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DN700 旋流板塔 设计 CAD

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DN700旋流板塔设计摘 要设计一旋流板塔，用于净化废气中的粉尘，任务书给定了塔高，塔径等相关参数。因为对化工类塔设备认识比较少，在老师的帮助下，找了几本老师指定的书，深入了解了化工方面的许多知识，弄懂了旋流板塔的工作原理，初步确定了设计思路与设计方向。通过对旋流板塔给定设计条件进行分析，预定好设计方法和步骤。在对旋流板塔的塔体、内件、支座及附件部件的材料选择时，不仅要满足工艺设计，还要考虑自然因素，来进行壁厚计算和强度校核。对加工工艺、装配程序和安全防腐的要求，以及在制造、运输与安装时的注意事项。绘制符合设计要求的旋流板塔图纸，并给出技术要求。在旋流板塔的结构设计过程中，要以设计书为标准进行规范设计，使设计符合相关标准，同时要满足生产的需求和符合安全生产要求。关键词：旋流板塔；压力损失；除尘效率；强度；ABSTRACTA swirling plate column is designed to purify the dust in the exhaust gas, and the relevant parameters such as tower height, tower diameter and so on are given in the task book.Because of less understanding of the chemical tower equipment, with the help of the teacher, some books assigned by the teachers have been found, many knowledge of the chemical industry and the working principle of the swirl plate tower have been understood, and the design ideas and the direction of the design have been preliminarily determined.Through the analysis of the given design conditions of the swirling plate tower, the design method and steps are scheduled. In the selection of the material of the tower, inner parts, support and accessories of the swirl plate tower, it is not only to meet the technical design, but also to consider the natural factors to calculate the wall thickness and check the strength. Requirements for processing technology, assembly procedures, safety and corrosion resistance, as well as matters needing attention in manufacturing, transportation and installation. Draw the drawings of the whirlpool tray which meet the design requirements, and give the technical requirements.In the process of structure design of swirling plate tower, the design book should be used as the standard to make the design conform to the relevant standards, and meet the demand of production and meet the requirements of safety production.Key words : Swirl plate column; pressure loss; dust removal efficiency; intensity目录 1 绪论11.1 引言11.2 湿式除尘器的介绍11.3 湿式除尘器的工作原理21.4 洗涤塔的介绍和分类41.5 旋流板塔41.6 拟定设计方案42 旋流板塔的主体结构及零部件结构设计52.1确定旋流板塔的尺寸52.1.1 给定的设计参数52.1.2 确定旋流叶片外径52.1.3 罩筒高度52.1.4 叶片径向角52.1.5 计算压力损失62.2 旋流板塔的零部件结构设计62.2.1 旋流板塔材料的选择82.2.2 塔盘的结构设计82.2.3 整块式塔盘的支撑结构82.2.4 裙座的结构设计93 旋流板塔其他附属装置的结构设计113.1 溢流装置113.1.1 降液管113.1.2 受液盘113.2 进出口管装置123.2.1 进料管123.2.2 出料管133.3 人孔与手孔133.4 视镜133.5 液面计143.6 法兰143.7 补强圈143.8 除沫器144 强度计算与校核及各项验算154.1 塔板主要工艺尺寸的计算154.2 塔体壁厚初算164.2.1 圆筒壁厚计算164.2.2 封头壁厚计算174.3 塔体各项载荷计算174.3.1 质量载荷计算174.3.2 风载荷计算184.3.3 地震载荷及地震弯矩计算204.3.4 最大弯矩计算224.4 塔体的强度及轴向稳定性验算224.4.1 塔外壳轴向应力分析224.4.2 圆筒拉应力校核234.4.3 塔体液压试验时的应力校核234.5 裙座的设计及验算244.5.1 座体244.5.2 基础环264.5.3 地脚螺栓274.6 裙座与塔体对接焊缝的验算285 加工工艺和装配程序及安全防腐295.1 加工工艺295.2 装配程序295.3 安全防腐295.3.1 使用耐蚀材料295.3.2 其它表面工程技术306 旋流板塔的制造、安装及运输316.1 材料检验316.2 筒体制造316.2.1 筒体的下料316.2.2 筒节的成形316.2.3 筒节的组对316.2.4 筒节与筒节的组对焊接316.2.5 筒体主焊缝的检测326.3 封头的制造326.4 旋流板塔的安装326.4.1安装前的准备326.4.2安装程序336.5 旋流板塔的运输33参考文献34致 谢35附 录361绪论1.1引言旋流板塔设计是我通过学习了全部课程后进行的一次综合性的设计。这次毕业设计充分体现了理论联系实际的宗旨，通过这次毕业设计，使我认识到作为一名工作人员我们不仅要有扎实的专业基础知识，还要有良好的技术水平、以及严谨务实的工作态度，这次毕业设计锻炼了我查阅资料自我学习的能力。随着人类社会的发展与进步，人们对生活质量和自身的健康越来越重视，对空气质量也越来越关注。而我国是世界上以燃煤为主要能源的国家，也是燃煤污染物排放的第一大国，燃煤多造成的酸雨污染和颗粒物污染而导致的环境问题，已成为世界各国关注的热点。在排放的燃煤烟气里，含有大量的粉尘和二氧化硫，影响环境质量，危害人体健康。粉尘的性质，决定了其控制的紧迫性。目前，我国部分地区，空气中PM2.5指标严重超标。因此，早日解决我国的环境问题，迫切需要加大加强对燃煤烟气的除尘系统的研究与推广应用。工业中常见的除尘器可分为：机械式除尘器、电除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器等。机械式除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器等。重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气体中沉降分离的除尘装置，主要用于高效除尘的预除尘装置，除去大于40m以上的粒子。惯性除尘器是借助尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离，主要用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。洗涤塔是利用尘粒与水滴接触碰撞而相互凝聚或尘粒间团聚，使得重量增加，靠重力作用而沉降下来。旋流板塔就是是一种效率高、压力损失较低的洗涤塔。1.2湿式除尘器的介绍湿式除尘器是通过使含尘的气体与水或其他液体相接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用而把尘粒从气流中分离出来。湿式除尘器具有投资少，结构简单，操作及维修方便，占地面积小等优点，且同时能进行有害气体的净化、烟气冷却和增湿，特别适用于处理高温、高湿和有爆炸危险的气体。此外，在操作时它不会产生捕集到粉尘的再飞扬。但在使用中产生的污水、污泥需要进行处理，否则会造成水的污染。当气体中含有腐蚀性介质时，要考虑防腐措施。湿式除尘器以水为媒介物，因此它适用于非纤维性的、能受冷且与水不发生化学反应的含尘气体，不适用于除去黏性粉尘。1.3 湿式除尘的工作原理含有悬浮尘粒的气体与水相接触，当气体冲击到湿润的器壁时，尘粒被器壁所黏附，或者当气体与喷洒的液滴相遇时，液体在尘粒质点上凝集，增大了质点的质量，而使之降落。在湿式除尘器中，气体与液体的接触方法有两种，一种是气体与水膜或已被雾化了的水滴接触，像文氏管除尘器、水膜除尘器、喷淋式除尘器等即属这一种；另一种是气体冲击水层时鼓泡，以形成细小的水滴或水膜，如冲击式除尘器、自激式除尘器等。湿式除尘器的除尘原理有些和惯性、旋风和袋式除尘器的原理有共同之处，但又有其特殊性，现分述如下：惯性碰撞尘粒和水滴之间的惯性碰撞是最基本的除尘作用，对尺寸在0.3m以上的尘粒而言，尘粒与水滴的碰撞效率取决于尘粒的惯性。气流在运动过程中如果遇到障碍物（如水滴）会改变气流方向，绕过物体进行流动。其中细小的尘粒随气流一起绕流，运动轨迹由直线变为曲线。粒径较大和密度较大的尘粒具有较大的惯性，便脱离气流的流线保持直线运动，从而与水滴相撞。尘粒与水滴碰撞的范围为AA和BB，因此只有以AB为直径的圆柱体空间内的尘粒与水滴碰撞接触。如果从脱离流线到停止运动，尘粒共移动的距离xs大于尘粒脱离流线的点到水滴的距离，尘粒就会和水滴碰撞而被捕集。单个水滴和尘粒发生碰撞的概率可用无因次碰撞数（或称为惯性参数）表示。 =xsds （1）式中xs为从脱离流线到停止运动尘粒总共移动的距离，m。ds为水滴的直径，m。如果服从Stokes公式，再考虑Cunninghum滑动修正系数的影响后，可得 =Cuxd2c18ds （2） 式中C为Cunninghum滑动修正系数，在t=20、p=0.1MPa时，C=1+0.00172d； d为尘粒的直径，m；ux为气体与水滴的同时速度，m/s；c 为被捕集尘粒的密度，kg/m3；为气体动力黏度，N.s/m2即Pa.s。从定义可知，值越大，单个水滴和尘粒碰撞机会越多，除尘效率越高。由式（1）可知，与ux成正比而与ds成反比，因此提高气流和液滴的相对速度、减小液滴直径是提高除尘效率的主要途径。此外，与含尘气体的接触面积越多，尘粒的密度、粒径越大，效率也越高，而气体黏度越大则效率越低。对于球状液滴，在紊（Re）流条件下，当0.1时，推荐采用下列经验公式计算惯性捕集效率 =（+0.35）2 （3） 直接拦截有些细微颗粒的惯性很小，基本上可以跟随流线而运动。在流体绕流过捕集体时，若颗粒半径大于或等于该流线与捕集体表面之间的距离，则颗粒便可以被直接拦截。在势流条件下，对于球状液滴，其拦截捕集效率为 =（1+R）2-11+R （4） 式中 R=d/ds。重力沉降一般，液滴直径d1远大于要捕集的颗粒直径dp，液滴的终端沉降速度远大于颗粒的沉降速度，后者可以忽略不计，两者间的相对速度就是液滴的沉降速度。经计算已知，对于被捕集的尘粒密度c=2000kg/m3，尘粒粒径d=120m的颗粒的捕集效率，当液滴直径ds=12mm时，效率最高。扩散对粒径在0.3m以下的尘粒，扩散是一个很重要的捕集因素。此时，在气体分子的撞击下，微粒就像气体分子一样，做复杂的布朗运动，在运动过程中，尘粒和水滴接触而被捕集。因为布朗运动而引起的尘粒除尘率为准数的函数。=3Duxds （5） 式中 D为扩散系数，cm2/s。由于尘粒直径大于0.3m的尘粒是由于相互碰撞而黏合，效率随尘粒直径增加而加大。尘粒直径小于0.3m至0.001m者系借扩散而黏合。尘粒直径在0.010.3m时最难黏合。粒径d为0.3m时效率最低，仅15。当d大于0.3m时，随d的增加而惯性作用增大，效率也随之提高。当d小于0.3m时，由于布朗运动的加强，随d的减小效率也提高。黏附与袋式除尘器的原理黏附作用类似，即当粉尘粒径的半径大于粉尘中心到水滴边缘的距离时，则粉尘被水滴黏附而被捕集。这种黏附而分离的过程。扩散漂移和热漂移如果饱和蒸汽与冷的液体表面相接触，其中的饱和蒸汽会在冷的液滴表面凝结，这时会产生一个力，促使微小尘粒向液滴移动，并沉降在液滴上。如果有液滴蒸发，则微小尘粒会受到液滴的排斥。尘粒向液滴移动称为正扩散漂移，尘粒移开液滴称负扩散漂移。扩散漂移对微小尘粒的捕集是一个很重要的因素。凝集凝集有两种情况，一种是以微小尘粒为凝结核，由于水蒸气的凝结使微小尘粒凝集增大；另一种是由于扩散漂移和热漂移的综合作用，使尘粒向液滴移动凝集增大，增大后的尘粒可用惯性的作用加以捕集。1.4洗涤塔的介绍和分类洗涤塔最早的型式是在一空塔内喷水使其逆向与上升的含尘气体相接触，利用尘粒与水滴接触碰撞而相互凝聚或尘粒间团聚，使其重量大大增加，靠重力作用而沉降下来。效率很低。因此常在塔内装置填料或其他塔板结构，增加水与含尘气体的接触，提高效率并减少除尘器的体积。填料有用陶瓷、塑料、玻璃等制成的环或球。洗涤塔主要有湍球塔、泡沫除尘器和旋流板塔。1.5旋流板塔旋流板塔是一种效率高、压力损失较低的除尘设备。操作时，气体通过塔板螺旋上升，液滴从盲板分配到各上形成薄膜层，同时被气流喷洒成液滴。液滴随气流运动的同时被离心力甩至塔壁，形成沿壁旋转的液环，并受重力作用而沿壁下流至环形的集液槽，再通过溢流装置流到下一块塔板的盲板上。当液体在旋流板上被喷洒于气体中时，黏附其中的尘粒，然后被甩至塔壁，带着尘粒下流，气体中未被黏附的尘粒，还有机会被甩到塔壁上被黏附。旋流塔板在原理上与文氏管有类似之处，只是通过旋流板开孔的气速要比文氏管喉管中的气速低得多，故压力损失较低，且易于实现多级洗涤。1.6拟定设计方案首先根据设计要求，将该旋流板塔的各个部位的相关尺寸计算好，并求出其压力损失、除尘效率。再对该旋流板塔的各个部位进行相关的材料选强度校核，对不符合要求的地方进行改正。最后做好加工工艺的选择、防腐和耐磨措施以及装配方案的选择。 2 旋流板塔的主体结构及零部件结构设计2.1 确定旋流板塔各部分的尺寸2.1.1给定的设计参数塔内径： 700mm气体密度： 0.815kg/ m3设计压力： 0.19MPa设计温度： 1102.1.2 确定旋流叶片外径Dx由于 Dn=（1.11.4）DX （6）已知塔内径Dn=700mm，即700=（1.11.4）Dx所以Dx=500770mm,这里取600mm。盲板直径 DmDx/3 =600/3=200mm （7） 由于Dx1000mm叶片数m取24，叶片用不锈钢，其厚度取2mm。根据旋流板叶片外径DX的经验公式 DX10V （8）10V0.815=600mm所以废气流量V=3988m3/h穿孔面积： A0=0.785（Dx2-Dm2106）sin-2m(Dx+Dm) =0.097mm2 （9） 其中是塔板水平放置时，叶片与水平面的夹角，称叶片仰角，一般可选25。穿孔气速： u0=V3600A0=60036000.097 =1.718m/s （10） 穿孔动能因子： F0= u0=1.7180.815=1.55kg12 （11） 2.1.3 罩筒高度罩筒高度：hz=Dxmsin+=60024sin25+2=35.19mm （12） 叶片间在外沿处的最大距离： l=hz-2=35.19-22=31.19mm。 （13）2.1.4叶片径向角叶片径向角：=arcsinDmDx = arcsin200600=14.48 （14） 2.1.5计算压力损失溢流口的流速： u=2.78LAy （15） 式中：L为液体体积流量，m3/h， Ay为溢流口的总面积LAy一般取67，这里选7所以u=2.787=19.46m/s由于废气中粉尘不太大，所以选得的塔板数N=3。p（1.1N+0.5）F02.12g+3.6NF0u+4N （16） p（1.13+0.5）1.552129.8+3.631.5519.46+43 =338.23Pa。加上一块除雾板（旋向亦相同），则所得的压力损失为：p（1.1N+1.6）F02.12g+3.6NF0u+4（N+1） （17） p（1.13+1.6）1.552129.8+3.631.5519.46+4(3+1) =342.23Pa。2.2旋流板塔的零部件结构设计图1和图22分别是旋流板塔的总体结构图与三维立体图，而支座、塔体和内件组成了旋流板塔的整体。图1 总体结构图 图2 三维立体简图塔设备的外部壳体称为塔体，其构件是直径、壁厚相同的圆筒及上下两个椭圆型封头，塔体不仅承受原料及自身的重量，稳定操作的进行，还要抵御自然危害的影响，因此室外的塔体需要一定的强度和刚度，在选择材料时要严谨。本次设计课题的材料选用的是Q235-A，塔体设计完成后，依据生产工艺的需求，进行辅助设备的设计，大量零部件和接管被设计在塔体上，例如人孔、手孔、填料管、产品抽样管、进气管、出料管、回流管、温度计、压力表接管等，为维护、安装部件、操作等实际工作实现快速安全的要求，在塔体上安置吊柱、平台、扶梯等设施。热量损耗降低，可以保证分馏过程质量高，速度快，因此塔底上焊接支撑圈，可以用来安装保温材料，本次设计的旋流板塔采用裙座支承。塔内的塔盘间距相等，并且塔底与底层塔板的距离固定，相比底层塔盘到塔底的距离要小很多，底层塔盘还兼具贮槽的作用，保持塔底液体在一定的范围内。顶层塔板与塔顶之间的塔顶空间交大，可以使塔顶排出的气体，含有极少量的液滴，这个空间一般在1.2-1.5m左右。产品质量的提升，是减少气体带走的液体量，塔顶安装除沫装置可以实现这个需求。原料进入塔内的物理状态，决定进料段的空间范围，本次设计采用的液态原料，因此，塔板的间距可以作为进料段高度的值。另外，入孔处的塔盘间距为700mm，方便人员进出，裙座高度依据生产工艺选择。2.2.1旋流板塔材料的选择钢材是旋流板塔的主要材质，并且多数都设置在室外，其支撑结构是不含框架的自支承式塔体，与一般的大型化工设备没有区别。选择钢材作为材质，是考虑到钢材应用广泛，设计制造有成熟经验，具有较好的强度、刚度、塑性、制造性能等优点。特别是在大型的塔设备的设计建造，都需用钢材作为主要材质。旋流板塔的气液接触元件，如旋流板、塔盘等以钢材为主，其他材料为辅。2.2.2 塔盘的结构设计质量与热量传递是塔盘的重要功能，尤其在板式塔中。塔盘结构分为两种，一为整块式，另一为分块式。整块式塔盘的选用标准主要在于，塔设备的直径在三百到八百之间，当板式塔的塔径较大时，整块式塔盘的刚度要求加大，不便于塔盘板的清洗、检修。所以以上内径的板式塔，几乎都采用分块式塔盘。结合本次设计的塔内径只有700mm，选用整块式塔盘。2.2.3整块式塔盘的支撑结构整块式塔盘整块式塔盘用于内径小于700800mm的板式塔。塔体由若干个塔节组成，每个塔节内安装若干块塔盘，每个塔节之间通过法兰连接。根据塔盘的组装方式不同，整块式塔盘又可分为定距管式和重叠式两种。定距管式塔盘塔盘通过拉杆和定距管固定在塔节内的支座上，定距管起着支承塔盘的作用并保持塔板间距。塔盘与塔壁间的缝隙，以软填料密封并用压圈压紧。塔节的长度取决于塔径，当塔径为300500 mm时，只能伸人手臂安装，塔节长度为8001 000mm为宜；当塔径为500800 mm时，人可进人塔内，塔节长度一般不宜超过2 0002 500mm。为避免安装困难，每个塔节的塔板数一般不超过6块。重叠式塔盘重叠式塔盘是在每一塔节的下部焊有一组支座，底层塔盘安置在塔内壁的支座上，然后依次装入上一层塔盘，塔盘间距由焊在塔盘下的支柱保证，并用调节螺钉来调整塔盘的水平度。塔盘与塔壁之间的缝隙，以软质填料密封后通过压板及压圈压紧。整块式塔盘的结构整块式塔盘有角焊与翻边两种结构。整块式塔盘的密封在整块式塔盘结构中，为了便于安装塔盘，在塔盘与塔壁间留有一定的空隙，为了防止气体在此通过，必须进行密封。本次设计的旋流板塔，内径是700mm，所以采用定距管式塔盘。2.2.4裙座的结构设计裙座是塔的不可或缺的部件之一，只有裙座才能支撑塔体。裙座有两种结构形式，及圆筒形与圆锥形。圆筒形裙座应用广泛，其塔设备与塔体封头的内径一致，制造方便；目前大型化的塔设备非常多，常选用圆筒形作为裙座，因其承载能力强，支撑稳定性高。材料选择Q235-B。裙座与塔体的连接采用焊接。接头焊接的形式有两种型，分别是塔接和对接，裙座筒体的直径设计值取塔釜封头的内劲值，这样保证裙座通过对接或搭接的方式与塔体进行焊接，并且在接点外观上是圆滑的，进行超声检测。由于搭接型式受力差，搭接焊缝需填满。图3和4所示是圆筒形与圆锥形裙座的结构示意图。 图3 圆筒形裙座 图4 圆锥形裙座3旋流板塔其他附属装置的结构设计3.1溢流装置溢流装置有降液管和受液盘。3.1.1 降液管降液管的类型分为两种，一种是圆形降液管，另一种是弓形降液管。塔直径较小时采用圆形降液管。圆形降液管中整个弓形截面能够有效降液截面很少，不适合大规模和易起泡物料的生产。圆形降液管分为两种，图5左边是带溢流堰，图5右边是兼做溢流堰。图5圆形降液管由于本设计塔径只有700mm，所以选用圆形降液管，降液管主要属性是液封高度，用表示，是下层塔盘受液管与降液管低端之间的距离，它一定要小于溢流堰高度，一般情况下，根据设计要求，这里取。3.1.2 受液盘受液盘按形式分为两种，分别是平型和凹型，受液盘的作用是让降液管的出口不受到液体侵入，受液盘的位置普遍都设置在塔盘上。平型受液盘一般都会用在易聚合物料，为了阻止它造成塔盘死角。当液体压降大于250Pa时，一般都会用凹型受液盘。如图6所示图6 凹型受液盘如果要使塔盘的入口液封能够有效降低，使液体的流向得到平稳，有缓冲效果或需要更好的鼓泡时，都会选用凹型受液盘。按这次的设计需求要选用凹型受液盘，条件在于如果凹型受液盘深度大于50mm而宽度低于三分之一的塔板间距时，塔板间距可以根据要求适当扩大。为有效预防停产时需要对塔内的液体进行排放，通常把液封盘做在塔的最底部的降液管末端，是通过泪空排放液体。弓形降液管如图7所示。图7 液封盘结构3.2进出口管装置3.2.1 进料管加料板的作用是减小进料时的波动，为了能够让液体经过塔板是不溢出，进料口设置加料板，在加料板设置进口堰。结构示意图如图8所示。图8 进料管3.2.2 出料管塔底部的液体出料管结构如图9所示。在出料管上，焊有三块支撑扁钢，以便将出料管活嵌在引出管通道里。为了便于安装，出料管外形尺寸m，应小于支座内径，引出管通道直径应大于出料管法兰外径。 图9 出料管3.3人孔与手孔人孔天通常设置在塔体大概六千毫米的地方，在塔顶上也要设置一个人孔，在这里选用的结构是分块式塔盘。为了方便塔设备的安装与生产，通常在一个经线设有人孔和手孔，不能与降液管在同一平面，这样才能够方便工作人员进出塔。因为塔设备要保温效果，通常人孔的选择是回转盖。在与设备部件或平台的安全距离要求上，要求人孔中心与塔内部部件距离超过一千毫米，与操作平台高度一般保证在八百毫米到一千毫米之间，在塔内设置的把手直径大约在十八毫米到二十二毫米之间，材料选择圆钢。3.4视镜当工作人员需要观察塔设备的内部时，可以通过视镜来观察。视镜的组成有很多，主要的有视镜座、压紧环、视镜玻璃等。压力容器视镜、不带颈视镜及带颈视镜是市场上普遍使用的有三视镜。而窥视范围大、结构简单易制造的是不带颈视镜，正常情况下都会选择不带颈视镜。带颈视镜主要用在直径小、受保温层限制的塔器。通常情况下公称压力在0.6 MPa以上的会采用压力容器视镜。由于这次设计压力是0.19MPa，根据要求分析选择不带颈视镜。3.5液面计设置液面计是为了观察设备内部液面的位置情况。液面计有多种种类，最常用的液面计有：透光式（T型）玻璃板液面计，玻璃管（G型）液面计，反射式（R型）玻璃板液面计等。选取液面计时需要考虑公称压力、使用温度、液面计材料、结构型式及公称长度等性能参数。3.6法兰法兰连接是由一对法兰、数个螺栓和一个垫片（圈）等零件组成的一种可拆连接。法兰连接有较好的强度和紧密性，适用的尺寸范围宽，所以应用很广泛。法兰密封的原理是：法兰在螺栓预紧力作用下，把处于压紧面之间的垫片压实，压紧面上由机械加工形成的微隙被填满，形成初始密封条件。3.7补强圈有时候塔体会因为开孔过大使它的强度降低，补强圈在一定程度上可以有效提升塔的强度，而在设计时应注意补强圈厚度与材料上的选择，通常情况下选择与塔设备一样。3.8除沫器除沫器的作用就是吸收气体中带有的细小液滴，除沫器性能的好坏可以直接影响塔设备的性能，还会影响分离的效率、原料回收等等。除沫器的分类有三种，分别是丝网型除沫器、折流板型除沫器和旋流板型除沫器。而在化工生产中最通用的类型是丝网型除沫器，其特点是既能吸收细小液滴也可以过滤掉大型液沫。而且效果比其他类型更明显。市场上丝网除沫器的种类主要有2种，一种是固定式丝网除沫器，另一种是抽屉式丝网除沫器，根据这次的设计要求选用固定上装式丝网除沫器。4.强度计算与校核及各项验算 旋流板塔的设计参数：表1 旋流板塔的设计参数如下设计名称参数值塔内径/mm700塔高H/mm8000设计压力/MPa0.19设计温度t/110腐蚀余量/mm3容器类别一类筒体材料Q235-A封头材料Q235-A裙座材料Q235-B地脚螺栓材料Q235-B介质粉尘安装地区衡阳郊区地震烈度7级场地类别地面粗糙度类别B4.1塔板主要工艺尺寸的计算（1）塔盘布置塔板的分块。因本塔直径为700mm，故塔板采用整块式塔板。查塔板块数表得塔板分为6块。（2）塔板结构塔板结构的设计，应满足刚性好，容易制造，装拆方便等要求。自身梁式塔板结构能满足这些要求。弓形板 弦边做成自身梁，其长度与矩形板同。弦边直径D与塔径和弦边至塔壁的径向距离m值有关。2000时，m=20.弧边直径，弓形板矢高e与、m和塔板分块数n有关。按 （18） 得e=312矩形板 自身梁式矩形板，梁与板构成一个整体。矩形板的一个长边无自身梁，另一边有自身梁。按工艺要求在板上布置筛孔。长边尺寸 （19）（b为受液盘最大宽度）可得：通道板 通道板即为无自身梁的一块矩形板，按工艺要求在板上布置筛孔。它是搁在弓形板或矩形板的自身梁上。长边尺寸与矩形板相同，矩边长度取400。4.2 塔体壁厚初算 首先计算内压容器筒体，再计算封头的壁厚，然后对塔体的壁厚进行一个估值。再结合风载荷、地震载荷等因素来对塔设备的强度进行校核还有塔稳定性的进行计算。4.2.1圆筒壁厚计算 内压圆筒厚度： m （20） 式中，为Q235-A在105时的许用应力，查表可得150以下为113MPa；焊缝采用双面对接焊，局部无损探伤=0.85。不包括腐蚀余量圆筒最小厚壁： （21）按照要求最小壁厚不得小于3mm，取mm。若取壁厚附加量=0.8mm，腐蚀余量=3m，则圆筒的最小设计壁厚为mm （22）考虑到此塔比较高，风载荷较大，而塔的直径又不大，故应适当增加一定壁厚。现假定圆筒名义厚度=12mm（在初始假设的8-25mm之间），则假定的圆筒有效厚度为： 8.2mm （23） 4.2.2封头壁厚计算封头的类型种类繁多，主要有球形、锥形、椭圆形和平板形，经分析，在这里选择椭圆形封头。 根据要求，计算封头厚度： （24）封头与筒体等厚是使下一步的焊接更加方便，即，有效厚度为8.2mm。4.3塔体各项载荷计算4.3.1质量载荷计算图10 旋流板塔风载分析图设塔体和裙座质量为 m01，塔内构件质量为m02，保温材料质量为m03，操作平台及扶梯质量为m04，塔内物料质量为m05，塔内充水质量为mw，假定人孔、接管、法兰等附件质量ma为0，偏心质量me为0.塔体和裙座质量，按照假定壁厚和各自高度（参上图10）计算可得： 查资料得，旋流板塔盘的单位质量为，因此塔内构件的质量为： （25） 假设保温层厚度为1000mm，保温材料的密度为500，则保温材料的质量 操作平台（共9层，每层500kg）及扶梯（总高21m，质量）质量为： （26） 查资料可知（参考化工设备设计基础，化学工业出版社，第358页,表17-1)塔盘充液量为因而操作时塔内物料质量为：塔体圆筒部分长23.33m，每个封头容积为0.487，封头的曲面高度及直边高度分别为315mm和25mm（参考化工设备设计基础，化学工业出版社，第461页附表II-15）。故液压试验时，塔内充水质量为 （27） 忽略人孔、接管、法兰等附件质量，即令。偏心质量=0。则塔设备操作时的质量： （28） =12986+664+756+4920+620=19946kg塔的最大质量： （29） =12986+664+756+4920+620+11314=31260kg塔的最小质量： （30） =12986+0.2664+756+4920=18794.8kg4.3.2风载荷计算风力计算公式 （31）式中 设备中第i段的水平风力，N；体型系数，对圆柱塔型设备，取=0.7；风振系数；风压高度变化系数，可查表选取；基本风压值，与建塔地区有关，可查表选取；塔设备第i段的计算高度，m；塔设备第i段迎风面的有效直径，m。将塔沿高分成8段，见表2表2风载荷参数如下塔段号12345678塔段长度，m0-11-2.62.6-6.56.5-10.410.4-14.314.3-28.228.2-22.122.1-26，4500.7（B类）（查JB/T 4710-2005表8-4）2.43（B类）（查JB/T 4710-2005表8-5）0.0720.1870.540.740.770.800.820.83（查JB/T 4710-2005表8-6）0.0060.160.0840.1490.2960.4860.7300.888（B类）1111.071.191.291.371.45，mm45004500450045004500450045004500，mm400，mm600，mm29842984302430243024302430243024 N949.361514.465180.976242.848137.1610428.613179.1415126.34将塔体分为若干段后，该底部以上所有风力对其产生的弯矩之和即 （32）裙座底截面0-0处的风弯矩为： （33）计算出各截面风弯矩结果如下将上述结果代入到上式可分别计算出底部（0-0）截面，裙座开孔（1-1）截面及裙座与塔体连接（2-2）截面的风弯矩。计算结果如下0-0截面风弯矩： （34）-截面风弯矩： （35）-截面风弯矩： （36）4.3.3地震载荷及地震弯矩计算图11是把塔分为8段图，以每段高度二分之一处看做塔的集中质量，各段集中质量对该截面所引起的地震力地震弯矩列于表3中。图11 地震弯矩表3塔段表塔段号12345678，562.3899.94911.94911.94911.94911.94911.94911.95000.01118000.07650500.35999500.993148501.810197502.776246503.870295005.0670.0060.0681.7634.8788.89113.63519.00924.8890.0070.0526.32648.386160.853378.40753.6991261 0.00310.02130.10070.27840.50750.77841.08511.42080.2811.62024.80548.87372.94297.010121.078144.901，6.5037.44573.341129.641685.972242.282798.583349.22，11822.9711816.4711779.0311205.6910076.058390.086147.83349.22 因为22.8615m且H32m20m，故考虑高振型影响。 0-0截面地震弯矩： （37） -截面地震弯矩： （38） -截面地震弯矩： （39）4.3.4最大弯矩计算塔设备任意危险截面I-I的最大弯矩按下式计算取其中较大值。 （40） 分析可以得到，Mw截面为弯矩最大截面，又因为。故，即：4.4.塔体的强度及轴向稳定性验算4.4.1塔外壳轴向应力分析以下分别为介质轴向应力，质量载荷轴向应力与弯矩载荷引起的轴向应力由介质压力引起的轴向应力： （41）由质量载荷引起的轴向应力： （42）由弯矩载荷引起的轴向应力： （43） 查资料，系数A的计算公式为： （44） 已知B=76MPa,已知，所以。 圆筒轴向稳定性按下式校核： （45） 4.4.2圆筒拉应力校核 对内压情况，圆筒的拉应力按下式校核 （46） 故KB，故计算所得的各项应力应满足： （52） （53）以上计算的各应力代入上式得： KB经验算，塔体的强度和稳定性皆满足设计需要。4.5.裙座的设计及验算4.5.1座体座体采用与塔体同直径的圆筒体，与塔体进行对接焊。取座体名义厚度与塔体相同，壁厚附加量C=2.8mm，则座体的有效厚度。座体上人孔出截面（1-1截面）各部分尺寸如图12所示 图12 座体可知：，400mm，。 底部截面（0-0截面）的应力按下面两个公式校核 正常操作时，取其较小值。 （54） 水压操作时，取其较小 （55）两式中，；，；=0,；KB=135.6MPa。则 KB=135.6MPa。KB=135.6MPa 裙座上人孔处截面（1-1截面）的应力按下面两个式子校核，正常操作时 取其中较小值 （56）水压试验时 取其中较小值 （57）式中，；，则 =则 KB=135.6MPa KB可见座体满足强度和稳定性要求。4.5.2基础环 基础环的内外直径可参考下式选取： （58） 取基础环内、外直径分别为则b=160。 混凝土基础上的最大压应力为： （59）取其中较大值。 式中 因 故 查表可知，要使则混凝土基础应选用75号以上的水泥。 采用24个均匀分布的地脚螺栓，带筋板的基础环，设肋板厚度为24mm，则两相邻肋板最大外侧间距： 则 查表查得： 故取。基础环材料选用低碳钢，取，则基础环的厚度为： （60）圆整后可取（考虑腐蚀余量）4.5.3地脚螺栓 为了防止塔设备在受大风，地震等自然灾害时倒塌，需安装一定大小的地脚螺栓。要把设备固定在基础上。螺栓承受的最大拉应力计算公式为： （61） 取其中较大值。 把数值代入上式，计算 故取。 地脚螺栓的螺纹小径按下式计算 （62） 式中，腐蚀余量。故可选用D地脚螺栓24个。4.6裙座与塔体对接焊缝的验算塔体裙座与塔体封头的连接，通常采用对接，此方法，用的焊条较少，避免局部焊接应力大的缺陷。焊接时，必须用专业焊接人员，提前制定出焊接施工要求，做好安全防范工作。作业前，准备好灭火器，麻袋，水等。不相关人员不得进入。拉应力按校核公式为 （63）取与用材相同，即，则； ，因此，对缝焊接满足强度的需求。5加工工艺和装配程序及安全防腐5.1加工工艺化学工艺首先要优先考虑的就是生产效率，其次考虑劳动成本的降低，只有提高生产效率才能提高产品质量，在市场上占有优先的地位。生产和研发值得关注的是：1.在创新上，不仅要引进海外那些领先的领域，也要重视自主研发，还可以从改进工艺过程上进行改善，创新是保证产品在市场上站得住脚的重要因素，创新决定产品前途。2.在考虑经济性上，如果在产品生产过程中有很多种选择的情况下，首先考虑的就是降低成本提高产品质量，工作人员合理利用工厂资源把生产提高到最大化。3.一个标准的工艺规程能够提供很好的劳动基础,可以更多提供自动化生产，这样不仅减小员工工作疲劳，还可以提高生产效率。而设计人员在设计图纸时，提供更合理更便利的技术要求，应该严禁不当的生产要求。5.2 装配程序 塔设备的安装可分为：1、在安装前的准备工作，2、对塔体进行吊装工作，3、对塔体位置进行校正工作，4、最后再安装塔内的部件。塔体安装前要注意把塔的部件及各种零件上的脏垢和油污清理干净，不然会影响塔安装的牢固性。垫铁和地脚螺栓的安装应遵循以下原则，当两者间的距离小于三百米时，垫铁可以安装在地脚螺栓的同一侧，而且要靠近。两个垫铁组最适合的距离是五百毫米左右，安置主要根据底座结构、塔体质量和承载质量三者来决定安装位置。底座的结构、大小、塔设备重量等因素决定选用的垫铁型号。吊装之前，需试吊，把塔体抬离地面近一百米左右，然后检查塔体。吊装时，应时刻注意随角度而调整，防止吊臂失效来破坏塔设备。而最后一步才是调整垫铁，要减小实际误差就是通过调整垫铁来实现的。5.3 安全防腐5.3.1 使用耐蚀材料防腐材料做得好可以有效提高塔设备的寿命，应尽量使用现代工业的陶瓷、合金或非金属材料等新材料。虽然钢材在现代工业的作用很大，但在化工工业生产上有很多欠缺的地方，随着现代化工工业不断发展，塔设备对材料的要求也越来越高，钢材在腐蚀性方面已经逐渐不满足化工领域要求。在防腐材料快速发展的今天，可以用局部防腐来这一难题。5.3.2 其它表面工程技术零部件的表面处理好与坏直接影响塔性能，可以通过化学镀、电镀等来对表面进行加工处理，化学镀的种类可分为三种，分别是镀锌电化学、镀铬电化学、镀镍电化学。其中镀锌电化学应用在电化学中是最为广泛，还有就是在工业废水处理方面，海洋技术方面镀锌电化学的发展也有了很大的提升。化学镀主要是在零件工件上涂上一层保护膜，在复杂的生产条件下，可以有效对工件进行保护作用，使工件的寿命得到了很大的提高，这种保护膜是通过化学氧化还原反应得到的，电镀技术是处理工件表面最有效的，也是发展最快的工程。6流板塔的制造、安装及运输6.1材料检验在材料选用方面既要符合标准要求，又要符合图纸规定。检验按JB4730 压力容器无损检测的三级标准来检验，还有生产单位签收的时候注意检查材料的质量检测书，符合要求才能签收。6.2筒体制造筒体制造大概可为两种，一种是锻件筒节加工，另外一种是钢板卷制。在这里选用的筒体是钢板卷制。6.2.1 筒体的下料筒体的下料尺寸是按实际测量值计算。计算筒节长度： 式中 D为筒节内径，为筒节厚度，单位都是毫米。6.2.2 筒节的成形筒节按结构分球形筒节和圆柱形筒节，圆柱形筒节种类按结构分组合式和单层式两种，筒节的容积与直径要依靠工艺计算获得，筒节最重要的受压元件，筒节完成后要圆度的校正满足标准。6.2.3 筒节的组对要使塔设备直线度满足要求，通常利用专业立式车床加工环缝坡口，而组对最经常使用的是自动定心工装。6.2.4 筒节与筒节的组对焊接这里选用的焊接方法为埋弧焊接工艺，埋弧焊接工艺的特点是焊缝质量好、自动化程度高、生产效率高等。图13是筒节组对：图13筒节组对示意图6.2.5筒体主焊缝的检测旋流板塔筒体焊缝的检测方式是无损检测，主要有射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）和液体渗透检测（PT） 四种。6.3 封头的制造封头验收完成后进行加工生产，具体加工工序是：下料焊接冲压压鼓旋压坡口研磨酸洗。封头常用的加工方式有两种，一种是冲压，另一种是施压，冲压的分类有整体冲压和分瓣冲压，这里选择整体冲压。封头冲压主要的注意事项有适当控制好终压温度和脱模温度。封头加工完成后需要进行无损检测，其中封头母材通过UT检测要达到100%，封头表面也要通过MT检测达到100%。封头母材样板与封头冲压和热处理。要检测样板符合要求才可以检测封头的后续工作。6.4 旋流板塔的安装旋流板塔安装顺序是：安装前的准备事项、安装时的起吊工作、安装后的设备改正和最后安装内部元件等。6.4.1安装前的准备为保证塔设备质量，安装前需检测符合要求才能签收。在准备安装垫铁时要做研磨工作，使其表面达到要求，混凝土不仅符合强度技术指标，而且要达到安装起吊要求，要确保中心线与标高线清晰明了。还要确保安装场所无杂物，道路干净平整，适合元件运输工作。在工具器材方面要严格按照国家标准要求的精度指标，保证数据的精准性和统一性。在选择起重机方面值得注意的是吊绳钢索，对钢索进行预测，事前做好充分准备保证施工安全。在准备安装时，通过检查元件设备的外形来确认安装时的种类安全保证，要清理好一些管口和塔内其他无关紧要的物品，安装前的工作要做好充分准备，保证安装运输顺利进行。6.4.2安装程序旋流塔在安装前进行杂物清理完成后，要把垫铁和地脚螺安装距离尽量小。为保证安全，首先要经过两次的试吊，起吊中，要注意把吊臂的角度调节好，避免吊臂与塔设备相撞造成损失。依据塔体来调节和控制垫铁的位置，而挂线锤的作用是用来调节塔与地面的垂直度。要保证底座高度误差小于十毫米，要保证塔顶的倾斜度不能超过三十毫米。当误差超过时可以用调整垫铁的方式来挽回。6.5旋流板塔的运输在旋流板塔的运输过程中，需要提前的运输路线进行勘察，才能保证大型塔安全运输到现场。对于这种大型塔设备的运输方式可分为三种，分别是大型拖车运输、爬犁平地滑行和排子滚杠滚动法和。不管运用了那种方式进行运输，都要保证安全达到现场，不然就要提前做好安全准备工作。特别是在运送薄壁或细长的构件时，要进行加固措施，消除那些不必要的经济损失，在卸车时也要主要安全，避免发生事故。参考文献1 路秀林，王者相.化工设备设计全书-塔设备 .北京：化学工业出版社，20042 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册 .北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册 .北京：化学工业出版社，20054