精馏塔毕业设计说明书.doc

i 前前 言言 这次毕业设计是学生在大学期间的最后一次运用 4 年所学的知识，进行的一个综合 性设计。作为过程装备与控制工程专业的本科生，不仅需要牢固掌握基本的理论知识， 还要在设计，实践的过程中学会应用。正因为如此，认真地去做设计肯定对将来的工作 的一次练兵，为今后的发展起到铺垫作用。 课题题目是 4500mm 常压塔机械设计。工作介质是原油，地点武汉，最高工作温度 360，最高工作压力为 0.15mpa。此常压蒸馏塔应用于炼油工艺过程中期，是最常用的 一种单元设备之一。由于原油具有其独特性，因此在设计时也很有必要去注意一些实际 问题。 本设计说明书介绍了设计的主要过程,包括设计的思路。从材料的选取，结构参数设 计和选型，厚度计算，强度与稳定性校核，开孔补强设计，以及主要零部件的制造工艺 等，都有基本的叙述。为做到设计的正确性，合理性，就要严格按照设计原则进行，所 有数据必须经过查表和计算得到，同时要考虑实际中存在的问题，比如安装吊运、检修 等。考虑到设备和生产的经济性,设计中遵循最优原则,即在满足基本要求的前提下最大 限度地提高经济性和效率。此书是对整个设计过程的记录以及整合。全书分为五章,与装 配图紧密相连,互成整体。 这次设计工作是由陈世民同学在何家胜副教授的指导以及同学的帮助合作下完成的, 在此对提供过帮助的老师和同学表示谢意！但是由于设计者水平有限,肯定会有不妥甚至 错误之处,如有发现,请读者指正为谢! 编者 2010.06.01 ii 摘摘 要要 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 iii abstract the tower equipment is one kind of common 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 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 equipment. 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 unceasing 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 environment. 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 and 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 the 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 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 iv 目目 录录 前 言.i 摘 要ii abstract.iii 第一章 概 述.1 1.1 塔设备概论1 1.2 常压塔的工作原理及工艺路线 2 1.3 常压塔的主要结构 4 第二章 初馏塔基本结构的设计.6 2.1 设计条件6 2.2 塔高的确定6 2.3 塔盘选型与设计9 2.3.1 塔盘型式及设计9 2.3.2 塔盘的结构设计11 2.3.3 塔盘板11 2.3.4 塔盘支撑梁的设计12 2.3.5 塔盘的紧固件13 2.4 附件设计.13 2.4.1 人孔13 2.4.2 接管13 2.4.3 管法兰15 2.4.4 吊柱18 2.4.5 操作平台与梯子19 2.4.6 保温层20 2.4.7 裙座20 第三章 强度和稳定性计算21 3.1 材料的选择.21 3.1.1 筒体和封头材料的选择21 3.1.2 裙座材料的选择21 3.1.3 接管的材料21 3.2 厚度计算.21 3.2.1 厚度计算过程步骤21 3.2.2 厚度计算22 3.3 载荷计算.23 v 3.3.1 质量载荷23 3.3.2 塔的自振周期计算26 3.3.3 地震载荷及地震弯矩计算26 3.3.4 风载荷和风弯矩计算30 3.3.5 最大弯矩33 3.4 校核计算.34 3.4.1 圆筒应力校核34 3.4.2 裙座计算35 3.4.3 裙座与塔壳对接焊缝校核39 第四章 开孔补强40 4.1 补强的判据.40 4.2 对塔顶气体出口的补强（其内径均为 700mm）42 4.2.1 补强计算方法判别42 4.2.2 开孔所需补强面积42 4.2.3 有效补强范围42 4.2.4 有效补强面积43 4.2.5 所需另行补强面积43 4.2.6 补强圈设计43 4.3 人孔，塔底重油出口（dn600）44 4.3.1 补强计算方法判别44 4.3.2 开孔所需补强面积44 4.3.3 有效补强范围44 4.3.4 有效补强面积45 4.3.5 所需另行补强面积45 4.3.6 补强圈设计45 4.4 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）46 4.4.1 补强计算方法判别46 4.4.2 开孔所需补强面积46 4.4.3 有效补强范围46 4.4.4 有效补强面积47 4.4.5 所需另行补强面积47 4.4.6 补强圈设计48 4.5 常二中返塔口，常顶循返塔口，常一中返塔口（dn300） 48 4.5.1 补强计算方法判别48 4.5.2 开孔所需补强面积48 4.5.3 有效补强范围48 4.5.4 有效补强面积49 4.5.5 所需另行补强面积50 4.5.6 补强圈设计50 4.6 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) 50 4.6.1 补强计算方法判别50 4.6.2 开孔所需补强面积50 vi 4.6.3 有效补强范围51 4.6.4 有效补强面积51 4.6.5 所需另行补强面积52 4.6.6 补强圈设计52 4.7 常一线抽出口，常三线返塔口，安全阀 (dn200) .52 4.7.1 补强计算方法判别52 4.7.2 开孔所需补强面积53 4.7.3 有效补强范围53 4.7.4 有效补强面积53 4.7.5 所需另行补强面积54 4.7.6 补强圈设计54 4.8 常顶冷回流入口 (dn150) .54 4.8.1 补强计算方法判别54 4.8.2 开孔所需补强面积55 4.8.3 有效补强范围55 4.8.4 有效补强面积55 4.8.5 所需另行补强面积56 4.8.6 补强圈设计56 4.9 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) .57 4.9.1 补强计算方法判别57 4.9.2 开孔所需补强面积57 4.9.3 有效补强范围57 4.9.4 有效补强面积58 4.9.5 所需另行补强面积58 4.9.6 补强圈设计58 第五章 主要零部件的制造工艺60 5.1 筒体制造.60 1 原材料准备.60 5.2 封头.61 5.3 塔设备的制造.61 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67 1 第一章第一章 概概 述述 1.11.1 塔设备概论塔设备概论 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。 2 1.21.2 常压塔的工作原理及工艺路线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 1 1 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。 3 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： 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 4 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 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。 1.31.3 常压塔的主要结构常压塔的主要结构 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，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、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要 求。本设计中初馏塔为常压 0.15mpa，采用等直径等厚度型式。 b.支座 塔体支座是塔体与基础的连接结构。因为该塔设备较高、重量较大，为保证其足 够的强度及刚度，故采用裙式支座。 c.人孔及手孔 5 为安装、检修、检查等需要，本初馏塔体上设有人孔。 d.接管 用于连接工艺管线，使塔设备与其他相关设备相连接。本初馏塔的主要接管见草 图。 e.吊柱 安装于塔顶，主要用于安装、检修时吊运塔内件。此外，还有法兰等其他结构。 6 第二章第二章 初馏塔基本结构的设计初馏塔基本结构的设计 2.12.1 设计条件设计条件 已知给定设计条件如下： 工作介质：原油 塔径：4500mm 工作参数：最高工作压力 0.15mpa，最高工作温度 360 开口及接管根据现场确定。 工作地点：武汉 查表得武汉“月平均最低气温”为-3.2，地震基本烈度为 7 度，基本风压 0.30kn/m2。 2.22.2 塔高的确定塔高的确定 （1） 塔的顶部空间高度 塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。为了减少塔顶出 口气体中夹带的液体量，顶部空间高度取 ha=1500+1190=2690mm。 （2） 塔的底部空间高度 塔的底部空间高度是塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线处的距离。当进料系统 有 15 分钟的缓冲时间容量时，釜液的停留时间可取 35 分钟，否则须取 15 分钟。 根据塔径 4500mm，可取塔底部空间高度 5000mm。 （3） 塔的主体高度 根据塔的工艺计算表 “国内某些炼油厂采用塔板数”表可决定本常压石 油分馏塔的塔板数如下： 汽油-煤油段： 14 层 煤油-轻柴油： 14 层 轻柴油-重柴油： 10 层 重柴油-汽化段： 6 层 7 塔底汽提段： 6 层 全塔塔板数 50 层。塔盘之间的间距应主要考虑的因素有：雾沫夹带、物料的起泡性、操 作弹性、安装和维修的要求。此外，塔板间距与液泛密切相关，塔板间距越大，越不 易发生液泛。综合考虑以上因素，结合塔板间距标准系列，可取塔板间距为 700mm。 为了检修和安装的方便，需要在塔板之间合适的位置处开设人孔，此处的两塔板间距 取 800mm。进油口处空间高度取 4200mm。总计人孔数为 8 个 主体高度： 7005+1000+7007+900+7003+1000+7003+800+7005+900+7003+ 1000+7005+800+7005+800+1400+2400+7005=39700mm。 （4） 椭圆形封头 根据 jb/t4746-2002 ，选用 eha450016q345r 型号封头。如图 2-1。 图 2-1 表 2.1 eha 椭圆形封头参数 公称直径 dn /mm 总深度 h/mm 内表面积 a/mm2 容积 v/ mm3 直边高度 h/mm 质量 m/kg 4500116522.51612.5644402758.5 （5） 裙座的高度 裙座的高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度。 8 具体尺寸如下图 2-2 所示，裙座的全部高度有 v 和 u 相加和得到。其中 u 由工艺 决定，在此常压塔设计中可以取裙座总高为 4500mm。 图 2-2 （6） 塔的总高度 h=1500+5000+39700+1165+4500=51865mm 塔设备的结构简图，见下图 2-3： 9 图 2-3 2.32.3 塔盘选型与设计塔盘选型与设计 2.3.12.3.1 塔盘型式及设计塔盘型式及设计 选用的浮阀塔盘，这类塔盘的塔盘板开有阀孔，安装了能在适当范围内上下浮动 的阀片，其形状有圆形、条形、方形等。由于浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体 负荷的变动而自动调节，因而在较宽的 10 气体负荷范围内，均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向催促，气液接触时 间长，雾沫夹带量少，液面落差也小。浮阀具有生产能力大，操作弹性大，效率高， 塔板结构及安装较泡罩简单因而重量轻，制造费用底的优点。 浮阀是浮阀塔的气液传质元件。目前国内应用最为普遍的是 f1型浮阀。f1型浮阀 分为轻阀和重阀两种，轻阀采用 1.5mm 薄板冲压而成，质量约为 25kg；重阀采用 2mm 薄板冲压，质量约为 33g。由于轻阀漏液较大，除真空操作时选用外，一般用重阀。 浮阀的阀片及阀腿是整体冲压的，阀片的周围还冲有三个下弯的小定距片。在浮阀关 闭阀孔时，它能使浮阀与塔板间保留一小的间隙，一般约为 2.5mm，同时，小定距片 还能保证阀片停在塔板上与其他点接触，避免阀片粘在塔板上而无法上浮。阀片四周 向下倾斜，且有锐边，增加了气体进入液层的湍动作用，有利于气液传质。浮阀的最 大开度有阀腿的高度决定，一般为 12.5mm。 表 2.2 f1型浮阀的基本参数 标记 l阀片厚度阀片重量 （g） 塔盘板厚 sh 材质 f1q-3b1.5324.811151cr18ni9ti 浮阀数：n=vs/ (uo/4*do*do)=146 浮阀的排列：浮阀以三角形排列为好，各排浮阀垂直于液流方向，使气液两相均匀接 触。对分块式塔盘，由于塔盘板分块的宽度是统一的，所以采用等腰三角形排列。在 垂直于液流的方向上，浮阀的中心距 t 固定不变，一般定位 75mm。等腰三角形的高为 100mm。在排列浮阀时，还应注意外围浮阀与塔壁和堰之间保留相当的距离，以利于 安装和操作，则我们取 80mm。分块式塔盘外围浮阀的中心与进口堰、溢流堰的距离， 一般为 100mm。 溢流堰高度 hw = ht + hr + h + hss 其中：ht=30mm，泡罩底隙； hr =20mm，泡罩帽缘圈高度； h =30mm，齿缝高度； 11 hss =20mm，静液封高度。 故 hw =100mm，取每块存留介质高 120mm。 2.3.22.3.2 塔盘的结构设计塔盘的结构设计 塔盘按结构分为整块式和分块式两种类型。由于塔径大于 800mm，故采用分块式 塔盘。直径较大的板式塔，为便于制造、安装、检修，可将塔盘板分成数块，通过人 孔送入塔内，装在焊于塔体内壁的塔盘支撑件上。选用自伸梁式。选择具有可调节堰、 可拆降液板、自伸梁式塔盘板的单流塔结构。 2.3.32.3.3 塔盘板塔盘板 （1）用自伸梁式。 （2）塔盘板的分块 矩形塔盘板用于塔盘中间部分，端部取 3 个卡子。 弧形塔盘板及切角矩形塔盘板用于塔壁附件。 （3）塔盘板的结构尺寸 塔盘板的支撑件，支撑圈、支撑板和降液板连接带焊在塔内壁上，用以支持塔盘 板和降液板。 表 2.3 塔盘直径支持圈宽度支持板宽度厚度 2400mm60mm60mm10mm 塔盘板外沿与塔内壁间隙为 35mm 与支持圈搭接的塔盘板外沿直径 dp=1800（1800*1%+20）=1762mm 塔盘板与支持圈连接处的紧固件取 120mm 塔盘板之间连接的紧固件间距为 180mm 塔盘板冲压部分的尺寸 r=1.56=9 r1=6 自伸梁高度 l=485mm h1h2=5025 （4）支持件结构 12 塔盘上的降液板及受液盘，有可拆结构及焊接的固定结构。固定结构的降液板和 受液盘，与支持圈、支撑板一起，都焊在塔壁上，形成塔盘的固定件。 （5）排液孔 板式塔在停止操作时，塔盘、受液盘、封液盘等应均能自行排净存液，否则就须 开设排液孔。在这些盘中开设一个直径为 10mm 的排液孔。 （6）降液管及受液盘 降液管选用弓形降液管。 当降液面积占塔盘总面积的 12%以上时，应选用倾斜式降液管。它的下部截面为 上部截面的 56%，这样可以扩大塔盘的有效面积。一般取倾斜降液板的倾斜角为 10。 可拆式弓形降液管是由焊在塔壁上的连接带，以及可拆的降液板和紧固件装配而成。 用 m10 螺栓紧固时，在降液板间的连接处均用直径为 12mm 圆孔。在降液板与连接带 的连接处，连接带上用直径为 12mm 圆孔，降液板上用 1438mm 的长圆孔，以便于安 装、调整。 受液盘选用凹形受液盘。可拆式结构的每个可拆卸零件均应能通过人孔。在受液 盘的下方设加强筋板，则凹形受液盘的深度为 80mm。 封液盘：在塔或塔段最低一层塔盘的降液管末端，应设封液盘，以保证降液管出 口处的液封。 入口堰：当出口堰顶高度大于降液管底边时，在正对第一排气液接触元件的上游， 设置直径 8mm 圆钢或小型角钢构成入口堰。对于分块式塔盘，入口堰分段地焊在分块 的塔盘板上，与塔盘板组成一体。入口堰与塔盘板的连接，采用间断焊或电阻点焊， 须注意防止塔盘板的焊接变形。 出口堰：与可拆式降液管配用的出口堰，可用角钢或用钢板弯成角钢形状，用紧 固件连接到塔盘支持件或降液板上。堰板的两侧用紧固件固定在降液板的连接带上。 表 2.4 塔盘零件的最小厚度 材料塔盘板受液盘降液板 碳钢 334 2.3.42.3.4 塔盘支撑梁的设计塔盘支撑梁的设计 当塔盘必须设置主梁时，应设法尽量减少主梁高度，以减少它对工艺操作的影响， 13 并要求在安装时，人员能从梁底下通过。 2.3.52.3.5 塔盘的紧固件塔盘的紧固件 塔盘板之间的连接可用于螺纹连接紧固件，选上可拆连接型式。 塔盘板与支持板或支持圈的连接用于螺纹卡板紧固件。卡子由卡板、椭圆垫板、 圆头螺栓和螺母组成。卡板与圆头螺栓焊成一个整体，点焊时应使螺栓尾部沟槽的方 向与卡板的长度方向平行，以辨别卡板的方位。当拧紧螺母时，通过椭圆垫板和卡板， 把塔盘板紧固在支持圈上。 2.42.4 附件设计附件设计 2.4.12.4.1 人孔人孔 人孔的设置应便于人员进入任何一层塔板。由于设置人孔处的塔板间距要增大， 且人孔设置过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求。所以，每 5 个塔板之间设有 一个人孔。开设人孔处的两层塔板中心距离为 800mm。 塔体上采用垂直吊盖人孔。人孔法兰的密封面型式及垫片用材，一般与塔的接管 法兰相同。采用对焊法兰人孔。人孔深入塔内部分应与塔的内壁修平，其边缘须倒棱 或磨圆。设计人孔尺寸为 600mm。 2.4.22.4.2 接管接管 （1） 原油进料口 油气体进口的结构，要能防止液体淹没气体通道，并防止固体颗粒的沉淀。当塔 径大于 1500mm 时，塔的气体进口管的末端宜做成向下的喇叭形扩大口。进料口的工 程直径为 600mm。伸出的长度为 300mm。其接管的上盖板，下盖板，衬板见施工图。 表 2.2 弯管进料管 内管 dg2s2外管 dg1s1 rh1 133463012400150 14 （2） 釜液出口 釜液从塔底出口管流出时，会形成一个向下的漩涡，使塔釜液面不稳定，且能带走气 体。塔釜出口应设置防涡流挡板，见施工图。 釜液出口管直径选择 600mm，伸出高度为 490mm。 引出孔的加强管上，一般应焊支撑板支撑。其结构尺寸见图 5-6。 裙座上应开设检查孔，选长圆行的检查孔，数量一个。 ri=225mm w=450mm 引出孔、检查孔的加强管与裙座壳的连接应采用全焊透结构。 （3） 液面计口 为了监视、调整塔釜内流量，塔釜上一定要设置液面计口。结合实际情况，根据 hg/t21584，选择磁性液面计，其适用于 dn=1.616.0mpa，温度在4030，液 体密度大于等于 0.45g/cm，黏度小于 150mpas 的液体，故符合要求。 液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置，为设备操作提供依据。它的作 用是通过测量液位来确定容器中的物料的量，以保证生产过程中各环节必须定量的物 料，并可以通过它来观察连续生产过程是否正常，以便可靠地控制过程的进行。 液面计公称直径为 20mm，伸出高度 400mm，6 个液面计。 （4） 热电偶 广泛用在测量工业生产过程中 01800内各种液体。蒸汽和气体温度作为温度 测量和调节装置的感温元件。热电偶的公称直径为 m252，伸出高度 400mm。 （5） 其他接管选型 a.塔顶气体出口：700mm 720mm b.常顶循抽出口，常一中抽出口，常二返塔口，常二中抽出口：350mm 377mm c.常二中返塔口，常顶循返塔口，常一中返塔口：300mm 325mm d.常一线返回口，常二线抽出口，常三线抽出口，汽提蒸气入口，浮球液位计： 250mm 273mm 15 e.常一线抽出口，常二线返塔口，安全阀：200mm 219mm f.常顶冷回流入口：150mm 159mm g.减压过汽化油入口：100mm 108mm 2.4.32.4.3 管法兰管法兰 （1） 根据法兰标准欧洲体系 hg20595-97 法兰的选用，选择带颈对焊钢制法兰，采用 凹面连接型式。如图 2-4。 图 2-4 表 2.3 管法兰尺寸表 管口 a.塔 顶气 体出 口 e.安 全阀 门 g.液 面计 口 人孔 d.汽 提蒸 汽入 口 b.常 顶循 抽出 口 f.常 顶冷 回流 口 c常顶循返塔口 公称直径 700200100600250350150300 16 dn 管外径 720219108630273377159325 法兰外径 d 910340220840405520285460 螺栓孔中 心圆直径 k 840295180770355470240410 螺栓孔直 径 l 36221836262622 26 螺栓孔数 量 n 241282012168 12 螺纹 th m33m20m16m33m24m24m20m24 法兰厚度 c 40242254263024 28 n760234140690288410350 s6.36.38 h1161616 法 兰 颈 r128612101010 法兰高度 h 55708255 法兰重量 11.516.730.59.13 f254.54.554.554.5 4.5 f343.53.543.543.5 3.5 注：以上数据按照法兰欧洲体系 hg20595-97 标准选取。 凹凸面安装时易于对中，还能有效地防止垫片被挤出压紧面，适用于公称压力小 于等于 6.4mpa 的容器法兰和管法兰。 接管的加固： 17 对于 dn 小于等于 25mm，伸出长度大于等于 150mm 以及 dn=3250mm，伸出长度 大于等于 200mm 的接管，应采用变径管加固或设置筋板予以支撑。 接管伸长量： 根据标准 20583-1998，保温层厚度为 100mm 时， 表 2.4 接管公称直径最小伸出长度 1050 150 70200 200 接管插入设备筒体中长度： 表 2.5 接管公称直径接管外径接管插入的长度 3503628 1501592.5 50570.5 50051624 2002194.5 80891 20250 2502626.5 45046219.75 （2） 垫片选择 垫片是螺栓法兰连接的核心，密封效果的好坏主要取决于垫片的密封性能，选石 棉橡胶板垫片。 18 表 2.6 公称直径内环内径 缠绕垫内 径 缠绕垫外 径 外环外径 缠绕垫厚 度 内外环厚 度 3503703954254444.53 1501621741962184.53 5005215505866174.53 6006226506867344.53 2002132252512734.53 8086951151424.53 7007127407808044.53 2502672793073294.53 （3） 紧固件的选择 根据标准 hg20613-97，密封面型式是凸面。 在公称压力小于等于 4.0mpa 非剧烈循环场合用双头螺柱 gb901-b 级材料 0cr18ni9 性能等级 8.8，螺母材料 0cr18ni9 性能等级 8。粗牙。 2.4.42.4.4 吊柱吊柱 对于较高的室外无框架的整体塔，在塔顶设置吊柱，对补充和更换填料，安装和 拆卸内件，是既方便又经济的一项设施。一般高度在 15m 以上的塔，都须设置吊柱。 吊柱设置方位应使吊柱中心线与人孔中心线间有合适的夹角，使人能站在平台上 操纵手柄，让经过吊柱的垂直线可以转到人孔附近。 吊柱立柱为 20无缝钢管，其它各部件采用 a3。吊柱与塔连接的衬板应与塔体 的材料相同。 吊柱的结构简图及尺寸见图 2-5，表 2.7。 表 2.7 吊柱尺寸表 19 slh re质量 kg标准图号 160042501250 21912 935300120475hg/t21639-34 图 2-5 吊柱的结构型式 1.下支座；2.防雨罩；3.挡销；4.上支座；5.止动插销； 6.手把；7.吊杆；8.耳环；9.吊钩；10.封板 2.4.52.4.5 操作平台与梯子操作平台与梯子 操作平台的材料：平台全为钢结构，材料一般为 q 235-af 操作平台应设置在人孔、手孔、塔顶吊柱、液面计等需要经常检修和操作的地方。 操作平台应布置得在检修时不再需要另外设置脚手架和缆索。塔上每隔 5m 安装一层 20 操作平台，共 10 层，平台宽 1.2m，单位质量 150kg/ m2 ，包角 180。 平台边缘与塔壁之间应留出一定间隙，以便于进行设备的保温、涂漆工作。有 保温时，至保温层表面的间隙为 50mm。支撑平台的槽钢梁一般应沿平台外周围等分安 排相邻间距为 1000mm。平台栏杆用直径为 5mm 的黑铁管制成。管端应予封闭，以防腐 蚀性气体进入。栏杆高度 1000mm。当安装标高在 15m 以上的平台时，栏杆高度宜用 1.2m，中间还需用双横杆。栏杆的立柱许用牢固的型钢制造，立柱间距 1000mm。 选择笼式扶梯，笼梯相邻护圈的间距为 1.2m。在平台通道开口处以下的笼梯护圈， 应在平台下 1000mm。 梯子自塔体、保温层外表面的距离为 300mm。梯子最低一级踏步应高出地面 300mm。相邻踏步的间距一般取 300mm。梯子的材料一般采用 q 235-af。高温操作 的塔，连接板应与塔体完全焊透，焊缝应打磨光洁，以减少热应力的影响。 2.4.62.4.6 保温层保温层 保温层选择微孔硅酸钠，厚度是 100mm，保温材料密度 300kg/m3。 保温层延伸到裙座与塔体的连接焊缝以下 400mm 止，裙座其余部分不需保温层。 塔内原油易燃易爆，一旦发生火灾，裙座会因为温度变高而丧失强度，以致倒塌， 所以裙座需要防火。内外侧须敷有 50mm 的石棉水泥层。 2.4.72.4.7 裙座裙座 裙座高 4500mm。 由于裙座不直接与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器 用材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。故也选用 q345r。受力情况较好，且 塔径较大，则不需要配置较多的地脚螺栓，选用圆筒形的地脚螺栓。 焊接采用对接接头形式，裙座筒体外径与封头外径相等，焊缝必须采用全焊透的 连续焊。 地脚螺栓的作用是高塔设备固定在混凝土基础上，以防风弯矩或地震弯矩等使其 发生倾斜。由盖板、垫板、筋板组成。盖板可以分块，需要时也可以连成环板。 21 第三章第三章 强度和稳定性计算强度和稳定性计算 3.13.1 材料的选择材料的选择 3.1.13.1.1 筒体和封头材料的选择筒体和封头材料的选择 在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在以强度设计为主的场 合，应根据压力、温度、介质等使用限制，选用 16mnr 系列的碳素钢。由于容器设计 压力为 0.15mpa，使用温度为 360，故筒体和封头都选用 16mnr 的钢板。由于椭圆 形封头吸取了半球形封头受力好和蝶形封头受力浅的优点，且椭圆部分经线曲率变化 平滑连续，应力分布比较均匀，所以选择椭圆形封头。 3.1.23.1.2 裙座材料的选择裙座材料的选择 裙座不直接与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材 的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。故也选用 16mnr。 3.1.33.1.3 接管的材料接管的材料 选用 q235-b 作为补强圈的材料，部分接管用 20，法兰选用 20。具体将在装配图 上注明。 22 3.23.2 厚度计算厚度计算 3.2.13.2.1 厚度计算过程步骤厚度计算过程步骤 安装在室外的大型塔设备常压装置初馏塔，除受操作压力作用外，还受设备 自身质量引起的重力，地震、风载荷等的作用，而引起的轴向应力。从而可能使轴向 组合应力，大于设计压力而引起的环向应力，而使设备因轴向应力过大而破坏。因此 我国 jbt47102005钢制塔式容器规定对高度大于 10m，且高度与直径之比大于 5 的裙座自支承塔式容器，按设计压力计算确定塔壳的圆筒和封头的有效厚度后，再 根据地震、风载荷的需要，并考虑制造、运输、安装的要求，设定一个不得小于按压 力计算的圆筒有效厚度es，且es 应不小于 6mm。然后进行载荷计算，圆筒应力校 核和裙座计算，校核设定的e、es 是否合适，以确保塔式设备的环向、轴向强度和 稳定性。 3.2.23.2.2 厚度计算厚度计算 主要有筒体、封头、裙座壳的壁厚设计。 （1）圆筒和封头壁厚设计 设计压力 p=0.15mpa，设计温度 t=360 筒体和封头材料均选 16mnr，假设壳体厚度在 616mm 范围内。 查 gb1501998 中表 41 可得： t=140mpa，s=345mpa a.对于筒体： 考虑采用双面对接焊，局部无损探伤，焊接接头系数取 =0.85， 计算压力 pc=（p+p静 ）=0.15mpa+10009.81（51.865-4.5）10-6 =0.615mpa 筒体计算厚度 0.615 4500 11.7 2 140 0.850.615 2 ci t c pd mm p 按 jbt4710-2005 钢制压力容器之规定，低合金钢塔式容器在塔壳加工成型后有 效厚度最小为 = =9mm，加上腐蚀裕量，可取筒体名义厚度为 16mm， 2 1000 i d2 4500 1000 23 其中 c1=0，c2=2mm。 b.对于封头： 封头计算厚度：h= = =11.7mm 2 0.5 ci t c pdk p 0.615 4500 1 2 140 0.850.5 0.615 同样可取封头名义厚度为 16mm，其中 c1=0，c2=2mm。 （2）裙座壳厚度 取裙座壳有效厚度 14mm，其名义厚度为 16mm。 3.33.3 载荷计算载荷计算 3.3.13.3.1 质量载荷质量载荷 塔壳和裙座质量 m01 =（4.53224.52）51.8657.85103 =92365.9kg 4 人孔、法兰、接管等附属件质量 ma = 0.25 m01 = 0.2592365.9 =23091.5kg 内构件质量 m02 = 4.525075 = 59610.9kg 4 保温材料质量 m03 = (4.73224.5322) （51.8654.5）300 = 20667kg 4 平台、扶梯质量 m04 = 4051.865+ (4.732+2.4)2 4.7322 4 15010=18838.4kg 180 360 取原油密度为 1.06103kg/m3， 操作时塔内物料质量 m05 = 4.520.12106050 = 101100.2kg 4 24 充液质量 mw = 4.52(51.8654.5)1000 =752925.9kg 4 塔器的操作质量 m0 = m01 +m02 +m03 +m04 +m05 +ma =92365.9+59610.9+20667+18838.4+101100.2+23091.5 =315673.9kg 塔器的最大质量 mmax = m01 +m02 +m03 +m04 +ma +mw =92365.9+59610.9+20667+18838.4+23091.5+752925.9 =967499.6kg 塔器的最小质量 mmin = m01 +0.2m02 +m03 +m04 +ma =92365.9+0.262289.8+20667+18838.4+23091.5 =166885kg 将塔沿高度分为 10 段（如图 3-1 所示） 。 25 336555005500550055005500 5500550055004500 51865 m 10 m 9 m 8 m 7 m 6 m 5 m 4 m 3 m 2 m 1 其质量列于表 3-1 表 3-1 质量 (kg) 12345678910 01a m +m10018 .3 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 12244 .6 7491. 5 02 m 0 1192. 2 59615961 9537. 6 8345. 4 9537. 6 8345. 4 8345. 4 2384. 4 26 03 m 1963. 5 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 2399. 8 1468. 2 04 m 180 3572. 8 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1896. 4 1811 05 m 020221011010