蒸发量4th锅炉烟气湿法脱硫除尘系统用板式塔设计

蒸发量4t/h锅炉烟气湿法脱硫除尘系统用板式塔设计摘 要板式塔除尘法是目前常用的除尘方法之一， 该方法用水量小，含尘废水经沉淀处理后循环使用不外排，对废气中的SO2 有一定去除作用。在本设计中，先进行了设计方案拟定，然后进行了塔的结构设计。结构设计包括主体结构设计、塔内件设计、塔附件设计。在塔结构设计的同时进行了工艺计算和工艺校核。最后进行了塔的强度校核和稳定性分析。在设计的同时还进行的装配图和非标准零件图的绘制。在进行板式塔设计时，塔内件设计是最重要的，它关系到整个设计是否满足工艺要求。在设计时，裙座的设计同样非常重要，裙座对整个塔体而言是个至关重要的部件，支撑整个塔体，如它破坏将直接影响板式塔的使用。在进行塔内件设计时，理论塔板数的求取参考了填料塔设计时传质单元数的求取方法，采用这种方法无需考虑精馏段和提留段，从而使理论塔板数的计算更简单。关键词 工艺计算；塔内件；塔附件；强度校核；稳定性分析Tray Columns Design of Evaporation 4t / h boiler wet FGD dust removal systemABSTRACT The tray column dust removal method is one of the most commonly used methods in current. In this method we need small amount of water, and wastewater with precipitation is recyclable after treated, and it also can remove SO2 in the flue gas in a certain role. In this design, the first thing is to carried out the design programming, and then design the structural of the tower. The structural design of the tower includes the body structure design, tower internals design, tower accessories design. The structural design of the tower also need carried out technical calculation and make process checking. Finally, we need make strength check and stability analysis for the tower. When we make the plate tower design, tower internals design is the most important, it relates to the all designs meets the process requirements or not. At the same time, the design of the skirt of the tower is also very important, as to the skirt of the column is a critical component of the entire tower .If the tower is damaged, it directly affects to the use of the plate column. During the internals design of the column, number of theoretical plates calculated method reference to the method in calculating the number of transfer units of a packed tower, using this method does not consider the rectifying section and the set-aside period, so that it makes the calculation of the number of theoretical plates more simple.Key words: process calculation; tower internals; tower accessories; strength check; stability analysis目录绪论第1章 设计方案的确定1.1 工艺方案选择2.2 主体结构的选择第2章 塔的工艺计算2.1 塔的板间距和直径设计2.2 塔板数计算2.3 筒体厚度计算2.4 封头设计2.5 塔高计算第3章 塔内件设计3.1 塔盘型式设计3.2 筛板设计3.3 塔盘结构设计第4章 塔附件设计4.1 除沫器设计4.2 裙座设计第5章 接管和人孔设计及补强设计5.1 接管和人孔设计5.2 接管的法兰尺寸5.3 接管和人孔的补强设计第6章 塔的强度计算与校核6.1塔的质量载荷计算6.2塔的自振周期计算6.3地震载荷计算6.4风载荷计算6.5各种载荷引起的轴向应力6.6筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核6.7基础环设计6.8地脚螺栓计算6.9筋板的设计6.10盖板的设计6.11裙座与塔壳对接焊缝校核结论与展望致谢参考文献附录插图清单图1-1 椭圆形封头图2-1 Smith关联图图2-2 圆柱形裙座图3-1 塔盘上降液管的分布图4-1 除沫器的安装位置图4-2 除沫器的结构图4-3 地脚螺栓座结构图4-4 圆形检查孔图4-5 引出管通道结构图5-1 人孔结构图表格清单表1-1 错流式塔板性能比较表2-1 钢制压力容器的焊接接头系数值表2-2 Dg=1200mm，=10mm的椭圆形封头表4-1 气液过滤常数表4-2 固定式网块特性表4-3 DN800上装式丝网除沫器基本参数表4-4 通道管尺寸表5-1 接管表表5-2 人孔结构表5-3 法兰尺寸表6-1 各塔段的风振系数表6-2 各塔段的有效直径表6-3 各塔段水平风力计算结果表6-4 弯矩计算结果引言工业锅炉在生产过程中产生大量的含尘废气,国内大多采用机械除尘、袋式除尘、电除尘、湿法除尘等方法处理工业锅炉废气。其中板式塔除尘法是目前常用的湿法除尘方法之一,该方法用水量小,含尘废水经沉淀处理后循环使用不外排，对废气中的SO2有一定去除作用。作为化工生产中必不可少的塔设备，板式塔的重要性日益增强。随着科学技术的进步，需要更多、更好的板式塔来进行生产，这就要求板式塔向着低耗损，低成本，高效率和环保的方向发展。而适合于中国国情的塔设备发展相对于欧美的一些发达国家还有着不小的差距，所以必须得加快发展。近年来国际上涌现出来了一些新型板式塔，如美国联合化物公司林德子公司的林德筛板以及STONE-WEBSTER工程改善开发的波纹筛板，日本三井造船公司的垂直筛板，瑞士KUHNI公司的SLIT筛板和NUTTER工程公司的专利产品V型栅板等。在塔设备的技术改造中，国内多种性能优良的新型板式塔已经得到成功的应用，有石油大学与锦西炼油化工总厂合作的SUPERRV1浮阀塔板装备的精馏塔和华东理工大学与锦西炼油化工总厂合作的导向浮阀塔板装备的精馏塔等。板式塔作为重要的传质设备之一,在各种分离过程中应用广泛,开发新型的传质效率高、压降低、通量大的板式塔,对于改善分离效果、提高产品质量、降低装置能耗具有重要的意义。目前国产塔内件技术已经接近或超过国外同类产品的性能,同时各种性能更好的塔内件正在不断被开发出来。第1章 绪论1.1 选题的依据塔设备是化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门中一种重要的单元操作设备。它在化工、炼油等工业部门应用量大、量广。塔设备无论是投资费用还是所消耗的钢材量，在整个过程设备中所占的比例都相当高，如在化工及石油化工行业，塔设备投资比例占25.4%，在煤油及煤化工行业占34.85%，在化纤行业占44.9%等。塔设备的作用是实现气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。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，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品质量、产量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。因此对塔设备的研究一直是工程界所关注的热点，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型及设计也越来越受到关注和重视。塔设备分为填料塔和板式塔。填料塔的操作性能在某些方面要优于板式塔，至今新型填料的发展还层出不穷，但板式塔并不因填料塔的兴起而衰落，特别是现代企业的大型化塔设备的尺寸越来越大。而且因为板式塔结构简单、成本低廉、易于放大且在设计与操作方面已具备了较成熟的经验，所以当前工业上的大型塔设备仍以板式塔为主。然而由于塔板上气液两相流动的复杂性及板式塔通量小、压降大、效率低等缺点,对板式塔的研究现状还远远不能适应生产发展的需要。塔板上的气液两相流动看起来似乎比填料塔要规则得多,但是塔板上两相的接触状态却较两相在填料通道中的接触要复杂。因此，对于板式塔的研究仍然有极其重要的现实经济意义。1.2 课题研究现状塔板是板式塔的核心部件，是气液接触进行传热和传质的场所，对于板式塔的工作性能起着决定性的作用，因此，对于板式塔的研究，主要集中在对塔板的研究上。国内和国外的许多企业和研究机构，通过改进塔板上气液接触原件、降液管结构及塔内空间利用率等，研制出了一批新型、高效的塔板。针对以往普通塔板通量小、压降大、效率低等缺点，国内各大塔器生产商研制开发出大批新型塔板，用以改造原来的塔板。新型塔板无论在操作性能还是改造费用上都显示出了广阔的应用前景。新型塔板包括新型浮阀塔板、新型筛板塔板、复合塔板、立体喷射型塔板几类。其中，新型的浮阀塔板，如V-V浮阀、浮动筛片塔板、BVT4浮阀塔板及半椭圆固定浮阀塔板等，在提高塔板效率、处理能力和降低塔板压降上作用明显；新型的筛板塔板，如新型高效导向筛板、MD筛板、带挡板的筛板、多降液管筛板、大通量筛板等，在提高塔的生产能力、塔板效率，降低塔板压降和成本等方面，效果显著。作为由穿流筛板与规整填料相结合的新型塔板复合塔板，兼具板式塔和填料塔的某些优点，可以使塔板上液体分布均匀、防止气相集中，消除雾沫夹带，并能增加通量。而立体喷射型塔板则能很好的增大传质面积、进行气液分离，在减小塔的雾沫夹带、提高传质效率方面效果明显。1.3 课题的基本内容及要求在给出了设计参数的情况下，只需对塔设备进行机械设计。在机械设计阶段，应确保塔的内件结构和设备整体结构同时满足设计参数的要求和机械要求，确保塔设备安全、高效生产。1.3.1 塔设备机械设计的基本内容在给定的工艺参数的情况下，塔设备的机械设计将完成以下内容。 塔设备的结构设计。在设备总体形式及主要工艺尺寸已经确定的基础上，设计确定塔的各种构件、附件以及辅助装置的结构尺寸。例如，板式塔的塔盘结构、塔盘支撑结构、除沫器、裙座，各种接管的形式、方位等。 设备的材料选择。包括塔体、支座、塔内件等。 塔设备的强度和稳定性校核。确定出塔体、封头、裙座的壁厚。 设备零部件的设计选用。包括法兰、人孔、接管、补强圈，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。 绘制出全塔总装配图和零部件图。 编写设计说明书。1.3.2 塔设备机械设计的基本要求 满足强度要求，防止外力作用下的破坏。塔设备中承受各种载荷的主要部件是塔体和裙座。因此，它们应具备足够的强度，以保证安全可靠性。 满足刚度要求，防止在操作、运输或安装过程中发生不允许的变形。塔设备中塔盘的厚度尺寸，通常是由刚度决定的。因为，塔盘的挠度过大，塔盘上液层高度不均匀，引起气流分布也不均匀，使塔板效率降低。 满足稳定性要求，防止失稳破坏。塔体承受介质压力、各种弯矩和重量等载荷的联合作用，其组合轴向压力必须满足稳定性条件，以确保塔设备有足够的稳定性。 耐久性。设计塔设备时，正确选材或采用合适的防腐蚀措施，考虑振动因素，避免共振发生，都对塔设备的耐久性起到积极作用。 密封性。塔设备密封的可靠性，是安全生产，正常操作的重要保证之一。 结构简单，节省材料，便于制造、运输、安装、操作、维修等等。1.4 本课题研究主要难点及解决方法 由于在实践方面的不足，对板式塔只有一个整体的直观认识及其简单工作原理的了解，因而对于设备中的重要部件塔板、管路等缺乏了解，查阅与塔设备相关的各种资料，尽可能的解决问题，必要时咨询老师。 在设计过程中应考虑到设计的板式塔不仅要生产能力满足工艺要求，而且还要有考虑结构是否合理，结构合理性对操作费用和设备费用均有影响，直接关系到生产过程的经济性。 塔的工艺计算属于已学部分，不难计算，但缺乏对设备的整体观，不能合理安装零部件，可能造成塔设备自重大，体积大，效率低下等不理想方面。通过查阅已经检验合格投入生产的成型设备的技术资料，完善及优化自己的设计。第2章 设计方案的确定2.1 工艺方案的选择2.1.1 装置流程确定本设计中，锅炉烟气从塔底空间流进塔体，穿过塔盘上的筛孔，到达塔顶空间，通过除沫器，从塔底流出，石灰水溶液从塔顶空间流进塔体，横向通过塔盘板，再通过降液管到达塔底，由液体引出管引出。锅炉烟气和石灰水溶液在塔盘上接触，发生传质过程。本设计的优点是可以达到连续吸收，操作稳定。2.1.2 操作压力的选择锅炉烟气残生的压力为常压（101.3kPa）。因此，在本设计中板式塔工作压力为0.1MPa，取设计压力Pc=1MPa。2.1.3 进料热状况的选择蒸馏操作有五种进料热状况，尽量热状况不同，影响塔内各层塔板的气、液相负荷。在本设计中，气相为锅炉烟气，采用气态进料。2.1.4 设计温度的选择锅炉烟气出口温度范围很广，在本设计中取工作温度为20，取设计温度Tc=50。2.2 主体结构的选择2.2.1塔板类型的选择塔板是板式塔的主要构件，分为错流式和逆流式两类。工业应用以错流式塔板为主，本设计中亦采用错流式塔板。常用的错流式塔板主要有泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板三种类型。查过程设备设计表7-4，得错流式塔板性能比较如表2-1所示。表2-1 错流式塔板性能比较塔板类型与泡罩塔相比的气相负荷效率操作弹性85%最大负荷时的单板压降/mm(水柱)与泡罩塔相比相对价格可靠性泡罩塔 1.0良超45801.0优浮阀塔1.3优超45600.7良筛板塔1.3优良30500.7优综上，在本设计中选取塔板类型为筛孔塔板。2.2.2 筒体的选取在本设计中筒体选择圆柱形筒体。圆柱形容器是最常见的一种压力容器结构形式，具有结构简单、易于制造、便于在内部装设附件等优点，被广泛用作反应器、换热器、分离器和中小容积储存容器。2.2.3 封头的选取压力容器封头的种类较多，主要有半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠型封头等。在本设计中选用椭圆形封头，其结构形式如图1-2所示。椭圆形封头由半个椭球面和短圆筒组成。直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭球形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。图2-1椭圆形封头2.2.4 支座的选型板式塔为一立式容器。立式容器有耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座等四种支座。对于比较高大的立式支座，特别是塔器，应采用裙式支座。裙式支座有两种形式：圆筒形裙座和圆锥形裙座。本设计中裙座初步采用圆筒形裙座。第3章 塔的工艺计算查标准GB13271-2001得燃煤锅炉SO2最高允许排放浓度在第时段（即2001年1月1日起建成使用的燃煤锅炉）为900mg/m3。由标准GB13271-2001得燃煤量4t/h的燃煤锅炉出口处SO2浓度为1800mg/m3。在本设计中，取板式塔的吸收效率为99%。3.1塔的板间距和直径设计要设计塔径，必须确定允许的雾沫夹带量，以选取允许气速，而这些与板间距密切相关。因此，首先应确定板间距。工业塔板间距一般为400600mm。在本设计中为降低塔高，节省投资，板间距取450mm。塔径估算方法采用Smith法。按照圆管内流量公式，塔径可表示为： (3-1)式3-1中 Vs=5000m/h=1.39m/s,为最适宜的操作气速，0.9是对鼓泡面积所占比例的估计值。 (3-2) 式3-2中为液泛气速，取=0.7Uef。 (3-3)式3-3中、分别为液相密度和气相密度。对低浓度吸收过程可近似按纯水计算，则 (3-4)式3-4中为液相的表面张力，取0.0728N/m，取板上液层高度,。查Smith关联图得,代入式3-4，得C=0.103。将C=0.103代入式3-3得=2.96m/s,代入式3-2得=1.776m/s。将值代入3-1得D=1.05m，向上圆整得D=1200m。3.2 塔板数计算3.2.1 理论塔板数计算理论塔板数的求取方法可参考填料塔中的传质单元数的求取方法。由烟气中SO2初始浓度1800mg/m，得： 塔入口处气体中SO2的 摩尔分数y1=0.00068塔入口处气体中SO2的 摩尔比塔出口处气体中SO2的 摩尔比 （3-5） 式3-5中为SO2的吸收率，本设计中取99.5%，则。因混合气体中含量很少，故，20时烟气的摩尔体积 按照逆流吸收的操作线方程有 （3-6） 式中，为碳酸钙水溶液中的摩尔比。因此由下式可求出相平衡常数 （3-7）由化工原理表5-2若干气体在水中的亨利系数上得20时在水中的亨利系数为,代入式3-7得相平衡常数平均推动力。理论塔板数 。3.2.2 实际塔板数的计算 在液相中的溶解度系数可由下式求出： （3-8）式3-8中为溶剂的密度，=1000kg/m，为溶剂的摩尔质量，=18,代入式中，得查化工原理附录三，得本设计中溶剂的粘度。查化工原理图6-63吸收塔全塔效率关联图，横坐标 时，全塔效率，则实际塔板数 向上圆整，得实际塔板数，因此本设计中实际塔板数为28块。3.3 筒体厚度计算由方案拟定可知本设计的设计压力Pc=1MPa，筒体的材料为Q345R。初步取筒体的厚度为616mm，查标准GB150，得在本设计中的设计温度和厚度下钢材的许用应力。对Q345R钢材，其厚度负偏差。本设计中腐蚀裕量取3mm。 在本设计中，筒体采用双面焊对接接头，采用局部无损检测，查过程设备设计表4-3钢制压力容器的焊接接头系数值，得筒体的焊接接头系数 表3-1钢制压力容器的焊接接头系数值焊接接头形式无损检测比例值双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头100% 1.00局部 0.85单面焊接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）100%0.90局部0.80筒体的计算厚度按下式计算 （3-9）式3-9中Pc设计压力， Di筒体内径， 钢材的许用应力，将Pc，Di，的值代入式3-9，得 设计厚度 名义厚度 由钢材的标准规格，名义厚度n取为10mm。当n=10mm时，的值没有变化，故取名义厚度为10mm合适。3.4 封头的设计3.4.1 封头厚度的计算 由方案拟定可知，笨的合计中的封头采用椭圆形标准封头。设计压力，封头的材料用Q345R，这样可以提高与筒体的焊接性能。初步取封头的厚度为616mm。查标准GB150，得在本设计的设计温度和厚度下，钢材的许用应力=183MPa。对Q345R,钢材的厚度负偏差，腐蚀裕量取3mm 。在本设计中，封头与筒体的连接采用双面焊对接接头，采用局部无损检测，由表2-1得焊接接头系数。封头的计算厚度可按下式计算： （3-10）本设计中采用椭圆形标准封头，即，则K=1，因此封头的设计厚度封头的名义厚度由钢材的标准规格，封头的名义厚度取10mm.当封头的名义厚度=10mm时，没有变化，故取名义厚度=10mm合适。查椭圆形封头标准（JB1154-73），得封头的曲面高度、直边高度、表面积、容积、质量等数据如表3-2所示。表3-2 Dg=1200mm，=10mm的椭圆形封头公称直径Dg mm壁厚mm曲面高度h1 mm直边高度h2 mm内表面积F 容积V m质量G kg120010300251.650.2551343.5 塔高的计算板式塔的高度系由主体高度、顶部空间高度、底部空间高度，以及裙座高度等部分组成。3.5.1 主体高度计算板式塔有效段高度由实际塔板数和板间距决定。板式塔有效段高度按下式计算： （ 3-11）式3-11中主体高度； 板间距； 塔板数。为便于检修，板式塔主体高度处须设置人孔。但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，所以一般板式塔每隔1020层塔板或510m塔段才设置一个人孔。在本设计中，塔有效段处设置一个人孔，人孔所在处两板距离取0.6mm。主体高度3.5.2 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（雾沫夹带量），顶部空间须设置一除沫器。为便于检修，在顶部空间还需设置一个人孔。顶部空间高度一般取1.21.5m，为了降低塔体的高度，顶部空间高度取1.2m，即1200mm。3.5.3 塔的底部空间高度塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线处的距离。在选取塔底空间高度时需要考虑釜液停留时间。釜液停留时间一般取为35min，在本设计中釜液停留时间取为4min。根据液相流量15m/h，可知塔底须要盛装的液体体积为1m。考虑到下封头能盛装一部分液体，由前面的设计可知，下封头容积为0.255m。则塔底空间须盛装的液体体积为0.745m。塔底空间高度 即塔底空间高度至少为659mm。在本设计中，釜液液层上部须安装一气体入口管，因此在本设计中取塔的底部空间高度。3.5.4 裙座高度塔体常由裙座支承。裙座的型式分为圆柱形和圆锥形两种。有前面的设计知，本设计中采用圆柱形裙座。裙座高度是指塔底封头切线到基础环之间的高度。在本设计中，裙座高度是由塔底封头切线至出料管中心线的高度U和出料管中心线至基础环的高度V两部分组成，如图3-2所示。U的最小尺寸是由釜液出口管尺寸决定的；V则应按工艺条件确定。在本设计中U初步取800mm，V初步取1600mm，则图3-2 圆柱形裙座裙座高度 3.5.5 塔的总高度 塔的总高度 综上，在本设计中塔的总高度为16.8m。 第4章 塔内件设计板式塔的塔内件主要是塔盘，本章主要介绍塔盘设计。4.1 塔盘型式及设计4.1.1 液流型式常用的液流型式有单流型、双流型、回转流型、径向流型等。单流型液体从受液溢出，横向流过整个塔盘，进入降液管。由于单流型结构简单，液流行程长，有利于提高分离效率，且塔径及流量不大，不易造成气液分布不均，因此在本设计中，塔盘的液流型式选用单流型。4.1.2 塔盘结构在本设计中，溢流型塔盘，由塔盘板、圆形溢流管、溢流堰、降液管受液盘等部件组成。溢流堰具有保持塔盘板上一定的液层高度和促使液流均匀分布的作用。单流型溢流堰长度范围为 （4-1）式4-1中：溢流堰长度 D塔盘直径在本设计中取=0.7X1.2m=0.84m。堰上液流强度按下式计算： （4-2）式4-2中：L过堰的液体流量 满足堰上液流强度要求。在本设计中，设圆形溢流管，液体从圆管周边流入管内。溢流管堰上液层高度 （4-3）式4-3中：管上液层高度，mm L液流流量， d圆管内径，mm为避免降液管管口发生液阻，应小于圆管内径的1/51/6，取，代入上式，得d=0.09m=90mm,=16.2mm。溢流管上端伸出高度应小于溢流堰高度，在本设计中取25mm。在本设计中，采用平型受液盘，为保持液封，设置进口堰。降液管底边至受液盘的距离按下式计算： （4-4） 式4-4中：液体流量 降液管底边出口处的液体流速，一般取小于0.4m/s，本设计中取 为0.2m/s将、的值代入式4-4 ，得 因溢流堰高度大于降液管底边至受液盘的间距，因此进口堰的高度，本设计中取进口堰高度。进口堰与降液管的水平距离应大于，在本设计中取=47mm。进口堰堰长。在本设计中为了提高液体在降液管中的停留时间，降液管采用圆形降液管，每块塔盘上设置两降液管，将降液管与溢流管采用同一根管，则降液管的内径为90mm。降液管的壁厚取为3mm，降液管的长度视板间距而定。降液管在塔盘上得分布如图4-1所示。图4-1 塔盘上降液管的分布液体在降液管中的停留时间，是降液管设计的重要指标。停留时间可按下式校核。 （4-5）式4-5中：降液管内横截面积 塔盘间距 液体流量将、的值代入式4-5，得 对于不起泡物系，满足条件。 4.2 筛板设计4.2.1 筛板型式选择筛板型式有普通筛板、导向筛板、多降液管筛板等。在本设计中采用普通筛板。4.2.2 筛板主要结构参数设计孔径的大小直接影响塔盘的操作性能。本设计中采用泡沫工况操作，孔径小，分离效率高。一般在液相负荷较低的小塔中，筛孔孔径采用=46mm。本设计中取=4mm。筛孔中心距t，一般推荐t/=2.55，而以t/=34较好。本设计中取t/=3.5，即t=3.5=14mm。为使气液接触良好和最大限度地利用塔盘面积，筛孔采用正三角形排列。以开孔区面积为基准的开孔率 （4-6）式4-6中筛孔直径 t筛孔中心距将、t的值代入式4-6，得 而泡沫工况操作时，以开孔区面积为基准的开孔率通常为5%10%，=7.4%满足此范围。在塔盘板结构强度、刚度许可的条件下，应尽可能的选用较薄的板材制作筛板。筛孔用冲压加工制造的筛板，其厚度为：对于碳钢，=3-4mm；对于不锈钢，=2-3mm。在本设计中，筛板材料采用不锈钢，筛板的厚度取3mm。对于一般的筛板，应使筛板上的清液层高度=50100mm，本设计中取=60mm。溢流堰高度为： 4.2.3 漏液点气速和塔板开孔数筛板塔操作气速的下限，称为漏液点。气速低于此点时，液体开始从筛孔泄露。一般情况下的下限筛孔气速按下式计算： （4-7）式4-7中流量系数 液相密度 气相密度 板上液层高度 表面张力压头从化工设备设计全书塔设备表3-54查得，当筛孔直径与塔盘板厚度之比时，。表面张力压头可按下式计算： （4-8）式4-8中：表面张力 重力加速度 筛孔直径将、的值代入4-8，得表面张力压头将、的值代入式4-7，得对于筛板，设计能力下的孔速，通常为： （4-9） 取，以开孔面积为基准的开孔率 （4-10）式4-10中：开孔数量 开孔面积， 降液管面积代入4-10，得 解得，即在塔板的开孔区域的开孔数量为6585。4.3 塔盘结构设计塔盘是由气液接触元件（本设计中为筛孔）、塔盘板、受液盘、溢流堰、降液管、塔盘支承件和紧固件等部分组成。塔盘按结构特点可分为整块式塔盘和分块式塔盘两种类型。当塔径不小于800mm时，塔盘能在塔内进行拆装，可用分块式塔盘。在本设计中，塔径为1200mm，为便于塔盘的安装、检修和清洗，采用分块式塔盘。将塔盘分成数块，通过人孔送入塔内，装在焊于塔体内壁的塔体支承件上。4.3.1 塔盘结构型式塔盘结构图见附录A塔盘零部件图。 第5章 塔附件设计在本设计中，塔附件主要包括除沫器和裙座，下面分别介绍除沫器和裙座的设计。5.1 除沫器设计在本设计中除沫器选用丝网除沫器。丝网除沫器具有比变面积大、重量轻、空隙率大、以及使用方便等优点。尤其是它具有除沫效率高、压降小的特点，从而成为一种广泛使用的除沫装置。5.1.1 丝网除沫器的计算 丝网除沫器液泛气速可按下式计算： (5-1) 式5-1中：液体密度，=1000kg/ 进气口气体密度 气液过滤常数，按表5-1确定表5-1 气液过滤常数网型SPHPDPHRK0.2010.2330.1980.222本设计中，网型选SP型，则K=0.201。液泛气速丝网除沫器操作气速。丝网的使用面积取决于气体处理量，丝网为圆形时，处理气体所需的流通直径可按下式计算： （5-2） 式5-2中：气体处理量，将、的值代入式5-2，得因此，本设计中选用公称直径为800mm的丝网除沫器。丝网除沫器压降分为两种：干网压降和操作压降。查化工设备设计全书塔设备图8-2和图8-3，得SP型丝网除沫器干网压降为17mm,即166.6。操作压降为22mm，即215.6。选取金属丝网，网丝直径范围为0.0760.4mm，网层密度范围取48530，初步取网层厚度为100mm。5.1.2 除沫器在塔内的安装位置除沫器安装于塔顶。为了提高除沫效率，在丝网除沫器的上方和下方都留有适当的分离空间。由前面的设计知，塔顶分离空间总高度，取顶层塔盘至丝网底面的距离=900mm。除沫器在塔顶空间的安装位置如图5-1所示。图5-1 除沫器的安装位置5.1.3 网丝规格和选用除沫器中除沫网是以圆丝或扁丝编织成圆筒形网套，并压平成双层折皱形网带，网带绕成卷而成。目前国内有两种除沫器，一种为网块固定在设备上（HG/T21618丝网除沫器），另一种为网块可以抽出清洗或更换（HG/T21586抽屉式丝网除沫器）。采用HG/T21618固定式丝网除沫器。固定式网块的特性见表5-2。 表5-2 固定式网块特性型式代号容积质量 kg/m比变面积 /m孔隙率 SP168529.60.9788HP128403.50.9839DP186625.50.9765HR134291.60.9832 网丝的选择包括材料选择和丝径选择。材料的选择应考虑到介质的腐蚀和操作温度。因丝网丝径很细，极易被腐蚀破坏。所以丝网大多采用耐腐蚀的金属、合成纤维材料制造。本设计中，网丝选用圆丝，网丝直径为0.23mm,网块材料选用，代号为321，标准号为GB/T4240；格栅材料选用，代号为321，标准号为GB/T4237。5.1.4 丝网除沫器的结构型式由前面的设计知本设计中采用固定式丝网除沫器，固定式丝网除沫器有两种结构型式：上装式和下装式。本设计中采用上装式固定丝网除沫器，其结构参数如表5-3所示。，其结构图如图5-2所示。 表5-3 800上装式丝网除沫器基本参数公称直径，mm主要外形尺寸，mm质量，80010021872027.2图5-2 除沫器的结构5.2 裙座设计 5.2.1 裙座的选材由于裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因此可不受压力容器用材所限制，可以选用较经济的非受压元件碳素钢材料，但由于裙座对整个塔体而言是个至关重要的部件，支撑整个塔体如它破坏将直接影响板式塔的使用。并且裙座所耗费材料对整个塔而言不多，提高它的用材要求，在经济上不会造成太多的费用。常用的裙座材料为Q235-B和16。在本设计中裙座材料选用Q235-B。5.2.2 裙座的结构 由于塔体的公称直径，塔的总高度与塔体的公称直径之比，为制造方便，裙座选用圆柱形裙座。 裙座与塔体的连接采用焊接。焊接接头可采用对接型式或搭接型式。由于搭接型式的受力情况较差，本设计中裙座与塔体的连接采用对接型式。本设计中裙座的筒体内径取塔底封头相等的内径，即裙座的内径取1220mm，且裙座筒体的壁厚采用与塔筒体相同的壁厚，即裙座的壁厚取10mm。裙座与塔底封头的连接焊缝采用全焊透的连续焊，且与塔底封头外壁圆滑过渡。由于裙座筒体上端内直径与标准椭圆封头内直径相等，查化工设备设计全书塔设备表8-9，得裙座筒体上端面至塔底封头切线距离。地脚螺栓座的结构有多种形式：外螺栓座结构型式、单环板螺栓座结构型式和带短管的地脚螺栓座型式。其中外螺栓座结构型式为常用型式，这种结构对地脚螺栓预埋或不预埋均适用。本设计中，地脚螺栓采用外螺栓座结构型式。本设计中地脚螺栓所采用的螺栓规格为。地脚螺栓的结构及尺寸见图5-4所示。 图5-4 地脚螺栓座结构 裙座上必须开设检查孔，以方便检修。检查孔有圆形和长圆形两种。本设计中选用圆形检查孔，其结构与尺寸见图5-5。圆形检查孔安装在地面上方1000mm处。塔底封头上的接管一般需要通过裙座上的通道管引到裙座的外部。通道管规格见表5-4。本设计中引出管的公称直径为75.5mm，采用无缝钢管，钢管材料选16。通道管尺寸选为2738mm。引出管通道结构及相关尺寸如图5-6所示。引出管通道安装于检查孔上方，其中心线与塔底封头切线的距离为800mm。图5-5 圆形检查孔 表5-4 通道管尺寸 （mm)引出管公称直径 20253240507080100125150200250300通道管规格无缝钢管13341594.5219627383258卷焊管内径200250300350400450图5-6 引出管通道结构第6章 接管和人孔设计及补强设计6.1 接管和人孔设计在本设计中，接管设计采用标准为HG20592-2009，接管材料为Q345R。接管和人孔的选择见表6-1。各接管的结构和安装位置见附录A装配图和接管零部件图。所选人孔代号为：人孔RF(A.G)500-1.6RF，人孔结构图如图6-1所示，其结构明细表如表6-2所示。其安装位置见附录A装配图。在人孔的设计中，法兰与盖之间的连接需用20个M1650的螺栓，M16表示螺栓的大径为16mm，50表示螺栓长度为50mm。所选人孔单个质量为49kg。6-1 接管表符号公称规格接管外径与壁厚 （mm）标准号用途aPN1.6,DN80894.5HG20592-2009气体进口bPN1.6,DN1001084HG20592-2009气体出口cPN1.6,DN65765.5HG20592-2009液体进料口dPN1.6,DN65765.5HG20592-2009液体引出管h1,2PN1.6,DN25323.5HG20592-2009液位计接口p1,2PN1.6,DN20252.5HG20592-2009温度计接口p1,2PN1.6,DN20252.5HG20592-2009压力表接口k13PN1.6,DN5005304HG21520-1995人孔e1,252010裙座检查孔图6-9 人孔结构图表6-2 人孔结构序号标准号名称数量材料1筒节1不锈钢2法兰1不锈钢3盖1不锈钢4GB5781