过程设备设计精馏塔Φ4500mm常压塔机械设计.doc
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1、摘 要 原油常压蒸馏作为原油加工的一次加工工艺,在原有加工流程中占有举足轻重的作用,其运行的好坏直接影响到整个原有加工的过程。而在蒸馏加工的过程中最重要的分离设备就是常压塔。因此,常压塔的设计好坏对能否获得高收益,搞品质的成品油油着直接的影响。 本次设计的常压塔是原油炼制工艺过程的中期塔设备。设计时要考虑实际要求,遵循塔设备的设计原则,要经历需求分析、目标界定、总体结构设计、零部件结构设计、参数设计和设计实施这几个过程。在这个不断决策的过程中,可供评估的方案越多、评估体系越完善,最终确定的设计方案就越理想。成功的过程设备设计最终必须综合平衡产品性能、成本和环境这三个方面的要求。 说明书反映了设
2、计的基本过程。第一章为概述,主要阐述了设计的背景和塔的基本知识;第二章是基本结构的设计,从整体和部分各环节进行了机械的设计和选型;第三章则对已设计的方案进行各种载荷的计算以及校核,校核合格才能证明设计方案的合理性;第四章对需要补强的开孔进行了补强设计;最后一章说明了主要零部件的制造工艺。 另外,绘制CAD图也是必要的。图纸亦是制造时的主要文件。绘制时必须严谨、尽量保持正确性。除了塔的整体装配图外,还绘制了四张零件图对其进行了补充,使表达更为清晰具体。 关键词:常压塔,生命周期,设计,校核,补强,装配图AbstractThe tower equipment is one kind of comm
3、on 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
4、 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 equipme
5、nt. 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 unceasi
6、ng 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 en
7、vironment. 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 an
8、d 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 th
9、e 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
10、 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目 录前 言I摘 要IIABSTRACTIII第一章 概 述11.1 塔设备概论11.2常压塔的工作原理及工艺路线21.3常压塔的主要结构4
11、第二章 初馏塔基本结构的设计62.1 设计条件62.2 塔高的确定62.3 塔盘选型与设计92.3.1 塔盘型式及设计92.3.2 塔盘的结构设计112.3.3 塔盘板112.3.4 塔盘支撑梁的设计122.3.5 塔盘的紧固件132.4 附件设计132.4.1 人孔132.4.2 接管132.4.3 管法兰152.4.4 吊柱182.4.5 操作平台与梯子192.4.6 保温层202.4.7 裙座20第三章 强度和稳定性计算213.1 材料的选择213.1.1 筒体和封头材料的选择213.1.2 裙座材料的选择213.1.3 接管的材料213.2 厚度计算213.2.1 厚度计算过程步骤21
12、3.2.2 厚度计算223.3 载荷计算233.3.1 质量载荷233.3.2 塔的自振周期计算263.3.3 地震载荷及地震弯矩计算263.3.4 风载荷和风弯矩计算303.3.5 最大弯矩333.4 校核计算343.4.1 圆筒应力校核343.4.2 裙座计算353.4.3 裙座与塔壳对接焊缝校核39第四章 开孔补强404.1 补强的判据404.2 对塔顶气体出口的补强(其内径均为700mm)424.2.1 补强计算方法判别424.2.2 开孔所需补强面积424.2.3 有效补强范围424.2.4 有效补强面积434.2.5 所需另行补强面积434.2.6 补强圈设计434.3 人孔,塔底
13、重油出口(DN600)444.3.1 补强计算方法判别444.3.2 开孔所需补强面积444.3.3 有效补强范围444.3.4 有效补强面积454.3.5 所需另行补强面积454.3.6 补强圈设计454.4 常顶循抽出口,常一中抽出口,常二线返塔口,常二中抽出口(DN350)464.4.1 补强计算方法判别464.4.2 开孔所需补强面积464.4.3 有效补强范围464.4.4 有效补强面积474.4.5 所需另行补强面积474.4.6 补强圈设计484.5常二中返塔口,常顶循返塔口,常一中返塔口(DN300)484.5.1 补强计算方法判别484.5.2 开孔所需补强面积484.5.3
14、 有效补强范围484.5.4 有效补强面积494.5.5 所需另行补强面积504.5.6 补强圈设计504.6常一线返回口,常二线抽出口,常三线抽出口,汽提蒸汽入口,浮球液位计口(DN250)504.6.1 补强计算方法判别504.6.2 开孔所需补强面积504.6.3 有效补强范围514.6.4 有效补强面积514.6.5 所需另行补强面积524.6.6 补强圈设计524.7常一线抽出口,常三线返塔口,安全阀 (DN200)524.7.1 补强计算方法判别524.7.2 开孔所需补强面积534.7.3 有效补强范围534.7.4 有效补强面积534.7.5 所需另行补强面积544.7.6 补
15、强圈设计544.8常顶冷回流入口 (DN150)544.8.1 补强计算方法判别544.8.2 开孔所需补强面积554.8.3 有效补强范围554.8.4 有效补强面积554.8.5 所需另行补强面积564.8.6 补强圈设计564.9减压过汽化油入口,热电偶口,压差液位计口,玻璃板液位计口 (DN100)574.9.1 补强计算方法判别574.9.2 开孔所需补强面积574.9.3 有效补强范围574.9.4 有效补强面积584.9.5 所需另行补强面积584.9.6 补强圈设计58第五章 主要零部件的制造工艺605.1 筒体制造601 原材料准备605.2 封头615.3 塔设备的制造61
16、5.4 塔体及塔盘的制造技术条件的规定62论文缩写63设计小结65致 谢66参考文献6768第一章 概 述1.1 塔设备概论塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。它的作用是实现气(汽)液相或液液相之间的充分接触,从而达到相际间进行传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。此外,工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。塔设备应用面广、量大,其设备投资费用占整个工艺设备费用的较大比例。在化工或炼油厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额以及三废处理
17、和环境保护等各个方面都有重大的影响。因此,塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。为了使塔设备能更有效、更经济地运行,除了要求它满足特定的工艺条件外,还应满足以下要求:1.气液两相充分接触,相际间传热面积大;2.生产能力大,即气液处理量大;3.操作稳定,操作弹性大;4.阻力小;5.结构简单,制造、安装、维修方便,设备的投资及操作费用低;6.耐腐蚀,不易堵塞。塔设备的分类:1.按操作压力分有加压塔、常压塔及减压塔;2.按单元操作分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等;3.按内件结构分有填料塔、板式塔。1.2常压塔的工作原理及工艺路线 从原油的处理过程来看,上述常减压蒸馏装置
18、分为原油初馏(预汽化)、常压蒸馏和减压蒸馏三部分,油料在每一部分都经历一次加热汽化冷凝过程,故称之为“三段汽化”。如从过程的原理来看,实际上只是常压蒸馏与减压蒸馏两部分,而常压蒸馏部分可采用单塔(仅用一个常压塔,不用初馏塔)流程或者用双塔(用初馏塔和常压塔)流程。 国内大型炼油厂的原油蒸馏装置多采用的典型三段汽化常减压蒸馏流程如图11所示。 在炼油工艺中,原油在蒸馏前必须进行严格的脱盐、脱水,脱盐后原油换热到230240进初馏塔(又称预汽化塔),塔顶出轻汽油馏分或重整原料。塔底为拔头原油经常压炉加热至360370进入常压分馏塔,塔顶出汽油。 本次设计的是常压塔,常压塔的基本结构和工作原理如下图
19、: 由图可知,在塔1中精馏段最下一板的液体全部流入提留段中(此部分液体量由于受进料汽化率的限制,流率不大甚至接近于零)。而其余各塔,则只有部分液相从精馏段流入自己的汽提塔中,剩余部分则作为下一塔的回流;另外,原料进入塔1时,是气,液两相的,而其余各塔的进料都是气相进料。塔1的进料组成一般不变,而其余各塔的进料组成则与其下面塔的操作情况有关。 在操作时各塔是相互联系的,所以分析某一个塔的操作时还需要同时分析其相邻的塔的操作情况,现以塔3为例进行分析,如果相邻的下一塔(塔2)塔顶产物的浓度发生变化,塔3的进料浓度也变化。根据二元精馏过程的分析可知,当两段的板数固定,回流比不变时,如进料浓度小,则塔
20、3的顶部及底部产品中,低沸点物均同时减少。上一塔(塔4)对塔3的影响主要通过两个方面,即回流量的大小和回流组成。回流量变化的影响可以二元精馏分析得到,回流组成的稍许变化对分离影响不大。1.3常压塔的主要结构 在塔设备的类别中,由于目前工业上应用最广泛的是填料塔及板式塔,所以主要考虑这两种类别。 考虑到设计条件,在初馏塔中介质原油的分离程度要求不高,成分复杂,而且板式塔较填料塔而言其效率更高,更稳定,液气比适用范围大,持液量较大,安装、检修更容易,造价更低,故选用板式塔更为合理。 板式塔是一种逐级(板)接触的气液传质设备。塔内以塔板作为基本构件,气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层,
21、使气液相密切接触而进行传质与传热,两相的组分浓度呈阶梯式变化。塔盘采用浮阀型式。因为浮阀塔在石油、化工、等工业部门应用最为广泛,具有优异的综合性能,在设计和选用时常作为首选的板式塔型式。板式初馏塔的总体结构见装配草图。由图可见,板式塔除了各种内件之外,主要由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台组成。a.塔体塔体即塔设备的外壳,常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒及上下封头组成。对于大型塔设备,为了节省材料也有采用不等直径、不等厚度的塔体。塔设备通常安装在室外,因而塔体除了承受一定的操作压力(内压或外压)、温度外,还要考虑风载、地震载荷、偏心载荷。此外还要满足在试压、运输及吊装
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- 过程 设备 设计 精馏塔 4500 mm 常压 机械设计
