3 典型设备设计及选型说明书

青岛石化烟气脱硫资源化利用项目典型设备设计及选型说明书合肥工业大学（宣城校区）CHEM.HIGH 团队东华科技-陕鼓化学杯全国大学生化工设计大赛CHEM.HIGH TEAM青岛石化烟气脱硫资源化利用项目-典型设备设计及选型说明书目录第一章 塔设备设计11.1 塔设备设计原则11.2 设计标准11.3 塔设备简介21.3.1脱硫喷淋塔简介21.3.2 吸收原理31.4 吸收塔设计计算51.4.1使用软件列表51.4.2 设计过程主要设计参数61.4.3详细计算过程71.5 喷淋塔主要塔件设计介绍101.5.1 烟气进口设计111.5.2 气体均布板141.5.3 喷淋层151.5.4 除雾器161.5.5 烟气出口171.5.6 筒体、封头181.6 塔体强度校核181.6.1 塔设备计算数据181.6.2 塔设备计算说明书201.7 塔设备选型一览表31参考文献：31第二章 反应器设计322.1 概述322.1亚硫酸铵氧化条件322.2氧化动力学332.3塔内氧化与塔外氧化比较342.3.1塔内氧化与塔外氧化差异342.3.2塔外氧化优势列举342.4 反应器类型与特性352.4.1反应器结构比较352.4.2设计特点362.5反应器设计数据362.6设计计算372.6.1反应器规格计算372.6.2出口设计372.6.3管口设计372.6.4封头选择382.6.5喷射器382.7氧化罐强度校核402.7.1氧化罐计算数据402.7.2氧化罐计算说明书41参考文献：47第三章 换热器的设计及选型483.1 设计概述483.2 设计依据483.3 换热器分类483.4 换热器的选型493.4.1 选型原则493.4.2 工艺条件选择503.5 设计示例与选型543.5.1 设计示例543.6换热器的校核573.7换热器选型一览表74第四章 泵的选型754.1选型依据754.2 选型原则754.3 选型示例764.4 泵选型一览表79第五章 其他设备选型815.1 MVR蒸发设备选型815.1.1 概述815.1.2 MVR蒸发设备选型815.2 流化床干燥器选型825.2.1 概述825.2.2流化床干燥器选型825.3 储罐的选型835.3.1 选型依据835.3.2 液氨储存方式简介835.3.3 液氨储罐选型835.4除尘器及卧式螺旋分离机选型845.4.1概述845.4.2除尘器选型845.4.3卧式螺旋分离机选型84合肥工业大学(宣城校区) CHEM-HIGH团队青岛石化烟气脱硫资源化利用项目-典型设备设计及选型说明书第一章 塔设备设计1.1 塔设备设计原则（1）生产能力大。在较大的气液流速下，仍能保证生产过程的稳定进行。（2）操作稳定、弹性大。具有适宜的流体力学条件，可使气液两相良好接触，当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应能保证长期连续操作。（3）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。（4）流体流动的阻力小，处理能力大，压降低，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。（5）强化质量传递和能量传递，耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。1.2 设计标准内容出版日期及标准号化工设备设计全书塔设备2003-5压力容器设计-数据速查手册2012-8压力容器GB 150-2011钢制化工容器设计基础规定HG20580-98钢制化工容器材料选用规定HG20581-98钢制化工容器强度计算规定HG20582-98钢制化工容器结构设计规定HG20583-98钢制化工容器制造技术规定HG20584-98塔式容器NB/T 47041-2014压力容器封头GB/T 25198-2010钢制管法兰、垫片和紧固件HG/T 2059220635-2009补强圈JB/T 4736-2002压力容器用钢板GB/T 709-2006钢制容器无损检测JB4730-20051.3 塔设备简介塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，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、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。1.3.1脱硫喷淋塔简介SO2的排放会给人类带来严重的环境问题和生态问题，对环境影响巨大。二氧化硫会损害人体健康，其与大气中的烟尘有协同作用，可使呼吸道疾病发病率增高，并导致慢性病患者的病情恶化。排放到大气中后会形成酸雾或硫酸盐气溶胶，并最终氧化形成酸雨。酸雨会导致土壤酸化，导致植物中毒死亡。此外酸雨还会加速土壤中矿物元素流失，改变土壤结构，导致土壤贫瘠，影响植物发育，并诱发植物病虫害。所以对排放到空气中的烟雾要进行脱硫处理。在整个脱硫系统中，吸收塔是最核心的设备。现今国内外常用的吸收塔主要有喷淋塔、液柱塔、鼓泡塔和填料塔四种。填料塔循环泵能耗较低，但格栅易被堵塞，需定时清洗，维护费用较高。鼓泡塔省略了再循环泵、喷嘴，将氧化区和脱硫反应区整合在一起，整个设计较为简洁，但液相内部有较大的返混，且阻力较大，占地面积较大。喷淋吸收塔具有内部构件少，塔内不易结垢和堵塞，压力损失也较小等优点，是湿法脱硫装置的主流塔型，因此本工艺选择空塔喷淋脱硫技术。喷淋塔是目前应用最成熟也是最有优势的塔型。在喷淋塔中，吸收液与烟气的接触一般采用逆流方式。喷淋塔结构如图所示图1-1：喷淋塔结构示意图将塔由下至上按功能分成浆液池、SO2 吸收区和洁净烟气除雾区。除雾区设置在塔顶部，一般布置有除雾器；SO2 吸收区在塔体中部，该区包含着 26 个喷淋层，每个喷淋层的构件为一根带多个雾化喷嘴的喷淋管，喷淋管的主要作用是将吸收液输送至塔内，同时为保证吸收液的覆盖率高于200%，各喷淋管还需要错开成一定角度布置。对烟气进行脱硫处理时，烟气从距浆液池液面一定距离的入口烟道引进吸收塔内，逆流向上运动，被喷淋管上的喷嘴雾化喷射成的微小液滴接触，发生 SO2 吸收反应。脱硫处理后的烟气继续向上流经除雾器，分离掉烟气中所夹带的液滴，而吸收液则滴至浆液池，经泵送进入氧化槽与氧化空气喷射接触后发生氧化反应。1.3.2 吸收原理SO2吸收是其从气相传递到液相的相间传质过程，对于吸收机理以双膜理论模型的应用最广，双模理论模型如图1-2所示。图中pA表示SO2在气相主体中的分压，pAi表示在界面上的分压，CA及CAi则分别表示SO2组分在液相主体及界面上的浓度。把吸收过程简化为通过气膜的分子扩散，则通过此两层膜的分子扩散阻力就是吸收过程的总阻力。在气液相界面上气液平衡，并遵循亨利定律。这个简化的模型为求取吸收速率提供了基础。图1-2：双模理论示意图根据双模理论，各种形式的传质速率方程及吸收系数的换算关系如下表所示。传质速率方程和吸收系数相平衡方程y=mx+ap=Hc+b吸收传质速率方程NA=ky(y-yi)=kx（xi-x）=Ky(y-ye)=Kx(xe-x)NA=kG(p-pi)=kL(ci-c)=KG(p-pe)=KL(ce-c)ky=pkGkx=cMkLKy=pKGKx=cMKL吸收或解吸的总传质系数Ky=1/(1/ky+m/kx)Kx=1/(1/kym+1/kx)KG=1/(1/kG+H/kL)KL=1/(1/kGH+1/kL)Kym=KxKGH=KL对于易溶气体组分，溶质在吸收剂中的溶解度最大，m值很小时，组分在液相中的传质可忽略，这时总吸收系数可以近似的认为等于气相传质分系数，即Ky=ky，这种情况下的传质速率为气膜传质过程所控制，如碱液或氨吸收SO2的过程。 对于难溶气体组分，m值很大时，可以忽略组分在气体中的传质阻力。这时总吸收系数可以近似的认为等于液相中的传质分系数，即Kx=kx。这种情况下的传质速率为液膜传质过程所控制，如碱液吸收CO2、水吸收O2的过程。 对于中等溶解度气体组分，即m值适中时，组分在气液两相中所表现出的传质阻力都不可忽略。这时组分的传质速率受气、液膜传质过程所控制，如水吸收SO2、丙酮等过程。 传质过程的影响因素十分复杂，对于不同的物质、不同的设备及填料类型和尺寸以及不同的流动状况与操作条件，吸收系数各不相同，迄今尚无通用的计算方法和计算公式。目前，在进行吸收设备的设计时，获取吸收系数的途径有三条：一是实验测定；二是选用适当的经验公式进行计算；三是选用适当的准数关联式进行计算。1.4 吸收塔设计计算吸收塔常用的塔形主要有喷淋吸收塔、填料塔、托盘塔、液柱塔、鼓泡塔等。填料塔循环泵能耗较低，但格栅易被堵塞，需定时清洗，维护费用较高。鼓泡塔省略了再循环泵、喷嘴，将氧化区和脱硫反应区整合在一起，整个设计较为简洁，但液相内部有较大的返混，且阻力较大，占地面积较大。喷淋吸收塔具有内部构件少，塔内不易结垢和堵塞，压力损失也较小等优点，因此综合考虑本工艺选择喷淋塔脱硫技术。烟气从吸收塔中部进入，入口在吸收塔浆池最高液位上部和最低一层喷淋层下部之间。烟气往上逆流通过喷淋层区(吸收区)，与喷淋下来的吸收浆液强烈反应，烟气中的二氧化硫、粉尘等有害成份被吸收。布置在吸收塔顶部的除雾器除去烟气中带入的雾滴，净烟气在吸收塔顶部以45一50的饱和温度离开吸收塔。下面主要介绍本工艺过程主要设备喷淋脱硫塔的设计过程。1.4.1使用软件列表使用软件清单名称用途来源Fluent流体力学模拟ANSYS公司Aspen Plus V8.4分离性能设计Aspen Tech公司SW6-2011塔体强度结构设计全国化工设备设计技术中心站AutoCAD2014脱硫塔平面布置图绘制Autodesk公司1.4.2 设计过程主要设计参数项目内容吸收塔型式喷淋塔设计压力（P）0.15 MPa设计温度（T）100 操作温度60 设备直径（D）6 m计算高度（H）27 m流向（逆流/顺流）逆流喷嘴型式螺旋锥形主要材料Q235-B内衬玻璃鳞片喷淋层数4层喷淋介质氨法脱硫液每层喷嘴数5060液气比（L/G）1.3 L/m3除雾器位置塔上部除雾器级数2浆池高度 2.5m浆池容积 70.1m3处理气量300000 Nm3/h入口尺寸41.7 m入口倾角15 入口气速15 m/s空塔气速3.6 m/s腐蚀裕量21.4.3详细计算过程1.4.3.1喷淋塔内径设计吸收塔直径D可由吸收塔出口实际烟气体积流量和烟气流速确定。 烟气速度增大，传质速率系数增大，体积有效传质面积增大。但烟气停留时间缩短，要求增大塔高。烟气的流动速度影响了脱硫效率。合适的流速范围为34.5m/s1。本设计方案取烟气流速为u=3.5m/s 。吸收塔直径计算公式如下：式中，V为烟气工况下体积流量 m3/s； u为烟气流速 m/s ； D为吸收塔直径 m ； A为烟气流通断面面积 m3/s 。塔内操作温度为60，则此条件下的工况烟气流量为：则吸收塔直径为：，取塔内径为6.0 m。1.4.3.2喷淋塔塔高设计（1）吸收区设计工程设计中吸收区的高度一般指烟气进口水平中心线到喷淋层中心线的距离。吸收区高度一般为515 m，烟气接触反应时间一般为2.55 s12 。为保证脱硫效率，设计脱硫层高度为H1=13 m左右。则吸收区停留时间为：满足停留时间要求范围。吸收区一般布置26个喷淋层，本设计选用4层喷淋。其中为达到脱硫效果，在第一层喷淋层和烟气入口中间安装气体均布板和分布锥，以达到均布入塔烟气分布，提高脱硫效率的效果。入口烟道到第一喷淋层的距离为h1=3.7m。第二层与第一层喷淋层间距设为h2=2.5m，其中间加装分布锥以使通过第一层喷淋层的气体分布均匀，液沫夹带减少。第三层与第二层之间结构基本同前一层，h3=2.5m，为达到较高的脱硫率及控制氨法脱硫中气溶胶的产生，在第四层与第三层之间加装升气孔和气体均布板，以便于增加吸收率，减少气溶胶，两层间间距为h4=4.3m。喷淋层可根据实际脱硫负荷，低负荷时选择性开启第一，二层。其中第三层喷淋液为稀氨水，此层在塔运行过程中，为保证脱硫效果必须开启。第四层为防止气溶胶的危害也必须开启。实际工作过程中，从浆池液面到除雾器，整个高度都在进行吸收反应，因而实际吸收区高度比h高，吸收效果比预计更优。（2）除雾器区设计除雾器是脱硫系统中的关键设备, 其性能直接影响到湿法洗涤烟气脱硫系统能否连续可靠运行。除雾器通常安装在吸收塔的顶部，也可安装在吸收塔后的烟道上。其作用是捕集脱硫后洁净烟气中的水分，尽可能地保护其后的管路及设备不受腐蚀与沾污。一般要求脱硫后烟气中的残余水分不超过100mg/m3。在吸收塔中，由上下两级除雾器及冲水系统构成如图1-3所示。图1-3：脱硫除雾器系统参考设计经验标准3，本设计采用两层除雾，除雾器段距最后一层喷淋1.2m，除雾器上部到吸收塔锥形顶距离1.5m左右。除雾器的高度3.0m。则除雾区总高度为H2=1.2+1.5+3.0=5.7 m（3）浆液池设计浆液池容量计算表达式：式中：L/G液气比。液气比是指吸收剂氨法液浆循环量与烟气流量的比值（L/m3）。如果增大液气比，则推动力增大，脱硫效率增大。但是脱硫浆液停留时间减少，且循环泵液循环量增大，运行成本增大。根据经验，氨法喷淋塔中的液气比一般为13L/m3。本工艺经过模拟选取液气比为1.15L/m3。VN烟气标准状态下湿态体积流量，m3/s ；t1浆液停留时间，515 min，取t1=12 min =720 s。计算得喷淋塔浆液池体积：选取浆液池内径与吸收区内径相同，内径D2=6 m 。 取浆液池高度为H3=2.5 m 。浆液池上部距烟气进口中心线距离，一般为0.82 m4，本设计取浆液池上液面到烟气进口中心线高度H4=1.8 m 。（4）烟气进、出口设计一般希望进气在塔内能够分布均匀，且烟道呈方形，故高度尺寸取得较小，但宽度不宜过大，否则影响稳定性。一般出入口宽度与直径之比在0.60.9之间，入口烟气流速一般为1218 m/s5，选定入口气速为u=15 m/s。入口面积有关计算公式如下：取烟气进口截面宽度与塔径之比的0.67。L入=6.00.67=4.0 m,则进口高度为： 取入口高度为1.7 m 。同理，经计算出口选用方管，取出口宽度 L出=3 m ，出口高度h出=3 m 。所以取锥形顶高度为：H5=4 m（5） 喷淋塔总高度由以上设计计算数据得喷淋塔总高度为：H=H1+H2+H3+H4+H5=13+5.7+2.5+1.8+4=27 m1.5 喷淋塔主要塔件设计介绍本设计小组设计的脱硫喷淋塔，采用空塔喷淋脱硫技术，喷淋脱硫塔从下至上主要部件有，烟气进口，气体均布板，喷淋层，除雾器，塔顶出口及筒体封头等。下面对喷淋脱硫塔主要部件的设计及选用进行简要介绍。图1-4：喷淋空塔1.5.1 烟气进口设计优化塔内气液流动可以提高脱硫效率，而烟气的进口设计对塔内气液流动的影响不容忽略，因此本小组针对烟气进口进行简单的设计。烟气进口高度及尺寸设计上面已经提及，此处不再赘述，下面主要对其安装角度设计对塔内流动体系流体力学性质，压降，流速分布等进行介绍。此部分设计过程主要依据流体力学数据模拟。烟气进口情况对塔内的影响主要有：（1）烟气进口设计不合理时，塔内烟气由入口进入喷淋塔后，沿塔侧壁上升，另侧气流易形成旋涡，造成塔内压力分布不均，气速分布不均，致使脱硫喷淋塔塔内压降增大，及整体脱硫效率大大下降。(2)烟气在刚刚进入塔后在入口对侧有冲壁现象， 这种冲壁现象容易导致表面温度过高析出晶体，导致脱硫塔结垢，以及对塔壁直接冲击容易使得塔被冲击处老化；针对以上问题，本小组成员通过模拟选定合适的入口角度如下图：图1-5 ：水平进气y=0压力分布图图1-6 ：15进气y=0压力分布图经过模拟发现，烟气由入口进入喷淋塔后，沿右侧壁上升，左侧壁气流形成旋涡，其旋涡的大小随入口角度的增大而增大; 在一定的角度范围内，右侧烟气垂直上升区域的到大小随入射角度增大而增大， 这是由于烟气入口角度增大， 入射烟气的切向速度增大，利于旋流扩散，故旋涡缩小，烟气流动区域增大，同时对液体层的液面的扰动作用增大。当烟气入口角度为 7、10、15、20时空塔压降逐步升高。前三种入口角差别不大，而 20入口角度的压降升幅更明显， 压降的增加导致风机负荷的增加，不利于脱硫的经济性。同时当将入口角度调整后，比较以上两图，可以发现15时入口的气体撞击的是塔底的液体，从而降低了对塔壁的损坏。入口管形的不同对塔内烟气分布及压降也有较大影响，本小组针对此问题，选用等面积圆形截面入口与长宽比较大的长方形截面入口进行模拟，结果如下：图1-7： z=6.5m处圆形入口烟气压力分布图图1-8：z=6.5m处长方形入口烟气压力分布图图1-7为圆形入口烟气压力分布图，图1-8为等面积的长方形入口烟气压力分布图。从以上两图可以看出，选用截面为长方形的入口，塔内压力分布较均匀，更有利于提升脱硫效果。综上所述，入口角度调整有利于减少冲壁现象，减小对设备的损害，且随烟气入口角的增大有利于脱硫效率，但压降增加不利于经济性，选用方形截面烟气入口更有利于压力分布均匀，综合考虑各种情况，选取入口角度 15的方形入口较合理。1.5.2 气体均布板脱硫效果的好坏，很多情况都于气流分布情况紧密相关。气体均布板具有均匀塔内气速，提升气液接触效果的作用，其结构和布置位置对气流分布的影响很大。分布板布置不合理，会引起塔内烟气分布不均，首先导致总体烟气量在进入气流分布板前的烟气量偏置，导致局部烟气量巨增、其次引起烟气流速的严重不均。烟气量大的一侧由于烟气量加大，烟速升高导致脱硫效率下降；而烟量小的一侧因烟气量减少、烟速下降虽然会使脱硫效率较高，但是致使设备得不到充分利用。因此该现象的出现，在流速低处所增加的效率，远不足以弥补流速高外效率的降低，因而总的脱硫效率降低。所以安放合适的气体均布板，及选择合适的位置对整塔的脱硫效率具有重要的意义。本设计小组针对是否安放气体均布板，和气体均布板开孔率大小，对体系气体分布情况、塔内压降的影响进行模拟，结果如下图。图1-9： 不加均速板的y=0截面气压分布图图1-10: 均布板开孔率为30%的y=0截面气压分布图图1-11: 均布板开孔率为52.8%的y=0截面气压分布图从以上模拟结果可以清楚的看出，不加气体均布板塔内流动体系分布极不均匀，对脱硫效果的影响较大。当选用较小开孔率的气体均布板时，虽然能够起到平衡气速的效果，但是塔内整体压降较大，需要较大功率的设备，导致能源损耗较大，开孔率过大起不到平衡气速的要求。综合考虑选用开孔率约为50%的气体均布板。我们又经过模拟得出在塔高5.85米左右横截面上气体压力大的面积所占比例最大，于是选择均布板安装在在5.85米左右处。1.5.3 喷淋层喷淋层是喷淋空塔达到脱硫效果的重要塔件，在喷淋空塔中 , 烟气通常由吸收塔下部进入 , 然后向上流动 。气体均布板可用来使进口烟气在吸收塔断面上均匀分布 。吸收 SO2 的表面由喷嘴产生的液滴提供 。喷淋层在不同的高度穿过吸收塔的侧壁 ,置足够数量的喷嘴 。各喷嘴的喷淋面相互重叠 ,完全覆盖吸收塔整个横断面 。通常每个喷淋层由相应的循环泵供浆 。泵运行的数量可以按要求增减 ,以适应机组负荷和原烟气含硫量的变化 , 维持要求的脱硫效率。图1-12：脱硫塔装配图某一喷淋层简图喷淋空塔内喷淋层的安装应使吸收塔横断面被喷淋液滴完全 、均匀地覆盖 。最重要的设计参数是层数和层间的垂直距离和喷嘴位置 。这些参数涉及吸收塔的总高度 , 因而也是影响设备费用的重要因素 。典型的喷淋空塔设计 3 5 个喷淋层 。第一层必须布置在离烟气进口烟道上方足够远的位置 ,使得喷淋浆液能够接触进入的烟气 ,且不会有过多浆喷入进口烟道 , 一般喷淋层之间需要交叉一定的角度，有研究表示喷淋层间交叉30左右较为合适5。喷淋塔内的脱硫效率主要取决于液滴的数量和大小以及塔内烟气速度 。液滴数量和大小又取决于浆液总流量和喷嘴特性 。较小的液滴会产生较高的每单位体积循环浆液的洗涤效率 ,液滴大小的下限主要由雾滴“夹带”限制 。在逆流喷淋塔内 3 4 m/s 的典型气速下 ,小于 500 m 的液滴会被烟气携带上行 , 进入除雾器。一般来说 , 在同样压力下小喷嘴产生的液滴尺寸较小 。但是 , 喷嘴必须足够大以使得浆液中的颗粒杂质能够通得过 。喷嘴布置还必须足够靠近 ,这样重叠的喷淋面才能消除“漏洞” , 否则烟气会通过漏洞 , 不与液滴接触 。喷嘴运行压力为 70 kPa 100 kPa 时 ,每个喷嘴的流量为 10 20 L/s 。喷嘴典型间隔为 1.0 m21.5 m2。1.5.4 除雾器除雾器是脱硫系统中的关键设备, 其性能直接影响到湿法洗涤烟气脱硫系统能否连续可靠运行，在氨法脱硫中其对气溶胶的控制方面也起到巨大的作用。除雾器故障不仅会造成脱硫系统的停运, 甚至可能导致整个机组停机 。因此, 科学合理地设计、使用除雾器对保证湿法洗涤烟气脱硫系统的正常运行有着非常重要意义。图1-13：除雾器工作原理当带有液滴的烟气进入除雾器通道时, 由于流线的偏折, 在惯性力的作用下实现气液分离, 部分液滴撞击在除雾器叶片上被捕集下来。除雾器本体由除雾器叶片 、卡具 、夹具 、支架等按一定的结构形成组装而成 。其作用是捕集烟气中的液滴及少量的粉尘 , 减少烟气带水，同时有利于控制氨法脱硫中气溶胶的产生。除雾器叶片是组成除雾器的最基本、最重要的原件，除雾器叶片有很多种类，按几何形状可分为折线型如下图a、b和流线型如下图c、d 。图1-14：几种不同形式的除雾器叶片以上各类结构的除雾器叶片各有优缺点 。a 型叶片结构简单，加工制作方便 ，易冲洗 ，适用于各种材质； b 、c 型叶片临界流速较高，易清洗 ,目前在大型脱硫设备中使用较多 ；d 型叶片除雾效率高 ,但清洗困难，使用场合受限制 。本设计中选用c型叶片。除雾器冲洗系统主要由冲洗喷嘴 、冲洗泵 、管路 、阀门 、压力仪表及电气控制部分组成 。其作用是定期冲洗由除雾器叶片捕集的液滴 、粉尘 ,保持叶片表面清洁，防止叶片结垢和堵塞 ，维持系统正常运行 。除雾器冲洗水量 。选择除雾器冲水量除了需满足除雾器自身的要求外，还需考虑系统水平衡的要求，有些条件下需采用大水量短时间冲洗，有时则采用小水量长时间冲洗 ，为了防止气溶胶的产生，本设计采用长时间冲洗。1.5.5 烟气出口烟气出口的大小对烟气出口流速及塔内压降具有一定的影响，烟气出口的方向对塔内气速分布及压降也有一定影响，根据计算结果已经确定管口大小。根据以上流体力学模拟数据及文献相关报道5,本次设计选择出口烟气管道与进口烟气管道在同一侧的设计。此设计有利于喷淋塔内流速分布的均匀，有利于减小塔内压降，减小设备功耗节约运行成本，节约能源。1.5.6 筒体、封头筒体是喷淋塔最大的构件，由其构成喷淋塔的外形和内部空间，其在选材及设计过程中需要严格遵守国家有关方面的标准。本设计基于节省用材，提高应力要求，及提升脱硫塔整体性能，便于加工安装，及塔内件的安放等多重方面考虑，决定使用三段筒体的设计。三段筒体均选用材料为Q235-B的板材加工制作，内径均为6000 mm。三段筒体区别为筒体壁厚及高度不同，其中高度方面主要考虑塔内部件的安装使用空间情况，壁厚设计主要依据筒体校核情况选定。从下至上第一段筒体基本数据为高为4500 mm ，内径及壁厚为600016 mm ；从下至上第二段筒体高为13000 mm ，内径及壁厚为600014 mm ；从下至上第三段筒体数据高为5500 mm ；内径及壁厚为600012 mm。经过校核该设计满足强度应力等方面的要求。该喷淋空塔上部选用锥形顶安放烟气出口，顶部选用平板封头。脱硫塔采用落地式安装，底部亦选用平板封头。脱硫喷淋塔详细结构信息见脱硫塔装配图。1.6 塔体强度校核1.6.1 塔设备计算数据本设计采用机械强度常规设计软件SW6-2011，对塔的强度进行常规设计。基本参数包括：设计压力、设计温度、设备直径、计算长度及风压地震等级等输入如图所示：图1-15：SW6-2011校核筒体参数输入1.6.2 塔设备计算说明书塔设备计算数据如下：表1-1输入数据值项目设计压力/MPa设计温度/设备直径/mm备注输入数据0.151006000见表1-4由SW-2011计算校核结果如下：表1-2核算内容表核算内容核算结果备 注风载荷计算合格见表1-5地震载荷计算 合格见表1-5表1-3计算结果表项目计算结果/mm备注设备第1段筒体壁厚16见表1-6设备第2段筒体壁厚14见表1-6设备第3段筒体壁厚12见表1-6下封头壁厚120见表1-7上封头壁厚120见表1-8地脚螺栓个数及大小28 /M56见表1-9表1-4输入数据塔 设 备 校 核计 算 单 位合肥工业大学宣城校区Chem-High团队计 算 条 件塔 型喷淋塔容 器 分 段 数（不 包 括 裙 座）3压 力 试 验 类 型液压封头上 封 头下 封 头材料名称16MnDR16MnDR名义厚度(mm)120120腐蚀裕量(mm)22焊接接头系数0.850.85封头形状平盖平盖圆筒设计压力(Mpa)设计温度()长度(mm)名义厚度(mm)内径/外径(mm)材料名称(即钢号)10.151004500166000Q235-B20.1510013000146000Q235-B30.151005500126000Q235-B圆筒腐蚀裕量(mm)纵向焊接接头系数环向焊接接头系数外压计算长度(mm)试验压力(立) (Mpa)试验压力(卧)(Mpa)120.850.8500.1730.39863220.850.8500.1730.39863320.850.8500.1730.39863表1-5风载荷、地震载荷核算风 载 及 地 震 载 荷00AA裙座与筒体连接段11(筒体)11(下封头)2233操 作 质 量 12239290089.590089.577090.944179.1最 小 质 量 12239290089.590089.577090.944179.1压 力 试 验 时 质 量77955090089.590089.577090.944179.1风 弯 矩 1.666e+091.666e+091.666e+091.147e+091.191e+08Mca (I) Mca (II) 顺风向弯矩 (I)顺风向弯矩 (II)组合风 弯 矩 1.666e+091.666e+091.666e+091.147e+091.191e+08地 震 弯 矩 注:计及高振型时,此项按B.24计算00000偏 心 弯 矩 00000最 大 弯 矩 需横风向计算时 1.666e+091.666e+091.666e+091.147e+091.191e+08垂 直 地 震 力 00000应 力 计 算16.421.9119.2323.200.653.420.403.432.370.604.300.503.470.433.420.403.432.3718.942.2022.1826.754.153.420.403.432.370.181.290.151.040.13st114.69113.00163.00113.00113.00B149.5956.70155.9648.4540.20组合应力校核(内压),(外压)17.302.0119.2721.26许 用 值115.26166.26115.26115.26(内压),(外压)1.257.720.906.902.80许 用 值179.5168.04187.1558.1448.2416.811.9619.7924.51许 用 值211.50238.50211.50211.504.334.710.554.472.50许 用 值149.5956.70187.1548.4540.2087.49102.41123.49许 用 值211.50211.50211.50校 核 结 果合格合格合格合格注 1: sij 中 i 和 j 的 意 义 如 下i=1 操 作 工 况 j=1 设 计 压 力 或 试 验 压 力 下 引 起 的 轴 向 应 力（ 拉 ）i=2 检 修 工 况 j=2 重 力 及 垂 直 地 震 力 引 起 的 轴 向 应 力（ 压 ）i=3 液 压 试 验 工 况 j=3 弯 矩 引 起 的 轴 向 应 力（ 拉 或 压 ）st 设 计 温 度 下 材 料 许 用 应 力 B 设 计 温 度 下 轴 向 稳 定 的 应 力 许 用 值注 2:sA1: 轴 向 最 大 组 合 拉 应 力 sA2: 轴 向 最 大 组 合 压 应 力sA3: 液 压 试 验 时 轴 向 最 大 组 合 拉 应 力 sA4: 液 压 试 验 时 轴 向 最 大 组 合 压 应 力 s: 试 验 压 力 引 起 的 周 向 应 力注 3: 单 位 如 下质 量: kg 力:N 弯 矩: Nmm 应 力: MPa表1-6内压圆筒校核第1段筒体校核计算单位合肥工业大学宣城校区Chem-High团队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.15MPa设计温度 t 100.00 C内径 Di 6000.00mm材料 Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 s 116.00MPa设计温度许用应力 st 113.00MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 4.69mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70mm名义厚度 dn = 16.00mm重量 10681.81Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.3986 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 102.93 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 0.43763MPa设计温度下计算应力 st = = 32.92MPastf 96.05MPa校核条件stf st结论 合格第2段筒体校核计算单位合肥工业大学宣城校区Chem-High团队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.15MPa设计温度 t 100.00 C内径 Di 6000.00mm材料 Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 s 116.00MPa设计温度许用应力 st 113.00MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 4.69mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.70mm名义厚度 dn = 14.00mm重量 26992.28Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.3986 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 120.48 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 0.37387MPa设计温度下计算应力 st = = 38.54MPastf 96.05MPa校核条件stf st结论 合格第3段筒体校核计算单位合肥工业大学宣城校区Chem-High团队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.15MPa设计温度 t 100.00 C内径 Di 6000.00mm材料 Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 s 116.00MPa设计温度许用应力 st 113.00MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 4.69mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.70mm名义厚度 dn = 12.00mm重量 9785.19Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.3986 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 145.28 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 0.31006MPa设计温度下计算应力 st = = 46.47MPastf 96.05MPa校核条件stf st结论 合格表1-7下封头校核 下封头校核计算计算单位 合肥工业大学宣城校区Chem-High团队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件圆形平盖简图计算压力 Pc 0.15MPa设计温度 t 100.00 C计算直径 Dc 6000.00mm平盖序号 2材料名称16MnDR材料类型 板材试验温度许用应力 s 163.00MPa设计温度许用应力 st 163.00MPa试验温度下屈服点 ss 265.00MPa筒体腐蚀裕量2.00mm钢板负偏差 C1 0.30mm筒体材料类型板材腐蚀裕量 C2 2.00mm筒体材料名称Q235-B焊接接头系数 f 0.85设计温度许用应力113.00MPa压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.3986 (或由用户输入)MPa筒体厚度计算计算厚度 dc = 4.69mm有效厚度de = 13.70mm名义厚度dn = 16.00mm平 盖 厚 度 计 算平盖系数 K = 0.3000计算厚度 dp = Dc = 108.13mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 117.70mm名义厚度 dn = 120.00mm结论 合格表1-8上封头校核 上封头校核计算计算单位合肥工业大学宣城校区Chem-High团队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件圆形平盖简图计算压力 Pc 0.15MPa设计温度 t 100.00 C计算直径 Dc 6000.00mm平盖序号 2材料名称16MnDR材料类型 板材试验温度许用应力 s 163.00MPa设计温度许用应力 st 163.00MPa试验温度下屈服点 ss 265.00MPa筒体腐蚀裕量2.00mm钢板负偏差 C1 0.30mm筒体材料类型板材腐蚀裕量 C2 2.00mm筒体材料名称Q235-B焊接接头系数 f 0.85设计温度许用应力113.00MPa压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.3986 (或由用户输入)MPa筒体厚度计算计算厚度 dc = 4.69mm有效厚度de = 9.70mm名义厚度dn = 12.00mm平 盖 厚 度 计 算平盖系数 K = 0.3000计算厚度 dp = Dc = 108.13mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 117.70mm名义厚度 dn = 120.00mm结论 合格表1-9地脚螺栓及地脚螺栓座结果地 脚 螺 栓 及 地 脚 螺 栓 座地 脚 螺 栓 材 料 名 称16Mn地 脚 螺 栓 材 料 许 用 应 力MPa 170地 脚 螺 栓 个 数 28地 脚 螺 栓 公 称 直 径mm 56全 部 筋 板 块 数 0相 邻 筋 板 最 大 外 侧 间 距mm 0筋 板 内 侧 间 距mm 110筋 板 厚 度mm 22筋 板 宽 度mm 160盖 板 类 型 整块盖 板 上 地 脚 螺 栓 孔 直 径mm 75盖 板 厚 度mm 30盖 板 宽 度mm 0垫 板 有垫 板 上 地 脚 螺 栓 孔 直 径mm 59垫 板 厚 度mm 22垫 板 宽 度mm 110基 础 环 板 外 径mm 6250基 础 环 板 内 径mm 5770基 础 环