柴油吸收塔机械设计（二）

专业负责人批准日期2741199438 毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 专业 班 级： 学生： 学号： 一、毕业设计课题 柴油吸收塔机械设计（二） 二、毕业设计工作自 年 月 日起至 年 月 日止三、毕业设计进行地点 四、毕业设计的内容要求 一、设计参数： 塔内直径mm：1600 操作介质：柴油、富气 塔内塔盘数：26 设计压力MPa：1.5 基本风压值：700N/m2 设计温度：100 焊缝系数：0.85 最高工作温度：80 腐蚀裕度：6mm 塔总高mm：24950 隔热材料：岩棉 地震烈度： 7 隔热厚度mm：80 二、设计内容： 1明确设计的目的和意义； 2对塔体及塔内主要部件材质的进行选择与论证。 3结构型式的设计选择与论证，包括： （1）塔盘、封头、裙座、法兰、进出口结构型式的选择； （2）平台、扶梯结构型式的选择； （3）塔顶、塔底与进料空间高度的确定； （4）绘制塔体简图及开孔一览表； 4设计计算，包括：强度及稳定性计算，包括以下内容： （1）主要设计参数的确定及说明； （2）塔体、封头的最小厚度及设计厚度的确定； （3）水压试验应力校核； （4）塔体轴向稳定与强度校核计算； （5）地脚螺栓的强度计算与基础环设计； （6）开孔补强计算； （7）塔体挠度计算； 三、设计要求： （1）设计在指导教师的指导下，在规定的时间内由学生独立完成。 （2）设计中要求分析论证正确，选型正确合理，计算准确无误。 （3）图纸要求图面整洁、布局合理，正确运用工程制图的标准规范绘制各类图纸。采用计算机绘图。 （4）设计说明书应表述清楚，格式规范，字迹清晰。 （5）设计要严格遵循GB150-1998钢制压力容器及其它有关标准。 四、设计成果提交： （1）设计说明书； （2）设计图纸，折合A0不少于1.5张(包括总装配图和零部件图)； 指导教师 接受论文任务开始执行日期 年 月 日学生签名 摘要本次设计主要是针对年处理量150万吨俄罗斯混合原油的常压设计。 原油常压蒸馏作为原油的一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用，在炼厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。其中重要的分离设备常压塔的设计，是能否获得高收率、高质量油的关键。近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新，装置节能消耗显著，产品质量提高。但与国外先进水平相比，仍存在较大的差距。 为了更好地提高原油的生产能力，本着投资少，能耗低，效益高的思想对俄罗斯混合原油进行常压蒸馏设计。设计的基本方案是：初馏塔拔出石脑油，常压塔采取三侧线，常压塔塔顶生产汽油，三个侧线分别生产煤油，轻柴油，重柴油。设计了一个初馏塔一个常压塔一段汽化蒸馏装置，此装置由一台管式加热炉、一个初馏塔，一个常压塔以及若干台换热器（完善的换热流程应达到要求：充分利用各种余热；换热器的换热强度较大；原油流动压力降较小。）冷凝冷却器、机泵等组成，在常压塔外侧为侧线产品设汽提塔。流程简单，投资和操作费用较少。原油在这样的蒸馏装置下，可以得到350-360以前的几个馏分，可以用作石脑油、汽油、煤油、轻柴油、重柴油产品，也可分别作为重整化工（如轻油裂解）等装置的原料。蒸余的塔底重油可作钢铁或其它工业的燃料。在某些特定的情况下也可以作催化裂化或加氢裂化装置的原料。本次设计共用34块浮阀塔板，塔距0.8m，塔径3.4m，塔高28.23m.换热流程一共通过12次换热达到工艺要求，换热效率是73.1%。 关键词：原油；常压蒸馏；物料衡算；热量衡算；塔；换热AbstractThis design mainly regards to which Russia commingled crude oil are distilled by a process capacity of 1.5104t/a in normal pressures. As a part of crude oil processing technic ,the normal pressures distilion of crude oil is very important in the whole processing schemes of crude oil and refineries and its operation status directly affects the continuing machine process.There are a kind of important separate equipment- normal pressures columns ,which is the key to attain high efficient , high quality oil. In recent years,firstly the distillion technique of normal pressures and manage experience were innovated constantly ;secondly equipments effect of saving energy is remarkable ;thirdly product quality was improved.But compare to international advanced techniques,there are a long distance. In order to improve the product ability of crude oil ,In the principle of shoestring , lowenergy consumption , high-efficiency ,designing the normal pressures distillion of Russia commingled crude oil.Designs basic scheme : Prefractionator extracts naphtha. atmospheric column has three lateral line .Its tower top extracts gasoline and three lateral line respectively extrct kerosene, light diesel fuel, heavy diesel fuel.Design a distillion device with a prefractionator，a atmospheric column with a piece of gasification.This device is consist of a tubular-furnace,a prefractionator,a atmospheric column ,several heat exchangers, cooling condenser and pumps.This procedure is simple; Investment and operation fee is short .According to this design device ,we can attain 350360 previous some fraction.They can be used to be naphtha ,gasoline, kerosene,light diesel fuel, heavy diesel fuel products and they can be used tobe reforming chemical engineerings raw material.Other tower bottle heavy oil can be as raw material of steel industries or other industries. At all under certain condition, they can be as raw material of catalytic cracking and hydrogen cracking .This design adopts 34 block floating valve trays. Tower distance is 0.8m. Tower diameter is 3.4m.Tower level is 28.23m.Heat exchangers process reach to the technics requirement by 12 time heat exchangers processes.The heat exchangers efficiency is 73.1%. Key words: Oil; Atmospheric distillation; Material balance; Heat balance; Tower; Heat exchange1. 明确设计的目的和意义课程设计是“分离工程”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强训练。查阅资料选用公式和搜集数据的能力。树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。迅速准确的进行工程计算（包括电算）的能力。用简洁文字清晰表达自己设计思想的能力。2对塔体及塔内主要部件材质的进行选择与论证2.1、塔体材料选择：设计中塔体的材料选择是：本塔设备外壳材料选择16MnR塔由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所英气的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响，因为吸收塔承受压力不大，而且16MnR钢材综合力学性能、焊接性能以及低温韧性、冷冲压以及切削性能比较好，低温冲击韧性也比较优越，价格低廉，应用比较广泛。故塔壁面由16MnR钢材制造2.2裙座材料选择设计中裙座材料的选Q235-A。塔体裙座是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定位置上进行正常工作，为此，它应当具有足够的强大和刚度，能够承受各种操作情况下的全塔质量，以及风力、地震等引起的载荷。故选择Q235-A三、结构型式的设计选择与论证3.1 塔型选择 塔型选择原则:.操作过程 中有热效应的系统，用板式塔为宜。因为盘上积有液层，可在其中安放换管，进行有效的加加热或冷却。.对于多数情况，塔径大于800mm时，宜用板式塔，大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与载体的容积成正比，板式塔按单位面积计算的价格，随塔增大而减小。.操作弹性，板式塔较填料塔大由任务书所给的：塔内直径mm：1600 ，操作介质：柴油、富气，塔总高mm：24950，故选择板式塔。3.2塔盘的选择塔盘系由气液接触元件、塔盘板、受液盘、溢流堰、降液管、塔盘支持件和紧固件等部分组成。塔盘按结构点可分为整块和分块式两种类型。当塔径800mm时，能在塔内进行装拆，可用分块式塔盘，而整块比分块要贵。故选用分块式塔盘。3.3裙座的选择 塔体常用裙座支承。裙座形式根据承受载荷情况，可分为圆筒形和圆锥形两类。圆筒形裙座制造方便，经济上合理，并且DN1m,H/DN15.630，为防止风载荷或地震引起的弯矩造成塔翻到，则需要配制较多的地角螺栓及具有足够大承载面积的基础环故选择圆筒形裙座，。3.4封头选择 该塔共两个封头，为上封头和下封头。封头形式选取标准椭圆形封头。标准椭圆形封头是由半个托球面和短圆筒组成。直边段的作用是避免封头焊缝连接处出现径向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率半径变化平滑，顾应力分布较为均匀，切椭球形封头深度较半球型封头的深度小得多，易于冲压成型，而且该塔实际压力为1.6MPa，故本设计选择椭圆封头。由于该塔实际压力为1.6MPa，属于低压容器，并且鉴于椭球形封头的受力特点，选取该塔器封头为白哦准椭圆形封头。选取材料为Q345R3.4法兰的选择吸收塔的设计压力为1.6，设计温度为100，内径为1000，所以可选择公称直径为1600，公称压力为1.6的甲型平焊标准法兰，采用凹凸面密封。相关的尺寸如下： 螺栓的规格，个数602.5进口构造的选择2.6平台选择2.6.1操作平台的设置及尺寸（1）操作平台设置在人孔、手孔、塔顶吊柱、液面计等需要经常检修操作的地方。操作平台布置在检修时不再需要另外设置脚手架和缆索。（2）布置在一起的塔，可将平台连起来建成联合平台如图：（3）平台下的地面是通道，所以底层平台的净空高度不小于2.0m.各层平台之间的最小间距不得小于2.0m，无特殊要求的地方，层间距也不宜大于8.0m(4)操作平台的宽度设为1.0m。（5）平台内缘与塔壁之间留出一定的间隙，因为要进行设备的保温、涂漆等工作。（6）支承平台槽钢梁要沿平台外圆周等分安排，相信梁间的距要小于1.5m2.6.2操作平台的铺板平台铺板采用钢板网，为了使铺板具有足够的刚性，可在铺板下每隔1m用间断焊焊上一条25*3扁钢。2.7扶梯结构型式的选择（1）在经常操作的平台，采用直梯。其它地方采用斜梯，斜梯的角度小于60.（2）直梯的高度一般不应超过5m，若超过5m时，就要在中间设休息平台。在直梯高度超过4m地方，要设安全笼笼，从地面（或平台面）至安全笼第一护圈的距离为2.2m.(3)笼梯相邻护圈的间距为1.01.3，并且不能大于1.5，以免失去安全作用。在平台通道口处以下的笼梯护圈，应在平台 以下75150.（4）梯子至塔体、保温层外表面的距离至少为200mm。在塔体加强圈地方，则距离 还须适放大。（5）在平台距地面一级踏步应高出地面（或平台面）高度大于4m或平台间距大于3m地方，设置安全门。（6）梯子的最底一级踏步应高出地面（或平台面）150450mm相邻踏步的间距取300mm3.3塔顶、塔底与进料空间高度的确定3.3.1 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的直线距离，取除沫器到第一块板的距离。取塔顶空间，考虑到需要安装除沫器，所以取塔顶空间为1.0m.3.3.2 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的距离，釜液停留时间取5min。 塔底空间 取釜液停留时间为5min，取塔底页面至最下一层塔板之间的距离为1.0m,则： 所以 3.3进料空间高度填料层计算采用等板高度法查得：填料外径 关键组分的值所以填料层高度为：3.4绘制塔体简图及开孔一览表 4.设计计算部分4.1 设计条件焊接接头系数 ：=0.85 腐蚀余量:C2 =6mm厚度负偏差系数:C1=0.3 这是根据GB3513低温压力容器用低合金钢板中列举的压力容器专钢板的厚度负偏差BG/T709中的B类要求椭圆形封头形状系数k=1 这是因为本设计采用标准椭圆封头，所以Di2hi=2,4.1设计参数设计条件：设计压力：1.5MPa；最高工作温度：80摄氏度；设计温度：100摄氏度；介质名称：柴油、富气；基本风压值：700N/m2；地震烈度:7度；塔板数量：26；保温材料厚度：80mm。塔体内径 1600mm,塔高24590m。腐蚀余量=6mm。焊接接头系数=0.85。设备材料的选取，设计参数的确定筒体和封头选用16MnR，在设计温度下许用应力=126.6MPa,=245MPa。由于操作压力不大，假设计算壁厚小于16毫米，根据附表九316MnR钢板在设计温度下的许用应力为=174Mpa；=315MPa ；Rm=470Mpa12.3 筒体和封头的强度计算 2.3.1 筒体厚度 计算厚度 = 设计厚度 考虑其受到风载荷，地震载荷，偏心载荷和介质压力作用，取名义厚度。有效厚度 。2.3.2 封头厚度 封头采用标准椭圆形封头。 封头壁厚 设计厚度 名义厚度 有效厚度 。 2.3.3 水压试验校核 故满足要求。2.4 塔器质量计算 筒体内径 裙座内径。 （1）塔壳和裙座的质量： （2）人孔，法兰，接管等附属件的质量： （3）内构件的质量： （4）保温材料的质量： （5）平台，扶梯的质量： （6）物料的质量： （7）充水质量: （8）塔器的操作质量： （9）塔器的最大质量： （10）塔器的最小质量： 将塔沿高分成8段，其中裙座分为两段，筒体分为6段，塔器各段质量如下表所示。表2.1 塔器各段质量塔 段12345678塔段长度/m 0-1 1-7.47.4-14.414.4-21.421.4-28.428.4-35.4 35.4-42.4 42.4-49.1 1050567235 73538 7353873538735387353870387 续表2.1 塔 段1 23456780 0 1975197519751975197518910020052005200520052005191940256280 1708170828017081696001280812808128081280812808122590021980 21980 219802198021980210381054567491906089203692036906089203688153105456749199779101207101207997791012079693210545674917621877647776477621877647743802.5 塔的自振周期计算 。2.6 地震载荷 将塔沿高分成8段，把每段高度之间的质量看成作用在该段高度1/2处的集中质量，各段集中质量所引起的地震力如下表所示。表2.2 塔器各段地震力塔 段12345678塔段长度/m 0-1 1-7.4 7.4-14.4 14.4-21.421.4-28.428.4-35.435.4-42.442.4-49.1105456749190608920369203690608920368815450042001090017900249003190038900457500.0110.2721.138 2.3953.929 5.6987.6729.7860.11618.4103.1220.4361.6 516.3706.1 862.71.318 5.000117.3527.91420.878 2941.2985417.6078441.397= 续表2.2塔 段123456780 0.040 0.168 0.3540.5810.8421.1341.4460351.351973.62 4218.026921.189882.1613514.6016511.980283.5987.616.522.9 28.935.8040.33 续表2.2塔 段1234567879.9414297.991 14972.47324975.34634743.23243819.802 54277.48961142.146238308.8 238228.9 233930.9218958.4193983.1 159239.8 115420.0 61142.1因为且，故考虑高振型的影响。 本塔的计算截面选取其较薄弱的部位，塔的底截面0-0截面，裙座上人孔处的截面，塔体与裙座连接焊缝处的-截面。 （1）0-0截面地震弯矩。 (2)截面地震弯矩。 （3）-截面地震弯矩。 考虑高振型后塔体各截面的地震弯矩： （1）0-0截面： (2)截面: (3)-截面： 2.7 风载荷和风弯矩的计算2.7.1 顺风向风载荷计算本塔各分段集中风载荷计算结果如下表所示：表2.3 塔器各段风载荷塔 段12345678塔段长度/m 0-1 1-7.47.4-14.414.4-21.421.4-28.428.4-35.4 35.4-42.4 42.4-49.1 续表 2.3塔 段123456784500.7 B类 / 11.12 1.271.391.491.591.66 / / 0.750.800.820.840.850.87 / / 0.037 0.1280.261 0.424 0.616 0.824 / / 1.0911.2951.5641.8752.2052.58110006400 7000 7000 7000 7000 7000 6700 400 600 续表2.3塔 段1234567830483048301236123612 30123612 3612 008115.3313098.7517314.42 18554.58 27922.99 32660.98 其中 （1）0-0截面风弯矩： . = + = （2）截面风弯矩： (3) -截面风弯矩： 2.7.2 横风向风载荷计算2.7.2.1 横风向风振判别因为且，所以应考虑横风向风振。 设计风速： 临界风速： 其中 因为所以既要考虑第一振型振动，又要考虑第二振型振动。2.7.2.2 横风向塔顶振幅 横风向塔顶振幅: 当时， 当 第一振型的横风向塔顶振幅为： 第二振型的横风向塔顶振幅为： 2.7.2.3 塔体横风向弯矩 塔体横风向弯矩如下表所示：表2.4 塔体各段横风向弯矩塔 段12345678105456749190608920369203690608920368815404200109001790024900319003890045750 续表2.4塔 段12345678000.143 0.285 0.428 0.570 0.713 0.849振型10 0 0.037 0.1280.261 0.424 0.616 0.824振型2 0 0 -0.18-0.49 -0.69 -0.63 -0.27 0.29 塔体共振时各计算截面横风向弯矩： (1)0-0截面： = （2）截面： （3）-截面： = =2.7.2.4 塔体顺风向弯矩塔体顺风向弯矩如下表所示： 表2.5 塔体各段顺风向弯矩塔 段12345678塔段长度/m 0-1 1-7.47.4-14.414.4-21.421.4-28.428.4-35.4 35.4-42.4 42.4-49.1 0.7 振型1：1.84（） 振型2: 1.84（） / / 0.75 0.800.820.840.850.87 / 11.12 1.271.391.491.591.66 续表2.5塔 段12345678振型10 0 0.037 0.1280.261 0.424 0.616 0.824振型2 0 0 -0.18-0.49 -0.69 -0.63 -0.27 0.29振型1 / / 1.046 1.148 1.2831.4391.606 1.795振型2 / / 0.7780.4250.2530.3510.7350.719振型1： 振型2:1000 6400 7000 7000 7000 7000 7000 670030483048301236123612 30123612 3612 续表2.5塔 段12345678振型1 / /49.491.890.3 90.5 129.2 144.3振型2 / /1325.5 984.6641.8 794.4 2132.4 2084.5 共振时塔体顺风向弯矩（按振型2计算）： （1）0-0截面： （2）截面： （3）-截面： 2.7.3 塔体组合风弯矩 （1）0-0截面： （2）截面： （3）-截面： 2.8 最大弯矩 （1）塔底截面0-0： （风弯矩控制） （2）截面： （风弯矩控制） （3）-截面： （风弯矩控制）2.9 圆筒应力校核表2.6 截面强度和稳定性校核计算截面计算截面以上塔的操作质量 545478.6塔壳有效厚度 13.7计算截面的横截面积 86036计算截面的断面系数 最大弯矩 续表2.6操作压力引起的轴向应力 4.01操作压力引起的轴向应力 4.01重力垂直地震力引起的轴向应力 64.9（5