500万吨年炼油减压蒸馏装置设计书

1 500 万吨 /年炼油减压蒸馏装置设计书 第一章 文献综述 油工业简介 石油又称原油，是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分，约占 95% 99%，含硫、 氧、氮的化合物对石油产品有害，在石油加工中应尽量除去。不同产地的石油中，各种烃类的结构和所占比例相差很大，但主要属于烷烃、环烷烃、芳香烃三类。通常以烷烃为主的石油称为石蜡基石油；以环烷烃、芳香烃为主的称环烃基石油；介于二者之间的称中间基石油。我国主要原油的特点是含蜡较多，凝固点高，硫含量低，镍、氮含量中等，钒含量极 少。除个别油田外，原油中汽油馏分较少，渣油占 1/3。组成不同类的石油，加工方法有差别，产品的性能也不同，应当物尽其用。 石油炼制工业是国民经济最重要的支柱产业之一，是提供能源，尤其是交通运输燃料和有机化工原料的最重要的工业。据统计，全世界总能源需求的 40依赖于石油产品，汽车，飞机，轮船等交通运输器械使用的燃料几乎全部是石油产品，有机化工原料主要也是来源于石油炼制工业，世界石油总产量的 10%用于生产有机化工原料。 石油是十分复杂的烃类非烃类化合物的混合物。石油产品种类繁多，市场上各种牌号的石油产品 达 1000 种以上，大体上可分为以下几类： 燃料：如各种牌号的汽油、航空煤油、柴油、重质燃料油等； 润滑油：如各种牌号的内燃机油、机械油等； 有机化工原料：如生产乙烯的裂解原料、各种芳烃和烯烃等； 工艺用油：如变压器油、电缆油、液压油等； 沥青：如各种牌号的铺路沥青、建筑沥青、防腐沥青、特殊用途沥青等； 蜡：如各种食用、药用化妆品用，包装用的石蜡和地蜡； 石油焦炭：如电极用焦、冶炼用焦、燃料焦等。 从上述石油产品品种之多和用途之广也可以看到石油炼制工业在国民经济和国 防中的重要地位。 石油作为一种能流密度高，便于储存、运输、使用的清洁能源已广泛应用于国民经济的方方面面。按 2001 年中国各行业石油消费构成看，交通运输业占 30%以上，是消费石油最多的行业。 在交通运输业中，汽车是最大的石油消费用户。在石油产品中，汽油的 85%90%和柴油的 30%被汽车所消耗。面对中国目前汽车的飞速发展，保有量的迅猛增长，不能不未雨绸缪，以防石油短缺制约汽车工业的正常发展。从世界范围看，汽车的出现把石油工业推向了快速发展的轨道，加快了石油产品的消费和需求。 2 燃料包括汽油、柴油及喷气燃料 （航空煤油）等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。我国的石油产品中燃料约占 80%，而其中约 60%为各种发动机燃料，所产柴油和汽油的比例约为 ；润滑剂包括润滑油和润滑脂，主要用于降底机件之间的磨擦和防止磨损，以减少能耗和延长机械寿命。其产量不多，仅占石油产品总量的 2%左右，但品种达数百种之多；石油沥青用于道路、建筑及防水等方面；其产量约占石油产品总量 3%；石油蜡属于石油中固态烃类，是轻工、化工和食品等工业部门的原料，其产量约占石油产品总量的 1%；石油焦可用以制作炼铝及炼钢用电极等，其产量约为石油产品总量 的 2%；约有 10%的石油产品，是用作石油化工原料和溶剂，其中包括制取乙烯的原料（轻油），以及石油芳烃和各种溶剂油。 油蒸馏工艺 最基本的石油炼制过程，指用蒸馏的方法将原油分离成不同沸点范围油品(称为馏分 )的过程。通常包括三个工序： 原油预处理 ：即脱除原油中的水和盐。 常压蒸馏 ：在接近常压下蒸馏出汽油、煤油 (或喷气燃料 )、柴油等的直馏馏分，塔底残余为常压渣油 (即重油 )。 减压蒸馏 ：使常压渣油在 8右的绝对压力下蒸馏出重质馏分油作为润滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底残余为减压渣油。如果原油轻质油 含量较多或市场需求燃料油多，原油蒸馏也可以只包括原油预处理和常压蒸馏两个工序，俗称原油拔头。原油蒸馏所得各馏分有的是一些石油产品的原料；有的是二次加工（见石油炼制过程）的原料。 设备 设备简介 塔设备是化工，石油化工、炼油厂等厂中，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。据有关材料报道，塔设备的投资费占整个工艺设备投资费的较大比例，它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化 工、炼油等行业的极大重视。 作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列的各项要求 在较大的气（汽）夜流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或者液泛等破坏正常操作的现象。 性大。 塔设备的气（汽）夜负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。 流体通过塔设备的 压力降小 。这将有助于节省生产中的动力消耗，用来降低经常操作费用 。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还可以使系统无法维持必要的真空度。 料用量小、制造和安装容易，这可以减少基建过程中的投资费用。 便操作、调节和检修。 设备的发展状况 3 精馏过程是一种传热和传质的过程，用于分离组分沸点不同的液体混合物；是应用数量最多、能耗最大和涉及面最广的石油、化工工业单元操作，精馏塔设备任何新的发展都将可能产生巨大的经济效益和社会效益，是西方发达国家近100 多年化学工程单元操作最活跃的研究开发应用领域。塔设备的广泛应用是伴随着十九世纪初迅猛发 展的炼油工业。 1904 年炼油工业出现了早期的填料塔，1912 年穿流塔板也应用于炼油工业。 1914问世，标志着第一代乱堆填料的诞生，但实际生产效果仍没有很大的提高，人们开始意识到汽液分布性能对填料塔操作的重要性。 1920 年泡罩塔板在炼油工业中应用，标志着现代塔设备研究开发的开始。按照典型的技术发展，可将现代塔设备技术的发展应用归纳为 5 个阶段，详见图1。 图 1 塔设备研究阶段示意图 阶段 (20 世纪 20 50 年代 ) 此阶段的塔设计处于简单的平衡量、塔板效率、传质系数、液泛等概念和简单设计 的水平，此时尽管乱堆填料也在小型塔设备中应用，但 泡罩塔板 是工业应用无可比拟的塔内件，在当时被认为是不可替代的。在此阶段，研究开发由实验室级别向实验工厂规模的转变。 阶段 (50 70 年代 ) 由于塔设备巨大的工业应用市场和开发潜力，在 50 年代，在发达国家，精馏塔内件的研究发展到一个全新、大规模、集团化的研究的阶段。 浮阀塔板的开发 在 1951 年 司的 先发明了 浮阀塔板 的概念，浮阀塔板以比泡罩塔板更低的压降、更高的操作效率、更大的处理能力、更大的操作弹性、极低的液面落差和低造价适用于脏、粘体 系等强大的生命力成为塔内件的主流，很快替代了泡罩塔板，标志着一个新时代的开始，直到今天浮阀塔板仍是工业应用的主流。 由于放大效应，塔设计出现了几个放大失败的例子，造成很大的经济损失。人们意识到对于精馏塔内的传热、传质和流体力学研究需要开展相同或相近规模 4 的热膜研究。 1952 年，由美国十二家大型石油和化学公司共同发起、并集资建立了一个联合工厂规模的精馏试验基地 展广泛的蒸馏塔应用基础研究和生产问题研究，为精馏塔设计水平的提高作出了重大的贡献。 成立标志着精馏设备集团化研究的开始。 1955 年， 司的 表了著名的泡罩塔板设计手册，首先提出了科学的、规范化塔板设计技术，该方法到目前为止仍然广泛流行。 大效应的研究 50 年代在美国 织了三所大学进行了著名的 馏和吸收板效率的五年研究计划，试图建立一套完整和通用的精馏塔效率预测理论和放大方法。工程实际中被证明不能可靠用于工业放大，但其研究工作对板式塔基础研究作出了巨大贡献，其 板效率理论和预测方法成为最经典的板效率估算方法。 60 年代，板式塔的另一个标志性的技术进步就是 大孔筛板 的研究与应 用。大孔筛板的广泛应用也标志着塔设备操作控制技术、可靠精馏工艺模拟和塔设备设计技术的发展，尤其是计算机在线控制技术为生产控制带来了革命性地变化。 阶段 (70 90 年代 ) 大型液体分布器的基础研究使得填料塔的放大研究成功，并在减压塔中应用获得极大的经济效益和社会效益。 阶段 (80 21 世纪 ) 世界范围内炼油和石油化学工业向精细、大型化的方向发展，在计算机控制水平、工艺模拟和设计包、塔内件基础研究和工业应用经验积累越来越丰富等技术支撑下，现有塔设备的增效、增能、降耗，消除瓶颈、挖潜改造，降低加工成本，提高 经济效益成为热门的发展方向。填料继续广泛应用于减压塔，并出现了某些常压塔和加压塔生产的增效、增能中获得一定的效果报导的实例。新型、高效、大处理能力板式塔的不断开发和研究，并在工业应用中获得成功。 压蒸馏塔 根据生产任务的不同， 减压塔可分为润滑油性和燃料型两 种。在一般情况下，无论是哪种类型的减压塔，都要求有尽可能高的拔出率。减压蒸馏的核心设备是减压精馏塔 和它的 抽真空系统 。 对减压塔的基本要求是在尽量避免油料发生分解反应的条件下尽可能多地拔出减压馏分油 。做到这一点的关键在于提高 汽化段的真空度 ，为了提 高汽化段的真空度，除了需要有一套良好的塔顶抽真空系统外，一般还采取以下几种措施： 降低从汽化段到塔顶的流动压降。这一点主要依靠减少塔板数和降低气相通过每层塔板的压降。 降低塔顶油气流出管线的流动压降。现代减压塔塔顶都不出产品，塔顶管线只供抽真空设备抽出不凝气之用，采用塔顶循环回流而不采用塔顶冷回流。 一般的减压塔塔底汽提蒸汽用量比常压塔大，其主要目的是降低汽化段中的油气分压。当汽化段的真空度比较低时，要求塔底汽提蒸汽量较大。近年来，少用或不用汽提蒸汽的干式减压蒸馏技术有较大的发展。 减压塔汽化段温度 并不是常压重油在减压蒸馏系统中所经受的最高温度，此最高温度的部位是在减压炉出口。为了避免油品分解，对减压炉出口温度要加以限制，在生产润滑油是不得超过 395，在生产裂化原料是不超过 400 420，同时在高温炉管内采用较高的油气流速以减少停留时间。 缩短渣油在减压塔内的停留时间。塔底减压渣油是最重的物料，如果在高 5 温下停留时间过长，则其分解、缩合等反应会进行的比较显著。其结果，一方面生成较多的不凝气使减压塔的真空度下降；另一方面会造成塔内结焦。因此，减压塔底部的直径常常缩小以缩短渣油在塔内的停留时间。 除了 上述为满足“避免分解、提高拔出率”这一基本要求而引出的工艺特征外，减压塔还由于其中的油、气的物性特点而反映出另一些特征。 在减压下，油气、水蒸气、不凝气的比容大，比常压塔中油气的比容要高出十余倍。尽管减压蒸馏时允许采用比常压塔高的多（通常约两倍）的空塔线速，减压塔的直径还是很大。为此，减压塔一般采用多个中段循环回流，常常是在每两个侧线之间都设中段循环回流。这样做也有利于回收利用回流热。 减压塔处理的油料比较重、粘度比较高，而且还可能含有一些表面活性物质。加之塔内的蒸气速度又相当高，因此蒸气穿过塔板上的液 层时形成泡沫的倾向比较严重。为了减少携带泡沫，减压塔内的板间距比常压塔大。加大板间距同时也是为了减少塔板数。此外，在塔的进料段和塔顶都涉及了很大的气相破沫空间，并设有破沫网等设施。 由于上述各项工艺特征，从外形来看，减压塔比常压塔显得粗而短。此外，减压塔的底座较高，塔底液面与塔底油抽出泵入口之间的高差在 10m 左右，这主要是为了给热油泵提供足够的灌注头。 结 常减压蒸馏装置是原油深加工的基础，蒸馏过程的方案和设计是否合理、生产操作是否稳定优化、产品质量是否良好等，直接影响各个后续加工过程的处理量收 率和全厂的生产均衡性、能耗及经济效益。 本课题为 500 万吨 /年的原油蒸馏工程的燃料型常减压塔的设计，主要任务是为催化裂化和加氢裂化提供原料。对燃料型减压塔的基本要求是在控制馏出油中的胶质、沥青质和重金属含量的前提下尽可能提高馏出油的拔出率。根据以上分析可以得到： 采取填料塔结构以降低从汽化段至塔顶的压降。 可以大大减少内回流量，在某些塔段，甚至可使内回流量减少到零。这可以通过塔顶循环回流和中段循环回流做到。 为了降低馏出油的残碳值和重金属含量，在汽化段上面设有洗涤段。洗涤段中设有塔板和破沫网。所用的回流油可以是最下一个侧线馏出油，也可以设循环回流。为了保证最低侧线抽出板下有一定的回流量，通常应用 1% 2%的过汽化度。对裂化原料要求严格时，过汽化度可高达 4%。一般来说，过汽化度不要过高。 燃料型减压塔的气、液相负荷分布与常压塔或润滑油型减压塔有很大的不同。在燃料型减压塔内，除了汽化段上面的几层板上有内回流以外，其余塔段里基本上没有内回流。因此，它的气、液相负荷分布无须借助于热平衡和猜算而可以通过分析直接算出。 6 第二章 原油蒸馏工艺流程 油蒸馏具体工艺流程 确定原油加工方案是炼厂设计和生产的首要任务。炼厂根据所加工原油的性质、市场需求、加工技术的先进性和可靠性以及经济效益等方面的综合考虑，进行全面的分析、研究对比，才能制定出合理的加工方案。 原有蒸馏具体工艺流程如下： 原油预处理 应用电化学分离或加热沉降方法脱除原油所含水、盐和固体杂质的过程。主要目的是防止盐类（钠、钙、镁的氯化物）离解产生氯化氢而腐蚀设备和盐垢在管式炉炉管内沉积。 采用电化学分离时 ,在原油中要加入几到几十 乳剂（离子型破乳剂或非离子型聚醚类破乳剂）和软化水，然后通过高压电 场 (电场强度 使含盐的水滴聚集沉降，从而除去原油中的盐、水和其他杂质。电化学脱盐常以两组设备串联使用（二级脱盐 ,图 1 原油二级电化学脱盐流程）以提高脱盐效果。 常压蒸馏 预处理后的原油经加热后送入常压蒸馏装置 (图 2 常压蒸馏（双塔）流程 ) 7 的初馏塔 ,蒸馏出大部分轻汽油。初馏塔底原油经加热至 360 370C ，进入常压蒸馏塔（塔板数 36 48），该塔的塔顶产物为汽油馏分（又称石脑油），与初馏塔顶的轻汽油一起可作为催化重整原料，或作为石油化工原料，或作为汽油调合组分。常压塔侧线出料进 入汽提塔，用水蒸气或再沸器加热 ,蒸发出轻组分，以控制轻组分含量 (用产品闪点表示 )。通常 ,侧一线为喷气燃料（即航空煤油）或煤油馏分，侧二线为轻柴油馏分，侧三线为重柴油或变压器油馏分（属润滑油馏分），塔底产物即常压渣油 (即重油 )。 减压蒸馏 也称真空蒸馏。原油中重馏分沸点约 370 535C, 在常压下要蒸馏出这些馏分 ,需要加热到 420C 以上 ,而在此温度下 ,重馏分会发生一定程度的裂化。因此 ,通常在常压蒸馏后再进行减压蒸馏。在约 2 8绝对压力下，使在不发生明显裂化反应的温度下蒸馏出重组分。常压渣油经减 压加热炉加热到约 380400C 送入减压蒸馏塔。减压蒸馏可分为润滑油型（图 3 润滑油型减压蒸馏流程）和燃料油型两类。前者各馏分的分离精确度要求较高，塔板数 24 26；后者要求不高，塔板数 15 17。 油蒸馏工艺特点 由以上流程分析可知， 与一般的蒸馏一样，原油蒸馏也是利用原油中各组分相对挥发度的不同而实现各馏分的分离。但原油是复杂烃类混合物，各种烃（以及烃与烃形成的共沸物）的沸点由低到高几乎是连续分布的，用简单蒸馏方法极难分离出纯化合物，一般是根据产品要求按沸点范围分割成轻重不同的馏分，因此，原 油蒸馏塔与分离纯化合物的精馏塔不同，其特点为： 有多个侧线出料口，原油蒸馏各馏分的分离精确度不要求像纯化合物蒸馏那样高，多个侧口 (一般有 3 4 个 )可以同时引出轻重不同的馏分。 提浓段很短。原油蒸馏塔底物料很重，不宜在塔底供热。但通常在塔底通入过热水蒸气，使较轻馏分蒸发，一般提浓段只有 3 4 块塔板。 中段回流。原油各馏分的平均沸点相差很大，造成原油蒸馏塔内蒸气负荷和液体负荷由下向上递增。为使负荷均匀并回收高温下的热量，采用中段回流取热（即在塔中部抽出液体，经换热冷却回收热量后再送回塔内）。通常采用 2 3 个中 段回流。 。 8 第三章 原油减压蒸馏塔的设计 基本要求如下： 装置处理能力：原油加工量 500万吨 /年 年开工时间： 8000小时 操作弹性： 50% 105% 原油品种及掺炼比例： 减压塔设计须满足下列二种工况： 工矿一：大庆原油：阿曼原油：沙特原油 50： 25： 25（ 工矿二：大庆原油：俄罗斯原油 产品方案：减一线作为柴油产品， 86 95% 365摄氏度 减压塔尽可能多抽出催化原料及侧线抽出 主要操作条件： 减压塔顶 设计压力： 20设计条件和操作弹性范围内保证所提供的产品的机械性能、水力学性能、产品质量和收率 压塔设计方案 根据减压塔工艺条件所提供的原油性质及产品质量要求，我对常减压蒸馏系统进行了工艺模拟计算，对减压塔进行了流体力学核算，确定了塔径及填料、内件布置方案。 减压塔塔顶至进料段全部采用规整填料，根据工艺要求，填料共分为 5 段，设计主塔规格为 4800/ 7800/ 4800总高为 47576 各段填料及内件设计说明如下： （ 1）顶循换热段（床层） 顶循换热段填料采用传质 、传热效率高的天津大学专利产品双向金属折波式波纹填料 ，高度 ，设计塔径 。顶循液体分布器采用综合性能优良的倒班连通槽式液体分布器。减一线抽出集油箱采用新型槽盘式集 9 油箱，在保证减一线及顶循液体抽出的同时，可将上升气体分布均匀，集油箱采用可吸收受热膨胀的结构，防止生产过程中由于热膨胀造成的变形或毁坏。 为了改善填料层顶部液体初始分布效果，在填料段顶部设置 2 层 100的填料盘，其下面则为 9 层 200填料盘。 （ 2）柴油分离段（床层） 按工艺要求，为了使减一线生产合格的柴 油产品，在减一线和减二线之间设置柴油分离段，该段要求有较高的理论板数。该段设计塔径。 ，填料采用双向金属折峰式波纹填料 高度 ，以保证分离效果。 液体分布器采用综合性能优良的导板连通槽式液体分布器。填料下方设新型槽盘式集油箱，将液体收集后，经降液结构导入下面一中液体分布器的一级槽中。集油箱采用可吸收受热膨胀的结构，防止生产过程中由于热膨胀造成的变形或毁坏。 为了改善填料层顶部液体初始分布效果，在填料段顶部设置 2 层 100填料盘，其下面则为 12 层 200填料盘。 （ 3）一中换热段（床层） 一中换热段填料采用双向金属折峰式波纹填料 ，高度 ，设计塔径 7 8 米。其中填料段顶部为 2 层 100填料盘，其余为 8 层 200改善初始分布效果。 一中换热段抽出集油箱采用新型槽盘式集油箱，在保证减二线及一中抽出的同时，将上升气体分布均匀。集油箱采用可吸收受热膨胀的结构，防止生产过程中变形或毁坏。 （ 4）二中换热段（床层） 该段设计塔径 。二中换热段填料采用双向金属折峰式波纹填料填料 ，其中填料段顶部为 2 层 100填料盘，其余为 10 层200填料盘，以改善初始分布效果。液体分布器采用新型导板连通槽式液体分布器； 二中及减三线抽出集油箱采用新型槽盘式集油箱，可同时保证减三线及二中循环油的抽出和上升气体重新调整、分布。集油精采用可吸收受热膨胀的结构，防止生产过程中变形或毁坏。 （ 5）洗涤段（床层） 洗涤段设计塔径 。填料上段采用双向金属折峰式波纹填料 ，填料下段采用新型抗堵塞填料 。填料盘设置为（从上到下）： 100 2 层， 200 9 层， 200 5型 3 层。 填料上方液体分布器采用新型导板连通槽式液体分布器；过汽化油抽出集油箱采用新型槽盘式集油箱。集油箱设计为热壁式集油箱，结构设计有利于过汽化油的采出，可避免集油箱存液结焦。该段集油箱同时采用可吸收受热膨胀的结构， 10 防止生产过程中因热膨胀问题引起变形或毁坏。 （ 6）进料段 大型塔器的气体分布也是保证填料性能发挥、关系全塔设计成功与否的关键。进料分布器采用综合性能优良的具有捕液吸能作用的双环流进料分布器。 （ 7）塔底气提段 塔底气提段设计采用 4 层大固舌塔盘，可使进料降液充分气提，保证减压塔的拔出率及减底渣油的产品质量，设计塔径 。 塔底抽出加设 抽出釜，可减小塔釜存液量以避免釜液结焦，能更好控制抽出时间。塔底渣油抽出口设置防涡流器。 由此可得减压塔整体结构示意如下： 11 图 2 减压塔整体结构示意图 1 减一中回流分布管支座 2 槽式液体分布器支座（一） 3 填料支撑支座（一） 4 集油箱支座（一） 5 减一内回流分布管支座 6 集油箱支座（二） 7 减二中回流分布管支座 8 槽式液体分布器支座（二） 9 填料支撑支座（二） 10 集油箱支座（三） 11 减三中回流分布管支座 12 集油箱支座（四） 13 洗涤油分布管支座 14 集油箱支座（五） 15 双列叶片气体分布器 16 能量吸收器支座 17 塔盘固定件（一） 18 塔盘固定件（二） 19 塔盘固定件（三） 20 液封盘 21 汽提蒸汽 分布管支座 12 压塔内件设计 式液体分布器设计 体结构确定 本填料塔采用规整填料 ,分离率高 ,持液量小 ,孔隙率大 以达到好的汽液分布效果 应有的特点是 :气相通过的自由截面大 ,压降小阻力小 ,不容易堵塞 ,不易造成雾沫夹带 ,且应便于制造安装 . 本次设计采用的是二级槽式液体分布器，它在大、中型填料塔中的应用十分普遍，适用于液体流量范围较宽的场合，其操作弹性可达到 4 或者更高。该种分布器的气相流通面积比盘式液体分布器大，因此可以降低气流通过分布器的阻力。本次设计的原油蒸馏减压塔在各段填料上部均采用了新型抗堵塞的槽式液体分布器。二级槽式液体分布器一般由一级槽和多条相互保持一定间距，平行布置于塔内的二级槽组成。回流液和液体物料通过一级槽上方的进料管进入一级 槽中，一级槽按比例将其分配到各个二级槽中，再由二级槽实现整个塔截面的液体均匀分布，气体从二级槽空隙处向上流动，这样提供的气体通道要比盘式分布器所能提供的大，可以占到 55 的塔截面。一级槽内有两个对称布置的缓冲槽，当液体引入一级槽时，沿着液体流动方向存在一个较大的液体冲力，如果这个冲力不被消除或减轻的话，该位置的对应的二级槽液体分布的效果会受到一定影响。因此在该位置设有缓冲槽，使冲力减小，液体分布的效果大大优于直接进入一级槽时的分布效果。最终效果图如下： 二级槽缓冲槽一级槽连通槽梁挡液板图 3 槽式液体分布器效果图 13 计计算说明 按照流体力学的孔流公式 ,重力分布器的排液量与小孔数目以及孔径存在着以下关系 : 4 20 式中 Q 液体流率； s ； d 布液孔直径 ,m ； 孔流系数，无因次； n 布液孔数量； g 重力加速度 ， h 液位高度； m。 孔流系数 体流出的雷诺数 化。孔流系数越大，表明孔对液体的阻力越小，液体越容易从小孔流出，液位越低，所以分布器的高度越小。在实际设计中应根据实验测得的数据选取孔流系数。对于此次设计的槽式液体分布器，可以利用柏努利方程，按分布器的气体阻力为零得出液位高度值，再加10为实际液位高度，以保证安全 一级槽分布器位置 二级槽分布器位置 1 2 3 7 1 2 3 7 孔径 (8 10 8 10 塔径 (m) 数 420 420 2226 2226 设计流量 (m3/h) st(m) m) m) m3/h) m3/h) 面积 (淋密度 (作弹性 流系数 14 计结构说明： 槽式分布器由第一级槽及第二级槽组成 再有第一级槽分配到各第二级槽 ,然后把液体喷于填料上 液体进入布液孔速度不应超过 每秒 以便组装 . 为了改善分布效果 ,我们在喷淋孔边设置挡板 ,将液体流击碎为液滴群 ,从而改善分布 . 图 4 槽式液体分布器挡板 槽式液体分布器是一种新型高效液体分布器 ,其质量高低对填料塔的操作影响很大 ,设计时应根据理论公式详细分析 ,充分发挥其布液均匀 ,操作弹性大的优点 ,以改善填料塔的操作性能 . 最终具体设计图如下： 15 图 5 槽式液体分布器设计图 式液体分布器安装说明 1) 槽式液体分布器安装前应检查分布器上的分布孔是否全部畅通，安装后应去除尘土焊渣及其它杂物。 2) 安装时，将二级槽（支槽）放到填料或填料压紧装置（填料压圈）上按图纸间距摆好位置。放到填料表面时要轻放，不能破坏填料。 3) 安 装基准梁，调整梁的水平度（用水平仪调整），并将定位管与弧板焊接固定。把紧梁与塔体固定件（如支座或连接板）的所有紧固件。 4) 把紧二级槽（支槽）与基准梁和塔体上的吊耳（如果有）连结的紧固螺栓，并在紧固过程中调整调整二级槽水平度，使二级槽固定。 5) 调整水平度后，把紧一级槽与二级槽和基准梁的连结紧固螺栓。 安装完检查： 1) 装配后一级槽连接处不得有束状漏液，但允许滴漏（ 1 分钟内滴水 4 滴以下为“滴漏”）。 2) 槽式液体分布器安装后应调整水平，槽式液体分布器（一）（五）安装水平度偏差 3 一级管 二级管 缓冲槽 缓冲板 16 3) 复查所有紧固件是否把紧；清除槽内 所有污物，保证各分布孔畅通 子设计（减一中回流分布管及洗涤油分布管） 这两个分布器皆为压力型排管式液体分布器，回流液从塔的一侧进入，依靠压力将液体充满逐渐分布到布液管中，在设计的液体流量范围均布性能好 ;气流通道大通道面积甚至可超过塔截面的 70%, 占空间小 ;结构简单 ,加工方便 ;易于支承 ;造价低廉等优点 , 已得到广泛使用。 子设计计算说明 ： 根据喷淋点密度截面积 算喷淋点数。 N t： 喷淋点采用等边三角布置。 t C S C 边三角布置时） N 个孔口必须落实到主管和支管的下侧 ,且保持孔间距约等于 t。为防止过大壁流产生 ,填料塔近壁区不设喷淋点 , 该区域宽度视塔径大小、填料规格而定。为满足上述要求 , 分布器孔口应合理布置。 d 计算得孔径应加以圆 整 , 一般孔径取 3 12用孔径取 5 8孔径超过上述范围，可改变 洗涤油分布管 减一中回流分布管 孔径 ( 塔径 (m) 数 设计流量 (m3/h) m) 17 m) m) m3/h) m3/h) 孔面积 ( 喷淋密度 ( 操作弹性 孔流系数 构细节设计： 管子采用管夹固定于支座上，管夹设计采用精馏中心 （第二版）： 图 6 U 型管夹 最终设计图如下： 图 7 洗涤油分布器 U 型螺栓 螺母 18 图 8 减一中回流分布管 盘安装说明 1) 塔盘间距以塔盘支持圈上表面为准。 2) 支持圈（支持板）与塔壁焊接后其上表面 300长上的局部平面度公差为 1个支持圈（支持板）上表面水平度公差为 5邻两支持圈（支持板）的间距公差不得超过 3 3) 支持圈和连接板根据图纸要求与塔壁焊接，保证紧密贴合。 4) 槽钢梁中心线与塔体在该处的横截面中心，偏差不得超过 2梁装配的定位，两相邻辅梁中心线距离偏差不得超过 2意两辅梁中心线距离不得超过 5 5) 当主梁和辅梁安装后，其上表面与支承圈（支持板）上表面应在同一水平面上，该平面的水平度公差为 6 6) 安装塔盘板及通道板时，注意必须使导向舌形阀闭口端指向受液盘侧，开口端指向降液板侧。 7) 塔盘安装后，同一层塔盘两相邻塔板间距离允差为 3意两塔板间距离允差为 6盘面水平度在整个面上的公差为 9 8) 受液盘，降液板与塔体装配后，底隙的允差为 3隙的允差为 5 9) 辅梁与槽钢梁现场 双面连续焊。 10) 现场将降液板和受液盘用定位筋板筋板点焊固定，螺母现场拧紧后点焊牢固。 11) 把紧所有紧固件。 安装完毕检查： 1) 按 1205盘技术条件进行制造和验收。 2) 检查支持圈（支持板）的焊接水平度是否满足要求，支持圈（支持板）焊接后不得向上或向下翘曲。 3) 检查支持圈（支持板）上表面是否平整，对接焊缝是否磨平，焊渣是否清楚干净。 19 压塔内件应力分析 油箱结构 本设计采用热补偿式槽盘集油箱，其上的液体主要通过集液槽和集液帽收集并由集液渠汇入抽出斗当中，气体通过集液槽之间的缝隙 上升到集油箱的上方，集液槽通过自由端避免由于温度变化而引起的应力变形。这种具有热补偿式集油箱防止热膨胀的基本结构，既安装方便又可以有效地解决集油箱的受热膨胀问题。而且这种集液方式显著提高了液体的收集速度，避免形成高液位，大大减少了液体在集油箱内的停留时间，有效的解决了高温结焦问题。 本例集油箱设计参数及结构简图如下： 结构参数 备注 600 塔板半径 000 斗的长度 08 斗的高度 10 集油箱高 50 集油箱间距 50 集油箱宽度 各构件厚度 升气管的厚度 底板厚度 斗的厚度 截面参数 50 集油箱横筋的长度 0 集油箱横筋的宽度 0 集油箱横筋的高度 集油箱横筋的厚度 50 升气管横筋的长度 0 升气管横筋的宽度 0 升气管横筋的高度 升气管横筋的厚度 载荷 4432 重 20 图 析计算条件 1）工况说明： 考虑自重 +承重 +开车冲击压力等荷载的影响 表 不同构件对应的自重、温度、压力条件 构件 承重 (冲击压力 (1 集油箱 24432 ：冲击压力选用可能出现的最大冲击荷载进行计算，这对于分析结果是偏于安全的。 2）荷载作用点 将承重等效成面力均匀的施加在塔盘、渠和斗上。自重 作用在各构件的重心。 3）应力分析坐标规定 选用直角坐标与局部坐标相结合。 2材料性能数据： 表 3 358下材料的性能数据 集油箱构件 材料 密度 （ kg/ 泊松比 弹性模量（ 许用应力（ 底板 0610105 气管 0610105 0610105 板 0610105 结构分析和力学模型 21 构分析 本分析报告中的有限元应力分析基于该参数进行。由于集油箱采用不锈钢06力分析计算中考虑腐蚀余量为 0。集油箱所受载荷包括自重、承重和冲击压力，忽略设备自身的温度应力。 根据集油箱的结构特性和承载特性，在有限元模型构建中，建立图 10 所示有限元计算模型。 1 2 200921:15:56 2 200921:15:320 有限元计算模型 边界条件和所用单元如下： 位移边界条件 ： 对于集油箱模型， 约束其塔盘外圈的 由度，约束斗支承胁板与塔壁内侧焊缝的所有自由度。如果在塔壁上焊有筋板，则对筋板与塔壁的焊缝处进行全约束。 载荷边界条件 ： 将承重等效为均布载荷加在集油箱的底板、渠以及斗上，利用重力场考虑模型各组件自重的影响。 有限单元选择 ： 采用 件中的壳单元 以较好的模拟集油箱的真实受力状态。 力分析 有限元分析采用 件，应力分析结果图的变形放大倍数为 100。图 11 给出了集油箱的应力分析云图。图 4 给出集油箱的挠度变化图。图 13 对应的是集油箱中各 构件的应力云图。 1 2 200921:16:111 ( 2 200921:16:171 (a) 主视图 (b) 右视图 22 1 2 200921:16:291 ( 2 200921:16:351 (