300kta合成氨厂硫化氢吸收塔结构设计本科生毕业设计论文.doc

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书300kta合成氨厂硫化氢吸收塔结构设计本科生毕业设计论文图标清单类型图号图示名称 附 图图 2-1封头示意图图 2-2质量载荷示意图图 2-3 地震载荷示意图图 2-4风载荷示意图图 2-5风弯矩示意图图 2-6法兰结构示意图图 2-7基础环示意图图 4-1F1型浮阀图 4-2降液管的液封图 4-3卡子连接图4-4人孔的形式附表表 2-1质量载荷汇总表表 2-2分段计算风载荷汇总表表 4-1板式塔综合性能比较主要符号说明计算压力，筒体或者封头的内直径，焊接接头系数筒体或者封头的计算厚度，筒体或者封头的设计厚度，筒体或者封头的名义厚度，筒体或者封头的有效厚度，筒体或者封头的最大允许工作压力，筒体或者封头的计算应力，塔体的材料的许用应力，厚度附加量，钢板的负偏差，腐蚀裕量，全塔操作质量，塔的壳体质量，塔内部构件的质量，保温层质量，扶梯及平台的质量，操作时的物料质量，水压试验时的充水质量，塔上各个附件的质量，全塔最小质量，全塔最大质量，计算截面的操作质量，塔的基本自振周期，结构综合影响系数对应的地震影响系数塔的总高度，塔的第i段截面处距地面的高度，塔的第i段截面处的地震弯矩，塔的第i段截面处的最大弯矩，10米高度处的基本风压值，空气动力系数笼式扶梯当量宽度，操作平台当量宽度，风压高度变化系数脉动增大系数脉动影响系数振型系数塔的第i-i段计算段的水平风力，管线保温层的厚度，塔的第i段保温层厚度，塔的第i段截面处的风弯矩，塔的计算段有效直径，群座底部内直径，基础环内直径，群座外直径，基础环外直径，群座人孔截面处群座壳的直径，设计温度材料对应的弹性模量，接管的计算厚度，接管的名义厚度，接管的有效厚度，群座壳的有效厚度，人孔或者管线引出孔加强管的厚度，群座人孔截面处水平方向的最大宽度，人孔或者较大管线引出孔加强管的长度，操作平台在计算段的长度，开孔削弱所需要的补强截面积，壳体有效厚度除去计算厚度之外的多余面积， 接管有效厚度除去计算厚度之外的多余面积，焊缝金属截面积，有效补强范围内另外的补强面积，群座人孔处截面的面积，补强有效厚度，群座人孔处截面的抗弯截面系数，由计算压力引起的轴向应力，重力引起的轴向应力，设计温度下材料的轴向应力，设计温度下材料的需用应力， 引言 本课题来自内蒙古天野化工集团。300kt/a合成氨厂变换工段采用低温甲醇洗工艺脱除硫化氢、二氧化碳杂质，具有能耗低、脱除率高等优点。以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的优良特性，脱除原料气中的酸性气体。该工艺气体净化度高，选择性好，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性进行。低温甲醇洗工艺技术纯熟，在工业上有着很好的应用业绩，被广泛用于国内外合成氨、合成甲醇和其他的合成、城市煤气、工业制氢和天然气脱硫等气体净化装置中。在国内以煤、渣油为原料建成大型合成氨装置中也大都采用这一技术。硫化氢吸收塔是实现这一过程的重要设备。在石油化工，化工和炼油领域，生产中最为重要的设备就是塔设备。它可使气液或液液两相之间进行机密接触，达到相际传质及传热的目的。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，工业气体冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有汽液两相传质和传热的增湿，减湿等。在化工厂、石油化工、炼油厂等中，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方面，都有重大的影响。据统计塔设备所占整个工艺设备投资费用的比例很高，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。第一章 选取材料塔设备是化工、是有化工和炼油等生产中最重要的设备之一。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例，在化工和石油化工中所占比例为25%，在炼油和煤化工中所占比例为35%，在其他工业行业也是重要的投资设备之一。材料的选取则占总成本的比例最为重要的一环，选材不当，不但增加总成本，还有可能导致事故的发生。因此，合理选材是塔设备的重中之重，材料的选取应考虑设备的使用条件、相容性、零件的动能和制造工艺、材料性能、材料的使用条件和相关的国家标准。1.1塔体的材料选取塔体是塔设备的外壳。常见的挑剔是有等直径、等壁厚的筒体和作为头盖和底盖的椭圆形封头所组成。塔体除满足工艺条件（如温度、压力、塔径、塔高等）下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所引起的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工等的影响。本次设计的塔设备工作压力为：，按照压力容器设计压力大小划分为中压容器；工作温度：120/-30，查钢制压力容器GB1501998附录C可知，设计温度低于或者等于-20的钢制压力容器为低温压力容器。因此选用低温压力容器用低合金钢。工作介质：原料气（一氧化碳、氢气、硫化氢）和甲醇。综上所述，该塔设备按照钢制压力容器GB1501998标注划分为类压力容器，所以塔体的材料选为16MnDR。1.2塔体支座材料的选取塔体支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的位置上进行正常的工作。为此，它应当具有足够的强度和刚度，能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。最常用的塔体支座是群式支座（简称“群座”）。综上所述，群座的材料选为Q235。1.3吊住的材料选取由于本塔设备较高（约为37米），为了在安装和检修时，方便塔内件的运送，所以设置吊住。吊住管常用20号无缝钢管，连接部分应与塔体材料相同。1.4其他非受压原件的材料选取考虑到材料的机械性能、物理性能、制造工艺性能和耐腐蚀性能等一系列的参数后，选用非常实用的材料为Q235钢。第二章 塔设备机械设计计算2.1塔体壁厚初步计算2.1.1圆筒壁厚计算筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一，圆柱形筒体（即圆筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。 因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广泛。从受压和制造的角度来说，圆筒形是最适合的形状。球形虽然受力最好，但是一是不好制造，二来不好放置。故筒体选用圆柱形筒体。工作压力 设计压力 依据一直条件可知：，可得出液柱静压力故液柱静压力不可以忽略。计算压力 采用双面焊，100%无损检测，则查钢制压力容器GB150-2011可知，16MnDR在1636mm范围内，120以下的许用应力为计算厚度 式中 计算厚度， 计算压力， 塔径， 许用应力， 焊接接头系数设计厚度 式中 腐蚀余量依据低温压力容器用低合金钢板GB3531中规定，容器专用钢板厚度负偏差按照GB/T709中B类要求，16MnDR常用钢板负偏差为名义厚度 则向上圆整到现有钢材标准规格厚度名义厚度 式中 钢板厚度负偏差有效厚度 式中 厚度附加量，最大允许工作压力 2.1.2封头壁厚计算压力容器封头的种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头。椭圆封头又名为椭圆型封头、椭圆封头即为由旋转椭圆球面和圆筒形直段两部分组成的封头。旋转椭圆球面母线的长、短轴之比为2.0的椭圆形封头，习惯上称为标准椭圆形封头。标准椭圆形封头的力学性能仅次于半球封头，但优于碟形封头。由于标准椭圆形封头的深度介于半球形和碟形封头之间，对冲压设备及模具的要求、制造难度亦介于两者之间，即比半球封头容易，比碟形封头困难。近年来由于采用旋压制遣工艺，为制造大直径椭圆形封头带来了方便。标准椭圆形封头因综合性能较好，被广泛用于中低压容器。因此，本设备选用椭圆形封头图2-1 封头示意图本设备选用标准椭圆封头，计算厚度 设计厚度 名义厚度 则向上圆整到现有钢材标准规格厚度名义厚度查钢制压力容器GB150-2011可知，标准椭圆封头的有效厚度应不小于封头内径的0.15%，有效厚度 最大允许工作压力 2.2水压试验计算内压容器试验压力由下式确定： 式中 水压试验前做校核试压时圆筒的薄膜应力 符合要求。水压试验前做校核试压时封头薄膜应力 符合要求。2.3设备各部分质量载荷计算图2-2 质量载荷示意图2.3.1塔体圆筒、封头、群座质量 (1)圆筒质量 查化工容器及设备简明设计手册可知，由表131.5得： 一米筒节钢板质量 塔圆筒总高度，其中上封头折边底距离第65块塔板为除沫器、人孔、甲醇入口接管，其间距为1200mm。第7块塔板至第65块塔板间有2个人孔，则其间距为。升气管距离第7块塔板间距为500mm，升气管长为2556mm。第6块塔板距升气管底为800mm，第1至第6块塔板间总高为。下封头折边距离第1块塔板距离为800mm。则圆筒总长度为： (2)封头质量 查化工容器及设备简明设计手册可知，依据，由表132.2得： (3)群座质量 群座高度 则圆筒、封头、群座总质量为： 2.3.2塔内构件质量 查钢制塔式容器JB47102005可知，由附录D表D.1得：浮阀塔盘单位质量为 2.3.3保温层质量 设定保温层为，用玻璃棉材质，密度为，则质量为： 式中 封头保温层质量， 式中 标准椭圆封头内表面积，由表多少 可知 将代入得： 2.3.4平台和扶梯质量 查钢制塔式容器JB47102005可知，由附录D表D.1得：钢制平台单位质量为，笼式扶梯单位质量为。笼式扶梯总高度，平台宽，平台高为1.1。选择半圆型平台，平台数，则有： 2.3.5操作时塔内的物料质量 式中 物料密度，塔板上液层高度，塔板数量，塔釜圆筒部分深度，封头体积，2.3.6全部附件质量 附件包括接管、法兰、升气管、人孔、补强圈等，由经验公式可得： 2.3.7水压试验时的充水质量 式中 表2-1 质量载荷汇总表项目名称项目符号质量，Kg塔体圆筒、封头、裙座质量54254塔内构件质量9802保温层质量415平台扶梯质量5271操作物料质量20331充水质量70139附件质量13563全塔操作质量103637全塔最小质量75463.4水压试验最大质量1534442.4塔的地震载荷计算图2-3地震载荷示意图2.4.1塔的自振周期计算 等直径、等壁厚容器的基本自振周期为： 式中 塔的总高度， 塔的操作质量， 材料在设计温度下的弹性模量，； 塔的筒体有效厚度， 塔的内径，2.4.2塔的地震弯矩计算 由JB/T47102005表81得：类场地：近震；由表82得： （设地震烈度为8级）。全塔操作质量 塔的总高度 重力加速度 结构综合影响系数 地震影响系数 取计算弯矩的截面高度为： 00 截面：11 截面：22 截面： 本塔属于等直径、等壁厚设备，所以有： 则地震弯矩由下式确定：00 截面： 任意截面弯矩计算由下式确定：11 截面： 22 截面： 2.5风载荷与风弯矩计算图2-4风载荷示意图2.5.1风载荷计算 表2-2 分段计算风载荷汇总表计算段123456070070017001700 1045010450 1920019200 2795027950367005005005005005005000.70.70.70.70.70.70.720.720.720.790.850.860.020.020.1340.3670.6781.0002.462.462.462.462.462.461.041.71.231.592.022.370.80.81.011.231.391.510.71.710.4519.227.9536.7平台数00311100943220220275220822082966.292463.432463.432463.4345064311285147542118326999 将塔分为6段进行风载荷计算，此处引入23段的计算： 式中 10m处风压值，呼和浩特地区的风压值为空气动力系数，圆筒形容器为0.7第3段风压高度变化系数，查化工容器及设备简明设计手册可知，由表167得：第三计算段长度，第3段风振系数，查化工容器及设备简明设计手册可知，由第396页中符号说明得： 则有： 脉动增大系数，依据，查JB/T4710-2005可知，由表84得：选取时， 第段脉动影响系数，查化工容器及设备简明设计手册可知，由表85得： 第段振型系数，根据与查表86得： 第段的有效直径， 设笼式扶梯与进口布置成，取下列两式中较大者 (1) (2) 式中 塔器第段外径， 塔顶管线外径，取400 塔设备第计算段保温层厚度， 管线的保温层厚度， 笼式扶梯当量直径，查钢制塔式容器JB47102005可知，由附录D表D.1得： 操作平台当量直径，由下式确定： 第段操作平台构件的投影面积， (1) (2) 取 2.5.2风弯矩计算 图2-5 风弯矩示意图 塔器的任意截面的风弯矩由下式确定： 则各截面风弯矩为：00 截面： 11 截面： 22 截面： 2.6各种载荷引起的应力2.6.1由设计压力引起的轴向应力 2.6.2由操作质量引起的轴向压应力 设群座的名义厚度为，有效厚度为，则有：00 截面：11 截面： 式中 塔体的第1段质量， 查化工容器及设备简明设计手册可知，由表1610得：人孔截面的截面积由下式确定： 式中 人孔或者大管线引出孔处群座壳的内径， 人孔或者较大管线引出孔处水平方向的最大宽度， 人孔或者较大管线引出孔处加强管厚度， 查化工容器及设备简明设计手册可知，由表1610得： 则有： 22 截面： 式中 塔的第2段质量，2.6.3最大弯矩引起的轴向应力 00 截面： 取大者，则有： 11截面：取大者，则有：查化工容器及设备简明设计手册可知，由表1610得：人孔截面的断面模数由下式确定： 22 截面： 取大者，则有： 2.6.4塔体最大组合轴向拉应力 发生在正常操作下的22 截面上： 2.6.5塔体最大组合压应力 发生在停车时的 22 截面： 2.6.6水压试验和液柱静压力(1)水压试验压力和液柱静压力引起的环向压力 由3.2计算得： 液柱静压力 (2)水压试验引起轴向拉应力 (3)水压试验最大质量引起的轴向压力 (4)弯矩引起的轴向拉应力 (5)水压试验引起的最大组合轴向拉应力(6)水压试验引起的最大组合轴向压应力 2.6.7吊装应力 2.7强度校核与稳定性校核2.7.1最大组合轴向拉应力的校核 由3.6.4计算得：根据条件： 所以符合要求。2.7.2稳定性校核 由3.7.5计算得： B值的计算： 查化工容器及设备简明设计手册可知，按照16MnR，120，由图145得：，稳定条件满足小于等于下式中的较小值： 所以符合要求。 式中 载荷组合系数00 截面：B值的计算：查化工容器及设备简明设计手册可知，按照16MnR，120，由图145得：，稳定条件满足小于等于下式中的较小值： 所以符合要求。11 截面：B值的计算： 查化工容器及设备简明设计手册可知，按照16MnR，120，由图145得：，稳定条件满足小于等于下式中的较小值： 所以符合要求。2.7.3水压试验时的应力校核(1)水压试验时筒体的环向应力校核 校核条件为：，则有： 由2.7.6（1）计算得： 所以符合要求。(2)最大组合轴向拉应力的校核 校核条件为：，则有： 由2.7.6（5）计算得： 所以符合要求。(3)最大组合轴向压应力的校核 校核条件为：满足中的较小值，则有： 由2.7.6（6）计算得： 所以符合要求。2.7.4高型直立容器吊装是的应力校核 查化工容器及设备简明设计手册可知，按照图1611所示的最为不利的吊装条件进行校核 校核条件为：中的较小值，则有： 由2.7.7计算得： 所以符合要求。2.8法兰和接管的选取图2-6 法兰结构示意图2.8.1气体出口管以及气体入口管的接管选取 根据工艺条件，查压力容器设计手册可知，由表1223得：选取接管材料为16MnR；接管规格为，经查16MnR的许用应力为，依据钢制压力容器GB1502011中相关规定，则代入数据得到： 所以符合要求。2.8.2气体出口管以及入口管的法兰选取 由以及设计压力，设计温度,则根据HG2059297中规定：查化工标准法兰手册及图库可知，由表322（A）得：选取法兰为，垫片内径为，垫片外径为，垫片厚度为；螺栓螺柱：，（每1000件的近似质量）。 查压力容器设计手册可知，由表3216得：法兰外径，螺栓孔中心圆直径，螺栓孔直径，螺栓孔数n=12个，法兰及法兰盖厚度为，法兰颈，法兰高，法兰：，法兰盖：。查表3223得：突面（RF）：。2.8.3气体出口管以及气体入口管的接管选取根据工艺条件，查压力容器设计手册可知，由表1223得：选取接管材料为16MnR；接管规格为，经查16MnR的许用应力为，依据钢制压力容器GB1502011中相关规定，则代入数据得到： 所以符合要求。2.8.4气体出口管以及入口管的法兰选取 由以及设计压力，设计温度,则根据HG2059297中规定：查化工标准法兰手册及图库可知，由表322（A）得：选取法兰为，垫片内径为，垫片外径为，垫片厚度为；螺栓螺柱：，（每1000件的近似质量）。 查压力容器设计手册可知，由表3216得：法兰外径，螺栓孔中心圆直径，螺栓孔直径，法兰及法兰盖厚度为，法兰颈，法兰高，法兰：，法兰盖：。查表3223得：突面（RF）：。2.8.5气体出口管以及气体入口管的接管选取根据工艺条件，查压力容器设计手册可知，由表1223得：选取接管材料为16MnR；接管规格为，经查16MnR的许用应力为，依据钢制压力容器GB1502011中相关规定，则代入数据得到： 所以符合要求。2.8.6气体出口管以及入口管的法兰选取 由以及设计压力，设计温度,则根据HG2059297中规定：查化工标准法兰手册及图库可知，由表322（A）得：选取法兰为，垫片内径为，垫片外径为，垫片厚度为；螺栓螺柱：，（每1000件的近似质量）。 查压力容器设计手册可知，由表3216得：法兰外径，螺栓孔中心圆直径，螺栓孔直径，法兰及法兰盖厚度为，法兰颈，法兰高，法兰：，法兰盖：。查表3223得：突面（RF）：。2.8.7人孔的选取 由设计压力P=6.105MP，设计温度t=120/-30,则根据HG21515-95中规定选取垂直吊盖带颈对焊法兰人孔，密封面名称及代号为：凹凸面工程压力6.3MP，内径为400mm。2.9基础环设计2.9.1基础环尺寸图2-7基础环示意图 式中 基础环的外径， 基础环的内径， 群座底截面的内径，2.9.2应力校核 式中 基础环截面系数，参考化工容器及设备简明设计手册可知，由下式确定： 基础环面积， 查化工容器及设备简明设计手册可知，由下式确定： 混凝土基础上的最大应力，查化工容器及设备简明设计手册可知，为下式中的较大值： 则有： 选用100号混凝土，查化工容器及简明设计手册可知，由表1611得：许用应力为：，则： 2.9.3基础环厚度设计 按照有筋板对基础环厚度进行计算： 式中 基础环的厚度， 基础环材料的许用应力，此处对于低碳钢则为： 计算力矩，查化工容器及简明设计手册可知，由表1612得： 螺栓为，查化工容器及设备简明设计手册可知，由表1618得：，当，查化工容器及设备简明设计手册可知，由表1612得： 故取上式中的较大值为： 经过圆整得：2.10地脚螺栓应力计算2.10.1地脚螺栓最大拉应力 地脚螺栓的最大拉应力由下式确定： 则有： 故取上式中的较大值为：2.10.2地脚螺栓的根径由3.10.1计算得： 取地脚螺栓个数为： 则地脚螺栓的根径由下式确定： 式中 地脚螺栓根径， 地脚螺栓材料许用应力，（选用Q235-A） 地脚螺栓的腐蚀余量，查化工容器及设备简明设计手册可知，由表1613得：螺栓的根径为：所以选用32个地脚螺栓，符合要求。第三章 开孔补强相关计算3.1不需另行补强的相关说明 并不是容器上所有开孔都需要补强，因为做设计时，容器及接管的实际壁厚与强度所需的壁厚相比，都有一定的裕量。当开孔尺寸在一定范围内时，可以不另行补强。 根据钢制压力容器GB1502011规定，在圆筒体及凸形封头中心80%的内径范围内开孔时，当满足下述全部要求是可允许不另行补强：1、 设计压力小于或者等于；2、 两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；3、 接管公称外径小于或者等于；4、 接管最小壁厚满足下表要求；接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0 注释：1、 钢材标准抗拉强度下限值时，接管和壳体的连接宜采用全焊透的结构形式；2、 接管的腐蚀裕量。3.2补强计算3.2.1人孔补强计算根据2.8.7计算，选取接管。1补强及补强方法判别 (1)补强判别 依据钢制压力容器GB1502011中规定：允许不另行补强的最大接管外径为，本开孔外径为，故必须另行补强。(2)补强计算方法判别开孔直径 参考化工容器及设备简明设计手册查取 本封头开孔直径为：，满足等面积法开孔补强计算的条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。 2开孔所需补强面积(1)封头计算厚度 由 计算得： (2)开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数，接管有效厚度为： 开孔所需补强面积按下式计算： 3有效补强范围 (1)有效宽度B，为下式中较大值： 所以 (2)有效高度 外侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 内侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 4有效补强面积(1)封头多余金属面积封头有效厚度 封头多余金属面积按下式计算： (2)接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余金属面积按下式计算： (3)接管区的焊缝面积（焊脚为） (4)有效补强面积 5所需另行补强面积 6补强圈设计 根据管公称直径选用补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径为： 取 补强圈厚度为： 则取3.2.2封头接管的补强计算据 计算，选取接管。1补强及补强方法判别(1)补强判别 依据钢制压力容器GB1502011中规定：允许不另行补强的最大接管外径为，本开孔外径为，故必须另行补强。(2)补强计算方法判别开孔直径 参考化工容器及设备简明设计手册查取 本封头开孔直径为：，满足等面积法开孔补强计算的条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。 2开孔所需补强面积(1)封头计算厚度 由 计算得： (2)开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数，接管有效厚度为： 开孔所需补强面积按下式计算： 3有效补强范围 (1)有效宽度B，为下式中较大值： 所以 (2)有效高度 外侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 内侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 4有效补强面积(1)封头多余金属面积封头有效厚度 封头多余金属面积按下式计算： (2)接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余金属面积按下式计算： (3)接管区的焊缝面积（焊脚为） (4)有效补强面积 5所需另行补强面积 6补强圈设计 根据管公称直径选用补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径为： 取 补强圈厚度为： 则取3.2.3筒体接管的补强计算据 计算，选取接管。1补强及补强方法判别(1)补强判别 依据钢制压力容器GB1501998中规定：允许不另行补强的最大接管外径为，本开孔外径为，故必须另行补强。(2)补强计算方法判别开孔直径 本筒体开孔直径为：，满足等面积法开孔补强计算的条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。 2开孔所需补强面积(1)筒体计算厚度 由 计算得： (2)开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数，接管有效厚度为： 开孔所需补强面积按下式计算： 3有效补强范围 (1)有效宽度B，为下式中较大值： 所以 (2)有效高度 外侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 内侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 4有效补强面积(1)封头多余金属面积封头有效厚度 封头多余金属面积按下式计算： (2)接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余金属面积按下式计算： (3)接管区的焊缝面积（焊脚为） (4)有效补强面积 5所需另行补强面积 6补强圈设计 根据管公称直径选用补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径为： 取 补强圈厚度为： 则取3.2.4筒体接管的补强计算据 计算，选取接管。1补强及补强方法判别(1)补强判别 依据钢制压力容器GB1502011中规定：允许不另行补强的最大接管外径为，本开孔外径为，故必须另行补强。(2)补强计算方法判别开孔直径 参考化工容器及设备简明设计手册查取 本筒体开孔直径为：，满足等面积法开孔补强计算的条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。 2开孔所需补强面积(1)筒体计算厚度 由 计算得： (2)开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数，接管有效厚度为： 开孔所需补强面积按下式计算： 3有效补强范围 (1)有效宽度B，为下式中较大值： 所以 (2)有效高度 外侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 内侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 4有效补强面积(1)筒体多余金属面积筒体有效厚度 筒体多余金属面积按下式计算： (2)接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余金属面积按下式计算： (3)接管区的焊缝面积（焊脚为） (4)有效补强面积 5所需另行补强面积 6补强圈设计 根据管公称直径选用补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径为： 取 补强圈厚度为： 则取3.2.5封头接管的补强计算据 计算，选取接管。1补强及补强方法判别(1)补强判别 依据钢制压力容器GB1502011中规定：允许不另行补强的最大接管外径为，本开孔外径为，故必须另行补强。(2)补强计算方法判别开孔直径 本封头开孔直径为：，满足等面积法开孔补强计算的条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。 2开孔所需补强面积(1)封头计算厚度 由 计算得： (2)开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数，接管有效厚度为： 开孔所需补强面积按下式计算： 3有效补强范围 (1)有效宽度B，为下式中较大值： 所以 (2)有效高度 外侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 内侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 4有效补强面积(1)封头多余金属面积封头有效厚度 封头多余金属面积按下式计算： (2)接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余金属面积按下式计算： (3)接管区的焊缝面积（焊脚为） (4)有效补强面积 5所需另行补强面积 6补强圈设计 根据管公称直径选用补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径为： 取 补强圈厚度为： 则取3.2.6封头接管的补强计算据 计算，选取接管。1补强及补强方法判别(1)补强判别 依据钢制压力容器GB1502011中规定：允许不另行补强的最大接管外径为，最大设计压力为2.5MP。而本开孔外径为，且设计压力为6.105MP故必须另行补强。(2)补强计算方法判别开孔直径 参考化工容器及设备简明设计手册查取 本封头开孔直径为：，满足等面积法开孔补强计算的条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。 2开孔所需补强面积(1)封头计算厚度 由 计算得： (2)开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数，接管有效厚度为： 开孔所需补强面积按下式计算： 3有效补强范围 (1)有效宽度B，为下式中较大值： 所以 (2)有效高度 外侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 内侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 4有效补强面积(1)筒体多余金属面积筒体有效厚度 筒体多余金属面积按下式计算： (2)接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余金属面积按下式计算： (3)接管区的焊缝面积（焊脚为） (4)有效补强面积 5所需另行补强面积 6补强圈设计 根据管公称直径选用补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径为： 取 补强圈厚度为： 则取3.2.6封头接管的补强计算据 计算，选取接管。1补强及补强方法判别(1)补强判别 依据钢制压力容器GB1502011中规定：允许不另行补强的最大接管外径为，最大设计压力为2.5MP。而本开孔外径为，且设计压力为6.105MP故必须另行补强。(2)补强计算方法判别开孔直径 参考化工容器及设备简明设计手册查取 本封头开孔直径为：，满足等面积法开孔补强计算的条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。 2开孔所需补强面积(1)封头计算厚度 由 计算得： (2)开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数，接管有效厚度为： 开孔所需补强面积按下式计算： 3有效补强范围 (1)有效宽度B，为下式中较大值： 所以 (2)有效高度 外侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 内侧有效高度由下式确定，取其中的较小值： 则有: 4有效补强面积(1)筒体多余金属面积筒体有效厚度 筒体多余金属面积按下式计算： (2)接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余金属面积按下式计算： (3)接管区的焊缝面积（焊脚为） (4)有效补强面积 5所需另行补强面积 6补强圈设计 根据管公称直径选用补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径为： 取 补强圈厚度为： 则取第四章 塔型的选型和内部结构设计本次设计的塔设备的公称直径为1600毫米，查化工机械工程手册中卷第17篇精馏和吸收设备可知，当塔径大于800毫米时，推荐使用板式塔，所以本设备设计为板式塔。板式塔的种类很多，通常情况如下分类：按操作压力分为精馏塔、吸收塔、解析塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔，也有按塔釜型式分类的。（一）泡罩塔泡罩塔是历史悠久的板式塔，长期以来，在蒸馏、ishou等单元操作所使用的塔设备中，曾占有主要地位，近三十年来由于塔设备有很大的进展，出现了许多性能良好的新塔型，才是泡罩塔的应用范围和在塔设备中所占的比重有所减少。但是泡罩塔并不因此失去其应用价值，因为它具有如下优点：1操作弹性较大，在负荷变动范围较大时扔能保持较高的效率。 2无泄漏。 3液气比的范围大。 4不易堵塞，能适应多种介质。泡罩塔的不足之处在于结构复杂、造价高、安装维修麻烦以及气相压力降较大。（二）筛板塔筛板塔也是很早出现的一种板式塔。20世纪50年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较为完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有以下优点：1生产能力大（20%-40%）。2塔板效率高（10%-15%）。3压力降低（30%-50%）。4结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装和维修都较为容易。缺点：小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。（三）浮阀塔20世纪50年代起，浮阀塔已大量用于工业生产，已完成加压、常压、减压下的精馏、吸收、脱吸等传质过程。大型浮阀塔的塔径可达10米，塔高80余米。浮阀塔之所以广泛应用，是由于它具有下列特点：1处理能力大浮阀在塔盘上可安排得比泡罩更为紧凑。因此浮阀塔盘的生产能力可比圆形泡罩塔盘提高20%-40%。2操作弹性大浮阀可在一定范围内自由升降以适应气量的变化，而气缝速度几乎不变，因之能在较宽的流量范围内保持高效率。他的操作弹性为3-5，比筛板和舌形塔盘大的多。3塔板效率高由于气液接触状态良好，且蒸气一水品方向吹入液层，故雾沫夹带较少。因此塔板效率较高，一般比泡罩塔高15%左右。4压力降小气流通过浮阀时，只有一次收缩、扩大及转弯，故干板压力降比泡罩塔低。由于吸收了泡罩塔和筛板塔的优点，虽然存在阀孔易磨损，阀片易脱落，但是相对于其他塔型，这已经是非常大的进步了。经过上述介绍，我们可列出表格，对三种常用的塔型进行对比：表41板式塔综合性能比较塔盘型式蒸汽量液量效率操作弹性压力降价格可靠性泡罩良优良超差良优筛板优优优良优超良浮阀优优优优良优优通过比较，结合性能表和本次工作条件和介质，选择浮阀塔。查JB11182001可知，F1型浮阀适合本设备的条件，故选用F1型浮阀。其结构尺寸如下图：图4-1 F1型浮阀4.1塔盘选型及设计计