柴油汽提塔.doc

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柴油汽提塔T5203

摘要

柴油汽提塔T5203型采用《钢制压力容器GB150-1998》和《钢制塔式容器JB/4710-2005》标准设计。

抗震烈度为七级，设计采用浮阀塔盘。

本设计内容包括说明部分和计算部分。

塔设备是石油，化工，轻工等各工业生产中重要的传质传热设备，如石油的分离，粗酒精的提纯等。

本设计中说明部分主要包括塔设备的作用，分类，构造和发展，还有柴油汽提塔总体结构说明，设备所用材料及结构的选择，制造工艺说明，设备的检验，安装和运输。

计算部分主要包括材料选择，塔体壁厚计算，稳定性校核，开孔补强，加强圈设计等。

稳定性校核包括质量载荷，地震载荷，风载荷的计算；塔体强度和轴向稳定性验算。

水压试验校核；裙座与对接焊缝的验算。

柴油汽提塔属于压力容器，主要用于汽提出柴油中的轻组分，提高柴油闪点，同时把轻组分汽提到分馏塔中，提高汽油产率。

此次设计着重结构设计与计算，通过计算与校核得到可行的数据，以这些数据作为尺寸依据从而绘制了装配图和零部件图。

整个设计由翻译，说明书和图纸组成。

关键词：

浮阀塔，设计计算，强度校核。

TheDieselStripperTowerT5203

Abstract

ThedieselstrippertowerT5203isbasedon“GB150-1998steelpressurevessels”and“JB/t4710-2005Steeltowervessels”.Thistowerisdesignedearthquakeintensityissevenandusesfloatingvalvetrays.Thedesignincludessomeofdeclarativesandcalculations.

Towerisanimportantmasstransferandheattransferequipmentinpetroleum,chemicalindustry,lightindustryandotherindustries,suchasoilseparation,purificationofcrudealcohol,etc.Thefirstpartofthedesignincludestheroleoftowerequipment,classification,structure,development,andtheoverallstructureofregenerationtower,thechoiceofmaterialsandstructures,thedescriptionofmanufacturingprocess,inspection,installationandtransportoftheequipment,

Thecalculationincludesmaterialselection,thicknesscalculation,stabilitycheck,reinforcementforopeninginvesselandtheringdesign.Stabilitycheckincludesthecalculationofmass,earthquakeandwindload;strengthandwindload;strengthandaxialstabilityofthetowerbodychecking,waterpressuretest;skirtandweldedjointschecking.

TheDieselstripperbelongtopressurevessel,whichismainlyusedtoputforwardthesteamlightcomponent,improvediesel,simultaneouslytheflashpointdiesellightcomponentinthemainfractionator,improvingsteammentionedgasolineproductionrate.Thedesignfocusesonstructuraldesignandcalculation.Thedataarefeasibletodrawthesettingdrawingandpartsdrawingasthebasicsizebycalculatingandchecking.Theentiredesignformsbytranslation,specificationsanddrawings.

Keywords:

FloatingValveTower,DesignCalculation,StrengthChecking.

前言

近些年来，世界石油产业产生了一系列重大的变化。

新技术的引进以及自主创新的研究使我国的石油石化行业的发展和改进都有了稳步提高。

塔设备是化工，石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一，它可以使液-液或气（汽）-液两相紧密接触，达到相际间传质传热的目的。

在化工厂，石油化工厂，炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量，质量，生产能力和逍遥定额，以及三废处理和环境保护等方面都有重大且长远的影响。

塔设备中所进行的工艺过程虽然不同，但从传质的必要条件看，都是需要在塔内有足够的时间和空间进行接触，同时为了提高传质的效果，必须使物料的接触尽可能全面，接触面尽可能大。

为此常在塔内设置各种结构型式的内件，从而把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。

从装置设计角度看，塔设备的基本构成为：

（1）塔体：

包括圆筒。

端盖和联接法兰等;

（2）内件：

包括塔盘或填料以及支撑装置；

（3）支座：

一般为裙式支座

（4）附件：

包括人孔，进出料接管，各类仪表接管，液体和气体的分配装置，以及塔体的扶梯，平台，保温层等。

塔设备属于化工设备，设计制造时可参考化工设备设计基础和过程装备设计，同时符合GB150及JB/T4710的国家标准，满足各种载荷强度，才能长期稳定的使用。

在塔设备满足各项工艺时，还要考虑下列要求：

（1）气。

液处理量大，接触面充分，效率高，流体流动阻力小。

（2）操作弹性大，当他的负载荷变动大时，他的操作仍然稳定，效率变化大，且塔设备能长期稳定运行。

（3）结构简单可靠，朝早安装容易，成本低。

（4）不易堵塞，便于操作，调节和检修。

塔设计主要是针对塔结构的计算和校核，绝大多数的塔设备是置于室外的，所以在校核方面主要有风载荷，地震载荷，质量载荷和偏心载荷等，计算时注意按照国家标准进行校核与盐酸。

本次设计是为了掌握压力容器的结构设计与计算方法，同时也是把我对这四年来学习知识的总结，其中难免有不足和错误的地方，请老师多多加以指正。

2塔设备的作用和地位

塔式容器是直立设备的一种，它可以使气液或液液两相之间进行紧密的接触，道道传质传热目的。

在化工个，炼油，医药，轻纺，石化石油天然气等行业的蒸馏，吸收，解吸，萃取以及气体的洗涤，冷却，增湿，干燥的单元操作中得到广泛的应用，是生产中最重要的设备之一。

在化工厂，石油厂，炼油厂中，塔设备对于整个装置的产品产量，质量，生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。

塔设备的投资费用在炼油，石油石化，人造纤维中能占到25~50%，而在药物和橡胶工业中也能占到15~20%。

塔所消耗的钢材也在各类工艺设备中较多。

因此，塔设备的设计和研究受到了极大的重视。

2.1他的分类及构造

塔设备经过了长期的发展，形成了多种结构型式。

比如：

按结构分为等直径壁厚塔，等直径不同壁厚塔，变径塔；按操作压力分为加压塔，常压塔，减压塔；按单元操作分为精馏塔，吸收塔，萃取塔，反应塔和干燥塔等。

最常用的分类是按塔的内构件分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔：

塔内装有一层层相隔一定距离的塔盘，气体靠压强差推动，由塔顶向上依次穿过各塔盘上的液层流向塔顶，液体则靠重力作用有塔顶逐盘流向塔底，并在各塔盘上形成流动的液层。

液，气两相就在他攀上互相接触，进行热和质的传递。

根据塔盘形式的不同，板式塔又分为泡罩塔，槽型塔盘塔，S型塔盘塔，浮阀塔，喷射塔，筛板塔等。

本次我设计的柴油汽提塔T5203型即为板式塔。

填料塔：

塔内填充着各种形式的填料，液体自上往下流，在填料表面上进行接触，完成传质传热的过程。

填料的形式种类很多，常见到额有拉西环，鲍尔环，波纹填料，鞍型填料，丝网填料等。

塔设备除了各种内件外，其余结构大致是相同的，主要包括：

a）塔体——是塔设备的外壳，需要满足工艺条件下的强度，刚度问题。

对于板式塔来说，塔体的不垂直度和弯曲度，将直接影响塔盘的水平度，为此塔体额设计，制造，检验都应严格到有关要求，不使其超过误差。

b）塔体支座——是塔体安放到基础上的连接部分。

它应有足够的强度和刚度。

最常用的塔底支座是裙式支座（简称“裙座”）。

c）接管——是用以连接工艺管路，把塔设备与相关设备连成系统。

d）人孔——是为了安装，检修检查和装填填料的需要而设置的。

e）吊柱——在塔顶设置吊柱是为了在安装和检修时，方便内件的运送。

2.2塔设备的特点及要求

塔式容器的主要特点为体型高，长宽比大，载荷重，塔身除了承受压力载荷温度载荷外，还承受风载荷，地震载荷和重量载荷。

塔身整个重量由裙座支撑，地脚螺栓又将裙座固定在基础上。

还有由操作平台连成一体的塔群或排塔。

作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相充分接触，以获得较高的传质效率。

此外还要考虑以下各项要求：

（1）生产能力大

（2）操作稳定，弹性大。

且塔设备应保证能长期连续操作。

（3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。

（4）结构简单，材料消耗小，制造和安装比较容易。

（5）耐腐蚀且不易堵塞，方便操作，调节和检修。

2.3塔设备的发展

泡罩塔是1812年由Cellier提出的，此塔在化工生产中一直占有重要的地位。

1832年出现效率高，造价低，压降低的筛板塔盘。

20世纪初，随着炼油工业的发展和石油化学工业的兴起，塔设备开始被广泛采用。

1950年由美国索立尼煤油公司研制的S型塔盘效率，生产能力都有提高。

1951年，美国格里奇公司开发浮阀塔塔盘；1957年，美国埃索公司开发舌型塔盘；1966年由兰州机械所和洛阳研究所共同开发浮动舌型塔盘；1978年，上海化工院同抚顺石油二厂共同开发网孔塔盘；1979年，兰州石油机械研究所开发了T形排列条阀塔盘。

这批新型塔盘的出现，不仅为创建综合性能更好的塔型打开了思路，而且为设备大型化后选择塔型指出了方向。

在此期间，许多学者总结了塔设备长期操作的经验，并对筛板塔做了系统研究，认为设计合理的筛板塔，不仅保留了制造方便，用材省，处理能力大的优点，而且操作负荷在交大范围内变动时，仍能保持理想的效率。

近年来随着对筛板塔研究工作的不断深入和设计方法的日益完善，筛板塔已经成为生产上最为广泛采用的塔型之一。

工业规模的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年才用于炼油工业，1914年F.Raschig开发出瓷环填料，也称拉西环填料；1948年，德国BASF公司开发出能力大，效率相对拉西环高的鲍尔环填料；此后，又连续出现阶梯环填料，金属英特洛克斯，格栅填料，板波纹填料等。

除了各种填料大量涌现外，还发展了多管塔，乳化塔等被成为高效填料塔的新塔型。

目前，我国常用的板式塔仍为泡罩塔，浮阀塔，筛板塔和舌型塔等，填料种类除了拉西环，鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料，金属丝网填料等规整填料也常被采用。

近年来，参考国外塔设备的发展动向，加强了对筛板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新型塔。

对多降液管塔盘，导向筛板，网孔塔盘等，也都有较多的研究，并推广应用于生产。

其他如大孔颈筛板，双孔径筛板，穿流式可调开工率筛板，浮阀-筛板复合塔盘，以及喷杯塔盘，角钢塔盘，旋流塔盘，喷旋塔盘，旋叶塔盘等多种塔型和金属鞍环填料的流体力学性能，传质性能和几何结构等方面的试验工作，也在进行，有些已取得了一定的成果或用于生产。

3塔的结构设计

3.1塔的设计条件

本次设计地震设防烈度为七度，土场类型为Ⅱ型。

设计参数：

设计压力0.26Mpa；设计温度218℃；工作介质油气，柴油；塔高12908mm，塔径1000mm；保温层厚100mm；保温材料复合硅酸盐；焊接接头系数0.85；基本风压550Pa。

3.2塔型及选材

板式塔和填料塔是塔设备的两种基本类型。

在选择上应根据以下条件。

塔径较大时适合采用板式塔。

板式塔以单位塔板面积计算造价，随塔径增大而减少，塔的造价则与其体积成正比，小直径填料塔（0.8m以下）一般都比板式塔低。

板式塔直径大，其效率可提高，填料塔直径大则液体分布较难均匀，效率会下降。

大塔板的检修比填料清理容易。

当所需要传质单元数或理论塔盘数比较多而塔很高时，宜采用板式塔。

此情况下若采用填料塔则要分成许多段，进行多次液体在分布，否则液体分布不均，液体或气体产生沟流，影响热效率。

若有热量需从塔内移除，宜采用板式塔。

因为塔板上更便于安装冷却管。

板式塔可适应比较小的液体流量，若此时用填料更易导致填料湿润不足。

板式塔适用于处理有悬浮物的液体，填料层则易被悬浮物堵塞。

板式塔便于侧线出料。

填料塔适于处理有腐蚀性的物料。

塔板若用耐腐的金属材料制造，则造价会高很多。

填料塔压力降比较小。

真空蒸馏时需控制塔内压力降在很小数值之下，用填料塔通常能满足要求。

填料塔内滞留的液体量比较少，物料在塔内停留的时间短，故对于间歇蒸馏及热敏性物料的蒸馏适合。

填料塔适于处理易发泡的液体。

如以上介绍中塔型选用所列举的条件，柴油汽提塔为板式塔的结构。

塔体材料选用Q345R材料，腐蚀余量为4。

3.3塔盘选用

塔盘型式为单流浮阀塔盘。

单流型指液体从受液盘流出，横向流过整个塔盘，进入降液管。

结构简单，液流行程长，有利于提高分离效率。

但塔径及流量过大时，容易造成气液分布不均。

浮阀塔盘的塔板开有阀孔，安置了能在适当范围内上下浮动的阀片。

由于浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。

气体在塔盘上以水平向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较小。

优点是处理能力较大，压力降较低，而塔板效率较高，缺点是阀孔容易磨损，阀片易脱落。

塔盘是由气液接触元件（如浮阀、筛孔、泡罩等）、塔盘板、受液盘、溢流堰、降液管（或将液板）、塔盘支持件和紧固件等部分组成。

塔盘按结构特点可分为整块式和分块式两种类型。

一般塔径为300mm～900mm时，采用整块式塔盘（板式塔的塔径﹤300mm时，塔盘有效利用率很低，工业生产上一般不采用）。

当塔径≥800mm时，能在塔内进行装拆，可用分块式塔盘。

本次设计的塔径为1000mm，为便于安装、检修、清洗，可将塔盘板分为整块，通过人孔送入塔内，装在焊于塔体内壁的塔盘支撑件上。

此种塔盘上的可拆卸零件（如塔盘板、可拆的降液板、受液盘等），应可以在塔内进行拆卸和安装，其大小需能通过塔体人孔。

单流浮阀塔为F1型塔盘，浮阀塔盘的操作，当阀孔气速较小时，不是所有阀片都是均衡的随气速的增加而上升，鼓泡也不是均匀的。

在相当于浮阀全部打开的临界气速前，阀片能在开度范围内自由地浮动，但其稳定位置只有两个；全开或者全闭。

气速较低时，泄露与鼓泡同时发生。

随着气速的增加，鼓泡区相应扩大,达到临界气速时，塔盘上所有的浮阀刚好全张，全塔盘处于鼓泡状态。

当阀片全开后继续增大气速，塔盘压力降上升，雾沫夹带增多，气液接触更加剧烈，阀孔动能因数：

式中F0——阀孔动能因数，m/s*（kg/m³）1/2；

U0——阀孔气速，m/s；

PG——气体密度，kg/m³。

塔板上所有浮阀全开时的阀孔气速，称为临界阀孔气速。

临界阀孔气速U0cr与临界阀孔动能因数F0cr，取用以下数值：

式中F0cr——阀孔临界动能因数，m/s·（kg/m³）1/2；

U0cr——阀孔临界气速，m/s。

确定适宜的阀孔气速后，用下式计算浮阀数N：

式中Vs——气体负荷，m³/s；

d0——阀孔直径，m。

以塔截面积为基准，浮阀塔盘得开孔率Φ，按下式计算：

式中D——塔盘直径，m。

浮阀以三角形排列为好，各排浮阀垂直于液流方向，使气液两相均匀接触。

在排列浮阀时，还应注意使外围浮阀与塔壁和堰之间保留相当距离，以利于安装和操作。

分块式塔盘外围浮阀的中心至塔壁的距离，一般为70~90mm。

、

3.4人孔

人孔是安装或检修人员进出塔器的唯一通道，人孔的设置应便于人员进入任何一层塔板。

但由于设置人孔处得塔板间距要增大，且人孔设置过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求，所以一般板式塔每隔10~20层塔板或5~10m塔段，才设置一个人孔。

板间距小的塔按塔板数考虑，板间距大的塔则按高度考虑。

对直径大于800mm的填料塔，人孔可设在每段填料层上，下方，同时兼做填料装卸孔用。

设在框架内或室内的塔，人孔的设置可按具体情况考虑。

人孔设置一般在气液进出口等需经常维修清理的部位，应设人孔。

另外在塔顶和塔釜，也个设置一个人孔。

在设置人孔处，塔板间距应根据人孔的直径确定，一般不小于人孔的公称直径，塔盘支撑梁高度及50mm之和不小于600mm。

人孔的选择应考虑设计压力，试验条件，设计温度。

物料特性以及安装环境等因素。

塔体在制造厂出厂前一段以卧置状态进行水压试验，所以塔体人孔的压力等级选择，必须考虑卧置状态试压时的试验压力。

人孔法兰的密封面形式及垫片用材，一般与塔的接管法兰相同。

操作温度高于350°C时，应采用对焊法兰人孔。

人孔深入塔内部分应与塔的内壁修平，其边缘倒棱或磨圆。

3.5裙座

JB4710对裙座材料的选用做了明确的规定，即裙座壳体材料按受压元件用钢的要求进行选取。

主要考虑到裙座材料耗费在整个塔设备中所占比例不高，在经济上不会造成太大的浪费前提下，提高其选用标准，增加裙座的安全余量，以保证设备的安全运行。

裙座壳体按受压元件用钢要求进行选取，其含义应包括3个方面：

一是材料的使用范围应与受压元件用钢要求一致，对裙座而言要考虑材料使用温度范围，材料厚度使用范围。

二是对材料的要有如无损探伤，力学性能以及冲击功指标等，与受压元件用钢的要求一致。

三是材料的许用应力要接受受压元件用钢进行选取，。

故选择裙座材质时，需要考虑塔釜操作温度，也要考虑环境温度的影响。

裙座结构有两种形式，一般为圆筒形，当需增加裙座筒体断面惯性矩或者需减小混凝土基础顶面的正应力时，采用圆锥形。

由于裙座与介质不直接接触，液不承受容器内的介质压力，因此可不受压力容器用材所限制，一般选用较经济的非受压元件碳素钢材料。

裙座的选材除满足载荷要求外，还要考虑到塔的操作工况，塔釜封头的材料等因素。

对于在室外操作的塔，还要考虑环境温度。

本设计选用的裙座材料为Q345R，检验与运算按照GB150《钢制压力容器》上的材料标准进行。

裙座为圆筒形，直径1208mm,底部有基础环板，8个地脚螺栓，16个筋板，1个盖板。

3.6裙座与塔体的连接采用焊接。

焊接接头瞎用对接型式。

对接型式时，裙座筒体外径与塔釜封头的外径相等，裙座筒体与塔釜封头的连接焊缝应采用全焊透的连续焊，且与塔釜封头外壁圆滑过渡。

3.7封头

封头是压力容器重要的受压元件，其质量直接关系到压力容器的安全性。

化工容器上常用的封头型式有半球形，椭圆形，无折边球形，锥形。

碟形，球冠形和平板盖。

最常用的是长短轴比值为2的标准型椭圆形封头。

在制造封头时要依据封头的类型，规格，材质，可惜啊用冷冲压，热冲压，冲旋压，热旋压，冷卷，热卷等方法成形。

成形封头的端部应切边。

作为尺寸形状检测的测量基准，封头不允许毛边交货。

端部如需加工坡口时，坡口的形状与尺寸由供需双方确定。

测量封头直边倾斜度时，不应计入直边增厚部分。

封头制造的标准要符合JB/4726-2002中要求。

3.8吊柱

对于较高的室外无框架整体塔。

在塔顶设置吊住，对补充和更换填料，安装和拆卸内件，是既方便又经济的一项措施。

一般在高度在15m以上的塔，都设置吊柱。

吊柱设置方位应使吊柱中心线与人孔中心线间有合适的夹角，使人能站在平台上操纵手柄，让经过吊钩的垂直线可以转到人孔附近，以便从人孔装入或取出塔的内件。

常用的吊钩有三种型式：

（1）U形结构此结构用圆钢弯成U形焊在吊杆上，时最常用的一种型式。

（2）环形螺栓结构此结构用环形螺栓固定在吊杆上，但该结构螺栓易松动。

（3）板式结构此结构用一块带孔钢板焊接在吊杆上，此结构最不易松动，但绳子容易损坏。

3.9制造要求

塔设备的塔体由若干筒节和封头（有时还有设备法兰）组成，筒节和封头大都是用钢板制成。

大型的高塔设备，由于体积大、重量大、加上运输的限制，因此有些塔设备在装置的工作现场进行组装和检验。

对制造工艺要求，须根据设备的容量分类、压力高低、容积大小、温度高低等因素，全面综合考虑。

通常制造的难易主要取决于材料的加工性能、壁厚，以及结构的复杂程度等因素。

（1）材料检验制造塔设备的材料，除应符合有关材料标准的规定外，还要符合图纸上的要求。

由于板材内部可能存在缺陷，须根据设备的容量分类、压力、温度、钢种与板厚等因素，决定是否需逐张进行超声波检验。

检验要求按JB4730《压力容器无损检测》规定中Ⅲ级。

（2）冷热成形钢板的弯曲加工，实际上是钢板在外力的作用下，逐渐发生塑性变形的过程，变形程度的大小，决定于弯曲半径和刚板的厚度。

同样直径的筒节，钢板越厚，或同样厚度的筒节弯曲半径越小，则钢板的变形程度越大。

钢板弯曲的变形程度一般都不应该超过材料的临界变形程度（约5~10%）。

否则在受热时，将引起金属材料的品粒粗大和脆性增加，降低了材料的力学特性。

3.10载荷强度说明

绝大多数塔设备是置于室外的，但其支撑型式却迥然不同，有的采用裙座支撑，有的采用将塔设备置于框架之内，也有将几个直径大小不一，高度不同的塔设备采用操作平台将其连成一排或呈三角形，四边形排列的塔群。

无论采用上述哪种形式，但有一点时共同的，就是这些塔设备采用的都是裙座支撑，且置于混凝土基础上，并配有地脚螺栓。

塔设备一般是在一定压力下操作，因此它属于压力容器范畴。

但塔设备所承受的载荷，除去一般压力容器承受的相同载荷外，既然必须考虑塔设备在多种载荷联合作用下安全运行，就必须对各种工况下，多种载荷的联合作用进行验算，以确保塔设备有足够的强度和稳定性。

塔设备所承受的载荷的性质可分为两大类，其中一类是静载荷，例如压力，温度，重量及偏心载荷等。

另一类时动载荷例如风载荷和地震载荷等。

静载荷与动载荷是两种不同性质的载荷，