煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计论文(编辑修改稿)

煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

内可以自由浮动的阀片。 气体负荷小时，阀片只作少许开启，随着气体负荷的增大，阀片的开度也增加，使从阀口周围喷向液层的气速不会有很大增加，压降增加也不多，当气体负荷增大到一定程度后，浮阀升起到它的极限位置，这时的操作与筛板塔类似，只是气体由浮阀周边向水平方向喷入液层中，它的液沫夹带量比筛板塔要小。 浮阀塔板的生产能力比泡罩塔板大20~40%，工作弹性比泡罩塔板 大，其最大负荷与最小负荷的比值可达 9 左右，且在较大的操作范围内能保持较高的效率，又由于浮阀对塔板上液体流动的阻力小，所以，液面落差相应比泡罩塔板小，允许采用较大的液流强度。 （二） 气液呈逆流的塔板 这种塔板结构非常简单，没有溢流管，在操作时汽液从塔板开孔（或缝）中上、下相对穿流而过，板上的液体为上升蒸汽搅动进行两相间的传质，在工业上应用的有下述几种。 1. 栅板 它用薄钢板制成，塔板上的缝隙可为 2~10 毫米，由于它没有溢流装置，充分利用了塔的横截面积，因此它的生产能力比泡罩塔大 20~100%，而压力降比泡罩塔小 40~80%，但这种塔板的操作弹性较小，一般约为 3 左右，限制了它在生产上的使用。 2. 穿流式波纹筛板塔 这种塔板是一种将淋降筛板压成波纹状的塔板，从而加大了塔板的操作范围和弹性。 它的筛孔直径一般为 4~8 毫米，自由截面为 15~30%，由于它压成了波纹形状，所以刚性很大，可用较薄的材料制成，它是一种造价低廉的塔板，在某些工业生产上已经成功地得到了应用。 3. 无溢流浮阀塔板 为了扩大无溢流塔板的操作范围，捷克曾在 1965 年展览出了一种条形浮阀穿流塔板，这种塔板是由底板和条形浮阀组成，在底板上开有长条形的平行栅孔，在栅孔上装以长条 浮阀。 条形浮阀的阀盖做成拱形，在一定距离将部分阀盖冲压弯下。 它在操作时若汽速低，汽液就从阀盖的弯下部分穿流而过，若汽速高则浮阀被顶起，因此它的操作范围大，效率也较高，结构简单，有发展前途。 4. 圆形浮阀穿流塔板 这种塔板是日本日立制作所近几年来新设计的一种塔板，它是在无溢流的筛板辽宁石油化工大学继续教育学院论文 7 上加装一些上面带孔的圆形浮阀，以使它的操作范围扩大。 这种塔板用材较省，结构比较合理，造价低，在工业生产上有发展前途。 （三） 汽液呈并流的塔板 这类塔就整个塔而言，汽液是呈逆流操作的，但在每块塔板上，汽体与液体呈并流接触，这种并流操作塔的 生产能力，可以不受一般错流或逆流塔板上常发生的过量液沫夹带或液泛所限制 塔设计概述 本设计是通过对压力载荷、质量载荷、风载荷、地震载荷的计算，最终对塔体进行校核，来确定该塔是否符合强度设计及稳定性校核。 关于轴向强度及稳定性校核的基本步骤如下： （ 1）按设计条件，初步确定塔德厚度和其他尺寸； （ 2）计算塔设备危险截面的载荷，包括质量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等； （ 3）危险截面的轴向强度和稳定性校核； （ 4）设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。 壁厚的确定，由此壁厚计算出各种载荷作用下产生的组合应 力，并在校核该应力是否满足强度和稳定性要求，若不满足须增加壁厚，重复上述计算，直至满足全部校核条件，此时，所确定的壁厚即为所求。 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 8 2 塔体的设计 圆柱形容器是最常见的一种压力容器结果形式，具有结构简单、易于制造、便于在内部装设附件等优点，被广泛用作反应器、换热器、分离器和中小容积储存容器。 圆筒形容器的容积主要由圆柱形筒体提供。 圆筒可分为单层式和组合式两大类。 单层式圆筒的优点是结构简单。 但厚壁单层式圆筒也存在一些问题，主要表现在： ①除整体锻造式厚壁圆筒外，还不能完全避免较薄弱的 深环焊缝和纵焊缝，焊缝缺陷的检测和消除均较困难；且结构本身缺乏裂纹快速扩展的能力； ②大型锻件及或钢板的性能不及薄钢板，不同方向力学性能差异较大，韧脆转变温度较高，发生低应力脆性破坏的可能性很大； ③加工设备要求高； 为些人们相继研究了多种组合式圆筒。 常见的有一下几种。 ⑴多层包扎式 这是目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式圆筒结构。 筒节由厚度为 12― 25 ㎜的内筒和厚度为 4－ 12 ㎜的多层层板两部分组成，筒节通过深环焊缝组焊成完整的圆筒。 ⑵热套式 热套式采用厚钢板（ 30㎜以上）卷焊成直径不同 但可过盈配合的筒节，然后将外层筒节加热到计算进行套合，冷却收缩后便得到紧密贴合的厚壁筒节。 热套式圆筒需要有较准确的过盈量，对卷筒精度要求很高，且套合时选配套合。 但即使有过盈量，套合时贴紧程度也不会很均匀。 因此，在套合或是组装成整体容器后，需在进行热处理以消除套合预应力。 ⑶绕板式 绕板式圆筒由内筒、绕板层外筒三部分组成。 他是在多层包扎式圆筒的基础上发展起来的，两者的内筒相同，所不同的是多层绕板式圆筒是在内筒外面连续缠绕若干层 35 ㎜厚的薄铜板而构成筒节，绕板层只有内外两道纵焊缝。 绕板式结构机械化程度高，制作 效率高，材料和利用率也高。 ⑷整体多层式包扎式 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 9 整体多层式包扎式是一种错开环缝和采用液压夹钳逐层包扎的圆筒结构。 它首先将内筒并接到所需要的长度，两端焊上法兰或是封头，然后再整个长度上逐层包扎层板，待全长度上包扎好并焊完磨平后在包扎第二层，知之所需厚度。 这种方法包扎时各层的环焊缝可以相互错开，另外每层层板的纵焊缝也错开比较大的角度，使整个圆筒上避免出现深环焊缝，圆筒与法兰或封头间的环焊缝改为一定角度的倾斜面焊缝，承接面积增大具有高的可靠性。 ⑸绕带式 绕带式是一种以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度圆筒的方法，主 要有型槽绕带式和扁平钢带倾角错绕式两种结果形式。 压力容器封头的种类很多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形风头、蝶形封头和球冠形封头。 凸形封头 ⑴半球封头 半球封头为半个球壳。 受内压的半球形封头 在均匀内压的作用下，薄壁球形容器的薄膜应力为相同直径圆筒的一半，故从受力分析来看，球形封头是最理想的结构形式。 但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大经采用分瓣冲压其并焊工作量较大。 半球形封头常用在高压容器上。 ⑵椭圆形封头 椭圆形封头是由半个椭圆球面和 短圆筒组成，直边段的作用是避免封头和圆筒的链接焊缝出出现径向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。 由于封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀。 且椭圆形封头深度较半球形封头小很多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。 ⑶蝶形封头 蝶形封头是带折边的球面封头，由半径为 Ri 的球面体、半径为 r 的过度环壳和短圆筒等三个部分组成，从几何形状来看。 蝶形封头是一不连续的曲面，在经线曲率半径突变的两个曲面连续处。 由于曲率的较大变化而存在着较大边缘弯曲应力。 该边缘弯曲应力与薄膜应力叠加，使该部分的 应力远远高于其他部分，故受力状况不佳。 但过度环壳的存在降低了封头的深度，方便了成型加工，且压制蝶形封头的钢模加工简单，使蝶形封头的应用范围较广泛。 . 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 10 塔体常用裙座支轴。 裙座由座体、基础环、螺栓座及地脚螺栓等组成。 裙座体由圆筒形和圆锥形两种。 圆筒形由于具有制造方便等优点而应用广泛，但对直径小而高度大的塔，为了增加设备的稳定性和降低某些构件的应力，可采用圆锥形裙座为了安装、检修等需要，座体上开有引出管道口、手孔、人孔及排气孔等。 座体焊接在塔体的下封头上，焊接形式有对接【 a】和搭接【 b】两种。 维 满足料的进出、过程检测和安装维修等要求，塔设备上有各种开孔及接管。 、手孔的分类及结构形式 人孔是人员进出塔器和传送内部件的通道。 当采用采用整块式塔盘时，由于塔径过小（ Di 800mm），人员难以进入塔内，塔体上可开设手孔，以便于装拆、检修塔内元件。 人孔处的上下塔板间距要大于板间距。 一般不得小于 600mm。 人孔和手孔的布置要与降液管位置错开，以便工作人员出入。 所有的人孔最好开设在塔体的同一经线上，以便于施工作业。 人孔设置的的个数，既要考虑内部的装卸、检修的方便，又要考虑塔体的高 度的增高，且人孔设置过多，会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求。 一般当塔板数为 10~20 块或塔高在 5~10m 时，应设置一个人孔。 除此以外，在气、液进出口等需经常维修清洁的部位，以及塔顶和塔釜处，应各设一个人孔。 在塔体上宜采用垂直掉盖人孔。 若垂直掉盖妨碍人员操作塔体有保温层时，可采用回转盖人孔。 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 11 人孔和手孔都是标准件 除沫器用于分离塔顶出口气体夹带的液滴其结构是将数层丝网用栏条夹持，并由螺栓紧固在塔壁的支持圈上，丝网则由圆丝和扁丝编织而成。 丝网除沫器具有比表面积打、除沫效率高、空隙率大压 降小等特点。 这种降沫器适用于清洁的气体，否则堵塞网孔。 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 12 图 （ 3） 塔顶吊住的结构 本设计满足其特定的工艺要求，能够在规定的工作条件下，即规定的压力和温度条件下去实现气液相密切接触而进行传质传热，两相组分可成阶梯式变化。 本文辽宁石油化工大学继续教育学院论文 13 严格按照 GB1501998 中的材料要求选材。 塔设备作为基本的压力容器，其基本要求反映在它的质量上，而质量是通过适用性，可靠性，安全性，耐久性和经济性等质量特性表现的。 针对不同的要求，各有所侧重，保证塔设备的安全性最为突出，在此基础上，充分考虑其他方面 的要求，而经济型则是市场的法则，因为没有经济效益和社会效益的产品就没有市场。 为了确保塔设备的使用特征和安全可靠性，正确的选用和合理的加工材料是必要的基础。 在熟悉了钢材的常规性能，塔设备的特定条件，对材料的性能要求基础上，本文采用 20R， 20R 使用历史悠久，价格廉价，来源广泛，且 20R 在优质碳素钢 20 钢基础上发展起来的容器用钢，既保证力学性能又保证化学成分。 （ 1） 压力试验目的 ： 除材料本身的缺陷外，容器在制造和使用中会产生各种缺陷。 为考核缺陷对压力容器安全性的影响，压力容器制造完毕后或定期 检验时，都要进行压力试验。 压力试验包括耐压试验和气密性试验。 对于内压容器，耐压试验的目的：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。 （ 2）试验压力及应力校核 耐压试验有液压试验和气压试验两种，只有因结构或支承等原因不能向容器内充灌水或其他液体，以及运行条件不允许残留液体时，才应用气压试验。 所以本设计采用液压试验。 液压试验：在液压试验时，为防止材料发生低应力脆性破坏，液体温度不得低于容器壳体材料的韧脆转变温度。 一般来说，碳素钢、 16MR 等钢制容器液压时， 液体温度不得低于 5C ；其他低合金钢制容器，液体温度不得低于 15 C。 如果因板厚等因素造成材料韧脆转变温度升高，则需相应提高试验温度。 塔的固有周期 在动载荷作用下，塔设备各截面的变形及内力与塔的自由振动周期及振型有关。 因此在进行塔设备的载荷计算及强度校核之前，必须首先计算其固有周期。 自振周期计算的方法很多，例如解析法、集中质量法、广义坐标法及有限元法等。 对等直径且等壁厚的塔器采用解析法；对不等直径或不等壁厚的塔器 采用折算辽宁石油化工大学继续教育学院论文 14 质量法近似求解。 本设计是不等径塔，对于不等径或不等厚度塔，质量沿高度分布也不均匀，所以采用折算质量法，此法是将一个多自由度体系，用一个折算的集中质量来代替，从而将一个多自由度体系简化成一个单自由体系。 确定集中质量的原则是使两个相互折算体系在振动时产生的最大动能相等。 风载荷 安装在室外的塔设备将受到风力的作用。 风力除了使塔体产生应力和变形外，还可能使塔体产生顺风向的振动及垂直于风向的诱导振动。 过大的塔体应力会导致塔体的强度的强度及稳定失效，而太大的塔体挠度则会造成塔盘上的流体分布不均，从而 使分离效率减低。 本设计的塔只需要计算顺风向的振动，不需要计算垂直于风向的振动。 地震载荷 地震起源于地壳的深处。 地震时所产生的地震波，通过地壳的岩石或土壤向地球表面传播。 当地震波传到地面时，引起地面的突然运动，从而迫使地面上的建筑物和设备发生振动。 地震发生时，地面运动是一种复杂的空间运动，可以分解为三个平动分量和三个转动分量。 地面水平方向的运动会使设备产生水平方向的振动，危害较大。 而垂直方向的危害较横向振动要小，所以只有当地震烈度为 8度或 9 度地区的塔设备才考虑纵向振动。 裙座强度及稳定性 校核 裙座筒体 裙座筒体受到重量和各种弯矩的作用，但不承受压力。 重量和弯矩在裙座底部截面处最大，因而裙座底部截面是危险截面。 此外，裙座上的检查孔或人孔、管线引出孔有承载削弱作用，这些孔中心横截面处也是裙座筒体的危险截面。 裙座筒体不受压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。 因此，只需校核危险截面的最大轴向压缩应力。 裙座基础环 （ 1）基础环应力分布 塔设备的重量及由风载荷、地震载荷及偏心载荷引起的弯矩通过裙座筒体。