DN1500板式精餾塔設(shè)計含4張CAD圖
DN1500板式精餾塔設(shè)計含4張CAD圖,dn1500,板式,精餾塔,設(shè)計,cad
摘 要
塔設(shè)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(shè)備。塔設(shè)備的設(shè)計包括兩個部分：工藝設(shè)計和機械設(shè)計。機械設(shè)計部分要解決的問題，除了確定塔設(shè)備的各細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)外，更重要的就是要做各種校核工作，以保證設(shè)計完成的塔設(shè)備不僅能夠正常運轉(zhuǎn)，而且必須符合國家安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。其校核內(nèi)容主要包括：質(zhì)量載荷、地震載荷、風(fēng)載荷等，還包括強度及穩(wěn)定性校核。圖紙包括一張裝配圖和零件圖。
完成板式精餾塔成套裝置主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計是指壓力容器設(shè)計部分，即計算塔的壁厚，封頭的結(jié)構(gòu)及尺寸，精餾塔附件設(shè)計，接管設(shè)計等內(nèi)容。本設(shè)計采用連續(xù)精餾分離苯-氯苯二元混合物的方法。連續(xù)精餾塔在常壓下操作，被分離的由連續(xù)精餾塔中部進入塔內(nèi)，以一定得回流比由連續(xù)精餾塔的塔頂采出含量合格的產(chǎn)品，由塔底采出精餾塔。純度不低于99.8%，塔頂產(chǎn)品純度不低于98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。
高徑比很大的設(shè)備稱為塔器。塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：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。
在化工或煉油廠中，塔設(shè)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。據(jù)有關(guān)資料報道，塔設(shè)備的投資費用占整個工藝設(shè)備投資費用的較大比例。因此，塔設(shè)備的設(shè)計和研究，受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。輔助裝置及附件結(jié)構(gòu)設(shè)計:接管的設(shè)計與相關(guān)法蘭的選用、除沫器、人孔及其附件的設(shè)計。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項要求：
（1）生產(chǎn)能力大．在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。
（2）操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽）液負(fù)荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保證能長期連續(xù)操作。
（3）流體流動的阻力小。即流體通過塔設(shè)備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動力消耗，以及降低經(jīng)常操作費用。對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。
（4）結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費用。
（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。
事實上，對于現(xiàn)有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述所有要求，僅是在某些方面具有獨到之處。
全塔校核：包括塔體與封頭厚度的確定、塔設(shè)備質(zhì)量載荷及自振周期的計算、地震載荷與地震彎矩、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計算、圓筒軸向應(yīng)力和圓筒穩(wěn)定性校核、塔設(shè)備壓力試驗時的應(yīng)力和裙座軸向應(yīng)力的校核.
關(guān)鍵詞： 分塊式塔盤； 不等壁厚； 篩板塔
Abstract
Tower equipment is chemical, petrochemical and refining, pharmaceutical, environmental protection, and other industrial department is a kind of important unit operation equipment. The design of the tower equipment consists of two parts: the process design and mechanical design. Mechanical design part of problem to solve, in addition to determine the details of the tower equipment structure outside, more important is to do all kinds of work check, in order to ensure that the design of the tower equipment can not only finish the normal operation, and must comply with the national safety production standards. Check the content mainly includes: quality load, earthquake loads, the wind loading, etc, also including the strength and stability are checked. Drawings including a assembly drawing and drawing.This design adopts the continuous distillation separation of benzene - chlorobenzene binary mixture method.Continuous distillation operation under the atmospheric pressure, be the separation of benzene - chlorobenzene binary mixtures by continuous rectification tower into the tower, central to must reflux ratio by a continuous rectification column and the content at the top of the column can qualified benzene, chlorobenzene from the bottom.Benzene chlorobenzene purity is not less than 99.8%, the overhead product purity is not less than 98% (mass fraction).
Than a lot of height to diameter device called columns.Tower equipment is one of the most important equipment in the production of chemical industry, oil refining.It can be quickly (or steam) liquid or liquid liquid two phase of close contact between, achieve the goal of international mass transfer and heat transfer.Common, can be done in the middle of tower equipment unit operations: distillation, absorption, desorption and extraction and so on.In addition, the cooling and recycling of industrial gases, gas net system of wet and dry, and both have liquid from mass and heat transfer of humidification, dehumidification, etc.In chemical or oil refinery, the performance of tower equipment for the entire unit production of products quality production capacity and consumption quota, and the three wastes treatment and environmental protection, and other aspects have a significant impact.Therefore, design and research of tower equipment, has been heavily promoted by the chemical refining industries.
Complete body of complete set of equipment of the column plate structure design, structure design is the design of pressure vessels parts, namely calculation of the tower wall thickness, the head of the structure and size, design of the column accessories, and took over the design, etc.As tower equipment is mainly used in mass transfer process, you must quickly (steam) a good contact with liquid two phase, in order to obtain higher mass transfer efficiency.In addition, in order to meet the needs of industrial production, tower equipment, but also have to consider the following mass transfer efficiency.In addition, in order to meet the needs of industrial production, tower equipment must also consider the following requirements:
(1) the production capacity is big. In larger gas (vapor) fluid velocity, are still not happen a lot of smuggled with foam fog, such as block liquid or liquid flood damage phenomenon of normal operation.
(2) the operating stability and flexibility.When the tower equipment, gas (vapor) fluid load have larger fluctuation, can still be stable under the high mass transfer efficiency of operations.And tower equipment should guarantee the long-term continuous operation.
(3) the fluid flow resistance is small.The fluid pressure drop through the tower equipment.This will greatly save the power consumption in production, and often lower operating cost.For vacuum distillation operation, larger pressure drop also make the system can not maintain necessary vacuum degree.
(4) simple structure, small amount of material consumption, easy manufacture and installation.This can reduce the investment cost in the process of construction.
(5) the corrosion resistance and not easy blockage, convenient operation, adjustment and maintenance.
In fact, for any existing tower type, can fully meet the requirements of all of the above, only has the unique feature in some ways.
Auxiliary equipment and accessories structure design: take over the design and the related flange of selecting, except the foaming machine, manhole and its annex design.
The tower check: including tower body and the head of the thickness is sure, tower equipment quality load and natural vibration period of calculation, earthquake loads and seismic moment, the wind load and the wind bending moment calculation, cylinder axial stress and cylinder stability checking, tower pressure test equipment of stress and axial stress of skirt a check.
Key words: Block tray; Different wall thickness; Sieve panel tower
目 錄
第一章 概述 1
1.1 塔設(shè)備概論 1
1.2 常壓塔的工作原理及工藝曲線 1
第二章 板式精餾塔基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4
2.1設(shè)計條件 4
2.2.確定塔高 4
2.3 塔盤設(shè)計 6
2.3.1 塔盤形式及設(shè)計 6
2.3.2塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
2.3.3 塔盤板 6
2.4 附件設(shè)計 8
2.4.1 人孔 8
2.4.2 接管 9
2.4.3 管法蘭 10
2.4.4 吊柱 11
2.4.5 操作平臺與梯子 11
2.4.6 保溫層 12
2.4.7 裙座 12
第三章 精餾塔設(shè)備強度和穩(wěn)定性計算 13
3.1 材料的選擇 13
3.1.1 筒體和封頭材料的選擇 13
3.1.2 裙座材料的選擇 13
3.1.3 接管的材料 13
3.2 厚度計算 13
3.2.1 厚度計算過程步驟 13
3.2.2 厚度計算 14
3.3設(shè)備質(zhì)量載荷計算 14
3.3.1塔體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量m01 14
3.3.2塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量m02 15
3.3.3保溫層質(zhì)量m03 15
3.3.4平臺、扶梯質(zhì) 15
3.3.5塔體分段 16
3.4偏心質(zhì)量引起的偏心彎矩 16
3.5各種載荷引起的軸向應(yīng)力 16
3.5.1設(shè)計壓力引起的軸向應(yīng)力 16
3.5.2操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力 17
3.5.3最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 17
3.6塔體和裙座危險截面的強度和穩(wěn)定性校核 18
3.7塔體水壓試驗校核 19
3.8塔盤的機械計算 21
3.8.1塔盤的載荷 22
3.8.2塔盤構(gòu)件的允許撓度和許用應(yīng)力 22
3.8.3塔盤支承梁的設(shè)計 23
3.9地腳螺栓的設(shè)計 23
3.10 蓋板 24
第四章 開孔補強 25
4.1 補強的判據(jù) 25
4.2 對人孔和檢查孔進行補強 25
4.2.1補強計算方法判別 25
4.2.2開孔所需補強面積 26
4.2.3有效補強范圍 26
4.2.4有效補強面積 26
4.2.5有效補強范圍 27
4.3 對去再沸器入口進行補強 27
4.3.1補強計算方法判別 27
4.3.2開孔所需補強面積 27
4.3.3有效補強范圍 28
4.3.4有效補強面積 28
4.3.5有效補強范圍 29
4.4 再沸器返回口和塔頂氣項出口 29
4.4.1補強計算方法判別 29
4.4.2開孔所需補強面積 29
4.4.3有效補強范圍 29
4.4.4有效補強面積 30
4.4.5有效補強范圍 30
第五章 主要零部件的制造工藝 31
5.1 筒體制造 31
5.2 封頭 31
5.3 塔盤板制造 31
5.4 塔體及塔盤的制造技術(shù)條件的規(guī)定 32
總結(jié) 33
參考文獻 34
致 謝 35
第一章 概述
第一章 概述
1.1 塔設(shè)備概論
塔設(shè)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(shè)備。其表現(xiàn)的作用為實現(xiàn)液——液相或者氣（汽）——液相之間的接觸充分，以便達到傳質(zhì)及傳熱相際間進行的目的。常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等可在塔設(shè)備中完成的。另外，工業(yè)氣體的濕法凈制和干燥，冷卻與回收、傳熱的增濕、減濕以及兼有氣液兩相傳質(zhì)。
應(yīng)用面廣、量大在塔設(shè)備中，占整個工藝設(shè)備費用的比例較大的是其設(shè)備投資費用。在煉油廠和化工中，塔設(shè)備的性能對于整個裝置的生產(chǎn)能力和消耗定額、產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量以及三廢處理和環(huán)境保護等方面都影響重大。塔設(shè)備的設(shè)計和研究受到化工、煉油行業(yè)的極大重視。
除了要求滿足特定的工藝條件外，為了使塔設(shè)備能更有效、更經(jīng)濟地運行，還要滿足下列要求：
(1)充分接觸的氣液兩相，相際間傳熱面積大；
(2)氣液處理量大，生產(chǎn)能力大；
(3)操作彈性大，操作穩(wěn)定；
(4)壓降小，阻力?。?
(5)設(shè)備的投資及操作費用低，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、制造、維修方便；
(6)不易堵塞，耐腐蝕。
塔設(shè)備的分類：
(1)加壓塔、常壓塔及減壓塔三個操作壓力；
(2)有精餾塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔、干燥塔等單元操作；
(3)有填料塔、板式塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)。
1.2 常壓塔的工作原理及工藝曲線
用于化工生產(chǎn)中分離互溶液體混合物的典型單元操作是精餾，多級蒸餾是其實質(zhì)，在有一定的壓力下，通過互溶液體混合物各組分的飽和蒸汽壓或沸點的不同，從而汽化輕組分（沸點較低或飽和蒸汽壓較高的組分），經(jīng)多次部分氣相冷凝和液相汽化，使?jié)舛戎饾u升高包括氣相中的輕組分和液相中的重組分，進一步實現(xiàn)分離。精餾塔、再沸器、冷凝器、回流罐和輸送設(shè)備等是精餾過程的主要設(shè)備。以進料板為界的精餾塔，精餾段在上部，提留段在下部。進入精餾塔的一定溫度和壓力的料液，精餾段逐漸濃縮的是輕組分，全部冷凝進入回流罐是離開塔頂后，塔頂產(chǎn)品（也叫餾出液）是一部分，塔內(nèi)作為回流液是另一部分被送入。補充塔板上的輕組分是回流液的目的，保持穩(wěn)定塔板上的液體組分，從而連續(xù)穩(wěn)定地進行精餾操作。提留段中濃縮后的重組分，塔釜產(chǎn)品（也叫殘液）是一部分，經(jīng)再沸器加熱后送回塔中則為一部分，提供一定量連續(xù)上升的蒸氣氣流為精餾塔操作。
連續(xù)精餾和間歇精餾都為精餾操作，本設(shè)計的研究對象是連續(xù)精餾的過程。如下圖所示的連續(xù)精餾的流程裝置，操作過程為：經(jīng)過預(yù)熱加熱到一定溫度后的原料液，精餾塔中的進料板被進入，與自塔上部下降的回流液體匯合后料液在進料板上，通過逐板下流，最終會流入塔底的再沸器中，逐板的液體下降的同時，在每層塔板上它與上升的蒸汽相互接觸，同時進行質(zhì)量和能量的傳遞過程和部分汽化和部分冷凝。在操作的時候，塔底產(chǎn)品是連續(xù)從再沸器中取出的部分液體，產(chǎn)生上升蒸汽是部分液體汽化，塔內(nèi)出塔頂蒸汽進入冷凝器中被冷凝成液體，回流液體即為部分冷凝液用泵送回塔頂，作為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷卻器后其余部分被送出。
在塔設(shè)備的類別中，應(yīng)用最廣泛的目前是工業(yè)上的填料塔及板式塔，所以主要考慮這兩種類別。板式塔較填料塔而言其效率更高，相對穩(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。
板式塔是逐級接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備。塔板作為塔內(nèi)的基本構(gòu)件，氣體通過塔底向上，以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，氣液相接觸密切而進行的傳熱與傳質(zhì)，呈階梯式變化的兩相的組分濃度。
在塔板上采用的篩孔塔板簡稱為篩板，開有許多均勻的小孔在塔板上，在塔板上為正三角形排列的是篩孔。正常的條件下進行操作，篩孔上升的氣流，應(yīng)該能阻止經(jīng)篩孔向下而泄漏的液體。
a. 塔體
設(shè)備的外殼是塔體，常見的塔體由等厚度等直徑的圓筒及上下封頭組成。大型的塔設(shè)備，采用不等直徑、不等厚度的塔體為了節(jié)省材料。本文涉及到的是大型塔設(shè)備，因此采用的塔體為不等厚度、不等直徑的。通常安裝在室外的塔設(shè)備，塔體除了承受一定的溫度和操作壓力（內(nèi)壓或外壓）外，還需要考慮偏心載荷、地震載荷、風(fēng)載。除此之外還需滿足剛度及穩(wěn)定性要求在試壓、運輸及吊裝時的強度。
b. 支座
塔體與基礎(chǔ)的連接結(jié)構(gòu)是塔體支座。采用裙式支座因為該塔設(shè)備較高、重量較大，為保證其足夠的強度及剛度。
c. 人孔及手孔
本初餾塔體上設(shè)有人孔，為安裝、檢修、檢查等需要。
d. 接管
塔設(shè)備與其他相關(guān)設(shè)備相連接是為了連接工藝管線。本初餾塔的主要接管見草圖。
e. 吊柱
主要用于安裝、檢修時吊運塔內(nèi)件，安裝于塔頂。還有法蘭等其他結(jié)構(gòu)。
圖1-1 連續(xù)精餾裝置工藝流程圖
3
第二章 板式精餾塔基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計
第二章 板式精餾塔基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.1設(shè)計條件
(1)塔體內(nèi)徑Di=1500mm。
(2)設(shè)計壓力PC=0.40MPa，設(shè)計溫度t=130℃。
(3)設(shè)計地區(qū)：基本風(fēng)壓值q=350N/m2，地震設(shè)防烈度為度，場地土類:I類。
(4)塔內(nèi)裝有N=90層篩板塔，每塊塔盤上存留介質(zhì)層高度為hw=54mm
(5)沿塔高每9塊塔板左右開設(shè)一個人孔，人孔數(shù)為11個，相應(yīng)在手孔處安裝半圓形平臺11個，平臺寬度為B=900mm，高度是1000mm。
(6)塔外保溫層的厚度為，保溫材料密度為。
(7)塔體與裙座間懸掛一臺再沸器，其操作質(zhì)量為me=4000kg/m3。
(8)塔體與封頭的材料選用16MnR其中[σ]t=170MPa, [σ]=170MPa。
(9)塔體與封頭厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。
(10)塔板的漿液管Wd=224mm。
2.2.確定塔高
(1) 空間塔頂高度的確定
塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭切線的距離是塔的頂部空間高度。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，高度取1000mm對于頂部空間
(2) 空間塔底高度的確定
塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線處的距離是塔的底部空間高度。當(dāng)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3～5分鐘。本文取塔底部空間高度為2450mm。
(3) 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭
根據(jù)JB/T4737-95，選用DN1500×18-16MnRJB/T4737型號封頭作為封頭,如圖2-1,其參數(shù)如表2.1
圖2-1 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭
表2.1 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/m2
容積
V/ m3
直邊高度
h/mm
質(zhì)量
m/kg
1500
418
2.55
0.487
25
370
(5) 裙座的高度
裙座的高度是指從塔底封頭切線到基礎(chǔ)環(huán)之間的高度。裙座結(jié)構(gòu)簡圖如下圖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(shè)計中可以取裙座總高為3000mm。
圖 2-2 裙座結(jié)構(gòu)簡圖
(6) 塔的總高度
2.3 塔盤設(shè)計
2.3.1 塔盤形式及設(shè)計
選用篩板塔，篩板塔上通常劃分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等部分。有溢流堰和降液管的篩板塔，從上一層塔板經(jīng)降液管流下的液體，流過塔板的鼓泡區(qū)以橫向的方式，通過溢流堰從而進入降液管，然后流進下一層塔板。設(shè)溢流堰在塔板上，維持一定厚度的液層在板上。通過篩孔分散成細(xì)小的氣泡在上升氣流中，液層鼓泡而出在板上，從而使得汽液密切接觸進行傳質(zhì)。在操作正常的情況下，氣流速度是通過篩孔上升，能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄露的數(shù)值其大小應(yīng)達到。兩邊的弓形面積上不開篩孔在鼓泡區(qū)左右，分別是降液區(qū)和受液區(qū)。降液區(qū)內(nèi)設(shè)置溢流堰和降液管，是板上能維持一定厚度的液層并使溢出的液體流向下一塊塔板。
篩板塔的優(yōu)點是：簡單的結(jié)構(gòu)，方便的制造、低廉的造價，造價約為的泡罩塔，浮閥塔的；板上液面落差小，壓降??；泡罩塔高的生產(chǎn)能力及板效率。
溢流堰高度的篩板塔取。
2.3.2塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)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，所以選擇分塊式塔盤。為便于安裝、檢修、制造，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)壁的塔盤支撐件上對于直徑較大的板式塔。選擇自身梁式。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)。
2.3.3 塔盤板
本文采用自身梁式的分塊塔板
（1）分塊式塔板的流程
在分塊式塔板中，塔徑為800~2400mm時采用單流塔板，有本文塔徑為1500mm，所以，采用單流塔徑。從受液盤流入塔板的液體，橫過了整個塔板，溢流至降液管。這種結(jié)構(gòu)非常簡單的塔板，液體的流程比較長，非常有利的是對提高分離效率。分成數(shù)塊的塔板，分為兩塊式弓形板靠近塔壁處，其余的塔板塊則是矩形板。為了方便檢修，從矩形板中選擇一塊作為通道板。塔板劃分，與塔板的塊數(shù)與塔徑有關(guān)，按表2.2選取。中間必須有一塊通道板，不管塔板分為多少塊。
表2.2 塔板分塊數(shù)
塔徑/mm
800~1200
1400~1600
1800~2000
2200~2400
塔板分塊數(shù)
3
4
5
6
可知本文取的塔板分塊數(shù)位4塊。
（2）板塊
以能通過塔體人孔為限的塔板的最大寬度，還需要考慮的是，塔板開孔的均勻性和一定的互換性、結(jié)構(gòu)的強度。矩形塔板、通道板和弓形板合稱為塔板。
（3）塔盤板的結(jié)構(gòu)尺寸
支撐圈、支撐板、支撐件和降液板連接帶焊在塔內(nèi)壁上的塔盤板，是用以支持降液板和塔盤板。塔盤板的結(jié)構(gòu)尺寸見下表2.3.
表2.3 塔板結(jié)構(gòu)尺寸
塔盤直徑
支持圈寬度
支持板寬度
厚度
1500mm
50mm
50mm
10mm
（4）支持件結(jié)構(gòu)
塔盤上的降液板及受液盤，焊接的固定結(jié)構(gòu)及有可拆結(jié)構(gòu)。固定結(jié)構(gòu)的受液盤和降液板，與支撐板、支持圈一起，都在塔壁上焊接，塔盤的固定件從而形成。
（5）排液孔
塔盤、受液盤、封液盤等應(yīng)均能自行排凈存液在板式塔停止操作時，否則就須開設(shè)排液孔。在這些盤中開設(shè)一個直徑為8mm的排液孔。
（6）降液管及受液盤
降液管選用弓形降液管。當(dāng)降液面積占塔盤總面積的12%以上時，應(yīng)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14×38mm的長圓孔，以便于安裝、調(diào)整。受液盤選用凹形受液盤?？刹鹗浇Y(jié)構(gòu)的每個可拆卸零件均應(yīng)能通過人孔。在受液盤的下方設(shè)加強筋板，則凹形受液盤的深度為50mm。
封液盤：在塔或塔段最低一層塔盤的降液管末端，應(yīng)設(shè)封液盤，以保證降液管出口處的液封。
入口堰：高度大于降液管底邊時的出口堰頂，元件的上游與正對第一排氣液接觸時，以直徑8mm圓鋼或小型角鋼的設(shè)置構(gòu)成入口堰。入口堰分段地焊在分塊的塔盤板上，與塔盤板組成一體對于分塊式塔盤而言。采用間斷焊或電阻點焊，須注意防止塔盤板的焊接變形在入口堰與塔盤板的連接。
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對于可拆式降液管配用的出口堰。用緊固件固定在降液板的連接帶上對于堰板的兩側(cè)。塔盤零件的最小厚度見下表2.4.
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
3
3
3
（7）塔盤支承梁的設(shè)計
當(dāng)塔盤必須設(shè)置主梁時，應(yīng)設(shè)法將主梁高度盡量減少，從而減少對于工藝操作的影響，人員能從梁底下通過要求在安裝時間。
（8）塔盤緊固件的設(shè)計
螺紋連接緊固件適用于塔盤板之間的連接，連接型式為可拆型。螺紋卡板緊固件連接用于塔盤板與支持板或支持圈。由橢圓墊板、圓頭螺栓、卡板、和螺母組成卡子。一個整體為卡板與圓頭螺栓焊成，應(yīng)使螺栓尾部溝槽的方向與卡板的長度方向平行用于點焊時，卡板的方位用來辨別。通過把塔盤板緊固在支持圈上、橢圓墊板和卡板在擰緊螺母的時候。
2.4 附件設(shè)計
2.4.1 人孔
對于人孔的設(shè)置而言，應(yīng)該方便于人員進入塔板的任何一層。由于塔板間距要增大在人孔處的設(shè)置，并且如果人孔設(shè)置過多，會使塔體的彎曲度在制造時難以達到要求。因此，設(shè)有一個人孔在每9個塔板之間。開設(shè)人孔處兩層塔板中心距離為700mm。
塔體上采用垂直吊蓋人孔。密封面型式及墊片用材對于人孔法蘭而言，在一般情況下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(yīng)與塔的內(nèi)壁修平，其邊緣須倒棱或磨圓。設(shè)計人孔尺寸為Φ450mm。由HG21514-95選取回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔，凸面結(jié)構(gòu)。
2.4.2 接管
（1） 進料口
進料口的結(jié)構(gòu)，要能防止液體淹沒氣體通道。進料口的工程直徑為40mm。伸出的長度為150mm。其接管的上蓋板，下蓋板，襯板見施工圖。直進料管尺寸見下表2.5。
表2.5 直進料管
內(nèi)管dg2×S2
外管dg1×S1
H1
45×3.5
76×6
150
（2） 釜液出口
釜液從塔底出口管流出時，一個向下的漩渦被形成，因此使塔釜形成不穩(wěn)定的液面，氣體被帶走。應(yīng)設(shè)置防渦流擋板在塔釜出口處，釜液出口管直徑選擇20mm，伸出高度為150mm。引出孔的加強管上，一般應(yīng)焊支撐板支撐。裙座上應(yīng)開設(shè)檢查孔，選長圓行的檢查孔，數(shù)量2個。取DN450mm。引出孔、檢查孔的加強管與裙座殼的連接應(yīng)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(shè)置液面計口。結(jié)合實際情況，根據(jù)HG/T21584，液面計的選擇是磁性。
用來觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一種裝置是液面計，提供依據(jù)為設(shè)備操作。通過測量液位來確定容器中的物料的量是它的作用，生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)必須定量的物料得以保證，通過它來觀察是否正常的連續(xù)生產(chǎn)過程，可靠地過程的進行可以控制。液面計公稱直徑為25mm，伸出高度200mm，2個液面計。
（4）其他接管形式見下表2.6.
表2.6 其他接管形式
名稱
直徑DN/mm
d1×S1/mm
d2×S2/mm
H2/mm
安全閥
80
89×4
108×6
150
塔頂回流
100
108×4
133×6
200
再沸器返回
250
273×8
325×8
200
去再沸器入
350
377×10
426×10
200
溫度計入
25
32×3.5
57×5
150
壓力計入
80
89×4
108×6
150
遠(yuǎn)傳液位計入
80
89×4
108×6
150
排氣孔
80
89×4
108×6
150
2.4.3 管法蘭
（1）選擇帶頸對焊鋼制法蘭。如圖2-3。
圖2-3法蘭
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：對于DN小于等于25mm，伸出長度大于等于150mm以及DN=32～50mm，伸出長度大于等于200mm的接管，應(yīng)采用變徑管加固或設(shè)置筋板予以支撐。
接管伸長量：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HB20583-1998，保溫層厚度為100mm時，選取最小伸出長度見下表2-7。
表2.7 保溫層厚度
接管公稱直徑
最小伸出長度
10～50
150
70～200
200
接管插入設(shè)備筒體中長度,見下表2.8：
表2.8 接管插入設(shè)備筒體長度
接管公稱直徑
接管外徑
接管插入的長度
350
362
8
100
108
2.5
40
45
0.5
25
32
0.5
80
89
1
20
25
0
250
262
6.5
450
462
19.7
（2）緊固件的選擇
在公稱壓力小于等于4.0MPa非劇烈循環(huán)場合用雙頭螺GB901-B級材料0Cr18Ni9性能等級8.8，螺母材料0Cr18Ni9性能等級8。
2.4.4 吊柱
對于室外無框架較高的整體塔，設(shè)置吊柱在塔頂，對更換填料和補充，拆卸內(nèi)件和安裝，是一項既方便又經(jīng)濟的設(shè)施。塔的高度一般在15m以上的，都須要吊柱的設(shè)置。
吊柱中心線與人孔中心線間有合適的夾角要滿足吊柱設(shè)置方位，人站在平臺上操縱手柄，使經(jīng)過吊柱的垂直線可以轉(zhuǎn)到人孔附近。
為20＃的吊柱立柱無縫鋼管，采用A3其它各部件。塔體的材料與吊柱與塔連接的襯板應(yīng)該相同。
2.4.5 操作平臺與梯子
操作平臺應(yīng)設(shè)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(yīng)布置得在檢修時不再需要另外設(shè)置腳手架和纜索。塔上每隔5m安裝一層操作平臺，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(yīng)留出一定間隙，以便于進行設(shè)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(yīng)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(yīng)予封閉，以防腐蝕性氣體進入。欄桿高度1000mm。當(dāng)安裝標(biāo)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(yīng)在平臺下1000mm。梯子自塔體、保溫層外表面的距離為300mm。
2.4.6 保溫層
保溫層選擇微孔硅酸鈉，100mm的厚度，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。
易燃易爆的塔內(nèi)原油，一旦發(fā)生火災(zāi)，裙座會因為溫度變高而喪失強度，以致
2.4.7 裙座
裙座高3000mm。塔內(nèi)介質(zhì)不直接與裙座接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，壓力容器用材也不受限制?？蛇x用較經(jīng)濟的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。
焊接采用對接接頭形式，相等的是裙座的封頭外徑和筒體外徑，采全焊透焊縫。
為了方便制作，選用圓筒形的裙座。對直徑小又細(xì)高的塔來說,需要提高設(shè)備的穩(wěn)定性及基礎(chǔ)環(huán)支承面上的應(yīng)力與降低地腳螺栓，裙座采用圓錐形，1500mm是本文的塔徑，34.67為高徑比，裙座采用圓錐形。如2-4的結(jié)構(gòu)簡圖所示。
圖2-4裙座結(jié)構(gòu)
36
第三章 精餾塔設(shè)備強度和穩(wěn)定性計算
3.1 材料的選擇
3.1.1 筒體和封頭材料的選擇
在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計為主的場合，以普通碳素鋼的選擇為主。在以強度設(shè)計為主的場合，應(yīng)根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，選用16MnR系列的碳素鋼。設(shè)計容器的壓力為0.4MPa，130℃為使用溫度，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均勻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(yīng)力分布比較均勻，所以選擇橢圓形封頭。
3.1.2 裙座材料的選擇
由于D n=1.8m>1.0m,但是H/D n=29.7/1.8=16.5<30,所以選擇圓通型形裙座。
3.1.3 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。
3.2 厚度計算
3.2.1 厚度計算過程步驟
安裝在室外的大型塔設(shè)備——常壓裝置精餾塔，除受操作壓力作用外，還受設(shè)備自身質(zhì)量引起的重力，地震、風(fēng)載荷等的作用，軸向應(yīng)力從而被引起。軸向組合應(yīng)力有可能會大于設(shè)計壓力，從而會引起環(huán)向應(yīng)力，因軸向應(yīng)力過大而破壞設(shè)備。按照J(rèn)BT4710—2005《鋼制塔式容器》中的規(guī)定，對于高度大于10m且高度與直徑之比大于5的裙座自支承塔式容器，確定塔殼的圓筒和封頭的有效厚度后按設(shè)計壓力計算，根據(jù)風(fēng)載荷、地震的需要，考慮要求為制造、運輸、安裝，設(shè)定按壓力計算一個不得小于有效厚度的圓筒，不小于6mm。然后進行載荷計算，圓筒應(yīng)力校核和裙座計算，是否合適的校核設(shè)定的、，以此來確保軸向強度和穩(wěn)定性、塔式設(shè)備的環(huán)向。
3.2.2 厚度計算
（1）圓筒和封頭壁厚設(shè)計
設(shè)計壓力P=0.4MPa，設(shè)計溫度t=130℃，筒體和封頭材料均選16MnR，在GB150—1998中表4-1查看可得：
[σ]t=170MPa；[σ]=170MPa；σs=345MPa
（2）裙座殼厚度
取裙座殼有效厚度16mm，其名義厚度為18mm。
3.3設(shè)備質(zhì)量載荷計算
3.3.1塔體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量m01
（1）圓筒質(zhì)量
查《常用容器壓力設(shè)計手冊》表13-1.5有 mm，σ=14mm的圓筒每米質(zhì)量為519.4kg；mm，σ=18mm的圓筒每米質(zhì)量為669.6kg。
故m1=519.4×31.6+669.6×17=27796.24kg
（2）封頭質(zhì)量
查《常用容器壓力設(shè)計手冊》表13-5-2有DN=1500mm，直邊高度為40mm，曲面深度為400mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭質(zhì)量：當(dāng)，m=370kg；當(dāng)σ=14mm，m=285.9kg
則m2=370+285.9=655.9kg
（3）裙座質(zhì)量
m3=669.6×3=2008.8kg
故m0=27796.24+655.9+2008.8=30461kg
3.3.2塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量m02
查《化工容器及設(shè)備設(shè)計手冊》表16-1得篩板塔盤單位質(zhì)量65kg/m2
kg
3.3.3保溫層質(zhì)量m03
已知保溫材料密度為㎏∕，故通過以下計算可求得保溫層的質(zhì)量為
3.3.4平臺、扶梯質(zhì)m04
查《化工容器及設(shè)備設(shè)計手冊》表16-1平臺質(zhì)量為150kg/3，籠式扶梯質(zhì)量為40kg/m，籠式扶梯總高為51m，平臺數(shù)量為11，平臺寬度為900mm，高度為1000mm。則：
附件質(zhì)量為
因在塔釜安裝再沸器，產(chǎn)生偏心質(zhì)量。kg
3.3.5塔體分段
由風(fēng)壓高度變化系數(shù)隨高度的變化,將全塔分為十段,分段形式見，圖3-1。
圖3-1塔體分段
3.4偏心質(zhì)量引起的偏心彎矩
3.5各種載荷引起的軸向應(yīng)力
3.5.1設(shè)計壓力引起的軸向應(yīng)力
設(shè)計壓力引起的軸向應(yīng)力如下表3.1所示。
表3.1 壓力引起的軸向應(yīng)力
設(shè)計壓力引起的軸向應(yīng)力
計算公式
說明
3.5.2操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力
操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力如下表3.2所示。
表3.2 操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力
操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力
截面
計算公式
說明
0-0截面
令裙座壁厚
裙座有效壁厚
=
1-1截面
=80451-772=79679
2-2截面
=80451-772-3632=76047
A=
3.5.3最大彎矩引起的軸向應(yīng)力
最大彎矩引起的軸向應(yīng)力如下表3.3所示
表3.3 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力
最大彎矩引起的軸向應(yīng)力
截面
計算公式
說明
0-0截面
1-1截面
3.6塔體和裙座危險截面的強度和穩(wěn)定性校核
塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核和穩(wěn)定性校核,分別如下表3.4,3.5所示
表3.4 塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核
塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核
截面
計算公式
說明
0-0截面
1-1截面
2-2截面
表3.5 塔體與裙座的穩(wěn)定性校核
塔體與裙座的穩(wěn)定性校核
截面
計算公式
說明
0-0截面
B值計算：
1-1截面
2-2截面
3.7塔體水壓試驗校核
塔體水壓試驗應(yīng)力如下表3.6所示
表3.6 塔體水壓試驗應(yīng)力
計算公式
說明
試驗壓力和靜液柱引起的環(huán)向應(yīng)力
表3-7 水壓試驗時最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力
截面
計算公式
說明
0-0截面
令裙座壁厚
裙座有效壁厚
=154978
1-1截面
=154978-772=154206
2-2截面
=154978-772-3462=150744
A=
6-6截面
=154978-772-3462-8775-15059-15059-
15174=96677
A=
表3-8彎矩引起的軸向應(yīng)力
截面
計算公式
說明
0-0截面
1-1截面
2-2截面
6-6截面
塔體水壓試驗時的應(yīng)力校核如下表3.9所示
表3.9 塔體水壓試驗時的應(yīng)力校核
水壓試驗時的應(yīng)力校核
筒體環(huán)向應(yīng)力校核
最大組合軸向拉應(yīng)力校核
最大組合軸向壓應(yīng)力校核
3.8塔盤的機械計算
塔盤在操作時的撓度計算是復(fù)雜的.在載荷作用下,會使梁變形,塔盤變形,梁來支撐塔板,所以,疊加了總的變形量.除此以外，周邊支撐的塔盤板方式也是各不相同的,有變形規(guī)律.為了計算簡化,給定按靜載荷處理的適當(dāng)載荷進行假設(shè),當(dāng)作受均布載荷在操作過程中;檢修安裝時,近似看做為集中載荷是安裝人員及堆積物重量。機械計算關(guān)于塔盤,確定適宜尺寸的塔盤構(gòu)件,在操作條件下,能滿足撓度和應(yīng)力的要求;在條件的安裝下,應(yīng)力的要求得到滿足。
3.8.1塔盤的載荷
均布載荷取值關(guān)于塔盤,在設(shè)計時可參考。
（1）塔盤板設(shè)計載荷,應(yīng)取高于50mm溢流堰的液柱靜壓,并且的均布載荷計算。
（2）受液盤的設(shè)計載荷,應(yīng)取相應(yīng)板間距之半的液柱靜壓,且的均布載荷計算。
（3）側(cè)線出料盤和塔底液封盤的設(shè)計載荷,應(yīng)取實際盤深所產(chǎn)生的液柱靜壓,且的均布載荷計算。
梁的設(shè)計載荷,包括以下幾項.
（1）正常操作時塔盤上液體的重量，按上述的設(shè)計載荷計算，安裝檢修時再考慮進入塔內(nèi)的檢修人員重量。
（2）塔盤板及所屬構(gòu)件重量，檢修時還需考慮堆積物的重量。
（3）梁的自重。
3.8.2塔盤構(gòu)件的允許撓度和許用應(yīng)力
（1）塔盤板的允許撓度：
在國外對于塔盤板的允許撓度，有的塔徑規(guī)定為，由，則塔盤板允許撓度為
（2）在操作條件下梁的允許撓度
燕山設(shè)計院編寫的<<化工設(shè)備設(shè)計統(tǒng)一規(guī)定>>中指出梁在相應(yīng)均布載荷下的撓度，應(yīng)該小于跨度的，并且<5mm，梁的許用撓度在操作條件下為。
3.8.3塔盤支承梁的設(shè)計
當(dāng)塔盤必須設(shè)置主梁時，主梁高度應(yīng)盡量減少，對工藝操作的影響從而被減少，安裝時要求人員能通過從梁底。
最大高度的塔盤支承梁，4-15《塔設(shè)備》的表中，mm，則最大高度的支承梁為152mm。最大高度的塔盤支承梁取76mm。
3.9地腳螺栓的設(shè)計
地腳螺栓的設(shè)計見表3.10
表3.10 地腳螺栓的設(shè)計
計算式
說明
地腳螺栓的最大拉應(yīng)力
地腳螺栓根徑
選取地腳螺栓
由表16-13得M48螺栓根徑，則選用36個M48的地腳螺栓，滿足要求。
，取
為地腳螺栓根徑
n為地腳螺栓個數(shù)
3.10 蓋板
由于，則由表7-17可得常數(shù)，即；。
取蓋板的厚度為28mm。
第四章 開孔補強
第四章 開孔補強
4.1 補強的判據(jù)
安裝接管要在容器上開孔，器壁的強度被削弱，在連接殼體和接管處，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力在結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞時，帶來隱患為容器的安全操作。所以需要開孔補強。
幾種開孔補強的方法進行比較，由于母材為Q345R系列，以補強圈補強的方式，正處于最大應(yīng)力區(qū)域內(nèi)的接管的加厚部分，應(yīng)力集中系數(shù)能有效降低，補強的結(jié)構(gòu)簡單。補強效果比較好是因焊縫少，鍛件補強由于制造成本我們在此沒有必要考慮。而厚壁管補強我們也可以選用。
當(dāng)設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，而相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管工稱外徑小于或等于89mm時，只要接管最小厚度滿足要求，就可不另行補強。
可能需要另行補強的開孔為:
(1)人孔和檢查孔 DN=450，選用鋼管為
(2)去再沸器入口 DN=350，選用鋼管為
(3)再沸器返回口和塔頂氣項出口 DN=250，選用鋼管為
4.2 對人孔和檢查孔進行補強
選用鋼管為
4.2.1補強計算方法判別
開孔直徑，筒體開孔直徑d=460m，故可用等面積法進行開孔補強計算。
4.2.2開孔所需補強面積
強度削弱系數(shù)
接管有效厚度
開孔所需補強面積
4.2.3有效補強范圍
a. 有效寬度B
b．有效高度
外側(cè)有效
內(nèi)側(cè)有效
4.2.4有效補強面積
a. 封頭多余金屬面積
b. 接管多余金屬面積
接管計算厚度
c. 接管區(qū)焊接面積（焊腳取6.0mm）
d. 有效補強面積
4.2.5有效補強范圍
由,則其不需要補強.
4.3 對去再沸器入口進行補強
選用鋼管為
4.3.1補強計算方法判別
開孔直徑
本筒體開孔直徑,滿足等面積補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。
4.3.2開孔所需補強面積
強度削弱系數(shù)
接管有效厚度
開孔所需補強面積
4.3.3有效補強范圍
a. 有效寬度B
收藏