常减压装置中常压塔设计.doc
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1、摘 要 塔设备是化工,石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。塔设备是大部分机械专业理论学习的重点设备,也是化工厂中常见的设备。随着石油,化工生产的迅速发展,塔设备在石油化工生产中投入所占的比例越来越大,占到大概百分之五十的比例。塔设备的性能,整个装置的产品产量,质量,生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护方面都有重要意义。因此选择沥青装置常压塔设计。 本文是以专业知识为基础,对六十万吨每年氧化沥青装置常压塔进行的设计计算,该塔可以在常压,一百五十摄氏度温度下工作。该塔设备为浮阀塔,优点是生产能力高,操作弹性大,气液流动阻力较小,塔板效率较高,但浮阀装卸清洗较困难,造价高,总体来讲综合性能较
2、好,可以在工业上得到普遍应用。塔设备的设计具有很强的综合性,尤其在塔的高度较高时,要注意考虑高振型以及横风向风振对塔设备的影响。当前板式塔应该以处理能力为第一目标,传质效率为第二目标,开发的重点集中在降液管结构改进,塔板空间合理利用,气液分散结构优化以及降低成本等方面的改进。 关键词: 常压塔;沥青装置;浮阀 Design of atmospheric towerAbstract Tower equipment in chemical, petrochemical and oil refining production is one of the most important equipmen
3、t .Tower equipment is key equipment which learned by most mechanical engineering, but also common equipment in chemical factory. With the rapid development of petroleum, chemical production, tower equipment in petrochemical production input accounted for an increasingly large proportion about fifty
4、percent. Performance, the entire device product yield, quality, production and consumption, and waste treatment and environmental protection of tower equipment has important significance. So asphalt unit atmospheric distillation tower design is the choice.This paper is based on the professional know
5、ledge as the basis, to design and calculate of six hundred thousand tons per year of asphalt oxidation device atmospheric tower, which at atmospheric pressure, one hundred and fifty degrees Celsius temperature. The tower equipment for the float valve tower, has the advantages of high production capa
6、city, high operating flexibility, which gas-liquid flow resistance is small and the plate efficiency is higher, but handling and cleaning float valve is more difficult and costs more, generally speaking, the float valve tower, which comprehensive performance is good, can be widely applied in industr
7、y. Tower equipment design has the very strong comprehensive, especially in the height of the tower is high, and paying attention to high vibration mode and crosswind vibration that has a influence on tower equipment is a must. The current tower should take to processing capacity as the first goal, t
8、he mass transfer efficiency as second goal, focus in improvement of structure of down comer plate, reasonable use in plate space, optimization of gas-liquid dispersion structure, cost reduction and other improvements.Keywords: atmospheric tower;device for asphalt;float valv目录 1.说明部分11.1 塔设备在化工生产中的作用
9、和地位11.2 设计概述11.3 对塔设备的要求21.4 塔设备的分类31.5 塔设备的构造31.6 板式塔的分类51.7 塔选型61.8 选材82.设计计算部分82.1 设计条件82.2 设备材料的选取,设计参数的确定82.3 筒体和封头的强度计算92.3.1 筒体厚度92.3.2 封头厚度92.3.3 水压试验校核92.4 塔器质量计算102.5 塔的自振周期计算112.6 地震载荷122.7 风载荷和风弯矩的计算152.7.1 顺风向风载荷计算152.7.2 横风向风载荷计算172.7.2.1 横风向风振判别172.7.2.2 横风向塔顶振幅182.7.2.3 塔体横风向弯矩182.7.
10、2.4 塔体顺风向弯矩202.7.3 塔体组合风弯矩222.8 最大弯矩232.9 圆筒应力校核242.10 裙座壳轴向应力的校核262.11 基础环设计282.12 地脚螺栓292.13 筋板292.14 盖板302.15 裙座与塔壳对接焊缝312.16 开孔和开孔补强设计313.结论36参考文献37谢辞38 1.说明部分1.1 塔设备在化工生产中的作用和地位 塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门,塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、量大。在化工和石油化工生产装置中,塔设备所耗的钢材重量在各类工艺设备中所占的比例
11、较多,例如在年产250万吨常压及减压炼油蒸馏装置中耗用的钢材重量占62.4%,年产60及120万吨催化裂化装置占48.9%。 塔设备的作用是使气(汽)液或液液两相之间进行充分接触,达到相际传热及传质的目的。塔设备可以为传质过程创造适宜的外界条件,除了维持一定的压强,温度规定的气液流量等工艺条件外,还可以从结构上保证气液充分的接触时间,接触空间和接触面积,以达到相际之间比较理想的传热和传质效果。塔设备广泛用于蒸馏吸收介吸萃取气体的洗涤增湿及冷却等单元操作中,它的操作性能的好坏,对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面,都有重大的影响。 随着石油,化工生产
12、的迅速发展,塔设备无论其投资费用还是所消耗的钢材重量,在整个过程设备中所占的比例都相当高,占到大概百分之五十的比例。塔设备的形式繁多,规模范围也很大,其大型化发展趋势有强度,刚度,流体均布等方面的问题;全负荷运转;大型塔设备的设计,制造,操作及维修等问题。塔设备的研究一直是工程界所关注的热点,其合理的造型及设计越来越受到关注和重视。1.2 设计概述塔设备的设计内容有: (1)结构设计:确定塔体结构;塔盘结构;溢流装置;紧固件及支持件;进出口接管结构;裙座及其他附件。 (2)机械设计:选择材料;计算塔体壁厚,裙座壁厚;计算地脚螺栓直径及数量等。 (3)工艺设计:计算理论塔板数;选择塔板效率并确定
13、实际塔板数;选取板间距并初步确定塔高;计算塔径。本设计是把工艺参数,尺寸作为已知条件,在满足工艺条件的前提下,对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算,并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行结构设计。 本设计为60万吨/年氧化沥青装置常压塔设计。设计条件:工作压力为常压,工作温度为150摄氏度,设计压力为0.11MPa,设计温度为180摄氏度。介质名称:原油;基本风压:450Pa;地震烈度:7度;保温材料厚度140mm。本塔设备为浮阀塔,塔板数量50块,塔高49.1米,塔体内径2000mm。 塔体圆筒与封头的材料都选用20R。设计过程中需要计算塔器质量,塔器自振周期,地震载荷及地震弯矩,并且考虑本
14、塔较薄弱的部分为计算截面。因为H比D大于15,且H大于30米,所以考虑高振型及横向风振。进行圆筒应力校核。裙座壳轴向应力校核。计算基础环厚度,选取地脚螺栓规格,校核筋板和盖板。验算裙座与塔壳对接焊缝。设计计算各个开孔和开孔补强。1.3 对塔设备的要求塔设备应满足特定的工艺条件,如温度、压力及耐腐蚀,并且为了满足工业生产的需要还应达到下列要求: (1)生产能力大,即气液处理量大。如一定塔径的塔设备在较大的气液负荷时,仍能保证该塔正常、有效地操作,则可减少传质设备的体积,使之更加的紧凑。 (2)气液两相充分接触,相际间传热面积大。只有在气液两相充分接触的情况下,相际的传质才能有效进行。作为塔设备,
15、应该具有尽可能大的两相接触面积,并使这些接触面积被充分利用,才可能得到较高的传质效率。 (3)操作稳定、操作弹性大。当塔设备的气相或液相负荷发生一定范围的变化或波动时,设备仍能正常有效地运行。 (4)阻力小。流体通过设备时阻力小,即流体的压降小,则可降低能耗,从而减少设备的操作费用。 (5)结构简单可靠,制造安装容易,维修方便,设备的投资及操作费用低。 (6)耐腐蚀,不易堵塞。 工业上应用多种塔型,任何一种塔型都难以达到上列各项要求,而是各具有一定的特点实际上,况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应根据物系性质和具体要求,抓住主要矛盾,进行选型。对于具体的应用
16、场合,也不是对上列等同要求,而是有所偏重。充分掌握各种塔型的特点,了解具体应用场合的要求,才能在满足多数要求的情况下,对塔型做出合理的选择。1.4 塔设备的分类 (1)按操作压力分:加压塔、常压塔、减压塔; (2)按单元操作分:精馏塔、吸收塔、解析塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等; (3)按内件结构分:板式塔、填料塔。1.5 塔设备的构造填料塔有整齐或乱堆的填料,如拉西环,填料为气液接触的基本元件。填料塔的操作特点是微分式接触,可以采用逆流或并流操作。板式塔是由多层塔盘组成,每层板装有不同类型的气液接触元件,如泡罩。板式塔的操作特点是气液逆流逐级接触。无论是填料塔还是板式塔,除了各种内件之外,均由
17、塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台等组成。 (1)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、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。 (2)支座:塔体支座是塔体与基础的连接结构。因为塔设备较高、重量较大,为保证其足够的强度及刚度,通常采用裙式支座。 (3)人孔及手孔:为满足安装、检修、检查塔体等需要,往往在塔体上设置人孔或手孔。不同的塔设备,人孔或手
18、孔的结构及位置等要求不同。 (4)接管:用于连接工艺管线,使塔设备与其他相关设备相连接,按其用途可分为进液管、出液管、回流管、进气出气管、侧线抽出管、取样管、仪表接管、液位计接管等。 (5)除沫器:用于捕集夹带在气流中的液滴。其工作性能的好坏对除沫效率、分离效果都具有较大的影响。 (6)吊柱:安装于塔顶,主要用于安装、检修时吊运塔内件。 板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备,由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收,有些类型(如筛板塔)也用于萃取,还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时(以气液系统为例),液体在重力作用下,由上层塔板的降液管流到下
19、层塔板的受液盘,然后横向流过塔板,从另一侧的降液管流到下层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的流动液层。;气体在压力差推动下,自下而上依次穿过各层塔板的升气道(泡罩、筛孔、浮阀等),分散成小股气流,鼓泡,通过各层塔板的液层。每块塔板上保持着一定深度的液层,气体通过塔板分散到液层中去,进行相际接触传质。在塔板上,气液两相必须保持充分而密切的接触,为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触面积,减小传质阻力。在塔中,尽量使两相呈逆流流动,以提供最大的传质推动力。气液两相逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化,在正常操作下,液相为连续相,气相为分散相。填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件
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