毕业设计（论文）-Φ4500mm常压精馏塔设计说明书.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