碎，故一般不會(huì )出現下沉，所以填料限位器需要固定在塔壁上。對于小塔，可用螺釘將網(wǎng)板限位器的外圈頂于塔壁，對于大塔，則用支耳固定。

對于規整填料，因具有比較固定的結構，因此限位器也比較簡(jiǎn)單，使用柵條間距為100～500mm的柵板即可。

1、壓力載荷

2、質(zhì)量載荷

3、風(fēng)載荷

4、地震載荷

5、偏心載荷

1、壓力載荷：內壓塔操作時(shí)或水壓試驗時(shí)，塔體橫截面均產(chǎn)生軸向拉應力；減壓塔操作時(shí)塔體橫截面均產(chǎn)生軸向壓應力。

2、質(zhì)量載荷：對塔體及裙座的橫截面均產(chǎn)生壓應力，隨橫截面位置下移而增大。

3、風(fēng)載荷：水平風(fēng)力使塔產(chǎn)生彎矩，導致塔的橫截面迎風(fēng)側產(chǎn)生拉應力，被風(fēng)側產(chǎn)生壓應力。風(fēng)載荷隨著(zhù)標高的增高而升高，而截面的彎矩和應力隨截面位置下移而增大。

4、地震載荷：水平地震力對塔破壞最嚴重，對塔體產(chǎn)生彎矩，使塔體橫截面的一側產(chǎn)生拉應力，另一側產(chǎn)生壓應力。

5、偏心載荷：對塔體產(chǎn)生彎矩，使塔體的橫截面一側產(chǎn)生拉應力，另一側產(chǎn)生壓應力。

腐蝕部位：常壓塔頂五層塔盤(pán)，塔體，部分揮發(fā)線(xiàn)及常壓塔頂冷凝冷卻系統；減壓塔部分揮發(fā)線(xiàn)和冷凝冷卻系統。

腐蝕形態(tài)：碳鋼部件的全面腐蝕、均勻減??；Cr13鋼的點(diǎn)蝕以及1Cr18Ni9Ti不銹鋼為氯化物應力腐蝕開(kāi)裂。

腐蝕原因：原油中含有的氯鹽加熱到120℃ 以上時(shí)，開(kāi)始水解生成HCl,在塔頂低溫部位遇水滴形成鹽酸，成為腐蝕性極強的稀鹽酸腐蝕環(huán)境。與設備本體發(fā)生化學(xué)腐蝕。有硫化氫存在時(shí)進(jìn)一步加劇腐蝕。

防護措施：以工藝防護為主，材料防腐為輔。工藝防護即“一脫四注”：原油深度脫鹽，脫鹽后原油注堿、塔頂餾出線(xiàn)注氨（或胺）、注緩蝕劑、注水。該項防腐措施的原理是除去原油中的雜質(zhì)，中和已生成的酸性腐蝕介質(zhì)，改變腐蝕環(huán)境和在設備表面形成防護屏障。材料防腐即在工藝防護基礎上，提高材料等級，選用20R+0Cr13復合板制造常壓塔頂5層塔盤(pán)部位殼體。

高溫硫腐蝕部位：焦化分餾塔底系統最嚴重，蒸餾減壓塔底系統次之，催化分餾塔底系統又次之。

腐蝕形態(tài)：化學(xué)腐蝕，均勻減薄

腐蝕原因：硫化氫、硫醇和單質(zhì)硫在350~400 ℃都能與金屬直接發(fā)生化學(xué)反應，而且硫化氫在340~400 ℃分解出來(lái)的元素硫有更強的活性，使腐蝕更為激烈。

防護措施：主要是選用耐蝕鋼材。如20R+0Cr13復合板

腐蝕部位：減壓爐出口轉油線(xiàn)、減壓塔進(jìn)料段以下部位為重。常壓爐出口轉油線(xiàn)及常壓爐進(jìn)料段次之。焦化分餾塔集油箱部位又次之。

腐蝕形態(tài)：遭受腐蝕的鋼材表面光滑無(wú)垢，位于介質(zhì)流速低的部位腐蝕僅留下尖銳的孔洞；高流速部位的腐蝕則出現帶有銳邊的坑蝕或蝕槽。

腐蝕原因：環(huán)烷酸在低溫時(shí)腐蝕不強烈。一旦沸騰，特別是在高溫無(wú)水環(huán)境中，腐蝕最為激烈：

2RCOOH+Fe----àFe(RCOO)2+H2

當酸值大于0.5mg KOH/g原油，溫度在270~280 ℃和350~400 ℃時(shí)，環(huán)烷酸腐蝕最嚴重。

防護措施：主要是選用耐蝕鋼材，如316L等；設備管道以及爐管彎頭內壁焊縫應磨平，保持內壁光滑，防止預生渦流而加劇腐蝕；適當加大爐出口轉油線(xiàn)管徑，降低流速。

腐蝕部位：主要是烷基化裝置內與介質(zhì)接觸的設備及管道，以洗化廠(chǎng)烷基苯裝置為主。

腐蝕形態(tài)：為均勻腐蝕；氫鼓泡和氫脆；應力腐蝕和縫隙腐蝕4種。

腐蝕原因：氫氟酸對金屬材料的腐蝕是電化學(xué)腐蝕，其腐蝕是按電化學(xué)過(guò)程進(jìn)行，即陽(yáng)極產(chǎn)生金屬溶解（均勻腐蝕）陰極析出氫，導致氫鼓泡、氫脆及應力腐蝕開(kāi)裂。

防護措施：

a、材料選用 碳鋼在65 ℃以下，濃度大于75%的氫氟酸介質(zhì)中油較好的抗腐蝕性能，但應選用鎮靜鋼板。在溫度大于71 ℃且低于136 ℃時(shí)，任意濃度的氫氟酸介質(zhì)中均可適用于蒙乃爾合金，但當介質(zhì)帶有氧或鐵鹽等有害雜質(zhì)時(shí)期耐蝕性能就有所降低。

b、制造的特殊要求 凡是和氫氟酸介質(zhì)接觸的碳鋼、蒙乃爾設備焊接后應經(jīng)消除應力熱處理。焊縫硬度不應大于HB235.

在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的誘導振動(dòng)會(huì )使塔設備產(chǎn)生共振，輕者使塔產(chǎn)生嚴重彎曲、傾斜，塔板效率下降，影響塔設備的正常操作，重者使塔設備導致嚴重破壞，造成事故。

處理措施：

（1）采用擾流裝置

合理地布置塔體上的管道、平臺、扶梯和其他的連接件可以消除或破壞卡曼旋渦的形成。在沿塔體周?chē)附右恍┞菪桶蹇梢韵郎u的形成或改變旋渦脫落的方式，進(jìn)而達到消除過(guò)大振動(dòng)的目的。此方法在某些裝置上已成功應用。螺旋板焊接在塔頂部1／3塔高的范圍內，它的螺距可取為塔徑的5倍，板高可取塔徑的1/10。

（2）增大塔的阻尼

增加塔的阻尼對控制塔的振動(dòng)起著(zhù)很大的作用。當阻尼增加時(shí)塔的振幅會(huì )明顯下降，當阻尼增加到一定數值后，振動(dòng)會(huì )完全消失。塔盤(pán)上的液體或塔內的填料都是有效的阻尼物。研究表明，塔盤(pán)上的液體可以將振幅減小10％左右。

由于底腳螺栓隨著(zhù)風(fēng)向的變化承受著(zhù)交變應力，容易發(fā)生螺帽松動(dòng)，嚴重時(shí)會(huì )發(fā)生脫落，危及設備本體安全。

處理措施：加強日常檢查，發(fā)現異常及時(shí)處理。

裙座焊縫位置較低，承受較大的風(fēng)彎矩，在交變應力作用下，極易發(fā)生焊縫開(kāi)裂，甚至裙座與塔體分離，造成惡性事故。

處理措施：保證制造質(zhì)量，消除焊接缺陷，加強日常檢查，發(fā)現異常及時(shí)處理。