500万吨每年常压塔设计和腐蚀材料的探讨毕业设计说明书.doc

学号：08024030219 XXXXXX大学毕业设计说明书500万吨/年 常压塔设计和材料腐蚀的探讨The Design For Atmospheric Distillation Tower of t/y and Study of Material Corrosion矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。学院 机电工程学院 专业 过程装备与控制工程 班级 过控08-2学生 XXX 指导教师（职称） XXXXXXXXXX 完成时间 2012 年 3 月 5 日至 2012 年 6 月 8 日79摘要摘 要在炼油工业中塔器设备占主导地位，其性能、技术水平和寿命都直接影响到产品的产量、质量、经济效益等方面。近年来使用的原油中硫化物含量的升高，对塔器设备的腐蚀也变得严重。本设计主要阐述了常压塔的结构设计，包括主要部件材料、结构的选择与论证，强度、稳定性的校核。在专题论文中，对蒸馏装置中常减压塔的腐蚀原因及腐蚀部位进行了分析，其腐蚀类型主要有低温轻油腐蚀、高温硫腐蚀和环烷酸腐蚀，论文讨论了这三种腐蚀的机理，并从加工工艺、材料选择方面提出了相应的防腐措施。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。关键词：常压塔 结构设计 腐蚀 AbstractIn the oil refining industry, tower equipment take precedence predominate, the performance of the pros, technological level and longevity will directly affect the output of products, quality, economic efficiency etc. In recent years, the concentration of the sulfide in oil along with the changes of oil goes up, the corrosion of tower equipments became more seriously. This design mainly elaborated the atmospheric distillation tower structure design, the content included: major components material, structure choice and proof; strength, stability examination. The reason and parts of corrosion in atmospheric and vacuum tower of distillation unit has analyzed in the monograph. The primarily type of these corrosion contain low temperature light oil corrosion, the high temperature sulphur corrosion and the naphthene acid corrosion, This thesis discussed the occurrence mechanism of these three kinds of corrosions respectively, and bring up the antisepsis measure from the process craft, the material choose.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。Keywords：Atmospheric distillation tower The structure design corrosion 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。目录目 录摘 要I彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。AbstractII謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。目 录III厦礴恳蹒骈時盡继價骚。第一章 绪论1茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1.1 设计任务、设计思想、设计特点1鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1.1.1 设计任务1籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.1.2 设计思想1預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。1.1.3 设计特点1渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1.2 本设备所在装置的简单工艺流程和在装置中的作用2铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.2.1 工艺流程2擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.2.2 工艺流程图2贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。1.2.3 设备在装置中的作用4坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。1.3 主要设计参数的确定和说明4蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。1.3.1 设计压力4買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。1.3.2 设计温度4綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。1.3.3 焊缝系数4驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。1.3.4 厚度附加量5猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。1.3.5 许用应力5锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。第二章 常压塔主要部件材料的选择与论证6構氽頑黉碩饨荠龈话骛。2.1 结构和机械设计要求6輒峄陽檉簖疖網儂號泶。2.2 化工容器用钢的基本要求6尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。2.3 压力容器用钢的特殊要求7识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。2.4 压力容器专用钢板（不包括低温容器用钢共10种）9凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。2.5 各主要部件材料的选择与论证10恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。2.5.1 筒体和封头10鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。2.5.2 塔盘10硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。2.5.3 裙座10阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。2.5.4 对焊法兰和垫片的选材11氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。2.5.5 螺母、螺栓的选材11釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。2.5.6 其余各部件选材11怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。第三章 常压塔主要元件结构型式的选择及论证12谚辞調担鈧谄动禪泻類。3.1 塔设备的性能要求12嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。3.2 塔设备的分类12熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。3.3 塔的选型12鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。3.3.1 板式塔简介13纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。3.3.2 塔盘的选型13颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。3.4 塔盘、封头、裙座、法兰、进出口结构型式的选择16濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。3.4.1 塔盘结构形式的选择16銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。3.4.2 封头结构型式的选择与论证21挤貼綬电麥结鈺贖哓类。3.4.3 辅助装置及附件的选择与论证22赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。3.4.4 法兰的结构型式选择与论证24塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。3.4.5 容器的接口管与凸缘27裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。3.4.6 进出口结构型式设计28仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。3.4.7 视镜与液面计29绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。3.4.8 开孔补强结构30骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。3.5 平台和梯子结构型式的确定31瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。3.5.1 平台结构型式的确定31鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。3.5.2 梯子结构型式的确定33栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。3.5.3 本次设计的平台和梯子的设置34辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。3.6 塔顶、塔底与进料空间高度的确定34峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。3.6.1 塔顶空间高度的确定34詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。3.6.2 塔底空间高度的确定34则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。3.6.3 进料空间高度的确定34胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。3.7 塔盘间距的确定35鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。第四章 常压塔的强度计算和稳定性校核36稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。4.1 筒体、封头的壁厚计算36陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。4.1.1 筒体的壁厚计算36沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。4.1.2 封头的壁厚计算38钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。4.1.3 裙座壁厚39懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。4.2 最小厚度计算39謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。4.3 塔体轴向稳定与强度校核计算40呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。4.3.1 载荷分析40莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。4.3.2 工况及危险截面分析41麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。4.3.3 质量载荷计算42納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。4.3.4 塔的自振周期的计算45風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。4.3.5 地震弯距和地震载荷的计算46灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。4.3.6 风载荷和风弯距的计算48铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。4.3.7 最大弯距的计算50攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。4.3.8 圆筒轴向应力校核51趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。4.3.9 裙座强度及稳定性校核52夹覡闾辁駁档驀迁锬減。4.3.10 水压试验时的应力校核54视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。4.4 地脚螺栓的强度计算与基础环设计56偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。4.4.1 地脚螺栓的计算56緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。4.4.2 基础环的计算57騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。4.4.3 裙座与塔壳对连接焊缝的验算58疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。4.5 开孔补强计算58镞锊过润启婭澗骆讕瀘。4.5.1 开孔补强的设计准则58榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。4.5.2 开孔补强的设计条件58邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。4.5.3 开孔削弱的截面积58嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。4.5.4 有效补强范围59该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。4.5.5 补强区内补强金属面积60劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。4.6 塔体挠度计算60臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。4.6.1 塔顶挠度的计算61鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。4.6.2 塔顶挠度的控制值63穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。第五章 常压塔的腐蚀与防护分析64隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。5.1 腐蚀的危害性64浹繢腻叢着駕骠構砀湊。5.1.1 造成经济损失64鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。5.1.2 资源的浪费64惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。5.1.3 引发灾难性事故64贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。5.1.4 污染环境64嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。5.2 装置概况64薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。5.3 原料状况65齡践砚语蜗铸转絹攤濼。5.4 常压塔的腐蚀类型65绅薮疮颧訝标販繯轅赛。5.4.1 高温环烷酸腐蚀65饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。5.4.2 高温硫腐蚀66烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。5.4.3 低温腐蚀67鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。5.5 腐蚀事例67撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。5.5.1 高温腐蚀实例67踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。5.5.2 低温腐蚀实例68婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。5.6 防护措施及材料选用69譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。5.6.1 高温环烷酸腐蚀69俦聹执償閏号燴鈿膽賾。5.6.2 高温硫腐蚀70缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。5.6.3 低温腐蚀70骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。5.7 防护监测70癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。5.8 腐蚀展望71鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。结论72榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。致谢73逊输吴贝义鲽國鳩犹騸。参考文献74幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉。附件.75誦终决懷区馱倆侧澩赜。目录第一章 绪论第一章 绪论1.1 设计任务、设计思想、设计特点1.1.1 设计任务题目：15000t/d常压塔设计和材料腐蚀的探讨主要参数如下：设备处理量：15000t/d 塔内直径：6200/5200/4000操作介质：高含硫油品 塔内塔盘数：50操作压力：0.1MPa 保温层厚度：120mm设计压力：0.24MPa 容器类别：一类最高操作温度：370 焊缝系数：0.85塔总高：54853 腐蚀余量：自定塔基础高：4700 塔内介质平均密度：830Kg/m3地震烈度：7 其他参数：参照茂名石化四蒸馏装置基本风压值：600Pa 建造场地类别：类 1.1.2 设计思想1、根据GB钢制压力容器与JB钢制塔式容器等国家标准为基础进行设计。2、满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。医涤侣綃噲睞齒办銩凛。3、满足经济上的要求，设计省热能和电能的消耗，减少设备与基础的费用，选择合适的回流比，节省冷却水，设计时要全面考虑，力求总费用尽可能的偏低一些。舻当为遙头韪鳍哕晕糞。4、保证生产安全，保证塔设备具有一定的刚度和强度。设计中设计压力确定壁厚,再校核其他载荷作用下容器的应力，使容器有足够的腐蚀裕度。鸪凑鸛齏嶇烛罵奖选锯。5、采用某些高新技术（如：一脱三注）或应用某些工艺系统来降低原料的含硫量，减缓腐蚀，延长设备的使用寿命，以提高装置的生产率。筧驪鴨栌怀鏇颐嵘悅废。1.1.3 设计特点塔设备的设计特点主要有：气液两相充分接触，相际间传热面积大。生产能力大，即气液处理量大。操作稳定，操作弹性大。阻力小，如流体通过塔设备时阻力小，及流体的压降小，则可降低能耗，从而减少设备的操作费用。韋鋯鯖荣擬滄閡悬贖蘊。结构简单，制造、安装、维修方便，设备的投资及操作费用低。耐腐蚀，不易堵塞。本次设计主要是对过程装备与控制工程专业，特别是化工容器及设备设计知识的全面检查，它具有真实性，准确性及模拟性的特点。涛貶騸锬晋铩锩揿宪骟。1、常压塔是化工、炼油生产中蒸馏装置最重要的设备之一，主要用于将原油分馏成汽油、煤油及柴油等油料组分，它是装置的主体，主要产品从这里得到。常压部分拔出率的高低不仅关系到该塔产品质量与收率，而且也将影响减压部分的负荷以及整个装置生产率的提高。钿蘇饌華檻杩鐵样说泻。2、塔的结构形式各异，但根据塔内件，一般可将塔分成板式塔和填料塔两大类，两者的基本结构可以概括为：塔体、内件、支座、附件等。戧礱風熗浇鄖适泞嚀贗。3、塔设备安置在室外，在风力作用下产生振动破坏，而必须做好防振工作。此外，塔设备还要承受介质正压力，重力载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷等，这些都会给塔体造成破坏，因此塔设备必须有足够的刚度和强度。購櫛頁詩燦戶踐澜襯鳳。4、对于化工容器考虑腐蚀、设备疲劳、蠕变、振动以及技术的更新换代，本塔设计寿命为20至30年。由于本塔介质易燃易爆，故要求密封性能好。嗫奐闃頜瑷踯谫瓒兽粪。1.2 本设备所在装置的简单工艺流程和在装置中的作用1.2.1 工艺流程原油在蒸馏前必须严格的脱盐、脱水，脱盐后原油换热到230240进入初馏塔（又称预气化塔），塔顶出轻汽油馏分或重整原料。塔底为拔头原理经常压炉加热至360370进入常压分馏塔，塔顶出汽油。侧线自上而下分别出煤油、柴油以及其它油料常压部分大体可以得到相当于原油实沸点馏出温度约为360的产品。它是装置的主塔，主要产品从这里得到，因此其介质量和收率在生产控制上都应给予足够的重视。除了用增减流量及各侧线馏出量以控制塔的各处温度外，通常各侧线外设有汽提塔，用吹入水蒸气或采用“热重沸”（加热油品使之汽化）的方法调节产品质量。常压部分拔出率高低不仅关系到该塔产品的质量与收率而且也将影响减压部分的负荷以及整个装置生产效率的提高。出塔顶冷回流外，常压塔通常还设置23各中段循环回流。塔底用水蒸气汽提，塔底重油（或称常压渣油）用泵抽出送减压部分。虚龉鐮宠確嵝誄祷舻鋸。1.2.2 工艺流程图常减压装置简单工艺流程图如图1.1所示。1.1 工艺流程图1.2.3 设备在装置中的作用在石油，化工生产过程中，常常需要将混和物分离成为较纯的物质，这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，他们大多是在塔设备内进行，本常压塔的作用就是将原油分割成汽油、煤油及柴油等组分，它的工艺性能对于整个装置的产品产量、质量和生产能力等有重大的影响。與顶鍔笋类謾蝾纪黾廢。1.3 主要设计参数的确定和说明1.3.1 设计压力容器的设计压力是指在相应的设计温度下，用以确定容器壳壁厚及其元件尺寸的压力。其值不得小于最大工作压力。最大工作压力系指正常操作情况下,塔顶部可能出现的最高压力。結释鏈跄絞塒繭绽綹蕴。本设备设计压力取P=0.24。1.3.2 设计温度设计温度系指塔器在正常操作情况，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值），当元件金属温度不低于0时，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度。对于0以下的金属温度，则设计温度不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。塔器设计温度（即标注在塔器铭牌上的设计温度）是指塔壳的设计温度，根据这种理论和所提供的已知条件本设计的设计温度为370。餑诎鉈鲻缥评缯肃鮮驃。1.3.3 焊缝系数焊缝系数是指对应焊接接头强度与母材强度之比值。用以反映由于焊接材料、焊接缺陷和焊接残余应力等因素使焊接接头强度被削弱的程度，是焊接接头力学性能的综合反映。大多数容器采用焊接结构，焊接时由于可能出现焊接缺陷，如未焊透、夹渣、气孔、咬边等。焊缝往往是容器强度比较薄弱的环节。因此在设计中用焊缝系数表示焊缝金属与母材的强度比值。它的大小视焊缝接头形式和无损探伤的要求而定。焊缝系数应根据塔器受压部分的焊缝型式和无损探伤检验要求选取：爷缆鉅摯騰厕綁荩笺潑。双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头。100%无损检测，=1.00；局部无损检测=0.85。锞炽邐繒萨蝦窦补飙赝。单面焊的对接接头（沿焊缝根部全长具有紧贴基本金属的垫板）。100%无损检测=0.90；局部无损检测=0.80。曠戗輔鑽襉倆瘋诌琿凤。对于受压缩应力的元件，可取焊接接头系数=1.0。无法进行探伤的单面焊环向对接焊缝，无垫板，=0.60，此系数仅适用于厚度不超过16mm,直径不超过600mm的塔壳环向焊缝。轉厍蹺佥诎脚濒谘閥糞。本设计焊缝系数0.85。1.3.4 厚度附加量厚度附加量按公式C=C1+C2确定：式中：C厚度附加量，； C1钢板或钢管的厚度负偏差，按相应钢板或钢管等钢材标准选取，； C2腐蚀裕量，； 对于碳素钢和低合金钢，取C2不小于1； 对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，取C2=0； 对裙座壳取C2=2； 地脚螺栓取C2=3；本设计所给参数已给出C2的值，C20。 1.3.5 许用应力许用应力是指受压元件材料(如容器壳体，封头)和螺栓等在不同温度下的材料许用强度，取材料强度失效判据的极限值与相应的材料设计系数之比，设计时必须合理地选择材料的许用应力。当温度低于20时，取20的许用应力。 嬷鯀賊沣謁麩溝赉涞锯。在蠕变温度下，通常取材料常温下最低抗拉强度,屈服点或设计温度屈服点，三者除以各自的材料设计系数后得到的最小值作为压力压力容器受压元件设计时的许用应力13。讯鎬謾蝈贺綜枢辄锁廪。非受压元件材料的许用应力，除裙座壳和焊于受压体上的重要内件，栅板等支承件的许用应力按受压元件许用应力选取外，其余按GBJ17的规定选取。兒躉讀闶軒鲧擬钇標藪。第二章 常压塔主要部件材料的选择与论证第二章 常压塔主要部件材料的选择与论证2.1 结构和机械设计要求（1）有足够的强度，防止受外力而破坏，保证安全。（2）足够的刚度，防止设备在运输、安装、使用过程中发生不允许的变形。（3）耐久性。化工生产中所处理的物料常有腐蚀性，故应正确选材或采取合理的防腐措施以保持持久耐用。（4）严密性。防止物料外泄、保证良好的劳动环境。制造方便，节约材料，便于运输、安装、操作、维修等。2.2 化工容器用钢的基本要求塔设备绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有足够的强度和塑性，制造性能好，设计制造的经验也比较成熟。板式塔中的塔盘，以及浮阀、泡罩一类气液接触元件，由于结构较为复杂，加之安装工艺和使用方面的要求，所以仍是以钢材为主。繅藺詞嗇适篮异铜鑑骠。压力容器零件材料的选择，应综合考虑容器的使用条件、相容性、零件的功能和制造工艺、材料性能、材料的使用经验、综合经济性和规范标准。鮒簡觸癘鈄餒嬋锵户泼。（1）压力容器使用条件使用条件包括设计温度、设计压力、介质特性和操作特点，材料选择主要由使用条件决定。（2）相容性相容性指材料必须与其相接触的介质或其它材料相容。对于腐蚀性介质，应选用耐腐蚀的材料。当压力容器零部件由多种材料制造时，各种材料必须相容，特别是需要焊接连接的材料。眯毆蠐謝银癩唠阁跷贗。（3）零件的功能和制造工艺明确零件的功能和制造工艺，据此提出相应的材料性能要求，如强度、耐腐蚀性等。例如，筒体和封头的功能主要是形成所需要的承压空间。还要在选材时应考虑到加工制造工艺条件。闵屢螢馳鑷隽劍颂崗鳳。（4）材料的使用经验对已成功使用的材料实例，应搞清楚所用材料的化学成分（特别是硫和磷等有害元素）的控制要求、载荷作用下的应力水平的状态、操作规程和最长使用时间。因为这些因素会影响材料的性能。即使使用相同钢号的材料，由于上述因素的改变，也会使材料具有不同的力学行为。檁傷葦开阈灯伞馑諧粮。（5）综合经济性影响材料价格的因素主要有冶炼要求（如化学成分、检验项目和要求等）、尺寸要求（厚度及偏差、长度等）和可获性等。一般情况下，相同规格的碳素钢的价格低于低合金钢，不锈钢的价格高于低合金钢。当所需不锈钢的厚度较大时，应尽量采用复合板、衬里、堆焊、或多层结构。与介质接触的复层、衬里、堆焊层或内层，用耐腐蚀材料，而外层用一般压力容器用钢。鄭饩腸绊頎鎦鹧鲕嘤錳。（6）规范标准和一般的结构钢相比，压力容器用钢有不少特殊要求，应符合相应国家标准和行业标准的规定。钢材使用温度上限和下限、使用条件就满足标准要求。许用应力也应按标准选取或计算。弃铀縫迁馀氣鰷鸾觐廩。在塔设备的设计中，正确的选择结构材料对于保证容器的结构合理，安全使用和降低制造成本是至关重要的，选材时应该同时考虑塔设备的自身特点和介质的腐蚀作用。塔设备与其他化工设备一样，是置于室外的无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造，这是由于钢材具有足够的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也较成熟，在大型设备中优势明显。调谇續鹨髏铖馒喪劉薮。钢板的选择一般要注意以下问题：各类钢板在不同厚度和热处理状态下，允许使用的介质、压力及温度范围。为节约不锈钢和降低成本，且厚度较厚时，可尽量选择不锈复合钢板或用碳钢的结构。厲耸紐楊鳝晋頇兗蓽驃。选择化工容器及设备材料时应遵循以下原则：即使用及操作条件（操作压力、操作温度、介质特性及工作特点等）；材料的焊接及冷热加工性能，设备结构及制造工艺；材料的来源及经济合理性；同工程设计或设备设计中尽量注意用材统一。苧瑷籮藶黃邏闩巹东澤。选材的另一个方面就是考虑装置的腐蚀形态和材料的防腐性能。由于本塔的操作介质是高含硫原油，在加工过程中必然带来一系列严重的腐蚀问题。鴿摄禱鋅儀憚銼嚕缗赞。在化工行业上，压力容器选取的材料是钢材较多，因为钢材强度高，而且塑性和韧性方面性能较好：（1）钢材有良好的冶金质量。（2）钢材能够满足强度、延塑性和韧性的要求。（3）钢材有良好的冷热加工性能。（4）钢材具有良好的可焊性。塔设备与其它化工设备一样，置于室外、无框的自支承式塔体，绝大部分选用钢材制造，这是因为钢材不但具有足够的强度和塑性，而且制造性能较好，设计制造的经验也较成熟。特别是在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的优点，因而被广泛地使用。箪啬癲剀净赶钩嬙鳄凫。2.3 压力容器用钢的特殊要求由于压力容器是一种特殊的设备，因此不是任何钢材都可以用于制作压力容器，它必须是特定的材料，与一般结构钢相比之下，专门的压力用钢必须保证的机械性能项目更多，其检验要求也更为严格。顽鷙瑪滨廈岘轆庫糞糧。根据压力容器用钢的特殊要求，选钢必须釆用容器用钢，因为容器用钢和普通结构钢釆用的冶炼标准不同对化学成分的控制、机械性能的保证项目、检验率均有不同。而且必须釆用镇静钢，因为镇静钢的脱氧比较完全，这是钢液在浇注之前经过完全脱氧，凝固时不沸腾，钢锭内气泡疏松较少，钢中杂质含量低，钢材质量高。漬閫熾诀团諳赓戰餛锰。选材时还应注意材料在各种介质环境中的耐蚀性能，由于本塔的操作介质是高含硫原油,原油中夹带有氯盐,单质硫,硫化物及环烷酸必然给加工带来一系列的腐蚀问题。同时还应考虑与之相应的防护措施。另外还必须考虑压力容器的制造工艺以及其经济合理性。鐸輜澠顶嫻塊謂斕痹廪。以下是几种压力容器用钢，碳素钢和低合金钢钢板的力学性能和工艺性能（GB6654-1996）见表2-1。抢觀淚婭师讴论櫚阵蘚。表2-1 压力容器用碳素钢和低合金钢钢板的力学性能和工艺性能序号钢号交货状态钢板厚度mm拉伸试验冲击试验冷弯试验抗拉强度b屈服点sMPa伸长率s%温度V型冲击功AKV8(横向)J180od-弯心直径a-钢板厚度不小于不小于120R热轧、控轧或正火616400520245252031d=2a163623536602256010039051020524216MnR616510640345212031d=2a1636490620325d=3a36604706003056010046059028520100120450580275315MnVR616530665390192031d=3a16365106453703660490625350415MnVNR正火616570710440182034d=3a16365506904203660530670400518MnMoNbR正火+回火3060590740440172034d=3a60100570720410613MnNiMoNbR10057072039018031d=3a100120380715CrMoR660450590295202031d=3a60100275814Cr1MoR正火+回火660515690310182031d=3a60100907MnCrMoVR调质165061074049017-2047d=3a2.4 压力容器专用钢板（不包括低温容器用钢共10种）除20R外，其它9种都是低合金钢钢板。10种钢板已纳入GB150-1996标准。另外3种：14Cr1MovR、07MnCrMoVR和12Cr2Mo1R则有GB150-86对它们的化学成分，力学和工艺性能做出了规定。因为炼制的原油是高含硫油品，所以原油对炼油设备的腐蚀极为严重，原油中的硫化物对金属的作用。活性硫化物就是与金属直接发生如原油中的硫化氢、硫和硫醇，硫的含量越高对设备的腐蚀越厉害。在选材时必须了解到压力容器钢板的化学成分，防止原油直接和塔体发生反应。表2-2为常用压力容器材料在高温下的性能。贼組櫻種愨单蝕渾潷骡。 表2-2 压力容器材料的高温性能 （单位：MPa）牌号厚度（mm）下列温度（）下的r0.2不小于20025030035040045 050020R213618616715313912945036601781611471331231216010016414716512311311616MnR213625523521520019018036602402202001851751656010022520518517516515510012022020018017016015015MnVR2136295280260240220205366028026524522521019515MnVNR2136340315290270250235366032030027525523522018MnMoNbR30603803703603503353156010036035034033031529513MnNiMoNbR3010035535034533530510012034534033532530015CrMoR2160240225210200189179174601002202101961861761671622.5 各主要部件材料的选择与论证2.5.1 筒体和封头复合钢板是在碳钢或低合金结构钢结构钢表面复合另外一种材料形成的一种复合材料，通常是以碳钢或低合金钢结构钢作基材(母材)，用具有特殊性能（如耐腐蚀、抗磨、抗辐射）的材料作面材，用某种复合工艺将其复合在一起使用。可在保证使用性能的前提下使用复合钢板可节约昂贵的面材，从而降低设备成本。圓漣檸賡捣蕷舻燁錘泽。由于所设计的塔直径大，处理量大，又其所接触的介质为高含硫原油，故采用复合板材料，外层材料主要选用压力容器用钢，内层采用耐腐蚀性好的材料。以达到满足生产要求和成本核算经济性。蟄彎擼鯁棖佇緡癟椠贊。参考茂名石油工业公司设计院的第四套常减压蒸馏装置塔-2的结构设计、JB4710-92钢制塔式容器、GB150-1998钢制压力容器标准。义淨擁扪殴胁纸窺钣鳧。本塔的筒体材料与上下封头材料均采用20R+。2.5.2 塔盘为防止高含硫油品的腐蚀,及考虑到材料的加工性能和耐腐蚀性能,所有塔盘板均选用0Cr18Ni11Ti材质。0Cr18Ni11Ti不仅有足够的强度和刚度,还抵抗高温下的硫侵蚀，对于本塔塔盘加工高含硫原油有很好的防腐作用。绥骅懸缙澀鷂禍紳撻粮。2.5.3 裙座由于裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因此不受压力容器用材所限，可以选用较经济的碳素结构钢。裙座的选材还应考虑到载荷、塔的操作条件，以及塔釜封头的材料等因素，在室外操作的塔还要考虑环境温度。馒锁開钥焖緒珏編軻錙。考虑到塔设备在常温下操作，而且必须有足够的强度以承受载荷作用，故选用Q235-A,而Q235-A有缺口敏感及夹层等缺陷，因此仅能在常温操作且不是以风载荷或地震载荷确定裙座壁厚的场合。獄质嶇僅痺鲒潰脫帧開。而且因为塔釜封头材料为20R+0Cr13，考虑到操作条件、环境、温度等因素，塔体与裙座之间应有过渡段，由于塔体温度较高，裙座温度较低，但两者材料不同，为保证焊接质量，过渡段应选用与塔体相同的20R。鍥苋娛殫秽笾殇蕢谬藓。而地脚螺栓则选用Q235-A。2.5.4 对焊法兰和垫片的选材塔内介质为高含硫原油，腐蚀较严重，且操作温度较高，故选用耐腐蚀的0Cr18Ni9Ti作为法兰的材料。垫片可采用金属包垫片和非金属软垫片。金属包垫片是由石棉橡胶板作内芯，外包厚度为0.20.5mm厚的薄金属板构成。金属板的材料可以是铝、铜及其合金，也可以采用不锈钢或优质钢。非金属软垫片指的是耐油石棉橡胶板（使用温度200）和石棉橡胶板（使用温度350）。杂砖墳雖紜飯曇覡墾騾。2.5.5 螺母、螺栓的选材（1）选材分析Q235-A，用于350以下受力不大的钢结构件、焊接构件、机械零件、紧固件等。在压力容器上，可制造工作压力小于1.6MPa的容器上的螺母。轼栀嗶鑊绷瘍懔諍訝澤。35号钢，有较好的塑性和强度，加工性能良好，在化工设备上主要用于制造双头螺柱，一般不作焊接件。1Cr13,属半马氏体型不锈钢，主要用于石油化工中处理含硫介质装置的零部件（如浮阀塔塔盘、浮阀、紧固件等）。在375475范围工作时略有热脆性。尋头厭呛羈阴帥讕匦赞。2Cr13，属马氏体型不锈钢，耐蚀性不如1Cr13，但强度较高，有较好的抗氧化性，可在550下长期使用。訪齙剛玺苏滥夹趕萤凭。（2）选材结果用于固定塔盘的卡子用螺母、螺柱的材料可选1Cr13和2Cr13，而其它部位的紧固用螺母、螺柱可选Q235-A和35号钢。写韞僂谌虛鍤囈辮褻糝。2.5.6 其余各部件选材考虑到经济问题,及材料的加工性能及耐热,耐蚀性能,其他的盖板,垫板,筋板,环板均采用Q235-A钢,补强圈采用20R,爬梯扶手,管嘴均采用1Cr18Ni11Ti。罴醬畝饼誊歿凑鈑繳锱。第三章 常压塔主要元件结构型式的选择及论证第三章 常压塔主要元件结构型式的选择及论证3.1 塔设备的性能要求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，还应满足以下基本要求：(1) 气液两相充分接触，相际间传热面积大。(2) 生产能力大，及气液处理量大。(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。以上诸多要求都满足是很困难的，只能根据具体情况，找出主要矛盾进行设计，从而确定合理的塔设备类型和内构件。鲢診龄師該铃書銨鴇开。3.2 塔设备的分类无论是填料塔还是板式塔，除了各种内件之外，均由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台等组成。磚緙鹅綱谩擞鴻鑌纸蘚。.按操作压力分有加压塔、常压塔、减压塔；.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；.按塔内件结构分有填料塔、板式塔。3.3 塔的选型表3-1 填料塔与板式塔的比较项目填料塔板式塔压降压力降小，较适于要求压力降小的场合压力降一般比填料塔大空塔气速（生产能力） 新型填料空塔气速大空塔气速较大塔效率塔径1.5m以下效率高，塔径增大，效率常会下降，但新型规则填料例外较稳定、效率较高液-气比对液体量有一定要求适用范围较大持液量较小较大安装、检修较难较容易材质金属及非金属材料均可一般用金属材料造价新型材料，投资较大大直径一般比填料踏造价低重量重较轻填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层逆相连续接触，它具有结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点。对于气体吸收，真空蒸馏以及处理腐蚀性液体的操作颇为适用。填料塔还有重量大、造价高、清洗检修麻烦、填料损耗大等缺点，以至使填料塔在很长时期来使用得不及板式塔广泛。鬮煒鳍輥賠還鲂隊驼骡。板式塔是分级接触型气液传质设备，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便，在工业广泛应用。毕懍鲅鵑较惻飾顳矯泾。综合考虑后，本设计选用板式塔。3.3.1 板式塔简介板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收,有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出。气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。它包括泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌行塔等。而浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。钆歷驾无醬赔隽驍韉贈。3.3.2 塔盘的选型1泡罩塔泡罩塔盘的结构主要由泡罩、升气管、降液管、溢流堰、降液管及塔板等部分组成。尽管泡罩塔有操作弹性大，板效率高，处理量大的优点，但由于其结构复杂，造价高以及压降大，使用上受到一定的限制。徠鲣饮脸铄尝鏍鯢炀憑。2筛板塔筛板塔也是应用历史较久的塔型之一，与泡罩塔相比，筛板塔结构简单，成本低（比泡罩塔减少40%左右），同时生产能力可提高20%40%；板效率提高10%15%；压降可降低30%50%，安装维修方便。其缺点是易漏液，操作弹性较小。謂镊颇铵鋃誼铰鸚镉糁。3浮阀塔浮阀塔是当今应用最广泛的塔型之一。浮阀塔的突出特点是操作弹性大，因浮阀可在一定的范围内自由升降以适应气量变化，而气缝速度几乎不变，其操作弹性为59。比筛板、泡罩、舌型等塔板大得多；压力降一般为400660Pa；由于压力降及雾沫夹带均小，故板间距可缩小。一般浮阀塔在生产能力、塔板效率及结构简单方面优于泡罩塔而不及筛板塔。变赵陧涼镦囑釧亿殮錙。4舌形塔板、浮动舌形塔板和斜孔塔板三者均为喷射型塔板。舌型塔板汽流经舌孔流出时，促进了液体流动，因而大液量时不会产生大的液面落差，同时由于汽、液并流，大大减少了雾沫夹带。缺点是操作弹性小，塔板效率低。荟蓥闶漸陸讣轾减鈿異。浮动舌形塔板，既有舌形塔板处理量大，压降小，夹带小的优点，又有浮阀弹性大、效率高的优点。缺点是舌片容易损坏。鹏筛镐討颛办費叹摄虏。斜孔塔板采用孔口反向交错排列，避免了气、液并流造成的气流不断加速现象，因而液层低而均匀，雾沫夹带小，板效率有所提高，但由于开孔固定，操作弹性较小。糝殒锔雋駛鶯诼垆辐驄。5穿流式栅板塔由于省去了溢流装置，该塔板有生产能力大，结构简单，压力小，不易堵塞的优点，但操作弹性小，塔板效率较低。頜层铢壶鲜儀計尧當涇。表3-2 几种塔盘的性能比较塔盘形式蒸汽量流量效率操作弹性单板压降价格可靠性泡罩良优良超1000MPa良优筛板优优优良520MPa超优浮阀优优优超630MPa优良穿流式优超优差超可表3-3 几种塔盘优缺点及用途塔盘形式结构优点缺点用途泡罩塔圆形泡罩复杂1、在宽的负荷范围内可稳定操作2、弹性好1、费用高2、板距大3、压降比较大适用于广泛的范围，板数少的场合S形泡罩塔板稍简单简化了泡罩的形式，因此性能相似