5-6附录六 分离精制隔壁塔

洛阳石化年产20万吨醋酸乙烯酯项目 分离精制隔壁塔设计说明书 浙江工业大学Pray6团队 1/xxx目录第一章 隔壁塔简介11.1隔壁塔原理及分类11.2本项目隔壁塔适用情况详述21.3隔壁塔特点31.4工程实例3第二章 隔壁塔设计思路52.1反应分析52.2塔型的确定52.2.1工艺模拟参数62.2.2塔径的计算72.2.3 变径塔结构82.3流体力学性能的评价102.3.1压力降102.3.2持液量112.3.3液体喷淋密度122.3.4返混132.4填料塔的附属结构132.4.1填料支撑板132.4.2液体分布器142.4.3液体再分布器152.4.4隔壁板的设计162.5机械校核17第三章 塔方案对比313.1设备比较313.1.1普通分离精制塔313.1.2分离精制隔壁塔343.2经济分析363.2.1传统双塔精馏373.2.2隔壁塔精馏37第四章 控制系统384.1自动控制38参考文献39 浙江工业大学Pray 6团队 2/2第一章 隔壁塔简介1.1隔壁塔原理及分类隔壁精馏塔简称隔壁塔（Dividing-Wall Column, DWC）、隔离壁塔、分壁式 塔在传统精馏塔中沿着塔体轴向焊接（或非焊接）一块隔壁，将塔体分为左右两侧，隔壁上下分别共用一段精馏段和提馏段。其设计与发明是传统精馏塔的巨大变革。图1-1给出了Petlyuk 塔和隔壁塔的示意图。可以看出，Petlyuk 塔由预分离塔和主塔构成，预分离塔塔顶和塔底分别通过交叉流股与主塔连接。隔壁塔的隔壁上端以上共用一段精馏段，隔壁下端以下共用一段提馏段，隔壁塔左侧为预分离塔，隔壁右侧相当于 Petlyuk 塔主塔的交叉流股之间的塔段。这样在三元物系A/B/C在单塔内实现分离得到了A、B、C三种产品。隔壁塔是实现热耦精馏Petlyuk塔的实际方法。当不考虑隔壁的传热时，两者在热力学上是等效的1。图1-1 Petlyuk塔与隔壁塔示意图隔壁塔已用于某些三元物系的分离，其最初用来分离轻、重组分含量较小的物系。近来，隔壁塔已更广泛地用来分离烃类、醇类、醛类、酯类、缩醛类、胺类等混合物。此外，隔壁塔已应用于共沸精馏、萃取精馏和反应精馏。隔壁塔据其隔壁在塔壳中的轴向位置，可分为三种类型：隔壁在中间，隔壁在底部和隔壁在顶部。图1-2给出了三种类型隔壁塔简图。一般地，常用隔壁在中间类型分离非共沸物系，用隔壁在底部类型可实现共沸精馏，而用隔壁在顶部类型可实现轻组分的完全脱离。因此，本项目采用隔壁在塔顶的类型。图1-2 隔壁塔的三种类型（a）隔壁在中间、(b)隔壁在底部、(c)隔壁在顶部 1.2本项目隔壁塔适用情况详述本项目隔壁塔是由隔壁（竖直板）分隔开的左、右两侧塔壳构成的。混合物A/B/C进入分离精制隔壁塔，轻组分A从左侧塔顶采出，组分B和C在右侧塔实现分离，组分B从右侧塔顶采出。需要注意的是左、右侧塔共用一段提馏段和一个再沸器，且共用的提馏段是在隔壁底部与塔底之间。图1-3给出了分离精制隔壁塔的集成简图。图1-3 分离精制隔壁塔的集成简图由于隔壁顶部左、右两侧被隔开，液相无法流入右侧，故隔壁顶部无液相分配比。隔壁底端的上升汽相被分割到隔壁两侧，此汽相分配比与公共精馏区顶部的压力差成比例，最终由隔壁的位置决定。1.3隔壁塔特点隔壁塔是将传统的两塔分离集中为一个塔，其具有以下优点：（1）能够大幅度降低整个流程的设备投资与操作费用，而且利用内部物质耦合及内部能量耦合等过程可以显著降低系统能耗，节约能源，提高系统的热力学效率。（2）隔壁塔巧妙地实现了两塔功能，进料侧相当于乙醛分离塔，出料一侧相当于醋酸分离塔，让两个塔中的能量在同一个塔中反复循环利用，极大地节省了能耗，同时还节省了冷凝器、再沸器以及管道的投资。（3）在分离三组分混合物时，在同样的理论板数和分离要求下，采用隔壁精馏塔要比常规的双塔精馏流程所需的能量明显降低。（4）隔壁塔尤其适合于热敏性组分的分离，这是因为在操作过程中物料只被加热一次，在塔釜中的停留时间相对较短。但隔壁塔也存在以下不足之处：（1）结构复杂，各区域之间通过耦合物流相互连接，自由度比简单塔明显增多，从而增加了其设计优化、操作和控制的难度，尤其是隔壁塔的控制问题。（2）隔壁板精馏塔并非适用于所有的精馏分离，其对分离纯度、进料组成、相对挥发度及塔的操作压力都有一定的要求：由于采用隔壁塔分离三组分混合物是在同一塔设备内完成，故整个分离过程的压力不能改变。1.4工程实例国外对隔壁塔的研究从1933年就开始，主要研究和工业化实施单位集中在德国BASF、德国LG、美国UOP、德国Bayer、瑞士Sulzer以及美国Koch Glitsch公司。国内对隔壁塔的研究相对较少，主要集中在中石化、中科院、浙江大学，天津大学，华东石油大学，常州大学，河北工业大学等。（1）UOP公司3设计分隔壁式精馏塔应用于新的UOP合成直链烷基苯的路线中，节能效果显著。（2）Kellogg公司开发了抽提蒸馏与分隔壁式塔器技术相结合的工艺，从重整生成油或加氢热解汽油回收苯，投资成本降低了20%。（3）天津大学张敏华等人研究了隔壁塔分离醋酸乙烯酯的工艺，减少了物料返混合，达到了纯度较高的醋酸乙烯酯并且降低了能耗与设备投资费用。（4）天津大学的张卫江等2人研究了隔壁塔分离甲基丙烯酸甲酯的工艺，利用总年度费用作为目标函数对精馏过程进行了全局经济优化，结果显示，隔壁塔流程可节约43.5%的能量和22.3%总年度费用，经济效益明显。（5）北京泽华化学工程有限公司经过多年的研究，已成功实现隔板精馏国产化技术上的突破，用于某多晶硅企业氯硅烷分离装置，处理能力达到百万吨/年，设计的隔壁塔塔径3m，塔高60m，已于2015年顺利开车，在产品质量改善的前提下，实现节能25%。目前为止，该公司已设计了12套大型隔壁塔。综上所述，隔壁塔项目在国外技术成熟，在国内的研究机构及设计公司也陆续增多，例如北京泽华、天津普莱等公司的隔壁塔技术已经国产化。第二章 隔壁塔设计思路2.1反应分析本项目吸收塔采出液主要含有醋酸乙烯酯、醋酸、乙炔、乙醛、巴豆醛、水。通过Aspen Plus共沸物查询功能，发现乙炔、乙醛沸点较低，与其他物质相差较大，可以于一塔塔顶脱除。再者醋酸乙烯酯相对于醋酸、巴豆醛等高沸物，可以作为轻组分在二塔塔顶采出，但是精馏能耗较大，且普通精馏之间存在返混的问题，醋酸乙烯酯中夹带多种杂质，为后续分离带来了困难。进行简单模拟后发现塔釜和塔顶负荷确实较大，且两塔塔顶与塔釜温差远远大于10，不能采用热泵技术降低能耗。自然而然联想到热耦合技术，查阅相关文献后发现，隔壁塔可以完成一个塔分离三个组分的任务，而且孙兰义等人发表的隔壁精馏塔技术进展一文报道称：与传统两塔流程相比隔壁精馏塔能耗降低30左右，总设备投资降低30左右。所以可以采用隔壁塔来改进双塔精馏，预计可以达到较好效果。本隔壁塔为了完全脱除轻组分杂质，得到纯度极高的醋酸乙烯酯精制系统，采用隔壁在塔顶的隔壁塔形式，这样的隔壁塔形式取消了塔顶的公共精馏区，避免轻组分和醋酸乙烯酯的接触，使得通过精馏能得到较高纯度的醋酸乙烯酯。综上所述，在原理上使用隔壁塔是可行的，因此采用隔壁塔进行设计，进料预分离物料共约3601.12kmol/h，其中含302.219kmol/h醋酸乙烯酯。根据Aspen Plus模拟优化得到，主塔含12块理论塔板，副塔含21块理论塔板，公共提馏区含36块理论塔板，左、右侧塔共用一段提馏段和一个再沸器。2.2塔型的确定根据Aspen Plus水力学数据发现，由于进料位置以及进料量的差异，导致该塔塔板气液相负荷存在明显的分段差异，若采用板式塔，会导致某些塔板上持液量较大而某些塔板上持液量相对较小，为维持塔内各段持液量、喷淋密度以及压降相对均匀，该塔选用多段填料塔，填料塔具有结构简单、压力降小、且可用各种材料制造等优点。近年来随着填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通透能力和分离能力，又保持了压力降小及性能稳定的特点，因此填料塔已被推广到所有大型气液操作中。综合考虑材质要求、安装维修及造价等因素，确定选择Mellapak填料，其中副塔分两段填料，填料分别为Mellapak750Y和250Y，主塔分一段填料，填料为Mellapak 250X，大致框图如下图2-1。图2-1 隔壁塔简图2.2.1工艺模拟参数提取Aspen Plus各塔板上的物性参数，选取各段塔板上气液相负荷最大的理论塔板进行手工计算和校核。其主塔和副塔的物性参数如下：表2-1 副塔水力学数据级数液体质量流量kg/hr气体质量流量kg/hr液体体积流量m3/hr气体体积流量m3/hr液体密度kg/m3气体密度kg/m3液体粘度/cP气体粘度/cP液体表面张力 dyne/cm726511.427902.230.3937389.98872.293.7760.2860.0117.7022355449134247387.2733417.4917.834.0170.3580.009917.68表2-2 主塔水力学数据级数液体质量流量kg/hr气体质量流量kg/hr液体体积流量m3/hr气体体积流量m3/hr液体密度kg/m3气体密度kg/m3液体粘度/cP气体粘度/cP液体表面张力 dyne/cm496323.6122277113.628764.3847.94.250.2470.009515.942.2.2塔径的计算2.2.2.1泛点气速用Bain-Hougen关联式进行计算，查得金属孔板波纹填料Mellapak系列关联常数：A=0.291，K=1.75把相关数据代入下列公式： 贝恩(Bain)-霍根(Hougen)关联式关联常数填料比表面积，m2/m3贝恩(Bain)-霍根(Hougen)关联式关联常数泛点气速，m/s液体黏度，cP液相密度，kg/m3气相密度，kg/m3液相质量流量，kg/h气相质量流量，kg/h填料层孔隙率，m3/m3表2-3 设计参数汇总表填料填料WLkg/hWVkg/hm2/m3m3/m3Lkg/m3vkg/m3L/cP液体表面张力dyne/cm副塔Mellapak 750Y26511.427902.27500.90872.293.7760.28617.70Mellapak 250Y3554491342472500.95917.834.0170.35817.68主塔Mellapak 250X96323.61222772500.97847.94.250.24715.94得：副塔一段: =0.86 m/s副塔二段: =1.17 m/s主塔段：=1.61 m/s2.2.2.2空塔气速对于一般不易起泡体系：空塔气速取泛点速度的60%80%，则空塔气速为： 2.2.3.3塔径计算由,可计算得到副塔塔径主塔塔径。2.2.3 变径塔结构2.2.3.1 变径塔原理一个塔的塔径由不同段的气液相流量决定。当精馏塔各塔段气液相流量相差不大时，可采用塔径相等的普通精馏塔；若不同塔段的气液相流量相差较大，则可采用变径塔。由于副塔的上下两段之间气液相流量相差较大，故以副塔的进料位置为界，其上下两段经过计算后采用不同塔径，整个隔壁塔精馏段塔上段塔径小、下段塔径大。不同塔段计算后采用不同的塔径，可以提高热力学性能，避免低负荷操作时出现偏流的情况，提高塔板效率。此外，不同段采用适宜的塔径，可以降低设备投资，节省成本。2.2.3.2 变径塔直径及隔板位置由计算得到的塔径，在Aspen Plus的rating模块中进行校核，使各塔板fractional capacity因子均在0.40.8之间。经校核后得到副塔塔径上段2m，下段3.6m；主塔塔径2.8m。根据副塔下段塔径和主塔塔径按面积等效法计算后得到隔壁塔的塔径圆整值为4.6m。图2-2 隔板对塔上段截面积的划分隔壁塔隔板位置的确定对于整个塔的操作影响很大。从俯视图来看，隔板将副塔分离区和侧线精馏区分成了两个部分。以弦和圆心所围的角可以很好的描述两个部分的大小，显然右侧（侧线精馏区Apc）的面积可以表达为：那么，副塔分离区（下段）的面积Apc即为：经过计算，的取值为156.3，因而对应的隔板到下段预分离区壁的最大距离为：图2-3 隔板对塔下段截面积的划分同理，由确定的隔板位置及弦和圆心所围的角，根据面积等效法副塔分离区（上段）的面积Anc表达为：弦和圆心所围的角与精馏段上段的塔径Dn关系为：经过计算，隔壁塔精馏段上段直径Dn取值为2.3m，的取值为134因而对应的隔板到上段预分离区壁的最大距离为：2.3流体力学性能的评价填料塔的流体力学性能主要包括压力降、持液量和液体喷淋密度。2.3.1压力降在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压力降。填料层压降与液体喷淋量以及气速相关，在一定气速下，液体喷淋量越大，压力降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压力降也越大。泛点气速是填料塔设计的一个重要参数，填料塔只有在泛点气速以下，才可以稳定地操作，但如果气速太低又会造成设备投资的浪费和汽液两相分布的不均匀。应用规整填料通用压降关联式可以进行填料层压力降的计算。2.3.2持液量填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以（m3液体/m3填料，%）表示，持液量可分为静持液量和动持液量，两者之和为总持液量。静持液量是指当填料被充分润湿后，停止汽液两相进料，并经排液至无滴液流出时存留于填料层中的液体量，其取决于填料和流体的特性，与汽液负荷无关。动持液量是指填料塔停止汽液两相进料时流出的液体量，它与填料、液体特性及汽液负荷相关。总持液量是指在一定操作条件下存留于填料层中的液体的总量，即总持液量为动静持液量之和。一般说来，适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压力降增大，处理能力下降。规整填料的压力降与持液量难以用准确公式计算，一般通过实验所得的经验曲线查得，由于本塔所用的规整填料缺乏实验数据，因此我们采用专业软件进行模校核得到大致的压力降以及持液量，所得数据如下图。图2-4 公共提馏区Sulpak数据图2-5 副塔Sulpak数据图2-6 主塔Sulpak数据从图中可知，主副塔及公共提馏区的持液量均在3%6%之间，在规整填料塔正常操作范围内，且两塔相对应的压力降较小，在合理范围内。2.3.3液体喷淋密度填料塔中汽液两相的相间传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度以及填料材质的表面润湿性能。为了保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值，该极限值被称作最小喷淋密度，Umin以表示。对于规整填料，其最小喷淋密度通常取。液体喷淋密度计算式：其中，Lh-液体喷淋量，m3/hD-填料塔直径，m副塔喷淋密度主塔喷淋密度主副塔喷淋密度均大于最小喷淋密度，在可操作范围内。实际操作时，若喷淋密度过小，可用增大回流比或采用液体再循环的方法加大液体流量，以保证填料表面的充分润湿；也可采用减小塔径予以补偿；对于金属材质的填料，可采用表面处理方法，改善其表面的润湿性能。2.3.4返混在填料塔内，汽液两相的逆流并不呈理想的平推流状态，而是存在着不同程度的返混。造成返混的原因有很多。例如：填料层内的汽液分布不均匀；气体和液体在填料层内的沟流；液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动；塔内汽液的湍流脉动使汽液微团停留时间不一致等。填料塔内流体的返混使得传质平均推动力下降，传质效率降低。因此，按理想的平推流设计的填料高度，因返混的影响需适当提高，以保证预期的分离效果。2.4填料塔的附属结构填料塔的塔内件包括填料支撑板、液体分布器、再分布器、填料压圈和床层限位器等，塔内件设计的好坏对填料塔的稳健化的操作具有重要的影响。2.4.1填料支撑板填料支撑装置对保证填料塔的操作性能具有重大作用。即使填料本身的通透能力很大，如果支撑装置设计不当，液泛仍将提前到来，使塔的生产能力降低。填料支撑装置设计的基本要求如下：有足够的强度以支撑填料的重量；足够大的自由截面，尽量减小汽液两相的流动阻力；有利于液体的再分布；耐腐蚀性能好；便于用各种材料制造；以及安装拆卸方便等。表2-4 常见填料支撑装置气体喷射式支撑板栅板结构特点对气体和液体提供了不同的通道，于是气体容易进入填料层内，而液体也可以自由排除，即避免了液体在板上的聚集，又有利于液体的均匀再分配。结构简单，自由截面较大，金属耗用量小，但由于支撑面为平面股存在一定的问题。本设计选用规整填料，故本设计选用栅板支撑装置。为防止在填料支撑装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支撑装置的自由截面积应大于75%。2.4.2液体分布器填料塔操作时，在任一横截面上，保证汽液的均匀分布是十分重要的，气速的分布是否均匀主要取决于液体分布的均匀程度。因此，液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。理想的液体分布器应当具备：液体分布均匀，自由截面大，操作弹性宽，不易堵塞，装置的部件可通过人孔进行安装拆卸。目前常用的喷淋装置主要是多孔型和溢流型两类，这两类喷淋装置的相关信息由下表给出：表2-5 常用液体分布器特点多孔型布液装置溢流型布液装置工作原理借助孔口以上液层产生的静压或管路的泵送压力，迫使液体从小孔流出，注入塔内。进入布液装置的液体超过堰口高度时，依靠液体的自重通过堰口流出，并沿着溢流管（槽）壁呈膜状留下，淋洒至填料层上。优点能够提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），便于分块安装。操作弹性大，不易堵塞，操作可靠和便于分块安装。缺点分布器的小孔易被冲蚀或堵塞。分类1. 多孔直管式喷淋器；2. 多管式喷淋器；3. 排管式喷淋器；4. 环管式喷淋器；5. 筛孔盘式分布器；6. 可拆型槽盘气液分布器；7. 莲蓬头喷洒器。1. 溢流盘式布液器；2. 溢流槽式布液器。喷淋装置的结构型式很多，现将工业上常用的型式列于下表:表2-6 不同喷淋装置的比较结构型式简图特征管式喷淋器结构型式简单莲蓬式喷淋器一般用于直径600mm以下的塔，常用参数：莲蓬头直径d为塔径的1/31/5盘式分布器适用于直径800mm以上的塔，盘上开有310mm的小孔或直径不小于15mm的溢流管，分布盘的直径为塔径的0.60.8槽式分布器适用于塔径较大的场合综合考虑，本设计选用槽式分布器。2.4.3液体再分布器实践表明，当喷淋液体沿填料向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加，填料主体的流量减少，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。为了提高传质效率，填料必须分段，然而即使分段也不能保证分布的均匀，因而需要设置再分布器。其中公共提馏段有一个完整的多孔槽式再分布器，副塔分离区有半个多孔盘式再分布器，实为进料液体分布器，侧线精馏区也有半个多孔盘式再分布器，实为回流料液分布器。完整的多孔盘式再分布器分为两块，便于安装。2.4.4隔壁板的设计在隔板位置的确定一节中，已确定隔板距到侧线精馏区壁（精馏段下段）的最大距离1850mm，隔板选用10mm厚的316号不锈钢板焊死在塔体内部，由于本隔壁塔用于分离精馏，隔板将塔顶部完全分隔开，隔板高9200mm。 浙江工业大学Pray 6团队 40/392.5机械校核 塔 设 备 校 核计 算 单 位中航一集团航空动力控制系统研究所计算依据：NB/T 47041-2014计 算 条 件塔 型 填料容 器 分 段 数（不 包 括 裙 座） 2压 力 试 验 类 型 液压封头上 封 头下 封 头材料名称 S31603 S31603名义厚度(mm) 16 16腐蚀裕量(mm) 1 1焊接接头系数 0.85 0.85封头形状 椭圆形 椭圆形圆筒设计压力(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)10.1512024000164600S3160320.151102600162300S31603345678910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)110.850.8500.18750.454479210.850.8500.18750.454479345678910 内 件 及 偏 心 载 荷介 质 密 度kg/m3 920塔 釜 液 面 离 焊 接 接 头 的 高 度mm 1800塔 板 分 段 数12345塔 板 型 式 塔 板 层 数 每 层 塔 板 上 积 液 厚 度mm 最 高 一 层 塔 板 高 度mm 最 低 一 层 塔 板 高 度mm 填 料 分 段 数12345填 料 顶 部 高 度mm 14500 21500 28500 31700 填 料 底 部 高 度mm 8500 15500 22500 30300 填 料 密 度kg/m3 200 200 200 200 集 中 载 荷 数12345集 中 载 荷kg 集 中 载 荷 高 度mm 集 中 载 荷 中 心 至 容 器 中 心线 距 离mm 集 中 载 荷 方 位 角 塔 器 附 件 及 基 础塔 器 附 件 质 量 计 算 系 数 1.2基 本 风 压N/m2 1160基 础 高 度mm 200塔 器 保 温 层 厚 度mm 50保 温 层 密 度kg/m3 300裙 座 防 火 层 厚 度mm 50防 火 层 密 度kg/m3 300管 线 保 温 层 厚 度mm 30最 大 管 线 外 径mm 300笼 式 扶 梯 与 最 大 管 线 的 相 对 位 置 90场 地 土 类 型 I1场 地 土 粗 糙 度 类 别 A地 震 设 防 烈 度 低于7度设 计 地 震 分 组 第一组地震影响系数最大值 amax3.28545e-66阻 尼 比0.01塔 器 上 平 台 总 个 数 5平 台 宽 度mm 1200塔 器 上 最 高 平 台 高 度mm 32300塔 器 上 最 低 平 台 高 度mm 7500阻 尼 比(检修工况) 0.01管道力12345管 道 力 方 向 管 道 力 大 小N 管 道 力 到 容 器 中 心 线 (或 基 础)的 距 离mm 管 道 力 方 位 角 678910管 道 力 方 向 管 道 力 大 小N 管 道 力 到 容 器 中 心 线 (或 基 础)的 距 离mm 管 道 力 方 位 角 裙 座裙 座 结 构 形 式圆筒形裙 座 底 部 截 面 内 径mm 4600裙 座 与 壳 体 连 接 形 式对接裙 座 高 度mm 5500裙 座 材 料 名 称Q345R裙 座 设 计 温 度 120裙 座 腐 蚀 裕 量mm1裙 座 名 义 厚 度mm 18裙 座 材 料 许 用 应 力MPa184.2裙座与筒体连接段的材料Q345R裙座与筒体连接段在设计温度下许用应力MPa 184.2裙座与筒体连接段长度mm8裙 座 上 同 一 高 度 处 较 大 孔 个 数2裙 座 较 大 孔 中 心 高 度mm 1000裙 座 上 较 大 孔 引 出 管 内 径（或 宽 度）mm500裙 座 上 较 大 孔 引 出 管 厚 度mm 6裙座上较大孔引出管长度mm250地 脚 螺 栓 及 地 脚 螺 栓 座地 脚 螺 栓 材 料 名 称Q235地 脚 螺 栓 材 料 许 用 应 力MPa 147地 脚 螺 栓 个 数 40地 脚 螺 栓 公 称 直 径mm 48全 部 筋 板 块 数 48相 邻 筋 板 最 大 外 侧 间 距mm 435.838筋 板 内 侧 间 距mm 100筋 板 厚 度mm 36筋 板 宽 度mm 150盖 板 类 型 整块盖 板 上 地 脚 螺 栓 孔 直 径mm 65盖 板 厚 度mm 50盖 板 宽 度mm 0垫 板 有垫 板 上 地 脚 螺 栓 孔 直 径mm 51垫 板 厚 度mm 20垫 板 宽 度mm 100基 础 环 板 外 径mm 4438基 础 环 板 内 径mm 3998基 础 环 板 名 义 厚 度mm 48计 算 结 果容 器 壳 体 强 度 计 算元 件 名 称压 力 设 计名 义 厚 度 (mm)直 立 容 器 校 核取 用 厚 度 (mm)许 用 内 压 (MPa)许 用 外 压 (MPa)下 封 头 16 16 0.644 第 1 段 圆 筒 16 16 0.643 第 1 段 变 径 段 第 2 段 圆 筒 16 16 1.289 第 2 段 变 径 段 第 3 段 圆 筒 第 3 段 变 径 段 第 4 段 圆 筒 第 4 段 变 径 段 第 5 段 圆 筒 第 5 段 变 径 段 第 6 段 圆 筒 第 6 段 变 径 段 第 7 段 圆 筒 第 7 段 变 径 段 第 8 段 圆 筒 第 8 段 变 径 段 第 9 段 圆 筒 第 9 段 变 径 段 第 10 段 圆 筒上 封 头 16 16 1.293 裙 座名 义 厚 度 (mm)取 用 厚 度 (mm) 18 18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 1955101927901771161770961770965301.83最 小 质 量 94663.891943.976269.776249.776249.74138.5压 力 试 验 时 质 量51948751676750109376249.776249.74138.5风 弯 矩 5.519e+095.224e+093.962e+093.96e+093.96e+092.773e+07横风向弯矩 Mca (I) 横风向弯矩 Mca (II) 顺风向弯矩 (I)顺风向弯矩 (II)组合风 弯 矩 5.519e+095.224e+093.962e+093.96e+093.96e+092.773e+07地 震 弯 矩 注:计及高振型时,此项按B.24计算000000偏 心 弯 矩 000000最 大 弯 矩 需横风向计算时 5.519e+095.224e+093.962e+093.96e+093.96e+092.773e+07垂 直 地 震 力 000000应 力 计 算11.7311.735.877.958.217.668.188.180.4919.8918.8415.1816.2116.210.453.523.520.3814.6714.677.3321.1222.0221.673.523.520.385.975.654.564.864.860.14st184.20184.20184.20118.80118.80119.40B86.8386.8386.8363.0663.0574.85组合应力校核(内压),(外压)19.7619.765.83许 用 值121.18121.18121.79(内压),(外压)27.8327.0522.8419.7319.730.84许 用 值104.20104.20104.2075.6875.6689.8216.0116.017.09许 用 值162.00162.00162.0027.0827.6726.228.388.380.52许 用 值90.1890.1890.1876.1763.0588.4371.3471.3435.78许 用 值162.00162.00162.00校 核 结 果合格合格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计 算 结 果地 脚 螺 栓 及 地 脚 螺 栓 座基 础 环 板 抗 弯 断 面 模 数 mm32.92971e+09基 础 环 板 面 积 mm22.91527e+06基 础 环 板 计 算 力 矩 Nmm12455.9基 础 环 板 需 要 厚 度mm22.55基 础 环 板 厚 度 厚 度 校 核 结 果 合格混 凝 土 地 基 上 最 大 压 应 力MPa2.54受 风 载 时 基 础 环 板 与 基 础 表 面 间 虚 拟 的 最 大 拉 应 力 MPa1.57受 地 震 载 荷 时 基 础 环 板 与 基 础 表 面 间 虚 拟 的 最 大 拉 应 力MPa-0.19地 脚 螺 栓剪应力MPa地 脚 螺 栓 需 要 的 螺 纹 小 径 mm34.4345地 脚 螺 栓 实 际 的 螺 纹 小 径mm42.587地 脚 螺 栓 校 核 结 果 合格筋 板 压 应 力 MPa0.00筋 板 许 用 应 力MPa97.23筋 板 校 核 结 果 合格盖 板 最 大 应 力 MPa36.86盖 板 许 用 应 力MPa147盖 板 校 核 结 果 合格裙 座 与 壳 体 的 焊 接 接 头 校 核焊 接 接 头 截 面 上 的 塔 器 操 作 质 量kg177096焊 接 接 头 截 面 上 的 最 大 弯 矩Nmm3.95968e+09对 接 接 头 校 核对 接 接 头 横 截 面 mm2226886对 接 接 头 抗 弯 断 面 模 数 mm32.60918e+08对 接 焊 接 接 头 在 操 作 工 况 下 最 大 拉 应 力MPa7.52对 接 焊 接 接 头 拉 应 力 许 可 值MPa85.536对 接 接 头 拉 应 力 校 核 结 果合格搭 接 接 头 校 核搭 接 接 头 横 截 面 mm2搭 接 接 头 抗 剪 断 面 模 数 mm3搭 接 焊 接 接 头 在 操 作 工 况 下 最 大 剪 应 力MPa搭 接 焊 接 接 头 在 操 作 工 况 下 的 剪 应 力 许 可 值MPa搭 接 焊 接 接 头 在 试 验 工 况 下 最 大 剪 应 力MPa搭 接 焊 接 接 头 在 试 验 工 况 下 的 剪 应 力 许 可 值MPa搭 接 接 头 拉 应 力校 核 结 果主 要 尺 寸 设 计 及 总 体 参 数 计 算 结 果裙 座 设 计 名 义 厚 度mm18容 器 总 容 积mm34.24823e+11直 立 容 器 总 高mm32731壳 体 和 裙 座 质 量kg60989附 件 质 量kg12197.8内 件 质 量kg0保 温 层 质 量kg6775.1平 台 及 扶 梯 质 量kg14701.9操 作 时 物 料 质 量kg100846液 压 试 验 时 液 体 质 量kg424823吊 装 时 空 塔 质 量kg73186.8直 立 容 器 的 操 作 质 量kg195510直 立 容 器 的 最 小 质 量kg94663.8直 立 容 器 的 最 大 质 量kg519487空 塔 重 心 至 基 础 环 板 底 截 面 距 离mm14795.8直 立 容 器 自 振 周 期s0.38第 二 振 型 自 振 周 期s第 三 振 型 自 振 周 期s临界风速(第一振型)临界风速(第二振型)雷诺系数设计风速风 载 对 直 立 容 器 总 的 横 推 力 N297908地 震 载 荷 对 直 立 容 器 总 的 横 推 力 N0操 作 工 况 下 容 器 顶 部最 大 挠 度mm7.79676容 器 许 用 外 压MPa操 作 工 况 下 塔 顶 振 幅mm 0检 修 工 况 下 塔 顶 振 幅mm 0检 修 工 况 下 自 振 周 期s0.276829注：内件质量指塔板质量；填料质量计入物料质量；偏心质量计入直立容器的操作质量、最小质量、最大质量中。上封头校核计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB/T 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0.34MPa设计温度 t 110.00 C内径 Di 2300.00mm曲面深度 hi 575.00mm材料 S31603 (板材)设计温度许用应力 st 119.40MPa试验温度许用应力 s 120.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85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= 0.1875 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ReL = 162.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 17.31MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 3.83mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 14.70mm最小厚度 dmin = 3.45mm名义厚度 dnh