過程裝備與控制工程催化裂化汽提塔畢業(yè)設(shè)計

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)催化裂化汽提塔結(jié)構(gòu)設(shè)計the design of fcc stripper structure學(xué) 院：機械工程學(xué)院 專業(yè)班級：過程裝備與控制工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：徐舒（副教授） 2013年6月畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要催化裂化汽提塔結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要：催化裂化汽提塔是化工設(shè)備生產(chǎn)中非常重要的裝置之一。主要用于煉油工業(yè)中。塔分為板式塔和填料塔。板式塔又分為浮閥塔、泡罩塔等等。汽提塔就是浮閥塔，而浮閥塔也是應(yīng)用比較廣泛的板式塔。在氣提段可將待生催化劑上的可揮發(fā)烴去除，以便可獲得較多的輕質(zhì)油，這樣的話，焦炭的產(chǎn)量也會降低。因為現(xiàn)在資源越來越緊缺，用于催化裂

2、化的原料的質(zhì)量越來越低。那么這經(jīng)對催化裂化汽提塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝要求越來越高。這將會降低資源的消耗，而且也保護了環(huán)境，避免受到污染。本文是對汽提塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了理論計算，確立了本塔的結(jié)構(gòu)要求，并對其中的一系列問題進行分析，得到了結(jié)果。本塔分別對裙座、筒體等等進行設(shè)計和校核，并對接管進行了補強設(shè)計。關(guān)鍵詞：催化裂化；汽提塔；結(jié)構(gòu)設(shè)計和工業(yè)要求畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要fcc stripper structure designabstract:. fcc stripper is one of very important device in the production of chemical e

3、quipment. mainly used in oil refining industry. the tower is divided into plate column and packed column. plate tower is divided into float valve tower, bubble cap tower and so on. the stripper is float valve tower, and the float valve tower is also widely used plate tower. in the stripping section

4、can be spent catalyst on the volatile hydrocarbons, in order to get more light oil, in this case, the coke yield will be reduced. because now more and more scarce resources, quality used in catalytic cracking raw materials more and more low. then the structure design and technology of fcc stripper o

5、f the increasingly high demand. this will reduce the consumption of resources, but also protect the environment, avoid pollution. this paper is the structure design of the stripper is calculated, the structure was established, and a series of problems in the analysis, obtained the result. the utilit

6、y model were design and check of the skirt, cylinder and so on, and take over the reinforcement design.keywords: catalytic cracking；stripper；structure design and industrial目 錄1引言12設(shè)計內(nèi)容22.1塔體設(shè)計參數(shù)22.2筒體設(shè)計部分22.2.1筒體分段22.2.2塔體厚度22.2.3容器質(zhì)量32.2.4自振周期42.2.5地震載荷和地震彎矩42.2.6風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩52.2.7最大彎矩計算62.2.8塔殼的強度與穩(wěn)定驗算

7、62.3 裙座驗算部分72.3.1裙座筒體穩(wěn)定驗算72.3.2基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計82.3.3地腳螺栓的選用92.3.4 裙座與塔殼連接焊縫驗算92.4 開孔補強計算102.4.1 管口b123接管102.4.2 管口c1234透氣管122.4.3 管口d-引出管152.4.4 管口e-出入孔162.4.5 管口f進料口182.4.6 塔體人孔202.5法蘭設(shè)計部分232.5.1墊片設(shè)計232.5.2螺栓設(shè)計252.5.3法蘭設(shè)計262.6塔頂?shù)踔脑O(shè)計292.6.1吊柱的選用292.6.2吊柱的方位、回轉(zhuǎn)半徑及安裝高度的確定292.7塔盤的設(shè)計292.7.1塔盤分類292.7.2塔盤板及其附件的最小厚

8、度292.7.3塔盤液流程數(shù)302.7.4分塊式塔盤的組裝結(jié)構(gòu)30結(jié)論31致謝32參考文獻331引言 本文將根據(jù)要求的設(shè)計參數(shù)對汽提塔的結(jié)構(gòu)作設(shè)計，主要包括以下七個部分： 1.筒體壁厚的計算：這部分計算主要根據(jù)gb150-1998 中的壁厚計算公式并結(jié)合工程實踐來計算整個塔身的壁厚，來為以后的設(shè)計做好準(zhǔn)備。 2.塔的分段及質(zhì)量的計算：在這過程中，首先要根據(jù)塔體的總高來分段，但是在分段過程中人孔必須包含在某段筒體中。本塔共分為7 段，其中裙座分成2 段，筒體分為5 段，并按照分段來計算出各段圓筒的操作質(zhì)量、最大和最小質(zhì)量。3.每段圓筒的受力分析：塔設(shè)備除了承受操作壓力、物料、內(nèi)件和自身重力外，一

9、般還承受風(fēng)載荷、地震載荷和偏心力。因此必須考慮風(fēng)載荷和地震載荷對塔的影響。在這一過程中，主要根據(jù)gb150-1998，把各段筒體的受力集中于該段中心處，并按公式計算出各段筒體的受力及彎矩，來確定塔體的危險截面。 4.殼體的強度和穩(wěn)定校核：這部分的計算依據(jù)為鋼制壓力容器設(shè)計指南，在此過程中，要對危險截面進行校核，并確定殼體是否滿足應(yīng)力要求。 5.裙座校核：這部分主要依據(jù)是gb150-1998、機械標(biāo)準(zhǔn)jb4710-92、鋼制壓力容器設(shè)計指南。這部分包括裙座驗算、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計、肋板設(shè)計、地腳螺栓的選用與筒體焊縫的驗算。在裙座驗算中，首先要確定裙座的危險截面，并對危險截面進行校核。在基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計中，根據(jù)

10、經(jīng)驗公式來假設(shè)其內(nèi)外徑，再對其進行壓應(yīng)力的校核，如果不滿足要求，則重新確定內(nèi)外徑，直到滿足要求為止。在選用地腳螺栓時，要根據(jù)計算出的00 截面的彎矩來確定地腳螺栓所承受的最大拉應(yīng)力，再根據(jù)選用材料來確定螺栓螺紋小徑，最后按標(biāo)準(zhǔn)來選取螺栓。在焊縫驗算中則依據(jù)筒節(jié)的受力分析來計算危險截面的彎矩及該截面以上的質(zhì)量對截面焊縫進行應(yīng)力分析，確保其滿足應(yīng)力要求。 6.接管的開孔補強：這部分設(shè)計主要依據(jù)是國標(biāo)gb150-1998。塔的接管一般較多，但并非每一個開孔都需要補強。所以在計算之前，應(yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對每個接管進行計算，如果需要補強，則確定開孔所需補強面積，再根據(jù)接管布置確定其有效補強范圍和面積，最后計算

11、出補強的面積并設(shè)計補強圈。 7.法蘭的設(shè)計：這部分計算依據(jù)為國標(biāo)gb150-1998 和鋼制壓力容器設(shè)計指南。本塔的法蘭主要是管法蘭，而且都為標(biāo)準(zhǔn)件。因此，在計算中可任意選用一個法蘭，并對其進行計算復(fù)驗，計算包括墊片的設(shè)計、螺栓的設(shè)計、法蘭的設(shè)計。2.設(shè)計內(nèi)容1500*21000mm 板式塔設(shè)計條件： 設(shè)置地區(qū)條件：基本風(fēng)壓值：=600n/m2 ;地震烈度7 度；場地土類別：類；塔體自身條件：塔內(nèi)裝有8 層塔盤，塔盤上存留介質(zhì)高度100mm；介質(zhì)密度為（=800kg/m3）；布置兩個人孔和三個平臺，平臺寬1.2m，單位質(zhì)量150kg/ m2 , 塔體上每隔65000mm 設(shè)一個,包角180 度

12、.塔體外表面保溫層材料：巖棉， 厚度：120mm, 密度：300kg/m3 ;2.1塔體設(shè)計參數(shù)設(shè)計壓力：0.40mpa;設(shè)計溫度：400;腐蝕裕量：6mm;焊縫系數(shù)：0.85；塔體圓筒封頭材料：16mnr;厚度附加量取3.8mm;許用應(yīng)力=125mpa;裙座材料：q235-a；厚度附加量取2mm；許用應(yīng)力=77mpa;塔體與裙座對接焊接。2.2筒體設(shè)計部分2.2.1筒體分段全塔共分7 段；裙座分為2 段；筒體分為5 段；2.2.2塔體厚度(1)圓筒根據(jù)文獻1式(5-1)計算圓筒的厚度； 計算厚度： (2-1) 經(jīng)加厚度附加量并圓整，圓整的名義厚度取10mm按照文獻1第3.5.6條規(guī)定，圓筒最

13、小厚度為；其計算厚度較薄，故結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，取圓筒的名義厚度為10m. 有效厚度： (2-2)(2)橢圓形封頭計算封頭厚度： 計算厚度： (2-3)經(jīng)加厚度附加量并圓整，最后封頭取名義厚度為10mm.(3)裙座根據(jù)工程經(jīng)驗，一般參照塔體壁厚，取其相近或相同的厚度，故取名義厚度為16mm.2.2.3容器質(zhì)量(1)容器殼體(包括橢圓形封頭)、裙座的質(zhì)量 (2-4) (2)內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量(浮閥塔盤單位質(zhì)量為75kg/m3) (2-5)(3)保溫材料質(zhì)量 (2-6)(4) 平臺（單位質(zhì)量為150kg/m3）和扶梯（單位質(zhì)量為40kg/m3）質(zhì)量 (2-7) (5)操作時物料的質(zhì)量 (2-8)(6) 附件

14、質(zhì)量，按經(jīng)驗取 (2-9)(7) 容器內(nèi)充水質(zhì)量 (2-10) (8) 容器操作質(zhì)量 (2-11)(9) 容器的最大質(zhì)量 (2-12)(10) 容器的最小質(zhì)量 (2-13)(11) 列每段的操作質(zhì)量于下表2-2-1：表2-2-1 1 2 3 4 5 6 7 434.14 2155.24 1075.74 1075.74 1075.74 1075.74 1253.64續(xù)表 160.73 506.93 391.53 533.2 533.2 533.2 533.2 533.2 63.43 241.03 526.33 137.27 526.33 137.27 526.33 226 226 226 226

15、 226 108.5 538.8 268.9 268.9 268.9 268.9 313.7 5184.8 5184.8 5184.8 5184.8 5184.8 562.21 2891.21 2484.71 2095.61 2600.11 2557.21 3053.312.2.4 自振周期本塔近似的認(rèn)為是等徑等壁等厚的塔，自振周期按文獻1式計算： (2-14) 2.2.5 地震載荷和地震彎矩全塔分成7 段，將每段的質(zhì)量集中在各段的中心處。各段集中質(zhì)量的水平地震力列于表3-2-2：表3-2-2 1 2 3 4 5 6 7 526.21 2891.21 2484.71 2095.61 2600.

16、11 2557.21 3053.31 400 3420 7477.5 10352.5 1 6102.5 18977.5 21852.5 0.082 0.266 0.43 0.838 1.072 1.326 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 1.188 162.64 453.4 618.16 1494.72 1880.55 2777.4各計算截面的地震彎矩： (2-15) (2-16) (2-17)容器高徑比： (2-18)故應(yīng)考慮高振型的影響。參考文獻2p56 1.25 (2-19) 1.25 (2-2

17、0) 1.25 (2-21)2.2.6 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算風(fēng)載荷時，將全塔分成4 段，其中裙座分兩段，塔體分兩段，當(dāng)量直徑： (2-22)說明：塔體外徑保溫層厚度扶梯當(dāng)量寬度 操作平臺的附加寬度 參考文獻2p50 現(xiàn)將各段的參數(shù)列于表3-2-3 表3-2-3 1 800 600 0.7 1.05 0.78 2660 2.514 2 5240 600 0.7 1.14 0.78 2660 2.514 3 7187.5 600 0.7 1.25 0.78 2660 2.514 4 7187.5 600 0.7 1.22 0.78 2660 2.514 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，各計算截面的風(fēng)彎矩為： (2-23)

18、 (2-24) (2-25)2.2.7 最大彎矩計算 將各截面的最大彎矩應(yīng)由地震彎矩與0.25 倍的風(fēng)彎矩之和與風(fēng)彎矩進行比較： (2-26) (2-27) (2-28)故?。?即：最大彎矩由風(fēng)彎矩控制 2.2.8 塔殼的強度與穩(wěn)定驗算 將塔殼的危險界面的強度與穩(wěn)定驗算結(jié)果列于表3-2-4： 表3-2-4計算截面 截面計算截面以上的操作質(zhì)量 13606.58塔殼的有效厚度 7計算截面的橫截面積 32970計算截面的截面系數(shù) 1.24107最大彎矩 1.71108軸向許用壓應(yīng)力、(取小值) 130 125軸向許用拉應(yīng)力 138.8操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力 21.43操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力 3.74

19、續(xù)表最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 13.79軸向壓應(yīng)力 17.53軸向拉應(yīng)力 31.48 17.53130 31.48106.25驗算殼體滿足設(shè)計要求。2.3 裙座驗算部分2.3.1 裙座筒體穩(wěn)定驗算 裙座一般驗算兩個截面：底面和人孔或較大管線引出孔截面。前者是最大彎矩的截面，后者是裙座因開空而被削弱的截面，因此必須進行校核。裙座一般先選用圓形裙座，當(dāng)驗算不能滿足要求時，再根據(jù)情況改用錐形裙座或增加壁厚，直至滿足條件為止。00截面： (2-29)因b=130mpa,;故因為：驗算合格 (2-29) ，有23.28mpa130mpa驗算合格。截面裙座設(shè)置1個直徑450mm的檢查孔，水平方向的最大寬度，

20、取加強段長度，加強段厚度。根據(jù)文獻5式(11-37) (2-30) 根據(jù)文獻5式(11-39) (2-31) (2-32) (2-33)(其中，是1-1截面以上的操作質(zhì)量) (2-34)故驗算合格。2.3.2 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計假設(shè)基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)外徑為： (2-35)截面系數(shù)：（根據(jù)文獻6p240 設(shè)計過程） (2-36)截面面積： (2-37)作用在基礎(chǔ)環(huán)上的壓應(yīng)力為： (2-38) 該塔的基礎(chǔ)采用200#混凝土，其許用應(yīng)力取為9mpa（參考文獻4p241）。因為：0.815(mpa)50mm,故需另行考慮其補強。 （2）補強計算方法判別開孔直徑：本筒體開孔直徑，滿足計算方法適用條件，故可采用等面積法的

21、開孔補強方法進行計算。2.開孔所需補強面積 （1）封頭計算厚度 計算厚度： (2-47)說明 ：按標(biāo)準(zhǔn)封頭取=0.73。（2）開孔所需補強面積 開孔所需補強面積計算： (2-48) 3.有效補強范圍 （1） 有效寬度 有效補強寬度b確定： (2-49) (2-50)取兩者之大值，故(2)有效高度 a.外側(cè)有效高度確定： (2-51) 故：b.內(nèi)側(cè)有效高度確定： (2-52)故：4.有效補強面積 (1)封頭多余金屬面積 封頭有效厚度： 封頭多余金屬面積計算： (2-53) (2)接管多余金屬面積：接管計算厚度： (2-54)接管多余金屬面積計算： (2-55) (3)補強區(qū)內(nèi)焊縫面積（焊腳取9m

22、m） (2-56)(4)有效補強面積 (2-57)5.所需另行補強面積 (2-58)所得結(jié)果為負(fù)值,表示該孔無須另行補強,不過考慮到筒體受力及其他因素影響工程設(shè)計中往往也可以考慮設(shè)計補強圈，厚度可取殼體厚度。 故實取補強圈厚度為10mm。2.4.2 管口c1234透氣管(四個相同)設(shè)計條件： 設(shè)計壓力：p=0.40mpa 設(shè)計溫度：t=400 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：=1500mm; 名義厚度：=8mm; 中心設(shè)置.mm 的接管，開孔未通過焊縫。 厚度附加量： 殼體：=0.8mm; =3mm; c=+=3.8mm; 接管：=0.8mm; =3mm; c=+=3.8mm;接管外伸高度：；材料： 封頭：16

23、mnr；許用應(yīng)力； 接管：20鋼；許用應(yīng)力； 試進行開孔補強設(shè)計。 1.補強及補強方法判別 （1）補強判別 允許不另行補強的最大接管直徑為。本開孔,故需另行考慮其補強。 （2）補強計算方法判別開孔直徑： 本凸形封頭開孔直徑，滿足計算方法適用條件，故可采用等面積法的開孔補強計算方法進行計算。2.開孔所需補強面積 （1）筒體計算厚度 筒體計算厚度確定： (2)開孔所需補強面積 開孔所需補強面積計算： 3.有效補強范圍 （1）有效寬度 有效寬度b確定： 故：(2)有效高度 a. 外側(cè)有效高度確定： (實際外側(cè)高度)故： b. 內(nèi)側(cè)有效高度確定： (實際外側(cè)高度) 故：4.有效補強面積 （1）圓筒多余

24、金屬面積圓筒有效厚度： 圓筒多余金屬面積計算： (2) 接管多余金屬面積 接管計算厚度： 接管多金屬面積計算： (3)補強區(qū)焊縫面積（焊腳取8mm） (4)有效補強面積 5.所需另行補強面積 所得結(jié)果為負(fù)值,表示該孔無須另行補強,不過考慮到筒體受力及其他因素影響工程設(shè)計中往往也可以考慮設(shè)計補強圈，厚度可取殼體厚度。 所以實取補強圈厚度為10mm. 2.4.3 管口d-引出管設(shè)計條件： 設(shè)計壓力：p=0.40mpa 設(shè)計溫度：t=400 圓筒內(nèi)徑：=1500mm；名義厚度： =8mm；接管名義厚度： =10mm 設(shè)置接管，開孔未通過焊縫。 厚度附加量： 殼體：=0.8mm; =3mm; c=+=

25、0.8+3=3.8mm 接管：=0.8mm; =3mm; c=+=0.8+3=3.8mm 接管外伸高度： =75mm; =125mm 材料： 筒體：q235-a;許用應(yīng)力； 接管：20鋼；許用應(yīng)力； 取試進行開孔補強設(shè)計。 4.補強及補強方法判別（1）補強判別 允許不另行補強的最大接管直徑為。本開孔,故需另行考慮其補強。（2）補強計算方法判別開孔直徑：本筒體開孔直徑，滿足計算方法適用條件，故可采用等面積法的開孔補強方法進行計算。 2.開孔所需補強面積 （1）筒體計算厚度 筒體計算厚度確定： 計算厚度：（2）開孔所需補強面積 開孔所需補強面積計算： 3.有效補強范圍 （1）有效寬度 有效補強寬度確定： (2)接管金屬面積 (3)補強區(qū)內(nèi)焊縫面積（焊腳取6mm）(4)有效補強面積5.所需另行補強面積所得結(jié)果為負(fù)值,表示該孔無須另行補強,不過考慮到筒體受力及其他因素影響工程設(shè)計中往往也可以考慮設(shè)計補強圈，厚度可取殼體厚度。 所以實取補強圈厚度為10mm. 2.4.4 管口e-出入孔 設(shè)計條件： 設(shè)計壓力：p=0.40mpa 設(shè)計溫度：t=400 圓筒內(nèi)徑： =1500mm; 名義厚度：=8mm; 中心設(shè)置的接管，開孔未通過焊縫。 厚度附加量： 殼體：=0.8mm;=3mm; c= + =3.8mm; 接管： =0.8mm;=3mm; c=+=3.8mm; 接管