乙烯装置中脱戊塔装置的设计毕业论文.doc 45页

'乙烯装置中脱戊塔装置的设计毕业论文目录第1章绪论11.1石油化工中塔设备的作用及发展11.2塔设备的分类及结构简介11.3乙烯装置脱戊塔工艺流程简介21.4精馏塔设计21.5精馏设备的选择21.6控制方案的选择3第2章设计方案42.1设计任务42.2设计参数和基本内容42.3设计原则52.4在设计过程中应注意的问题5第3章塔的工艺计算63.1精馏塔的物料衡算63.2精馏塔工艺条件及物性数据的计算73.3精馏塔的塔体工艺尺寸计算103.4塔板主要工艺尺寸的计算11第4章塔的结构设计194.1塔径及封头的选择194.2确定抽出管口尺寸19I 4.3塔高的确定19第5章塔的强度计算215.1已知条件215.2材料的选择215.3塔壳强度计算225.4塔器质量计算225.5塔器的基本自振周期计算255.6地震载荷及地震弯矩计算255.7风载荷和风弯矩计算275.8各计算截面最大弯矩285.9圆筒应力校核295.10容器液压实验时的应力校核305.11裙座壳轴向应力校核315.12基础环厚度计算325.13地脚螺栓计算335.14筋板345.15盖板355.16裙座与塔壳连接焊缝验算36第6章辅助结构设计376.1人孔376.2吊柱376.3法兰设计376.4裙座结构设计386.5开孔补强设计39结论41参考文献42I 第1章绪论1.1石油化工中塔设备的作用及发展塔设备是一类塔形的化工设备。具有一定形状（截面大多是圆形）、一定容积、内外装置一定附件的容器。它也是化学工程领域的重要组成部分，是目前化工分离工程的首选装置。它涉及精馏、吸收、解吸、萃取、洗涤、增湿以及冷却等化工过程，涉足石油化工、炼油、化肥、精细化工、轻化工、环境保护，甚至冶炼、原子能等工业领域。化工生产过程概括的讲是由能量传递、质量传递、热量传递和反应等过程所组成的。塔设备则是通过其内部的结构使气（汽）液两相或液液之间充分接触，进行质量传递和热量传递。塔设备虽然有诸多优点，但并不是万能的。首先，其持液量小反而使设备自控困难；其次，多侧线出、进料不易；另外不易采用中间换热操作。因此，塔设备今后的研究与发展方向应趋于；（1）填料塔与板式塔的复合塔型；（2）用规整填料塔改造板式塔实现节能增产，扩大规整填料的应用领域与范围；（3）新型填料塔大型内件的研制；（4）对现有板型的开发利用，而新版型的开发研究将趋缓。总的来讲，人们对塔设备的研究旨在“提高处理能力和简化结构”前提下，保持一定的操作弹性和适当的压力降，尽量使成本降低[1]。1.2塔设备的分类及结构简介塔设备可以从不同的角度进行分类，例如，按单元操作分类可分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按塔的内件结构分为板式塔、填料塔、鼓泡塔和喷雾塔等。下面对最常用的板式塔和填料塔的原理及结构做简要介绍。板式塔中设有一定数量的塔盘，气体从塔的下部进入塔体，液体从塔的顶部（上部）进入塔体；上升的气体与下降的液体在每层塔盘上进行传质。常用的板式塔盘有：筛板塔盘，浮阀塔盘，泡罩塔盘。填料塔中装有一定高度的填料层，如所需填料层较高时，可将填料层分为几段。液体沿填料表面呈膜状向下流动，气体自下而上穿过填料层与膜状液体接触，进行质量传递。塔填料分为两类：散堆填料和规整填料。散堆填料的材质主要有金属、塑料和陶瓷；规整填料的材质主要有金属薄板或丝网，以及塑料丝网[2]。42 1.3乙烯装置脱戊塔工艺流程简介来自于裂解汽油的馏分含有一些非常有用的化工原料，它们是异戊二烯（ISP）环戊二烯（CPD）等。从这些原料出发可以合成许多高附加值的产品，一些大公司已经从全球性的角度来考虑馏分综合利用。馏分的化工利用可以分为燃料和化工两大方面。化工利用比燃料利用的经济效益更好，是当今，利用的重点，也是利用的商机所在。以分离提纯后的各组分为原料，可以生产品种繁多的石油化学品，特种化学品，精细化学品和医药化学品。随着新的下游产品不断开拓，烃系列产品市场会越来越精气。这无疑将推动馏分的综合利用上一个新的台阶。目前我国在碳五馏分综合利用方面与美、日相比差距很大，国内大型乙烯装置都使用一部分裂解馏分作为裂解炉燃料。蒸汽裂解装置中产生的裂解气经过分离出来的碳五以后的汽油组分作为脱戊塔的进料，利用馏分与以后等重组分沸点不同，在脱戊塔中进行气液分离，使组分从以后的重组分中分离出来[3]。1.4精馏塔设计本次设计是着重对回收工艺中的戊烷初精馏塔设计，完成塔器的工艺选型、结构设计和机械设计，并绘制塔的装配图，部件图和零件图.本文根据设计内容，也将对回收工艺说明和精馏塔设计两部分进行阐述。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，所用设备主体核心设备是精馏塔，辅助设备包括再沸器、冷凝器、储罐、预热器及冷却器。精馏塔是精馏装置的主体核心设备，气、液两相在塔内多级逆向接触进行传质、传热，实现混合物的分离。精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。常规或简单精馏塔设有一个进料口，进料位置将塔分为精馏段和提馏段两段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。42 精馏按操作过程可分为问歇精馏和连续精馏；按操作方式可分为：常减压精馏、恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏、分子精馏，加盐精馏和精密精馏等[4]。1.5精馏设备的选择精馏装置的核心为精馏塔。汽液两相在在塔内多级逆向接触进行传质、传热，实现混合物的分离。为保证精馏过程能稳定高效的操作，适宜的塔型及合理的设计是十分关键的。为使精馏塔具有优良的性能以满足生产的需求，通常考虑以下因素：1、生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。2、效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。3、流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。4、有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。5、结构简单，造价低，安装检修方便。6、能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等[5]。1.6控制方案的选择现代工业的一个重要特点是装置的大型化，生产过程中的高度自动化，生产过程自动化是生产装置平稳高效安全可靠运行的基本条件和重要保证。工业自动化技术包括生产过程的各种工况信息的检测转换显示及控制。过程控制与过程工艺条件几个条件之间的内在联系密切相关，因此应在工艺设计中提出一套适宜的控制方案。对于检测参数往往涉及物料的流量，温度、压力等。控制方案应根据设计的流程特点选择[6]。综上所述，对于本设计的目标和应该注意的问题，本次设计将逐项展开。42 第2章设计方案2.1设计任务1、了解乙烯装置中脱戊塔在整套装置中的作用及工艺流程。2、根据温度、压力、流量等操作参数对脱戊塔进行工艺计算，确定出塔的主要结构尺寸。3、对脱戊塔强度和稳定性进行校核，对辅助设施和附件进行设计。4、绘制脱戊塔的总图和零部件图。2.2设计参数和基本内容1、本次乙烯装置脱戊塔设计数据见表2-1所示。表2-1设计数据设计压力MPa0.8操作压力MPa0.15设计温度°C190操作温度°C176操作介质碳五、裂解汽油腐蚀裕量mm3焊缝接头系数0.85基本风压N/m²550抗震设防裂度6安全阀定压MPa0.62设计寿命15年在本次设计中，需要完成结构设计、塔高、塔体壁厚的计算及强度校核和裙座结构设计及强度校核等内容。①42 结构设计包括：塔底、塔盘、塔顶空间及人孔等设计，工艺管径计算，保温等结构与尺寸确定。②塔体壁厚的计算及强度校核包括：依据设计压力初定壁厚，再水压试验应力验证；确定危险截面；开孔补强计算，进行壳体重量，地震弯矩计算和偏心弯矩计算；水平风弯矩，组合压应力、轴向拉计算进行强度稳定校核。③裙座结构及强度校核包括：裙座体、基础环、地脚螺栓、裙座圈、焊缝等设计与校核。2.3设计原则总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。1、满足工艺和操作的要求:所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此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。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。2、满足经济上的要求:要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。3、保证生产安全:生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度[7]。2.4在设计过程中应注意的问题裂解汽油加氢装置是乙烯装置的下游装置，因乙烯装置的原料来源复杂和裂解条件不同，这都会引起裂解汽油组成和数量的变化，这些变化首先反映在前馏份部分(即和馏份)。若前馏份未达到预期的分离效果，则将影响催化剂的使用寿命和加氢汽油的质量。在脱塔的设计时正是考虑馏份组成波动大，故采用斜孔塔板设计。脱塔也存在同样问题，在设计时要求十分注意聚合和操作弹性。42 第3章塔的工艺计算3.1精馏塔的物料衡算3.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率戊烷的摩尔质量=72g/mol裂解汽油的摩尔质量=90g/mol（1）原料液中易挥发组分的摩尔分数:馏出液中易挥发组分的摩尔分数:釜残液中易挥发组分的摩尔组成：（2）原料液及塔顶、塔底原料液、气相、液相产品的平均摩尔质量其中——原料液的平均摩尔质量——塔顶的平均摩尔质量——塔底的平均摩尔质量（3）处理量总物料衡算(3-1)其中F——原料液流量，；D——塔顶产品流量，；W——塔底产品流量，；戊烷物料衡算联立解得42 3.1.2塔板数的确定（1）操作回流比为3，精馏塔的气、液相负荷：（2）操作线方程[8]：精馏段操作方程为(3-2)提馏段操作方程为(3-3)由化工原理的逐板计算得，理论板数为（包括再沸器）进料板位置为精馏段实际塔板数为提馏段实际塔板数为3.2精馏塔工艺条件及物性数据的计算3.2.1操作压力最大工作压力MPa每层塔板压降kPa进料板压力kPa精馏段平均压力kPa42 3.2.2操作温度依据操作压力，由泡点方程使用试差法计算出泡点温度。塔顶温度°C进料板温度°C精馏段平均温度°C3.2.3平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算其中kg/molkg/mol进料板平均摩尔质量计算其中kg/molkg/mol精馏段平均摩尔质量kg/molkg/mol3.2.4平均密度计算（1）气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，得kg/m(3-4)（2）液相的平均密度计算液相平均密度按下式计算，得(3-5)42 塔顶液相平均密度的计算由温度°C，查手册[9]得kg/mkg/mkg/m同理，计算进料板液相密度kg/m精馏段液相的质量分率kg/m3.2.5液体的平均表面张力计算液相的平均表面张力依下式计算，即(3-6)塔顶液相平均张力的计算由°C，得进料板液相的平均表面张力计算由°C，得精馏段液相的平均表面张力为3.2.6液体平均粘度计算液体平均粘度依下式计算，即(3-7)42 塔顶液相平均粘度的计算由°C，得进料板液相的平均粘度计算由°C，得精馏段液相的平均表面张力为3.3精馏塔的塔体工艺尺寸计算3.3.1塔径的计算精馏段气、液相体积流率为(3-8)(3-9)由其中查图得，取安全系数为0.7，空塔气速为42 按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为3.3.2精馏塔有效高度计算精馏段高度为提馏段高度为在塔板间开一个人孔，其高度为0.6m故精馏塔有效高度为m3.4塔板主要工艺尺寸的计算3.4.1溢流装置计算因塔径，采用单溢流弓形降液管，凹形受液盘。计算结果如下：（1）堰长取m（2）溢流堰高度由(3-10)选用平直堰，堰上液层高度为，42 即(3-11)查图得，则取板上清液层高度mm故（3）弓形降液管宽度和截面积由根据《化工原理（下）》3-10图,得故验算液体在降液管中停留的时间，即s故降液管设计合理。（4）降液管底隙高度=(3-12)取m/s则=m>0.006m故降液管底隙高度设计合理。42 3.4.2塔板布置（1）因mm，故塔板采用分块式，因此查表得塔板为3块。（2）边缘区宽度确定取m，m（3）阀片数目与排列取阀孔的动能因子，由下式求孔速=(3-13)由下式求每层塔板上浮阀数，即(3-14)由下式计算塔板上鼓泡区面积，即阀的排列方式采用等腰三角形叉排。取横排的孔心距mm=0.075m则按下式估算排间距，即=mm考虑到塔的直径比较大，须采用分块式塔板，各分块板的支撑与衔接要占去一部分鼓泡区的面积，因此排间距不宜用161mm，而应小于此值，故取=125mm=0.125m。按mm=125mm方式作图，排得47个浮阀。按重新核算孔速及阀孔的动能因数：42 阀孔的动能因数变化不大，在9～12范围内。塔板开孔率为：％=3.9％3.4.3塔板流体力学验算（1）气相通过浮阀塔板压力降①干板阻力由(3-15)因，故按下式计算m液柱②板上充气液层阻力：本设备目的是分离裂解汽油和戊烷的混合物，所以液相为碳氢化合物，可取充气系数，依下式有m液柱③液体表面张力造成的阻力：由于阻力很小，忽略不计。因此，气体流经一层塔板的压强降所对应的液柱高度为则单板压强降Pa（2）淹塔为了防止淹塔发生，就要控制降液管中清液层的高度，使①与气体通过塔盘压强降多相当的液柱高度已算出m液柱②液体通过降液管压头损失：因无进口堰，故按下式计算，即m液柱③板上液层高度：已选定板上液层高度为m42 则m取，又已选定m，m。则由此可见，符合防止淹塔要求。（1）雾沫夹带由以下两式计算泛点率，即泛点率％(3-16)及泛点率％(3-17)板上流体流径长度(3-18)m板上液流面积(3-19)m该系统为正常系统，故取物性系数K=1.0，查图得泛点负荷系数，将数据代入以上两式中，分别为泛点率％=17.6％泛点率％=13.2％两式计算出来的泛点率均在80%以下，故雾沫夹带量能够满足的要求[10]。42 3.4.4塔板负荷性能（1）雾沫夹带线依式(3-16)，即泛点率％按泛点率80%计算如下：=整理得由此可知雾沫夹带线为直线，操作范围任意取两个值，依(1)式算出相应的值见表3–1。附表3–1Ls/(m3/s)0.0010.002Vs/(m3/s)0.4640.456（2）液泛线由参考资料[11]，可知=(3-20)因物系一定，塔板结构的尺寸一定，则、、、、、、及等均为定值，因而与又有如下关系，即(3-21)式中阀孔数N与孔径do均为定值，因此可将上式简化Vs与Ls的如下关系式：(3-22)即在操作范围内取若干个Ls值，依式算出相应的Vs值见表3-2附表3–2Ls/(m3/s)0.0010.00150.0020.0022Vs/(m3/s)0.1720.1680.1650.164据表中数据做出液泛线。42 （1）液相负荷上限线液体的最大流量必须保证在降液管中停留不低于3～5s。液体在降液管中停留时间为s取s作为液体在降液管中停留的时间下限，则(3-23)求出上限液体流量值。在图中液相负荷上限线与气体流量无关的竖直线。（2）漏液线对于F1型重阀，依计算，则知(3-24)得以作为规定气体的最小负荷标准，则=m/s(3-25)据此画出与液体流量无关水平漏液线。（3）液相负荷下限线取堰上的液层高度m作为液相负荷的下限，依的计算式（3-11）计算出下限值，依次做出液相负荷的下限线，该线是与气相流量无关的竖直线。取E=1，则=m/s42 根据结果绘制塔板操作线图，(1)雾沫夹带线、(2)液泛线、(3)液相负荷上线、(4)漏液线、(5)液相负荷下线。P点为适宜操作点。由塔板负荷性能图可以看出：（1）任务规定的气、液负荷下的操作点P(设计点)，处在适宜操作区内的适中位置。（2）塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。流速m/s流量m3/s图3-1塔板操作线42 第4章塔的结构设计4.1塔径及封头的选择根据工艺设计选取，上下封头均采用标准椭圆封头。其中：—塔的内径，mm。4.2确定抽出管口尺寸根据液体和气体在管中流速，则管线直径尺寸计算如式：mm(4-1)其中：G—重量流率kg/s；—液体重度kg；V—气体比容m3/kg。参考大庆石化公司同类设备尺寸，各侧线产品出口、中段回流入口、各关口尺寸确定见表4-1管口尺寸表：表4-1管口尺寸表名称公称直径Dn，mm伸出高度，mm进再沸器口150再沸气体入口200塔顶气体出口200200回流入口80200进料口80200塔底液相抽出口501504.3塔高的确定塔的顶部空间高度(塔的顶部空间是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离)取=1200mm;吊柱高度(指的是吊柱顶端到上封头切线的高度)42 =2298mm；1-18层塔盘之间的距离为=500mm的塔盘，19-36层塔盘之间的距离为=550mm的塔盘，人孔所在两边塔盘间距为=550mm，液面控制口距底部第一块塔盘距离为=1050mm，取塔底高度=3.612m；考虑塔底抽出管线所占空间，取群座高度为=5.4m。则：=2298+1200+19950+3612+5400=32460式中Hz—塔的主体高度，mm；—塔的总高，mm；—吊柱高度，mm。—其中1-18层塔盘之间的距离，mm；—其中19-36层塔盘之间的距离，mm；—人孔所在两边塔盘的距离，mm；—液面控制口距底部第一块塔盘的距离，mm。42 第5章塔的强度计算5.1已知条件见表5-1已知条件：表5-1已知条件塔内径Dimm塔高Hmm设计温度Tc°C操作温度Ti°C设计压力PcMPa操作压力Pi,MPa1500324601901760.80.15采用保温层厚90mm，保温材料为岩棉，保温材料的密度为300kg/m3，裙座上有防水水泥，厚度为10mm，由于处于大庆地区，地震烈度为7级，基本风压值为550N/m2，土质为二类土场。5.2材料的选择根据操作条件=0.15MPa，=176°C，设计压力=0.80MPa，设计温度=190°C，考虑到处理的介质腐蚀较小及材料的焊接性能，加工工艺和经济方面，筒体及封头采用Q235R，裙座采用20R。由《钢制压力容器》查得：Q235R=530MPa，=365MPa常温时许用应力=365MPa温度为150℃时许用应力=177MPa塔壳、裙座壳和封头材料选用Q235R[12]MPa,=177MPa42 5.3塔壳强度计算5.3.1下段圆筒及下封头壁厚计算圆筒：(5-1)mm式中：—圆筒壁厚，mm。下封头：(5-2)mm式中：—下封头壁厚，mm。5.3.2上段圆筒及上封头壁厚计算圆筒：(5-3)mm上封头：(5-4)mm壁厚附加量：=其中：=钢板负偏差，取0；=腐蚀余量，内径为1500mm取3mm；即：C=0+3=3mm考虑高塔具有振动、运输、刚度等问题，塔壳厚度分别取10mm，裙座厚度取10mm.5.4塔器质量计算42 (1)器壳体和裙座质量①筒体总质量：=9002.4kg②封头质量=209×2=418kg(5-5)③裙座质量（包括了筒体上的接管和法兰等附件质量）=检查孔+裙座体质量+支座板质量+法兰接管质量≈3638.1kg++=9002.4+418+3638.1=13058.5(5-6)(2)容器内构件质量经计算kg(3)容器保温材料质量kg(4)平台、扶梯质量平台单位质量取150kg/m2①平台单位面积：m2(5-7)单个平台质量=3.57×150=535.5kg八个平台的质量=535.5×8=4284kg②扶梯采用笼式扶梯每米扶梯质量取40kg/m，扶梯总高为29.6m故扶梯总质量为=40×29.6=1184kgkg(5-8)(5)操作时容器内物料质量=操作时塔内最高液位高度2968mm质量+各塔盘上残留液高100mm①塔内物料质量42 经查得下封头的容积为=0.513m3筒体容积为m3故(5-9)②塔盘上存留液体质量G2液体体积m3故操作时的总质量kg(5-10)(6)容器内充水质量充水时质量按空塔进行水压试验时充水质量计。①上下封头体积m3②筒体体积m3充水后总质量kg(5-11)根据以上质量计算，汇总详见表5-2质量计算汇总表：表5-2质量计算汇总表计算项目名称符号质量kg备注容器壳体和裙座质量13058.1容器内件质量5002.4保温材料质量1160.4平台、扶梯质量5468操作时容器内物料质量4638.3裙座、人孔、接管、法兰等质量3667.8容器内充水质量4765642 容器偏心质量0容器的操作质量32995容器的最大质量76012.7容器的最小质量24354.85.5塔器的基本自振周期计算该塔为等直径、等厚度，故按JB4710—2005式（8-5）[13]算(5-12)式中mmmmmm5.6地震载荷及地震弯矩计算对任意截面地震弯矩(5-13)s,s参照JB4710-2005表8-2（第二组，B类场地）故用式(5-14)42 式中:——地震影响系数；——特性周期；——地震影响系数的最大值，；——衰减指数，；(5-15)——阻尼调整系数，；(5-16)——塔的阻尼比，取；故计算可得：，，；计算得：基面截面0-0组合地震弯矩：mm裙座人孔截面Ⅰ—Ⅰ组合地震弯矩：mm裙座焊接接头处截面Ⅱ—Ⅱ组合地震弯矩：mm5.7风载荷和风弯矩计算已知设备地区的基本风压值m，塔高为32460mm，将塔整体作为一段计算42 （1）水平风力计算(5-17)式中:——体型系数，即；——风振系数，由于塔高故；——脉动增大系数；——第i段脉动影响系数；——第i段振型系数；——10米高度处的基本风压值，；——风压高度变化系数；——计算段高度，——容器各段有效直径，；mm；——操作平台当量宽度，mm——计算段平台构件的投影面积（不计塔及空挡的面积）根据以上计算汇总见表5-3风载荷计算汇总表：表5-3风载荷计算汇总表塔体分段123备注塔段高度0-1010-2020-33.5基本风压550空气动力系数0.7风震系数1.71.71.72064122291.01.251.421020010200135002306251223291.541042.091042.92104（2）风弯矩计算取危险截面0—0，I—I，II—II基面截面0—0风弯矩按下式计算(5-18）42 裙座人孔截面I—I风弯矩裙座与筒体焊接接头处截面Ⅱ—Ⅱ风弯矩5.8各计算截面最大弯矩（1）塔底任意截面i-imm取其中较大值(5-19)因故11.9(风弯矩控制)（2）截面因(5-20)故(风弯矩控制)（3）II-II截面42 因(5-21)故mm(风弯矩控制)5.9圆筒应力校核(1)圆筒轴向应力计算内压引起的轴向应力：==42.8MPa(5-22)操作时重力引起的轴向应力：(5-23)式中:为设计截面以上筒体承受的操作质量载荷，即=操作时的总质量—裙座质量=32995-3638=29357kg则：MPa弯矩在筒体中引起的轴向应力：MPa(2)圆筒稳定校核圆筒许用轴向压力取=取其中小值B值按外压容器图解法计算：查GB150图6-4而故取最大组合压应力，对内压容器<42 (3)圆筒拉应力校核对内压容器：5.10容器液压实验时的应力校核(1)壳体应力校核对II—II截面①由实验压力引起的环向应力式中：，静液柱压力=②由实验压力引起的轴向应力③由液压实验时重力引起的轴向应力式中可认为容器最大质量—裙座质量=72122.1-2228=69894.1kg④弯矩引起的轴向应力(2)应力校核液压实验时圆筒材料的许用轴向压力按下式取其中最小值式中:K——载荷组合系数，取K=1.2，B=130,Q235R——筒体材料故：上述所得的各项应力满足以下要求：42 式中：——焊缝系数，=0.855.11裙座壳轴向应力校核（1）裙座轴向应力校核0-0截面裙座为圆筒形，则查GB150图6-4得B=130MPa(5-24)(5-25)因为(5-26)所以（2）I-I截面；.(5-27)42 因此强度满足要求5.12基础环厚度计算基础环[13]的计算：基础环外径mm基础环内径mm基础环截面系数Zb和截面面积Ab：(5-28)mm3(5-29)mm2混凝土基础上的最大压应力(下式中最大值)MPa基础环无筋板时的厚度(5-30)42 mm故取mm式中：—基础环外径，mm；—基础环内径，mm；—基础环截面系数，；—基础环截面面积，mm2；—混凝土基础上的最大压应力，MPa；—基础环无筋板时的厚度，mm。5.13地脚螺栓计算地脚螺栓承受的最大拉应力按下式计算：故取地脚螺栓的螺纹小径为:(5-31)mm故取地脚螺栓为M64，6个.42 5.14筋板筋板的压应力按下式计算：(5-32)式中：—筋板的压应力，MPa；—一个地脚螺栓承受的最大拉力，N；—一个对应地脚螺栓的筋板个数，；—筋板宽度,mm=mm；—筋板厚度,mm=22mm。由式(5-32)计算得：则：筋板的许用应力计算，当时，(5-33)当时，(5-34)式中：—细长比，按下式计算。(5-35)—惯性半径，对长方形筋板取0.289，mm；—筋板长度，400mm；—临界细长比，按下式计算。42 (5-36)—筋板材料的许用应力取170MPaE—筋板材料的弹性模量，在常温下取E=MPa。可见则选用（5-33）式。，符合要求。5.15盖板本装置基础环上的盖板设计为分块式且有垫板：(5-37)式中：——垫板上地脚螺栓孔直径,mm=65；——盖板上地脚螺栓孔直径,mm=65；——筋板宽度,mm=165；——筋板内侧间距,mm=80；——垫板宽度,mm=170；——盖板厚度,mm=28；42 ——垫板厚度,mm=22。=99MPa盖板最大应力小于盖板材料的许用应力，满足强度要求。5.16裙座与塔壳连接焊缝验算焊缝的验算按下式：J-Jkgmmmm=其中，故验算合格。42 第6章辅助结构设计6.1人孔塔器装置中，每隔6~8块隔板外设一个人孔，当油品赃物需经常清理时，每隔3~4块隔板外设一个人孔，凡有人孔处塔板间距应等于或大于600mm，人孔的中心距操作平台一般为800mm~1200mm，人孔直径一般为450mm~550mm，特殊的也有长方形的人孔，人孔伸出塔器筒体长度为200mm~250mm。根据以上实际经验和本装置的实际情况，开设人孔的位置如下：1#人孔位于第36层塔板；2#人孔位于第23层塔板；3#人孔位于第16层塔板；4#人孔位于第8层塔板；5#人孔位于塔底。6.2吊柱标准吊柱允许的起吊质量分为三档：250kg、500kg和1000kg。设计者可根据起吊物料的最大质量来选用。吊柱属于标准件，在选用吊柱时应考虑以下几个问题：（1）吊柱的吊装能力，由于吊柱主要用于吊装塔板内件，该吊柱的起重为500kN；（2）应保证操作平台距书柄的距离在1.5m以内；（3）应注意吊装吊起空间，即保证每个被吊起的塔盘内件能通过每个人孔进入塔内，该吊杆长6.4m；（4）在吊柱的球面支撑设置防水器。6.3法兰设计法兰[14]42 连接密封是目前管道和设备中用得最广的一种密封形式。也是由法兰（包括环及接管或圆筒），垫片及紧固螺栓组成，属强制式密封结构。其基本要求是：密封可靠，有足够的强度和钢度，装拆方便，经济合理。螺栓法兰密封系统基本密封原则：利用密封面上的比压使介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差，而达到密封。法兰密封的泄漏有渗透泄漏和界面泄漏之分。影响螺栓、垫片、法兰密封系统密封性能的因素主要有：（1）垫片类型。（2）法兰形式，包括密封面形式和法兰结构类型两方面。法兰形式应与垫片类型相配。（3）预紧力的大小。由密封原理分析可知，为使法兰密封系统具有良好的密封性能。在法兰设计中主要是考虑上述各项因素。对紧固螺栓，主要是保证力达到预紧密封比压和操作密封比压承受介质压力引起的轴向载荷所需要的螺栓强度;对垫片主要是正确选用适宜材料并决定其断面形状和尺寸；对法兰，则通过保证强度的形式保证足够的刚度。法兰的失效都是以泄漏的形式出现，很少因强度不足而引起破坏。该型密封面是与断面为椭圆形或八角形的金属垫片配合使用。它是靠梯形槽的内外锥形和金属垫片形成线接触而达到密封，具有一定的自紧作用，密封可靠。适用于压力和温度存在波动，介质渗透性大的场合，允许使用的最大公称压力Pg=70MPa梯形槽材料的硬度值宜比垫圈材料硬度(HB)高30-40。法兰的材料选用15CrMo，双头螺柱材料选用25Cr2MoVA，六角头螺母选用35CrMoA，八角垫片材料选用锻钢0Cr13。各管口的公称直径分别为25mm，40mm，150mm，500mm。根据以上公称直径在选择标准法兰[15]。6.4裙座结构设计裙座结构按JB4710-2005设计：6.4.1裙座壳开缺口型式及尺寸裙座的开口结构型式如图6-3裙座壳开缺口型式所示42 图6-3裙座壳开缺口型式封头名义厚度mm，取，。开缺口主要是减少应力集中，避免焊缝由于受力过大而产生裂纹。封头的环向连接焊缝应磨平。开口尺寸见表6-1裙座壳开缺口尺寸：表6-1裙座壳开缺口尺寸单位：mm封头名义厚度≤8＞8~18＞18~28＞28~38＞8~18宽度L170100120140缺口半径R355060706.5开孔补强设计已知：筒体内径=1200<1500，开孔最大直径，且，选取管程开孔内径，壳程开孔内孔。设计压力为18，故应补强。钢材的标准抗拉强度下限值，采用整体补强[16]。6.5.1管程开孔计算（1）所需补强截面积[17]补强及补强方法判别：42 (6-1)故圆筒所需最小补强截面积：(6-2)（1）有效补强范围有效补强范围半径：(6-3)6.5.2壳程开孔计算所需补强截面积补强及补强方法判别：故圆筒所需最小补强截面积：有效补强范围有效补强范围半径：42 结论本次设计是按照设计任务中提供的设计参数和工艺要求对脱戊烷塔进行设计和计算。通过对该脱戊塔的工艺、结构、强度计算和设计，得出以下结论：（1）通过工艺计算把各物料质量流量和质量分数转化成其相应的摩尔流量与摩尔分数，从而确定塔内主要位置和各段的平均摩尔质量、摩尔流量与摩尔分数，近一步确定精馏段与提馏段的操作线方程，从而实现塔板数、塔高以及塔径的设计。该设计数据符合生产要求。（2）通过结构设计得到了脱戊塔的总体，与塔体气体出口，进料口等管线的直径与伸出高度符合设计标准。（3）通过强度计算对脱戊塔的壁厚进行设计，以及对轴向应力、水压试验下的应力均按照相关标准经过强度校核，结果满足强度要求。（4）对材料的选用，选择的Q345R既满足强度要求，同时也满足使用介质和温度等要求。42 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111-113．42'