脱硫塔设计学毕业设计.docx

1、脱硫塔设计学毕业设计脱硫塔设计学毕业设计 脱硫塔设计学毕业设计 二二 一一 一一 年年 六六 月月 本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书 学校代码：学校代码： 1012810128 学学 号：号： 题题 目目：脱脱硫硫塔塔设设计计 学学生生姓姓名名 ： 学学 院院 ： 化化 工工 学学 院院 系系 别别： 过过 控控 系系 专专 业业： 过过 程程 装装 备备 与与 控控 制制 工工 程程 班班 级级： 过过 控控 指指导导教教师师 ： 摘要 脱硫塔是化工设备中的重要设备，是对工业废气进行脱硫处理的设备。 是 一种脱硫效率高，压力损失较低兼能除尘的脱硫设备，脱硫塔是运用旋流技术、 射流技术、压

2、力雾化技术和文丘里管技术，以碱性液为载体，将烟气中的尘、 二氧化硫、碳氢化合物等有害物质从烟气中分离出来，吸收沉降，最后达到净 化烟气的目的。 该脱硫塔选用填料塔作为其塔型，填料塔的基本特点是结构简单，压降降 小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。 其内部基本结构有除沫器、液 体分布器、液体再分布器、漩涡喷头、支承板及填料压板。 该脱硫塔在设计的过程中参考GB150-1998 钢制压力容器 、 化工容器 及设备简明设计手册 、 JBT4710-2005 钢制塔式容器等标准。 该脱硫塔的 设计包括塔内件的选取、设计方案、设计计算等内容，在过程中，通过查资料、 数据的计算等一系列方法，整合设计

3、所需资料及数据。 经过老师的不断指点与 自己的不断修改完善，最终形成本次设计。 关键词：脱硫塔 填料塔 Abstract Desulfurization tower is an important equipment chemical equipment, is the industrial waste gas desulfurization process equipment.Is a high desulfurization efficiency, lower pressure loss and to dust desulfurization equipment, desulfurizat

4、ion tower is the use of hydrocyclone technology, jet technology, pressure atomization technology and Venturi tube technology to alkaline solution as the carrier, the flue gas of dust, sulfur dioxide, hydrocarbons and other harmful substances separated from the flue gas to absorb the settlement, the

5、final purpose of purifying the flue gas. The desulfurization tower used as tower packing tower, packed tower of the basic features of simple structure, drop down a small, mass transfer efficiency, ease of use of corrosion-resistant materials and so o .The basic structure of the internal demister, li

6、quid distributors, liquid re-distributor, the vortex nozzle, bearing plates and filler plate. The desulfurization tower in the design process of reference “GB150-1998 steel pressure vessel“, “chemical containers and equipment Concise Design Manual“, “JBT4710-2005 steel tower container“ and other sta

7、ndards.The desulfurization tower design includes the selection of tower parts, design, design calculations, etc., in the process, through the information search, data calculation and a series of methods to integrate information and data required for the design.The teacher s constantly pointing with

8、their constantly revised and improved, culminating in this design. Keywords: desulfurization tower packing tower 目录 图标清单图标清单1 1 绪论绪论3 3 符号说明符号说明4 4 第一章第一章 设计方案的确定设计方案的确定9 9 1.1 设备性能 9 1.2 设备技术特性 9 1.3 填料塔的选型和结构设计 9 1.3.1 筒体的选型.9 1.3.2 封头的选型 9 1.3.3 裙座的选型 .10 1.3.4 人孔的选取 .11 1.3.5 接管的选取 .12 1.3.6 接管法

9、兰的选取 .13 1.3.7 填料的选择 .16 1.3.8 除沫器的选择 .17 1.3.9 填料支承装置 .18 1.3.10 填料的液体分布器 19 1.3.11 填料的液体再分布器 20 1.3.12 填料压板 21 第二章第二章 筒体及封头的设计筒体及封头的设计2323 2.1 选择材料 .23 2.1.1 受压元件23 2.1.2 非受压元件23 2.2.设计技术参数.23 2.3 筒体厚度的计算 .24 2.4 封头厚度的计算 .25 2.5 裙座的厚度计算 .26 2.6 水压试验及强度校核 .26 第三章第三章 设备承受的各种载荷设备承受的各种载荷2828 3.1 塔的质量载

10、荷计算 .28 3.1.1 塔体圆筒、封头、裙座质量28 01 m 3.1.2 塔内件如塔盘或填料的质量29 02 m 3.1.3 保温材料的质量29 03 m 3.1.4 操作平台及扶梯的质量29 04 m 3.1.5 操作时物料的质量30 05 m 3.1.6 塔附件如人孔、接管、法兰等质量31 a m 3.1.7 水压试验时充水的质量.31 w m 3.1.9 塔设备在正常操作时的质量31 0 m 3.1.10 塔设备在水压试验时的最大质量32 max m 3.1.11 塔设备在停工检修时的最小质量32 min m 32 风载荷的计算 33 3.2.1 水平风力的计算33 3.2.2 风

11、弯矩的计算36 3.3 塔的自振周期的计算 .38 3.4 地震载荷的计算 .38 3.4.1 水平地震力的计算 .38 3.4.2 垂直地震力的计算 .41 3.4.3 地震弯矩的计算 .42 3.5 各种载荷引起的轴向力 .43 3.5.1 设计压力引起的轴向应力.43 1 3.5.2 操作质量引起的轴向压应力.44 2 3.5.3 最大弯矩引起的轴向应力.45 3 3.6 塔体与裙座的危险截面的强度校核与稳定性校核 .46 3.6.1 塔体与裙座的强度校核 .46 3.6.2 塔体与裙座的稳定性校核46 3.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核 .49 3.7.1 水压试验时应力校核 .5

12、0 3.7.2 吊装时应力校核 .51 3.8 基础环的设计 .51 3.8.1 基础环的结构尺寸 .51 3.8.2 基础环的应力校核 .52 3.8.3 基础环的厚度 .53 3.9 地脚螺栓的计算 .54 3.9.1 地脚螺栓的最大拉应力 .54 3.9.2 地脚螺栓根径55 第四章第四章 开孔不强计算开孔不强计算5656 4.1 不需要另行补强的最大开孔直径 .56 4.2 补强型式，选用如下形式： .56 4.3 补强设计计算 .57 4.3.1 圆筒上人孔补强计算57 500DNmm 4.3.2 筒体上卸料口补强计算 .59 250DNmm 4.3.3 筒体上气体进口接管补强计算

13、.61 200DNmm 4.3.4 封头上接管补强计算 .64 200DNmm 4.3.5 筒体上接管补强计算 66 70DNmm 结论结论6969 参考文献参考文献7070 谢辞谢辞7171 1 图标清单 类型图号 图示名称 图 1-1封头结构示意图 图 1-2裙座的焊接形式 图 1-3人孔的形式 图 1-4弯管结构示意图 图 1-5法兰结构示意图 图 1-6平垫圈 图 1-7上装式丝网除沫器 图 1-8支承板结构示意图 图 1-9水平引入管排管式喷淋器 图 1-10梁型式再分布器 图 1-11床层限制板 图 3-1风载荷 图 3-2塔各分段高度 图 3-3风弯矩计算简图 图 3-4任意高度

14、处的集中质量 k h k m 图 3-5地震载荷 附 图 图 3-6基础环的结构尺寸 表 1-1封头结构尺寸 表 1-2人孔结构表 表 1-3接管尺寸 表 1-4弯管结构尺寸 表 1-5密封面结构尺寸 表 1-6接管法兰尺寸 表 1-7垫片型式选用表 表 1-8垫片尺寸 附 表 表 1-9螺栓/螺母的选用 2 表 1-10螺栓长度和质量 表 1-11紧固件用平垫圈尺寸 表 1-12陶瓷拉西环填料的特性数据 表 1-13陶瓷矩鞍填料的特性数据 表 1-14上装式丝网除沫器基本参数 表 1-15支承板形式尺寸 表 1-16支承板结构尺寸 表 1-17支承板特性 表 1-18排管式喷淋器的设计参考数

15、据 表 1-19梁型再分布器设计参数 表 1-20填料塔附属结构 表 3-1平台扶梯质量 表 3-2塔设备质量计算结果汇总 表 3-3塔各段风载荷 表 3-4塔体各段集中质量 表 3-5塔体各段水平地震力 表 3-6塔体各段垂直地震力 表 3-7各危险截面强度校核与稳定性校核 表 4-1不另行补强接管最小厚度 附 表 表 4-2补强形式 3 绪论 毕业设计是我们在校期间的一个重要课程，它既是对我们大学四年所学知 识的一次全面应用。 又对我们毕业后的工作打下了良好基础。 通过毕业设计， 我们初步把我们所学的理论知识应用到实践中。 过程设备在生产技术领域中的 应用十分广泛。 是化工、炼油、轻工、交

16、通、食品、制药、冶金、纺织、城建、 海洋工程等传统部门所必需的关键设备，一些高新技术领域，如航空航天技术、 先进能源技术、先进防御技术等也离不开过程设备。 20 世纪 80 年代初以来，随着我国经济持续迅速发展，城市化进程加快， 人口不断增加，煤炭消耗量逐年以 39%的递增率大幅度增加，我国大气环境 受到了严重污染，其中以 SO2 和烟尘污染最为严重，成为世界上大气环境污染 最严重的国家。 通过对大气环境中污染物来源分析表明，我国大气污染属于煤 烟型污染，其中 SO2 和烟尘等污染物主要是由煤炭燃烧产生的。 煤炭燃烧排放 的 SO2 和烟尘，分别占 SO2 总排放量的 90%和烟尘总排放量的

17、70%，煤炭燃烧排 放的 CO2，占 CO2 总排入量的 85%，而燃煤工业锅炉排放的 CO2，占煤炭燃烧排 放量的 30%。 可见，控制煤炭燃烧 SO2 和烟尘的排放量，对控制我国大气污染 具有重要的意义。 脱硫塔主要是吸收 SO2,其工作原理是含烟尘及硫氧化物的烟气通过进口烟 道进入筒体，含有离子的碱性吸收液分别从滤泡除尘脱硫塔上中下部由螺旋喷 嘴喷出，形成与烟气成逆向的多排高速雾化水幕。 增加了烟尘硫氧化物与水的 碰撞概率，并充分利用雾化液滴的速度来造成很高的气液相对速度。 以保证除 尘器的除尘和脱硫效果，同时气体经过筛板上的液层产生鼓泡作用，增加了气 液传质的表面积和湍动状态。 提高了

18、传质效率，二氧化硫与碱液发生气液传质， 从而进一步提高了脱循环硫除尘器的效果。 脱硫生成物随水流到脱硫塔底部。 从溢流孔排走，在筒体底部设有水槽以防止烟气从底部泄漏。 脱硫塔废水由底 部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和再生使用，净化后的气体通过筒体上部经 除沫器除雾后排出，从而达到除尘脱硫目的。 4 符号说明 计算厚度，； mm 设计厚度，； d mm 名义厚度，； n mm 有筋板时基础环的厚度，； b mm 有效厚度，； e mm 第 计算段容器的有效壁厚，； ei i mm 筋板厚度，； g mm 有筋板时基础环的厚度，； b mm 接管名义厚度，； nt mm 接管计算厚度，； t mm

19、 补强圈厚度，； mm 接管有效厚度，； et mm 裙座的厚度，； s mm 重力加速度，；gkgN / 焊接接头系数； 厚度附加强，；C mm 钢板负偏差，； 1 C mm 腐蚀裕量，； 2 C mm 材料的弹性模量；E 5 公称直径,；DN mm 开孔直径,；d mm 垫板上地脚螺栓孔直径 ,； 2 d mm 人孔直径 mm； i d 筒体的内径，； i D mm 塔设备第 段迎风面的有效直径，； ei Di mm 设备各计算段的外径，； oi D mm 基础环的外径，； ob D mm 基础环的内径，； ib D mm 设计压力，；P MPa 液柱静压力，； L P MPa 计算压力，

20、； C P MPa 水压试验压力， ； T P MPa 第 i 段风载荷 N； i P 塔体圆筒、封头、裙座质量，； 01 mkg 塔内件如塔盘或填料的质量，； 02 mkg 保温材料的质量，； 03 mkg 扶梯与平台的质量，； 04 mkg 操作时物料的质量，； 05 mkg 水压试验时充水的质量，； w mkg 偏心载荷，； e mkg 设备在正常操作时的最大质量，； 0 mkg 6 塔设备在水压试验时的最大质量，； max mkg 塔设备在停工检修时的最小质量，； min mkg 距地面高度处的集中质量，； k m k hkg 设备的当量质量，； eq mkg 风压高度变化系数； i

21、f 各地区的基本风压，； 0 qPa 载荷组合系数；K 塔的体型系数； 1 K 塔设备各计算段的风振系数； zi K 笼式扶梯的当量宽度，； 3 Km 操作平台的当量宽度，； 4 Km 脉动增大系数； 第 段的脉动影响系数； i i 第 段的体型系数； zi i 塔顶管线外径； 0 d 塔的自震周期，； 1 Ts 各类产地的自震周期，； g Ts 地震影响系数； 第一振型的地震影响系数； 1 综合影响系数； z C 基本阵型参与系数； 1k 地震影响系数的最大值； max 7 计算截面距地面的距离 ,； i hii mm 在截面 i-i 处的基本振型水平地震力，； i FN 塔任意质点 处得垂

22、直地震力，； ii v F iN 垂直地震影响系数的最大值； maxv 裙座半锥角； 截面 i-i 处地震弯矩，； II EI M N mm 设备任意截面 I-I 的风弯矩，； II W M N mm 偏心弯矩，； e M N mm 设备最大弯矩，； max M N mm 容器任意截面 I-I 最大弯矩，； 1 1 max M N mm 裙座底部截面的截面系数，； sb Z 3 mm 裙座底部截面积， 2； sb A mm 裙座开孔设人孔处得截面系数，；sm Z 3 mm 裙座开孔设人孔处的截面积， 2； sm A mm 试验温度下材料的许用应力，； MPa 材料在设计温度下的许用应力，； t

23、 MPa 水压试验时的许用应力，； t MPa 材料的屈服强度，； s MPa 内压计算压力在筒体内引起的轴向压力，； 1 MPa 操作物料时质量载荷在筒体内引起的轴向力，； 2 i i MPa 最大弯矩在筒体内引起的轴向力，； 3 i i MPa 最大组合轴向压应力，； max i i MPa 8 裙座材料在设计温度下的许用应力，； s t MPa 基础环的截面系数，； b Z 3 mm 基础环的面积， 2； b A mm 混凝土基础的许用应力，；a R MPa 一地脚螺栓个数；n 地脚螺栓螺纹根径； 1 dmm 强度削弱系数； r f 开孔削弱所需的补强面积， 2； A mm 外侧有效高度

24、，； 1 hmm 内侧有效高度，； 2 hmm 多余金属面积， 2； 1 A mm 接管多余金属面积， 2； 2 A mm 接管处焊缝面积， 2； 3 A mm 有效补强面积， 2； e A mm 所需另行补强面积， 2； 4 A mm 9 第一章 设计方案的确定 1.1 设备性能 将烟气中的二氧化硫等有害物质从烟气中分离出来，吸收沉降最后达到净 化烟气的目的。 1.2 设备技术特性 工作压力：2.9、工作介质：水煤气 ADA 溶液、工作温度：、MPaC 45 喷淋量：180、设计风压：、地震烈度：8 级Pa500 1.3 填料塔的选型和结构设计 1.3.1 筒体的选型 选择圆柱形筒体，圆柱形

25、是最常见的一种压力容器结构形式。 具有结构简 单、易于制造、便于在内部装设附件等优点。 而是目前制造和使用最多的一种 筒体形式，它采用钢板在大型卷板机上卷成圆筒，经焊接纵焊缝成为筒节，然 后与封头或端部法兰组装焊接成容器。 所以选择单层式卷焊式结构。 1.3.2 封头的选型 根据所给条件选择标准椭圆形封头，由此可知： 由化工容22/ ii hD 器及设备简明设计手册表 13-5 知： 。 结构如下图所示：1 k 10 图 1-1 封头结构示意图 由 JB/T4737-95 知： 表 1-1 封头结构尺寸： 公称直径 DN 曲面高度 i h 直边高度 2 h 内表面积 2 /mFi 容积 3 /

26、mV 2100525405.031.36 1.3.3 裙座的选型 塔体常采用裙座支承，裙座形式根据承受载荷情况不同，可分为圆筒形和 圆锥形两类。 圆筒形裙座制造方便、经济上合理，故广泛应用。 又因为 、但，所以不需要设置较多的地脚螺栓及足够大承载面积1DNm /30H DN 的基础环。 此时，圆筒形裙座的结构尺寸可以满足地脚螺栓的合理布置。 因采 用圆筒形裙座。 结构：圆筒形裙座由裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、引 出管通道等组成。 其中筒体与裙座的焊接形式选如取下结构： 11 图 1-2 裙座的焊接形式 1.3.4 人孔的选取 根据已知条件，由化工容器及设备简明设计手册及公称21

27、51495HG 压力选择回转盖带劲对焊法兰人孔，人孔选用 Q345R。 人孔尺寸 由化工容器及设备简明设计手册表 23-1-13 得所选人孔结构表如下： 表 1-2 人孔结构表 密封面 型式 公称 压力 PN 公称 压力 DN w ds d D 1 D 1 H 2 Hb 凹凸面 MFM 型 4.0500530 14 49575567029013562 1 b 2 b ABL 0 d 螺柱 数量 螺母 数量 螺柱直径 长度 总质量 kg 5560430225300302040 39 225M 413 人孔的型式： 12 图 1-3 人孔的形式 1.3.51.3.5 接管的选取接管的选取 根据工艺

28、条件，选取接管材料为号钢, 20 号钢20 .查HG20553-1993 化工配管用无缝及焊接钢管尺寸 147( 16) t MPamm 系列表 4.1.1 得：Ia 本设备的接管尺寸按其公称尺寸的不同列表如下 表 1-3 接管尺寸 壁厚和理论重量公称直径 DN40sch AB 外径 mm mm /kg m 15 1/2 21.32.91.32 80388.95.611.50 2008219.18.041.65 25010273.08.857.33 根据GB150 钢制压力容器中相关规定： 13 () 2 t t ie D e 而接管都符合规定 所以满足要求 其中各类接管中的弯管选择如下： 图

29、 1-4 弯管结构示意图 根据 GBT124592005 钢制对焊无缝管件知： 表 1-4 弯管结构尺寸 公称尺寸mm中心面至端面 Amm 80114 200305 1.3.6 接管法兰的选取 (1) 法兰及密封面的选取： 由HGT2059220635-2009 钢制管法兰、垫片和紧固件表 3-2-2 及该设: 备公称压力选取（WN） ，密封面型式选取突面（RF） 。 其带颈对焊法兰结构尺寸按图 8.2.3 和表 8.2.3-4 规定： 图 1-5 法兰结构示意图 根据 HG/T205922009 选择密封面尺寸如下： 14 表 1-5 密封面结构尺寸 d公称尺寸 DN密封面公称尺寸 1512

30、8 80258 200312 25040 本设备的接管法兰尺寸按其公称尺寸的不同列表如下 表 1-6 接管法兰尺寸 连接尺寸 公称尺寸 DN 钢管外径 法兰焊端 外径 1 A A 类 法兰外径 D 螺栓孔中 心圆直径 K 螺栓孔 直径 L 螺栓孔 数量 n 螺栓 Th 1521.3956514412M 8088.920016018816M 200219.1375320301227M 250273450385331230 2M 续上表续上表 法兰颈 公称尺寸 DN 法兰厚度 C N A 类 S 1 H R 法兰高度 H 1516322.06438 80241053.212858 20034244

31、6.3161088 250383067.11812105 （2）选择管法兰垫片 15 由HG/T20641-2009表 3.0.2 选用垫片形式 表 1-7 垫片型式选用表 垫片型式 公称压力 PN 公称尺寸 DN 最高使 用温度 密封面 型式 密封面的 表面粗糙 度 a R m 法兰型 式 非石棉纤维 橡胶板 40 102000:290 凹面/凸 面 3.212.5: 带颈对 焊法兰 由 HG/T 20606-2009 表 4.0.2-3 得凹凸面垫片尺寸 表 1-8 垫片尺寸 mm 公称尺寸 DN 垫片内径 1 D 垫片外径 2 D 垫片厚度 T 152239 8089120 200220259 250273312 1.5 (3)管法兰紧固件选取 由HG/T20641-2009表 3.0.3-1 查螺栓/螺母的选用 表 1-9 螺栓/螺母的选用 螺栓/螺母 型式标准规格材料 紧固 件强 度 公称压力等 级 使用温 度 oC 全螺纹螺柱 型六角螺 母（粗牙、 细牙） HG/T 20613 M10M33 : 0 r18 i19CN低160PN 196 800 : 16 由HG/T20613-2009表 5.0.7-1 选凹面/凸面时螺柱长度代号 ZR L 由H