(論文)精餾塔 設計說明書最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻

I 前前 言言 這次畢業(yè)設計是學生在大學期間的最后一次運用 4 年所學的知識，進行的一個綜合 性設計。作為過程裝備與控制工程專業(yè)的本科生，不僅需要牢固掌握基本的理論知識， 還要在設計，實踐的過程中學會應用。正因為如此，認真地去做設計肯定對將來的工作 的一次練兵，為今后的發(fā)展起到鋪墊作用。 課題題目是 4500mm 常壓塔機械設計。工作介質(zhì)是原油，地點武漢，最高工作溫度 360，最高工作壓力為 0.15Mpa。此常壓蒸餾塔應用于煉油工藝過程中期，是最常用的 一種單元設備之一。由于原油具有其獨特性，因此在設計時也很有必要去注意一些實際 問題。 本設計說明書介紹了設計的主要過程,包括設計的思路。從材料的選取，結(jié)構(gòu)參數(shù)設 計和選型，厚度計算，強度與穩(wěn)定性校核，開孔補強設計，以及主要零部件的制造工藝 等，都有基本的敘述。為做到設計的正確性，合理性，就要嚴格按照設計原則進行，所 有數(shù)據(jù)必須經(jīng)過查表和計算得到，同時要考慮實際中存在的問題，比如安裝吊運、檢修 等?？紤]到設備和生產(chǎn)的經(jīng)濟性,設計中遵循最優(yōu)原則,即在滿足基本要求的前提下最大 限度地提高經(jīng)濟性和效率。此書是對整個設計過程的記錄以及整合。全書分為五章,與裝 配圖緊密相連,互成整體。 這次設計工作是同學的幫助合作下完成的,在此對提供過幫助的老師和同學表示謝意！ 但是由于設計者水平有限,肯定會有不妥甚至錯誤之處,如有發(fā)現(xiàn),請讀者指正為謝! 編者 2010.06.01 II 摘摘 要要 原油常壓蒸餾作為原油加工的一次加工工藝，在原有加工流程中占有舉足輕重的 作用，其運行的好壞直接影響到整個原有加工的過程。而在蒸餾加工的過程中最重要 的分離設備就是常壓塔。因此，常壓塔的設計好壞對能否獲得高收益，搞品質(zhì)的成品 油油著直接的影響。 本次設計的常壓塔是原油煉制工藝過程的中期塔設備。設計時要考慮實際要求， 遵循塔設備的設計原則，要經(jīng)歷需求分析、目標界定、總體結(jié)構(gòu)設計、零部件結(jié)構(gòu)設 計、參數(shù)設計和設計實施這幾個過程。在這個不斷決策的過程中，可供評估的方案越 多、評估體系越完善，最終確定的設計方案就越理想。成功的過程設備設計最終必須 綜合平衡產(chǎn)品性能、成本和環(huán)境這三個方面的要求。 說明書反映了設計的基本過程。第一章為概述，主要闡述了設計的背景和塔的基 本知識；第二章是基本結(jié)構(gòu)的設計，從整體和部分各環(huán)節(jié)進行了機械的設計和選型； 第三章則對已設計的方案進行各種載荷的計算以及校核，校核合格才能證明設計方案 的合理性；第四章對需要補強的開孔進行了補強設計；最后一章說明了主要零部件的 制造工藝。 另外，繪制 CAD 圖也是必要的。圖紙亦是制造時的主要文件。繪制時必須嚴謹、 盡量保持正確性。除了塔的整體裝配圖外，還繪制了四張零件圖對其進行了補充，使 表達更為清晰具體。 關鍵詞：常壓塔，生命周期，設計，校核，補強，裝配圖 III Abstract The tower equipment is one kind of common process equipment. In the process industrial production it has an important impact to the production efficiency, the energy use factor, the environmental protection and so on. As the process industry is pivotal to national economys development function, therefore, we must take seriously the tower equipments research. broadly speaking, its life cycle contains the design, manufacture, installation and maintenance, and other aspects. Design-led, its advantages and disadvantages, both impact the following process. The design of the tower is the early-run oil refining process of pre-tower equipment. When design we must consider to request actual, to follow the tower equipments principle of design, which experience the demand analysis, the goal limits, the gross structure design, the spare part structural design, the parameter design and the design implements these processes. In this unceasing decision-makings process, may supply the appraisal the plan to be more, the appraisal system to be more perfect, determined finally the design proposal is more ideal. The success process equipment design must finally balance three aspect requests .they are product performance, the cost and the environment. The instruction booklet has reflected the design unit process. The first chapter is the outline, mainly elaborated the design background and the tower elementary knowledge; The second chapter is the basic structure design, has carried on machinerys design and the shaping from the whole and part various links; The third rules to the plan which designs have carried on each kind of load the computation as well as the examination, the examination qualified can prove the design proposal the rationality; The fourth chapter carries on the reinforcement design for the opening which needs the reinforcement; The last chapter explained the main spare part fabrication technology. Moreover, the CAD drawing of the map is also necessary. The blueprint is also master documents during the manufacture. Drawing must be strict, as far as possible to maintain accuracy. Besides the overall assembly drawing of tower, but also drew up four detail drawings to carry on the supplement to it, caused the expression to be clearer concretely. Keywords: The tower equipment, life cycle, design, checking, reinforcement, assembly drawing IV 目目 錄錄 前 言.I 摘 要II ABSTRACT.III 第一章 概 述.1 1.1 塔設備概論1 1.2 常壓塔的工作原理及工藝路線 2 1.3 常壓塔的主要結(jié)構(gòu) 4 第二章 初餾塔基本結(jié)構(gòu)的設計.6 2.1 設計條件6 2.2 塔高的確定6 2.3 塔盤選型與設計9 2.3.1 塔盤型式及設計9 2.3.2 塔盤的結(jié)構(gòu)設計11 2.3.3 塔盤板11 2.3.4 塔盤支撐梁的設計12 2.3.5 塔盤的緊固件13 2.4 附件設計.13 2.4.1 人孔13 2.4.2 接管13 2.4.3 管法蘭15 2.4.4 吊柱18 2.4.5 操作平臺與梯子19 2.4.6 保溫層20 2.4.7 裙座20 第三章 強度和穩(wěn)定性計算21 3.1 材料的選擇.21 3.1.1 筒體和封頭材料的選擇21 3.1.2 裙座材料的選擇21 3.1.3 接管的材料21 3.2 厚度計算.21 3.2.1 厚度計算過程步驟21 3.2.2 厚度計算22 3.3 載荷計算.23 V 3.3.1 質(zhì)量載荷23 3.3.2 塔的自振周期計算26 3.3.3 地震載荷及地震彎矩計算26 3.3.4 風載荷和風彎矩計算30 3.3.5 最大彎矩33 3.4 校核計算.34 3.4.1 圓筒應力校核34 3.4.2 裙座計算35 3.4.3 裙座與塔殼對接焊縫校核39 第四章 開孔補強40 4.1 補強的判據(jù).40 4.2 對塔頂氣體出口的補強（其內(nèi)徑均為 700MM）42 4.2.1 補強計算方法判別42 4.2.2 開孔所需補強面積42 4.2.3 有效補強范圍42 4.2.4 有效補強面積43 4.2.5 所需另行補強面積43 4.2.6 補強圈設計43 4.3 人孔，塔底重油出口（DN600）44 4.3.1 補強計算方法判別44 4.3.2 開孔所需補強面積44 4.3.3 有效補強范圍44 4.3.4 有效補強面積45 4.3.5 所需另行補強面積45 4.3.6 補強圈設計45 4.4 常頂循抽出口，常一中抽出口，常二線返塔口，常二中抽出口（DN350）46 4.4.1 補強計算方法判別46 4.4.2 開孔所需補強面積46 4.4.3 有效補強范圍46 4.4.4 有效補強面積47 4.4.5 所需另行補強面積47 4.4.6 補強圈設計48 4.5 常二中返塔口，常頂循返塔口，常一中返塔口（DN300） 48 4.5.1 補強計算方法判別48 4.5.2 開孔所需補強面積48 4.5.3 有效補強范圍48 4.5.4 有效補強面積49 4.5.5 所需另行補強面積50 4.5.6 補強圈設計50 4.6 常一線返回口，常二線抽出口，常三線抽出口，汽提蒸汽入口，浮球液位計口(DN250) 50 4.6.1 補強計算方法判別50 4.6.2 開孔所需補強面積50 VI 4.6.3 有效補強范圍51 4.6.4 有效補強面積51 4.6.5 所需另行補強面積52 4.6.6 補強圈設計52 4.7 常一線抽出口，常三線返塔口，安全閥 (DN200) .52 4.7.1 補強計算方法判別52 4.7.2 開孔所需補強面積53 4.7.3 有效補強范圍53 4.7.4 有效補強面積53 4.7.5 所需另行補強面積54 4.7.6 補強圈設計54 4.8 常頂冷回流入口 (DN150) .54 4.8.1 補強計算方法判別54 4.8.2 開孔所需補強面積55 4.8.3 有效補強范圍55 4.8.4 有效補強面積55 4.8.5 所需另行補強面積56 4.8.6 補強圈設計56 4.9 減壓過汽化油入口，熱電偶口，壓差液位計口，玻璃板液位計口 (DN100) .57 4.9.1 補強計算方法判別57 4.9.2 開孔所需補強面積57 4.9.3 有效補強范圍57 4.9.4 有效補強面積58 4.9.5 所需另行補強面積58 4.9.6 補強圈設計58 第五章 主要零部件的制造工藝60 5.1 筒體制造.60 1 原材料準備.60 5.2 封頭.61 5.3 塔設備的制造.61 5.4 塔體及塔盤的制造技術條件的規(guī)定.62 論文縮寫63 設計小結(jié)65 致 謝66 參考文獻67 1 第一章第一章 概概 述述 1.11.1 塔設備概論塔設備概論 塔設備是化工、石油化工和煉油、醫(yī)藥、環(huán)境保護等工業(yè)部門的一種重要的單元 操作設備。它的作用是實現(xiàn)氣（汽）液相或液液相之間的充分接觸，從而達 到相際間進行傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒O備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸 收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼 有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。 塔設備應用面廣、量大，其設備投資費用占整個工藝設備費用的較大比例。在化 工或煉油廠中，塔設備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額 以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面都有重大的影響。因此，塔設備的設計和研究受 到化工、煉油行業(yè)的極大重視。 為了使塔設備能更有效、更經(jīng)濟地運行，除了要求它滿足特定的工藝條件外，還 應滿足以下要求： 1.氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大； 2.生產(chǎn)能力大，即氣液處理量大； 3.操作穩(wěn)定，操作彈性大； 4.阻力??； 5.結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、維修方便，設備的投資及操作費用低； 6.耐腐蝕，不易堵塞。 塔設備的分類： 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、介吸塔、萃取塔、反應塔、干燥塔等； 3.按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分有填料塔、板式塔。 2 1.21.2 常壓塔的工作原理及工藝路線常壓塔的工作原理及工藝路線 從原油的處理過程來看，上述常減壓蒸餾裝置分為原油初餾（預汽化） 、常壓蒸餾 和減壓蒸餾三部分，油料在每一部分都經(jīng)歷一次加熱汽化冷凝過程，故稱之 為“三段汽化” 。如從過程的原理來看，實際上只是常壓蒸餾與減壓蒸餾兩部分，而 常壓蒸餾部分可采用單塔（僅用一個常壓塔，不用初餾塔）流程或者用雙塔（用初餾 塔和常壓塔）流程。 國內(nèi)大型煉油廠的原油蒸餾裝置多采用的典型三段汽化常減壓蒸餾流程如圖 1 1 所示。 在煉油工藝中，原油在蒸餾前必須進行嚴格的脫鹽、脫水，脫鹽后原油換熱到 230240進初餾塔（又稱預汽化塔） ，塔頂出輕汽油餾分或重整原料。塔底為拔頭 原油經(jīng)常壓爐加熱至 360370進入常壓分餾塔，塔頂出汽油。 3 本次設計的是常壓塔，常壓塔的基本結(jié)構(gòu)和工作原理如下圖： 由圖可知，在塔 1 中精餾段最下一板的液體全部流入提留段中（此部分液體量由于受 進料汽化率的限制，流率不大甚至接近于零） 。而其余各塔，則只有部分液相從精餾 段流入自己的汽提塔中，剩余部分則作為下一塔的回流；另外，原料進入塔 1 時，是 氣，液兩相的，而其余各塔的進料都是氣相進料。塔 1 的進料組成一般不變，而其余 各塔的進料組成則與其下面塔的操作情況有關。 在操作時各塔是相互聯(lián)系的，所以分析某一個塔的操作時還需要同時分析其相鄰 的塔的操作情況，現(xiàn)以塔 3 為例進行分析，如果相鄰的下一塔（塔 2）塔頂產(chǎn)物的濃 4 度發(fā)生變化，塔 3 的進料濃度也變化。根據(jù)二元精餾過程的分析可知，當兩段的板數(shù) 固定，回流比不變時，如進料濃度小，則塔 3 的頂部及底部產(chǎn)品中，低沸點物均同時 減少。上一塔（塔 4）對塔 3 的影響主要通過兩個方面，即回流量的大小和回流組成。 回流量變化的影響可以二元精餾分析得到，回流組成的稍許變化對分離影響不大。 1.31.3 常壓塔的主要結(jié)構(gòu)常壓塔的主要結(jié)構(gòu) 在塔設備的類別中，由于目前工業(yè)上應用最廣泛的是填料塔及板式塔，所以主要 考慮這兩種類別。 考慮到設計條件，在初餾塔中介質(zhì)原油的分離程度要求不高，成分復雜，而且板 式塔較填料塔而言其效率更高，更穩(wěn)定，液氣比適用范圍大，持液量較大，安裝、 檢修更容易，造價更低，故選用板式塔更為合理。 板式塔是一種逐級（板）接觸的氣液傳質(zhì)設備。塔內(nèi)以塔板作為基本構(gòu)件，氣 體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣液相密切接觸而進行 傳質(zhì)與傳熱，兩相的組分濃度呈階梯式變化。 塔盤采用浮閥型式。因為浮閥塔在石油、化工、等工業(yè)部門應用最為廣泛，具有 優(yōu)異的綜合性能，在設計和選用時常作為首選的板式塔型式。 板式初餾塔的總體結(jié)構(gòu)見裝配草圖。由圖可見，板式塔除了各種內(nèi)件之外，主要 由塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平臺組成。 a.塔體 塔體即塔設備的外殼，常見的塔體由等直徑、等厚度的圓筒及上下封頭組成。對 于大型塔設備，為了節(jié)省材料也有采用不等直徑、不等厚度的塔體。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(nèi)壓或外壓） 、溫度外，還要考慮風載、 地震載荷、偏心載荷。此外還要滿足在試壓、運輸及吊裝時的強度、剛度及穩(wěn)定性要 求。本設計中初餾塔為常壓 0.15MPa，采用等直徑等厚度型式。 b.支座 塔體支座是塔體與基礎的連接結(jié)構(gòu)。因為該塔設備較高、重量較大，為保證其足 夠的強度及剛度，故采用裙式支座。 c.人孔及手孔 5 為安裝、檢修、檢查等需要，本初餾塔體上設有人孔。 d.接管 用于連接工藝管線，使塔設備與其他相關設備相連接。本初餾塔的主要接管見草 圖。 e.吊柱 安裝于塔頂，主要用于安裝、檢修時吊運塔內(nèi)件。此外，還有法蘭等其他結(jié)構(gòu)。 6 第二章第二章 初餾塔基本結(jié)構(gòu)的設計初餾塔基本結(jié)構(gòu)的設計 2.12.1 設計條件設計條件 已知給定設計條件如下： 工作介質(zhì)：原油 塔徑：4500mm 工作參數(shù)：最高工作壓力 0.15MPa，最高工作溫度 360 開口及接管根據(jù)現(xiàn)場確定。 工作地點：武漢 查表得武漢“月平均最低氣溫”為-3.2，地震基本烈度為 7 度，基本風壓 0.30KN/m2。 2.22.2 塔高的確定塔高的確定 （1） 塔的頂部空間高度 塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭切線的距離。為了減少塔頂出 口氣體中夾帶的液體量，頂部空間高度取 ha=1500+1190=2690mm。 （2） 塔的底部空間高度 塔的底部空間高度是塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線處的距離。當進料系統(tǒng) 有 15 分鐘的緩沖時間容量時，釜液的停留時間可取 35 分鐘，否則須取 15 分鐘。 根據(jù)塔徑 4500mm，可取塔底部空間高度 5000mm。 （3） 塔的主體高度 根據(jù)塔的工藝計算表 “國內(nèi)某些煉油廠采用塔板數(shù)”表可決定本常壓石 油分餾塔的塔板數(shù)如下： 汽油-煤油段： 14 層 煤油-輕柴油： 14 層 輕柴油-重柴油： 10 層 重柴油-汽化段： 6 層 7 塔底汽提段： 6 層 全塔塔板數(shù) 50 層。塔盤之間的間距應主要考慮的因素有：霧沫夾帶、物料的起泡性、操 作彈性、安裝和維修的要求。此外，塔板間距與液泛密切相關，塔板間距越大，越不 易發(fā)生液泛。綜合考慮以上因素，結(jié)合塔板間距標準系列，可取塔板間距為 700mm。 為了檢修和安裝的方便，需要在塔板之間合適的位置處開設人孔，此處的兩塔板間距 取 800mm。進油口處空間高度取 4200mm。總計人孔數(shù)為 8 個 主體高度： 7005+1000+7007+900+7003+1000+7003+800+7005+900+7003+ 1000+7005+800+7005+800+1400+2400+7005=39700mm。 （4） 橢圓形封頭 根據(jù) JB/T4746-2002 ，選用 EHA450016Q345R 型號封頭。如圖 2-1。 圖 2-1 表 2.1 EHA 橢圓形封頭參數(shù) 公稱直徑 DN /mm 總深度 H/mm 內(nèi)表面積 A/mm2 容積 V/ mm3 直邊高度 h/mm 質(zhì)量 m/kg 4500116522.51612.5644402758.5 （5） 裙座的高度 裙座的高度是指從塔底封頭切線到基礎環(huán)之間的高度。 8 具體尺寸如下圖 2-2 所示，裙座的全部高度有 V 和 U 相加和得到。其中 U 由工藝 決定，在此常壓塔設計中可以取裙座總高為 4500mm。 圖 2-2 （6） 塔的總高度 H=1500+5000+39700+1165+4500=51865mm 塔設備的結(jié)構(gòu)簡圖，見下圖 2-3： 9 圖 2-3 2.32.3 塔盤選型與設計塔盤選型與設計 2.3.12.3.1 塔盤型式及設計塔盤型式及設計 選用的浮閥塔盤，這類塔盤的塔盤板開有閥孔，安裝了能在適當范圍內(nèi)上下浮動 的閥片，其形狀有圓形、條形、方形等。由于浮閥與塔盤板之間的流通面積能隨氣體 負荷的變動而自動調(diào)節(jié)，因而在較寬的 10 氣體負荷范圍內(nèi)，均能保持穩(wěn)定操作。氣體在塔盤板上以水平方向催促，氣液接觸時 間長，霧沫夾帶量少，液面落差也小。浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大，效率高， 塔板結(jié)構(gòu)及安裝較泡罩簡單因而重量輕，制造費用底的優(yōu)點。 浮閥是浮閥塔的氣液傳質(zhì)元件。目前國內(nèi)應用最為普遍的是 F1型浮閥。F1型浮閥 分為輕閥和重閥兩種，輕閥采用 1.5mm 薄板沖壓而成，質(zhì)量約為 25kg；重閥采用 2mm 薄板沖壓，質(zhì)量約為 33g。由于輕閥漏液較大，除真空操作時選用外，一般用重閥。 浮閥的閥片及閥腿是整體沖壓的，閥片的周圍還沖有三個下彎的小定距片。在浮閥關 閉閥孔時，它能使浮閥與塔板間保留一小的間隙，一般約為 2.5mm，同時，小定距片 還能保證閥片停在塔板上與其他點接觸，避免閥片粘在塔板上而無法上浮。閥片四周 向下傾斜，且有銳邊，增加了氣體進入液層的湍動作用，有利于氣液傳質(zhì)。浮閥的最 大開度有閥腿的高度決定，一般為 12.5mm。 表 2.2 F1型浮閥的基本參數(shù) 標記 L閥片厚度閥片重量 （g） 塔盤板厚 SH 材質(zhì) F1Q-3B1.5324.811151Cr18Ni9Ti 浮閥數(shù)：N=Vs/ (uo/4*do*do)=146 浮閥的排列：浮閥以三角形排列為好，各排浮閥垂直于液流方向，使氣液兩相均勻接 觸。對分塊式塔盤，由于塔盤板分塊的寬度是統(tǒng)一的，所以采用等腰三角形排列。在 垂直于液流的方向上，浮閥的中心距 t 固定不變，一般定位 75mm。等腰三角形的高為 100mm。在排列浮閥時，還應注意外圍浮閥與塔壁和堰之間保留相當?shù)木嚯x，以利于 安裝和操作，則我們?nèi)?80mm。分塊式塔盤外圍浮閥的中心與進口堰、溢流堰的距離， 一般為 100mm。 溢流堰高度 hw = hT + hr + h + hss 其中：hT=30mm，泡罩底隙； hr =20mm，泡罩帽緣圈高度； h =30mm，齒縫高度； 11 hss =20mm，靜液封高度。 故 hw =100mm，取每塊存留介質(zhì)高 120mm。 2.3.22.3.2 塔盤的結(jié)構(gòu)設計塔盤的結(jié)構(gòu)設計 塔盤按結(jié)構(gòu)分為整塊式和分塊式兩種類型。由于塔徑大于 800mm，故采用分塊式 塔盤。直徑較大的板式塔，為便于制造、安裝、檢修，可將塔盤板分成數(shù)塊，通過人 孔送入塔內(nèi)，裝在焊于塔體內(nèi)壁的塔盤支撐件上。選用自伸梁式。選擇具有可調(diào)節(jié)堰、 可拆降液板、自伸梁式塔盤板的單流塔結(jié)構(gòu)。 2.3.32.3.3 塔盤板塔盤板 （1）用自伸梁式。 （2）塔盤板的分塊 矩形塔盤板用于塔盤中間部分，端部取 3 個卡子。 弧形塔盤板及切角矩形塔盤板用于塔壁附件。 （3）塔盤板的結(jié)構(gòu)尺寸 塔盤板的支撐件，支撐圈、支撐板和降液板連接帶焊在塔內(nèi)壁上，用以支持塔盤 板和降液板。 表 2.3 塔盤直徑支持圈寬度支持板寬度厚度 2400mm60mm60mm10mm 塔盤板外沿與塔內(nèi)壁間隙為 35mm 與支持圈搭接的塔盤板外沿直徑 Dp=1800（1800*1%+20）=1762mm 塔盤板與支持圈連接處的緊固件取 120mm 塔盤板之間連接的緊固件間距為 180mm 塔盤板沖壓部分的尺寸 R=1.56=9 R1=6 自伸梁高度 L=485mm h1h2=5025 （4）支持件結(jié)構(gòu) 12 塔盤上的降液板及受液盤，有可拆結(jié)構(gòu)及焊接的固定結(jié)構(gòu)。固定結(jié)構(gòu)的降液板和 受液盤，與支持圈、支撐板一起，都焊在塔壁上，形成塔盤的固定件。 （5）排液孔 板式塔在停止操作時，塔盤、受液盤、封液盤等應均能自行排凈存液，否則就須 開設排液孔。在這些盤中開設一個直徑為 10mm 的排液孔。 （6）降液管及受液盤 降液管選用弓形降液管。 當降液面積占塔盤總面積的 12%以上時，應選用傾斜式降液管。它的下部截面為 上部截面的 56%，這樣可以擴大塔盤的有效面積。一般取傾斜降液板的傾斜角為 10。 可拆式弓形降液管是由焊在塔壁上的連接帶，以及可拆的降液板和緊固件裝配而成。 用 M10 螺栓緊固時，在降液板間的連接處均用直徑為 12mm 圓孔。在降液板與連接帶 的連接處，連接帶上用直徑為 12mm 圓孔，降液板上用 1438mm 的長圓孔，以便于安 裝、調(diào)整。 受液盤選用凹形受液盤。可拆式結(jié)構(gòu)的每個可拆卸零件均應能通過人孔。在受液 盤的下方設加強筋板，則凹形受液盤的深度為 80mm。 封液盤：在塔或塔段最低一層塔盤的降液管末端，應設封液盤，以保證降液管出 口處的液封。 入口堰：當出口堰頂高度大于降液管底邊時，在正對第一排氣液接觸元件的上游， 設置直徑 8mm 圓鋼或小型角鋼構(gòu)成入口堰。對于分塊式塔盤，入口堰分段地焊在分塊 的塔盤板上，與塔盤板組成一體。入口堰與塔盤板的連接，采用間斷焊或電阻點焊， 須注意防止塔盤板的焊接變形。 出口堰：與可拆式降液管配用的出口堰，可用角鋼或用鋼板彎成角鋼形狀，用緊 固件連接到塔盤支持件或降液板上。堰板的兩側(cè)用緊固件固定在降液板的連接帶上。 表 2.4 塔盤零件的最小厚度 材料塔盤板受液盤降液板 碳鋼 334 2.3.42.3.4 塔盤支撐梁的設計塔盤支撐梁的設計 當塔盤必須設置主梁時，應設法盡量減少主梁高度，以減少它對工藝操作的影響， 13 并要求在安裝時，人員能從梁底下通過。 2.3.52.3.5 塔盤的緊固件塔盤的緊固件 塔盤板之間的連接可用于螺紋連接緊固件，選上可拆連接型式。 塔盤板與支持板或支持圈的連接用于螺紋卡板緊固件?？ㄗ佑煽ò濉E圓墊板、 圓頭螺栓和螺母組成?？ò迮c圓頭螺栓焊成一個整體，點焊時應使螺栓尾部溝槽的方 向與卡板的長度方向平行，以辨別卡板的方位。當擰緊螺母時，通過橢圓墊板和卡板， 把塔盤板緊固在支持圈上。 2.42.4 附件設計附件設計 2.4.12.4.1 人孔人孔 人孔的設置應便于人員進入任何一層塔板。由于設置人孔處的塔板間距要增大， 且人孔設置過多會使制造時塔體的彎曲度難以達到要求。所以，每 5 個塔板之間設有 一個人孔。開設人孔處的兩層塔板中心距離為 800mm。 塔體上采用垂直吊蓋人孔。人孔法蘭的密封面型式及墊片用材，一般與塔的接管 法蘭相同。采用對焊法蘭人孔。人孔深入塔內(nèi)部分應與塔的內(nèi)壁修平，其邊緣須倒棱 或磨圓。設計人孔尺寸為 600mm。 2.4.22.4.2 接管接管 （1） 原油進料口 油氣體進口的結(jié)構(gòu)，要能防止液體淹沒氣體通道，并防止固體顆粒的沉淀。當塔 徑大于 1500mm 時，塔的氣體進口管的末端宜做成向下的喇叭形擴大口。進料口的工 程直徑為 600mm。伸出的長度為 300mm。其接管的上蓋板，下蓋板，襯板見施工圖。 表 2.2 彎管進料管 內(nèi)管 dg2S2外管 dg1S1 RH1 133463012400150 14 （2） 釜液出口 釜液從塔底出口管流出時，會形成一個向下的漩渦，使塔釜液面不穩(wěn)定，且能帶走氣 體。塔釜出口應設置防渦流擋板，見施工圖。 釜液出口管直徑選擇 600mm，伸出高度為 490mm。 引出孔的加強管上，一般應焊支撐板支撐。其結(jié)構(gòu)尺寸見圖 5-6。 裙座上應開設檢查孔，選長圓行的檢查孔，數(shù)量一個。 ri=225mm w=450mm 引出孔、檢查孔的加強管與裙座殼的連接應采用全焊透結(jié)構(gòu)。 （3） 液面計口 為了監(jiān)視、調(diào)整塔釜內(nèi)流量，塔釜上一定要設置液面計口。結(jié)合實際情況，根據(jù) HG/T21584，選擇磁性液面計，其適用于 DN=1.616.0MPa，溫度在4030，液 體密度大于等于 0.45g/cm，黏度小于 150MPaS 的液體，故符合要求。 液面計是用來觀察設備內(nèi)部液位變化的一種裝置，為設備操作提供依據(jù)。它的作 用是通過測量液位來確定容器中的物料的量，以保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)必須定量的物 料，并可以通過它來觀察連續(xù)生產(chǎn)過程是否正常，以便可靠地控制過程的進行。 液面計公稱直徑為 20mm，伸出高度 400mm，6 個液面計。 （4） 熱電偶 廣泛用在測量工業(yè)生產(chǎn)過程中 01800內(nèi)各種液體。蒸汽和氣體溫度作為溫度 測量和調(diào)節(jié)裝置的感溫元件。熱電偶的公稱直徑為 M252，伸出高度 400mm。 （5） 其他接管選型 a.塔頂氣體出口：700mm 720mm b.常頂循抽出口，常一中抽出口，常二返塔口，常二中抽出口：350mm 377mm c.常二中返塔口，常頂循返塔口，常一中返塔口：300mm 325mm d.常一線返回口，常二線抽出口，常三線抽出口，汽提蒸氣入口，浮球液位計： 250mm 273mm 15 e.常一線抽出口，常二線返塔口，安全閥：200mm 219mm f.常頂冷回流入口：150mm 159mm g.減壓過汽化油入口：100mm 108mm 2.4.32.4.3 管法蘭管法蘭 （1） 根據(jù)法蘭標準歐洲體系 HG20595-97 法蘭的選用，選擇帶頸對焊鋼制法蘭，采用 凹面連接型式。如圖 2-4。 圖 2-4 表 2.3 管法蘭尺寸表 管口 a.塔 頂氣 體出 口 e.安 全閥 門 g.液 面計 口 人孔 d.汽 提蒸 汽入 口 b.常 頂循 抽出 口 f.常 頂冷 回流 口 c常頂循返塔口 公稱直徑 700200100600250350150300 16 DN 管外徑 720219108630273377159325 法蘭外徑 D 910340220840405520285460 螺栓孔中 心圓直徑 K 840295180770355470240410 螺栓孔直 徑 L 36221836262622 26 螺栓孔數(shù) 量 n 241282012168 12 螺紋 Th M33M20M16M33M24M24M20M24 法蘭厚度 C 40242254263024 28 N760234140690288410350 S6.36.38 H1161616 法 蘭 頸 R128612101010 法蘭高度 H 55708255 法蘭重量 11.516.730.59.13 f254.54.554.554.5 4.5 f343.53.543.543.5 3.5 注：以上數(shù)據(jù)按照法蘭歐洲體系 HG20595-97 標準選取。 凹凸面安裝時易于對中，還能有效地防止墊片被擠出壓緊面，適用于公稱壓力小 于等于 6.4MPa 的容器法蘭和管法蘭。 接管的加固： 17 對于 DN 小于等于 25mm，伸出長度大于等于 150mm 以及 DN=3250mm，伸出長度 大于等于 200mm 的接管，應采用變徑管加固或設置筋板予以支撐。 接管伸長量： 根據(jù)標準 20583-1998，保溫層厚度為 100mm 時， 表 2.4 接管公稱直徑最小伸出長度 1050 150 70200 200 接管插入設備筒體中長度： 表 2.5 接管公稱直徑接管外徑接管插入的長度 3503628 1501592.5 50570.5 50051624 2002194.5 80891 20250 2502626.5 45046219.75 （2） 墊片選擇 墊片是螺栓法蘭連接的核心，密封效果的好壞主要取決于墊片的密封性能，選石 棉橡膠板墊片。 18 表 2.6 公稱直徑內(nèi)環(huán)內(nèi)徑 纏繞墊內(nèi) 徑 纏繞墊外 徑 外環(huán)外徑 纏繞墊厚 度 內(nèi)外環(huán)厚 度 3503703954254444.53 1501621741962184.53 5005215505866174.53 6006226506867344.53 2002132252512734.53 8086951151424.53 7007127407808044.53 2502672793073294.53 （3） 緊固件的選擇 根據(jù)標準 HG20613-97，密封面型式是凸面。 在公稱壓力小于等于 4.0MPa 非劇烈循環(huán)場合用雙頭螺柱 GB901-B 級材料 0Cr18Ni9 性能等級 8.8，螺母材料 0Cr18Ni9 性能等級 8。粗牙。 2.4.42.4.4 吊柱吊柱 對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對補充和更換填料，安裝和 拆卸內(nèi)件，是既方便又經(jīng)濟的一項設施。一般高度在 15m 以上的塔，都須設置吊柱。 吊柱設置方位應使吊柱中心線與人孔中心線間有合適的夾角，使人能站在平臺上 操縱手柄，讓經(jīng)過吊柱的垂直線可以轉(zhuǎn)到人孔附近。 吊柱立柱為 20無縫鋼管，其它各部件采用 A3。吊柱與塔連接的襯板應與塔體 的材料相同。 吊柱的結(jié)構(gòu)簡圖及尺寸見圖 2-5，表 2.7。 表 2.7 吊柱尺寸表 19 SLH Re質(zhì)量 kg標準圖號 160042501250 21912 935300120475HG/T21639-34 圖 2-5 吊柱的結(jié)構(gòu)型式 1.下支座；2.防雨罩；3.擋銷；4.上支座；5.止動插銷； 6.手把；7.吊桿；8.耳環(huán)；9.吊鉤；10.封板 2.4.52.4.5 操作平臺與梯子操作平臺與梯子 操作平臺的材料：平臺全為鋼結(jié)構(gòu)，材料一般為 Q 235-AF 操作平臺應設置在人孔、手孔、塔頂?shù)踔?、液面計等需要?jīng)常檢修和操作的地方。 操作平臺應布置得在檢修時不再需要另外設置腳手架和纜索。塔上每隔 5m 安裝一層 20 操作平臺，共 10 層，平臺寬 1.2m，單位質(zhì)量 150kg/ m2 ，包角 180。 平臺邊緣與塔壁之間應留出一定間隙，以便于進行設備的保溫、涂漆工作。有 保溫時，至保溫層表面的間隙為 50mm。支撐平臺的槽鋼梁一般應沿平臺外周圍等分安 排相鄰間距為 1000mm。平臺欄桿用直徑為 5mm 的黑鐵管制成。管端應予封閉，以防腐 蝕性氣體進入。欄桿高度 1000mm。當安裝標高在 15m 以上的平臺時，欄桿高度宜用 1.2m，中間還需用雙橫桿。欄桿的立柱許用牢固的型鋼制造，立柱間距 1000mm。 選擇籠式扶梯，籠梯相鄰護圈的間距為 1.2m。在平臺通道開口處以下的籠梯護圈， 應在平臺下 1000mm。 梯子自塔體、保溫層外表面的距離為 300mm。梯子最低一級踏步應高出地面 300mm。相鄰踏步的間距一般取 300mm。梯子的材料一般采用 Q 235-AF。高溫操作 的塔，連接板應與塔體完全焊透，焊縫應打磨光潔，以減少熱應力的影響。 2.4.62.4.6 保溫層保溫層 保溫層選擇微孔硅酸鈉，厚度是 100mm，保溫材料密度 300kg/m3。 保溫層延伸到裙座與塔體的連接焊縫以下 400mm 止，裙座其余部分不需保溫層。 塔內(nèi)原油易燃易爆，一旦發(fā)生火災，裙座會因為溫度變高而喪失強度，以致倒塌， 所以裙座需要防火。內(nèi)外側(cè)須敷有 50mm 的石棉水泥層。 2.4.72.4.7 裙座裙座 裙座高 4500mm。 由于裙座不直接與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此不受壓力容器 用材的限制?？蛇x用較經(jīng)濟的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。故也選用 Q345R。受力情況較好，且 塔徑較大，則不需要配置較多的地腳螺栓，選用圓筒形的地腳螺栓。 焊接采用對接接頭形式，裙座筒體外徑與封頭外徑相等，焊縫必須采用全焊透的 連續(xù)焊。 地腳螺栓的作用是高塔設備固定在混凝土基礎上，以防風彎矩或地震彎矩等使其 發(fā)生傾斜。由蓋板、墊板、筋板組成。蓋板可以分塊，需要時也可以連成環(huán)板。 21 第三章第三章 強度和穩(wěn)定性計算強度和穩(wěn)定性計算 3.13.1 材料的選擇材料的選擇 3.1.13.1.1 筒體和封頭材料的選擇筒體和封頭材料的選擇 在剛度或結(jié)構(gòu)設計為主的場合，應盡量選用普通碳素鋼。在以強度設計為主的場 合，應根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，選用 16MnR 系列的碳素鋼。由于容器設計 壓力為 0.15MPa，使用溫度為 360，故筒體和封頭都選用 16MnR 的鋼板。由于橢圓 形封頭吸取了半球形封頭受力好和蝶形封頭受力淺的優(yōu)點，且橢圓部分經(jīng)線曲率變化 平滑連續(xù)，應力分布比較均勻，所以選擇橢圓形封頭。 3.1.23.1.2 裙座材料的選擇裙座材料的選擇 裙座不直接與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此不受壓力容器用材 的限制?？蛇x用較經(jīng)濟的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。故也選用 16MnR。 3.1.33.1.3 接管的材料接管的材料 選用 Q235-B 作為補強圈的材料，部分接管用 20，法蘭選用 20。具體將在裝配圖 上注明。 22 3.23.2 厚度計算厚度計算 3.2.13.2.1 厚度計算過程步驟厚度計算過程步驟 安裝在室外的大型塔設備常壓裝置初餾塔，除受操作壓力作用外，還受設備 自身質(zhì)量引起的重力，地震、風載荷等的作用，而引起的軸向應力。從而可能使軸向 組合應力，大于設計壓力而引起的環(huán)向應力，而使設備因軸向應力過大而破壞。因此 我國 JBT47102005鋼制塔式容器規(guī)定對高度大于 10m，且高度與直徑之比大于 5 的裙座自支承塔式容器，按設計壓力計算確定塔殼的圓筒和封頭的有效厚度后，再 根據(jù)地震、風載荷的需要，并考慮制造、運輸、安裝的要求，設定一個不得小于按壓 力計算的圓筒有效厚度es，且es 應不小于 6mm。然后進行載荷計算，圓筒應力校 核和裙座計算，校核設定的e、es 是否合適，以確保塔式設備的環(huán)向、軸向強度和 穩(wěn)定性。 3.2.23.2.2 厚度計算厚度計算 主要有筒體、封頭、裙座殼的壁厚設計。 （1）圓筒和封頭壁厚設計 設計壓力 P=0.15MPa，設計溫度 t=360 筒體和封頭材料均選 16MnR，假設殼體厚度在 616mm 范圍內(nèi)。 查 GB1501998 中表 41 可得： t=140MPa，s=345MPa a.對于筒體： 考慮采用雙面對接焊，局部無損探傷，焊接接頭系數(shù)取 =0.85， 計算壓力 Pc=（P+P靜 ）=0.15MPa+10009.81（51.865-4.5）10-6 =0.615MPa 筒體計算厚度 0.615 4500 11.7 2 140 0.850.615 2 ci t c pD mm p 按 JBT4710-2005 鋼制壓力容器之規(guī)定，低合金鋼塔式容器在塔殼加工成型后有 效厚度最小為 = =9mm，加上腐蝕裕量，可取筒體名義厚度為 16mm， 2 1000 i D2 4500 1000 23 其中 C1=0，C2=2mm。 b.對于封頭： 封頭計算厚度：h= = =11.7mm 2 0.5 ci t c PDk P 0.615 4500 1 2 140 0.850.5 0.615 同樣可取封頭名義厚度為 16mm，其中 C1=0，C2=2mm。 （2）裙座殼厚度 取裙座殼有效厚度 14mm，其名義厚度為 16mm。 3.33.3 載荷計算載荷計算 3.3.13.3.1 質(zhì)量載荷質(zhì)量載荷 塔殼和裙座質(zhì)量 m01 =（4.53224.52）51.8657.85103 =92365.9kg 4 人孔、法蘭、接管等附屬件質(zhì)量 ma = 0.25 m01 = 0.2592365.9 =23091.5kg 內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 m02 = 4.525075 = 59610.9kg 4 保溫材料質(zhì)量 m03 = (4.73224.5322) （51.8654.5）300 = 20667kg 4 平臺、扶梯質(zhì)量 m04 = 4051.865+ (4.732+2.4)2 4.7322 4 15010=18838.4kg 180 360 取原油密度為 1.06103kg/m3， 操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量 m05 = 4.520.12106050 = 101100.2kg 4 24 充液質(zhì)量 mw = 4.52(51.8654.5)1000 =752925.9kg 4 塔器的操作質(zhì)量 m0 = m01 +m02 +m03 +m04 +m05 +ma =92365.9+59610.9+20667+18838.4+101100.2+23091.5 =315673.9kg 塔器的最大質(zhì)量 mmax = m01 +m02 +m03 +m04 +ma +mw =92365.9+59610.9+20667+18838.4+23091.5+752925.9 =967499.6kg 塔器的最小質(zhì)量 mmin = m01 +0.2m02 +m03 +m04 +ma =92365.9+0.262289.8+20667+18838.4+23091.5 =166885kg 將塔沿高度分為 10 段（如圖 3-1 所示） 。 25 336555005500550055005500 5500550055004500 51865 m 10 m 9 m 8 m 7 m 6 m 5 m 4 m 3 m 2 m 1 其質(zhì)量列于表 3-1 表 3-1 質(zhì)量 (kg) 12345678910 01a m +m10018 .3 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 7491. 5 02 m 0 1192. 2 59615961 9537. 6 8345. 4 9537. 6 8345. 4 8345. 4 2384. 4 26 03 m 1963. 5 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 1468. 2 04 m 180 3572. 8 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1811 05 m 0202210110101101617614154161761