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(编辑修改稿)

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(编辑修改稿)内容摘要：

式容器》等国家标准为基础进行设计。 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。 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。 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。 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。 设计特点 塔设备的设计特点主要有： ① 气液两相充分接触，相际间传热面积大。 ② 生产 能 力大，即气液处理量大。 ③ 操作稳定，操作弹性大。 ④ 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。 ⑤ 结构 简单 ，制造、安装、维修方便 ， 设备 的 投资 及 操作费用低。 广东石油化工学院本科毕业设计： 15000t/d 常压塔设计和材料腐蚀的探讨 ⑥ 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。 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。 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。 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。 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。 本设备所在装置的简单工艺流程 和 在 装置中的作用 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 230～ 240℃ 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 360～370℃ 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 2～ 3 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。 工艺流程图 常减压装置简单工艺流程图如图 所示。 第一章 绪论 工艺流程图 广东石油化工学院本科毕业设计： 15000t/d 常压塔设计和材料腐蚀的探讨 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。 主要 设计参数的确定和说明 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。 本设备设计压力取 P=。 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℃。 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 φ 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 ： ① 双面焊或相当于双面焊的全焊透对接 接头。 100%无损 检测， φ=；局部无损 检测 φ=。 ② 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φ=；局部无损 检测 φ=。 ③ 对于受压缩应力的元件，可取焊接接头系数 φ=。 ④ 无法进行探伤的单面焊环向对接焊缝，无垫板， φ=，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。 本设计焊缝系数 Φ＝。 第一章 绪论 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， mm ； 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， mm ； C2——腐蚀裕量， mm ； 对于碳素钢和低合金钢，取 C2不小于 1mm ； 对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，取 C2=0； 对裙座壳取 C2=2mm ； 地脚螺栓取 C2=3mm ； 本设计所给参数已给出 C2的值， C2＝ 0。 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。 在蠕变温度下，通常取材料常温下最低抗拉强度 n ,屈服点 s 或设计温度屈服点ts ，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]。 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。   m in , , tb s sb s sn n n    广东石油化工学院本科毕业设计： 15000t/d 常压塔设计和材料腐蚀的探讨 第二章 常压塔 主要部件材料的选择与 论证 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。 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。 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。 （ 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。 （ 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。 （ 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。 （ 5） 综 合经济性 第二章 常压塔主要部件材料的选择与论证 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。 （ 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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，它广东石油化工学院本科毕业设计： 15000t/d 常压塔设计和材料腐蚀的探讨 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。 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。 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。 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（ GB66541996）见表 21。 表 21 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 бb 屈服点 бs MPa 伸长率 δs % 温度 ℃ V 型冲击功AKV8(横向 )J 180o d弯心直径 a钢板厚度 不小于 不小于 1 20R 热轧、控轧或正火 6~16 400~ 520 245 25 20 31 d=2a 16~36 235 36~60 225 60~100 390~510 205 24 2 16MnR 6~16 510~640 345 21 20 31 d=2a 16~3。