催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算

毕 业 设 计（论 文） 2009 年 5 月 31 日密 级 公开 学 号 050482 脱丁烷塔的结构设计及理论计算 院（系、部） ： 机械工程学院 姓 名： 师厚云 年 级： 2005 级 专 业： 过程装备与控制工程 指导教师： 孙学俭 教师职称： 教授 北京石油化工学院 学位论文电子版授权使用协议 论文催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、 文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系名称： 机械工程学院 作者签名： 师厚云 学 号： 050482 2009年 6 月 16 日 催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算 北 京 石 油 化 工 学 院 毕 业 设 计 （论 文）任 务 书 学院（系） 机械 专业 过程装备及控制 班级 过 05-3 学生姓名 师厚云 指导教师/职称 孙学俭/教授 一.毕业设计（论文）题目 催 化 裂 化 脱 丁 脘 塔 的 结 构 设 计 及 理 论 计 算 二.任务起止日期： 2009 年 2 月 16 日 至 2009 年 6 月 5 日 三.毕业设计（论文）的主要内容与要求 （含原始数据及应提交的成果） 1.基本参数要求 ： 1-1.设计压力 : 1.68 MPa ; 设计温度 : 223 C; 设计风压 : 638 N/m; 腐蚀裕量 : 4 mm ; 1-2.焊缝系数 : 1. 0; 保温厚度 : 100 mm ; 地震烈度 : 8 度 ; 1-3.场地土类别:11 类; 规范名称: GB1 50-1998 JB4730-94. 2.任务内容要求 ： 2-1 说明部分 : 编写开题报告一份 ; 翻译外文一份 : 查阅外文资料 ,译文不少于 2 万字符 ; 编写设计论文一份，其中包括： （ 1）设计目的及设计任务； （ 2）论文综述 : 查阅中外文有关文献和专利 ,综述相关内容 （ 3）脱丁烷塔整体结构设计说明； （ 4）脱丁烷塔整体和零部件结构设计与计算说明 ; （ 5）脱丁烷塔工艺流程说明 ; (6) 概述对脱丁烷塔的控制； (7) 初估总体价钱 ,进行经济分析。 2-2 计算部分 : (1) 脱丁烷塔整体强度校核计算 ;(2) 脱丁烷搭零部件计算 :地脚螺栓 ,塔盘结构 ,法兰 ,开孔与开孔补强等。 2-3 绘图部分 ： (1)计算机绘制脱丁烷搭结构图一张（ 0#） ; (2)手工绘制脱丁烷塔零部件图一张 (0#); (3) 机 绘制脱丁烷塔零部件图 2 张。 四.主要参考文献 (1) “塔器设计手册”; (2) GB150-1998 “钢制压力容器”国家标准; (3) “石油化工设备设计手册”;(4) 有关工艺流程计算. 催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算 五.进度计划及指导安排 第一阶段: 2 月 16 日3 月 8 日 1. 详细布置题目,要求学生全面了解毕业设计内容 ,查阅资料 , 确定脱丁烷塔工艺流程 ,制订设计步骤 ,定方案 ,编写开题报告。 2. 确定合适的译文内容 ., 译外文。阶段性上交开题报告及译文。 第二阶段: 3 月 9 日3 月 29 日 1. 查阅资料 ,详细设计计算。编写论文。 2. 对脱丁烷塔部件进行必要的几何及强度计算。编写论文。 第三阶段: 3 月 30 日5 月 10 日 1. 绘制脱丁烷塔结构图 , 手工绘图一张 , 机绘图一张 (0#) 。机绘制脱丁烷塔零部件图若干张。 2. 翻阅有关资料 ,概述对脱丁烷塔的控制。 3. 初估价钱 ,进行进行经济分析。 第四阶段: 5 月 11 日5 月 24 日 整理资料，编写论文，交毕业设计全部内容。 第五阶段: 5 月 25 日6 月 5 日 准备毕业答辩 毕业答辩 任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（部、系）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算 I 摘 要 催化裂化装置是炼油工业中很重要的装置。 塔设备就是该装置中最重要的设备之一。塔设备设计的好坏直接影响到炼油产品的质量和数量等。塔器按其内构件结构分为板式塔和填料塔两大类。常用的板式塔为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等。其中浮阀塔为较为先进的板式塔接触元件，应用广泛。本塔采用浮阀塔设计。塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔体底部向上穿过塔盘上的液体，进行传热传质，两相的浓度沿塔高呈阶梯状分布。本文对脱丁烷塔进行了结构设计和理论计算，并对其进行了经济分析。 关键词： 催化裂化，板式塔，理论计算，经济分析 催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算 II Abstract FCCU is important equipment in the petroleum chemical industry. The column is one of the most important equipment. The condition of the design directly affects the quality and quantity of refined oil products. According to the intramural structure, columns contain two kinds of Plate column and Filling column. The kinds of the Plate columns in common use are bubble cap column, sieve tray column, float valve column. Among them the sieve tray column is the more advanced components of the contact tray column, which is widely used. For this column, we chose the sieve tray column design. There are some tray sheets in the tower, the gas through the liquid of the tray sheets from the bottom of the column, to make heat and mass transfer. Their component concentration varies in the form of step-type. In this paper, we made the structural design, the theoretical calculation of the butane from tower and the economy analysis. Key words: FCC, Plate column, theoretical calculation, economy analysis 催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算 III 目 录 第一章 绪论 .1 1.1 催化裂化面临的问题 .1 1.2 国内外催化裂化装置概况 .1 1.2.1 国外概况 .1 1.2.2 国内概况 .2 1.3 塔的结构分类及特点 .2 1.4 塔器技术的发展与成就 .4 1.5 催化裂化脱丁烷塔的研究意义 .5 第二章 催化裂化脱丁烷塔的设计计算 .7 2.1 引言 .7 2.2 筒体设计部分 .8 2.2.1 筒体分段 .9 2.2.2 塔体厚度 .9 2.2.3 容器质量 .10 2.2.4 自震周期 .13 2.2.5 地震载荷和地震弯矩 .13 2.2.6 风载荷和风弯矩 .15 2.2.7 最大弯矩 .16 2.2.8 塔壳的强度与稳定计算 .16 2.3 裙座验算部分 .17 2.3.1 裙座筒体稳定验算 .17 2.3.2 基础环设计 .19 2.3.3 地脚螺栓的选用 .20 2.3.4 裙座与塔壳连接焊缝验算 .20 2.4 开口补强计算 .21 2.4.1 N1,N6 接管补强 .21 2.4.2 透气管开口补强 .24 2.4.3 引出管开口补强 .27 2.4.4 裙座出入孔开口补强 .29 2.4.5 N3开口补强 .32 2.4.6 R 接管开口补强 .35 2.4.7 N2开口补强 .39 2.4.8 N4开口补强 .42 2.4.9 塔体人孔开口补强 .45 2.5 法兰设计部分 .48 2.5.1 垫片设计 .50 2.5.2 螺栓设计 .52 2.5.3 法兰设计 .54 2.6 小结 .58 第三章 专题讨论 .59 3.1 对脱丁烷塔控制的概述 .59 3.2 对脱丁烷塔总体价值的初估 .60 第四章 结论 .62 催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算 IV 4.1 结论 .62 4.2 毕业设计小结 .62 参考文献 .63 致 谢 .65 声 明 .66 催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算 1第一章 绪论 1.1 催化裂化面临的问题 作为炼油厂的核心加工装置，催化裂化也面临着越来越多的挑战。不断严格的环保要求，主要是汽油规格的升级对烯烃和硫含量的要求以及烟气排放量的限制；对产品需求比例的变化，如市场对柴油需求比例和数量的增加，即所谓的柴油化趋势。这些都对现有的催化裂化装置与催化裂化的进一步发展形成很大的冲击。而且除了采用新型有效的降低催化裂化汽油和柴油的硫含量外， 还要考虑各种技术的费用问题。 我国催化裂化所面临的问题： （1）我国FCC单套平均能力小； （2）装置能耗高； （3）FCC 催化剂发展水平不高； （4）我国 FCC 装置开工周期短。 这也是我国与国外催化裂化技术的主要差距。催化裂化（FCC）是炼油企业获取经济效益的重要手段。尽管催化裂化技术已相对成熟，但仍是改质重瓦斯油和渣油的核心技术，尤其近年来在炼油效益低迷和环保法规日益严格的双重压力下，仍需不断开发与催化裂化相配套的新技术以迎接新的挑战。 基于我国原油资源特点和二次加工能力中 FCC 占绝对比重的现状，应提高 FCC 综合技术水平，缩小同先进水平的差距，与国外大公司竞争1。 1.2 国内外催化裂化装置概况 1.2.1 国外概况 据统计，目前全世界催化裂化装置共有 420 多套，总加工能力已达 6.36 亿 t/a左右，约占原油一次加工能力 37.2 亿 t/a 的 17%，居二次加工能力的首位。在发达国家中，催化裂化加工量和占原油加工量百分率最高的是美国， 1995 年分别为26420 万 t 和 34.41%。加工能力较高的国家还有日本、英国、加拿大和法国，占原油加工量分别为 15.37%、 25.85%、 20.56%和 19.98%。近年来，日本和西欧国家的催化裂化加工能力增长幅度较大， 尤其是日本， 1980 年加工能力为 1686 万 ta， 1995催化裂化脱丁烷塔的结构设计及理论计算 2年提高到 3740 万 ta， 15 年间增加了二倍多。 19801995 年国外主要炼油国家催化裂化加工能力发展概况见表 1。 1.2.2 国内概况 国内催化裂化装置能力不断提高据统计， 1982 年底我国共有 FCC 装置 39 套，总加工能力为 2269 万 ta， 到 1992 年全国 FCC 装置数量增加到 81 套，能力达到4898 万 ta， 十年间装置数量翻了一番多，加工能力增长 115%。近几年来，发展势头不减， 1994 年年底装置数量增加到近 100 套，装置总能力达到 5222 万 ta，使我国催化裂化加工能力跃居世界第二位2。 表 1 1980 1995 年国外主要炼油国家催化裂化加工能力 加工能力 /万 ta 占原有一次加工能力的百分率， % 国家 1980 1985 1993 1994 1995 1980 1985 1993 1994 1995 美国 23875 26700 26107 26622 26420 28.13 35.00 34.48 34.75 34.41 日本 1686 2400 3539 3639 3740 6.04 10.00 14.71 15.01 15.37 英国 972 1816 2375 2385 2440 7.40 20.00 25.45 25.51 25.85 加拿大 2375 1880 1957 1995 1900 21.80 21.00 20.82 33.59 20.56 法国 1010 1290 1700 1765 1780 6.00 13.00 18.27 19.96 19.98 意大利 1424 1360 1475 1447 147