过程装备与控制工程催化裂化汽提塔毕业设计.doc

本 科 毕 业 设 计 (论 文)催化裂化汽提塔结构设计the design of fcc stripper structure学 院：机械工程学院 专业班级：过程装备与控制工程 学生姓名： 学 号： 指导教师：徐舒（副教授） 2013年6月毕业设计（论文）中文摘要催化裂化汽提塔结构设计摘 要：催化裂化汽提塔是化工设备生产中非常重要的装置之一。主要用于炼油工业中。塔分为板式塔和填料塔。板式塔又分为浮阀塔、泡罩塔等等。汽提塔就是浮阀塔，而浮阀塔也是应用比较广泛的板式塔。在气提段可将待生催化剂上的可挥发烃去除，以便可获得较多的轻质油，这样的话，焦炭的产量也会降低。因为现在资源越来越紧缺，用于催化裂化的原料的质量越来越低。那么这经对催化裂化汽提塔的结构设计和工艺要求越来越高。这将会降低资源的消耗，而且也保护了环境，避免受到污染。本文是对汽提塔的结构设计进行了理论计算，确立了本塔的结构要求，并对其中的一系列问题进行分析，得到了结果。本塔分别对裙座、筒体等等进行设计和校核，并对接管进行了补强设计。关键词：催化裂化；汽提塔；结构设计和工业要求毕业设计（论文）外文摘要fcc stripper structure designabstract:. fcc stripper is one of very important device in the production of chemical equipment. mainly used in oil refining industry. the tower is divided into plate column and packed column. plate tower is divided into float valve tower, bubble cap tower and so on. the stripper is float valve tower, and the float valve tower is also widely used plate tower. in the stripping section can be spent catalyst on the volatile hydrocarbons, in order to get more light oil, in this case, the coke yield will be reduced. because now more and more scarce resources, quality used in catalytic cracking raw materials more and more low. then the structure design and technology of fcc stripper of the increasingly high demand. this will reduce the consumption of resources, but also protect the environment, avoid pollution. this paper is the structure design of the stripper is calculated, the structure was established, and a series of problems in the analysis, obtained the result. the utility model were design and check of the skirt, cylinder and so on, and take over the reinforcement design.keywords: catalytic cracking；stripper；structure design and industrial目 录1引言12设计内容22.1塔体设计参数22.2筒体设计部分22.2.1筒体分段22.2.2塔体厚度22.2.3容器质量32.2.4自振周期42.2.5地震载荷和地震弯矩42.2.6风载荷和风弯矩52.2.7最大弯矩计算62.2.8塔壳的强度与稳定验算62.3 裙座验算部分72.3.1裙座筒体稳定验算72.3.2基础环设计82.3.3地脚螺栓的选用92.3.4 裙座与塔壳连接焊缝验算92.4 开孔补强计算102.4.1 管口b123接管102.4.2 管口c1234透气管122.4.3 管口d-引出管152.4.4 管口e-出入孔162.4.5 管口f进料口182.4.6 塔体人孔202.5法兰设计部分232.5.1垫片设计232.5.2螺栓设计252.5.3法兰设计262.6塔顶吊柱的设计292.6.1吊柱的选用292.6.2吊柱的方位、回转半径及安装高度的确定292.7塔盘的设计292.7.1塔盘分类292.7.2塔盘板及其附件的最小厚度292.7.3塔盘液流程数302.7.4分块式塔盘的组装结构30结论31致谢32参考文献33淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第33 页 共 33页 1引言 本文将根据要求的设计参数对汽提塔的结构作设计，主要包括以下七个部分： 1.筒体壁厚的计算：这部分计算主要根据gb150-1998 中的壁厚计算公式并结合工程实践来计算整个塔身的壁厚，来为以后的设计做好准备。 2.塔的分段及质量的计算：在这过程中，首先要根据塔体的总高来分段，但是在分段过程中人孔必须包含在某段筒体中。本塔共分为7 段，其中裙座分成2 段，筒体分为5 段，并按照分段来计算出各段圆筒的操作质量、最大和最小质量。3.每段圆筒的受力分析：塔设备除了承受操作压力、物料、内件和自身重力外，一般还承受风载荷、地震载荷和偏心力。因此必须考虑风载荷和地震载荷对塔的影响。在这一过程中，主要根据gb150-1998，把各段筒体的受力集中于该段中心处，并按公式计算出各段筒体的受力及弯矩，来确定塔体的危险截面。 4.壳体的强度和稳定校核：这部分的计算依据为钢制压力容器设计指南，在此过程中，要对危险截面进行校核，并确定壳体是否满足应力要求。 5.裙座校核：这部分主要依据是gb150-1998、机械标准jb4710-92、钢制压力容器设计指南。这部分包括裙座验算、基础环设计、肋板设计、地脚螺栓的选用与筒体焊缝的验算。在裙座验算中，首先要确定裙座的危险截面，并对危险截面进行校核。在基础环设计中，根据经验公式来假设其内外径，再对其进行压应力的校核，如果不满足要求，则重新确定内外径，直到满足要求为止。在选用地脚螺栓时，要根据计算出的00 截面的弯矩来确定地脚螺栓所承受的最大拉应力，再根据选用材料来确定螺栓螺纹小径，最后按标准来选取螺栓。在焊缝验算中则依据筒节的受力分析来计算危险截面的弯矩及该截面以上的质量对截面焊缝进行应力分析，确保其满足应力要求。 6.接管的开孔补强：这部分设计主要依据是国标gb150-1998。塔的接管一般较多，但并非每一个开孔都需要补强。所以在计算之前，应该根据标准对每个接管进行计算，如果需要补强，则确定开孔所需补强面积，再根据接管布置确定其有效补强范围和面积，最后计算出补强的面积并设计补强圈。 7.法兰的设计：这部分计算依据为国标gb150-1998 和钢制压力容器设计指南。本塔的法兰主要是管法兰，而且都为标准件。因此，在计算中可任意选用一个法兰，并对其进行计算复验，计算包括垫片的设计、螺栓的设计、法兰的设计。2.设计内容1500*21000mm 板式塔设计条件： 设置地区条件：基本风压值：=600n/m2 ;地震烈度7 度；场地土类别：类；塔体自身条件：塔内装有8 层塔盘，塔盘上存留介质高度100mm；介质密度为（=800kg/m3）；布置两个人孔和三个平台，平台宽1.2m，单位质量150kg/ m2 , 塔体上每隔65000mm 设一个,包角180 度.塔体外表面保温层材料：岩棉， 厚度：120mm, 密度：300kg/m3 ;2.1塔体设计参数设计压力：0.40mpa;设计温度：400;腐蚀裕量：6mm;焊缝系数：0.85；塔体圆筒封头材料：16mnr;厚度附加量取3.8mm;许用应力=125mpa;裙座材料：q235-a；厚度附加量取2mm；许用应力=77mpa;塔体与裙座对接焊接。2.2筒体设计部分2.2.1筒体分段全塔共分7 段；裙座分为2 段；筒体分为5 段；2.2.2塔体厚度(1)圆筒根据文献1式(5-1)计算圆筒的厚度； 计算厚度： (2-1) 经加厚度附加量并圆整，圆整的名义厚度取10mm按照文献1第3.5.6条规定，圆筒最小厚度为；其计算厚度较薄，故结合工程实践经验，取圆筒的名义厚度为10m. 有效厚度： (2-2)(2)椭圆形封头计算封头厚度： 计算厚度： (2-3)经加厚度附加量并圆整，最后封头取名义厚度为10mm.(3)裙座根据工程经验，一般参照塔体壁厚，取其相近或相同的厚度，故取名义厚度为16mm.2.2.3容器质量(1)容器壳体(包括椭圆形封头)、裙座的质量 (2-4) (2)内构件质量(浮阀塔盘单位质量为75kg/m3) (2-5)(3)保温材料质量 (2-6)(4) 平台（单位质量为150kg/m3）和扶梯（单位质量为40kg/m3）质量 (2-7) (5)操作时物料的质量 (2-8)(6) 附件质量，按经验取 (2-9)(7) 容器内充水质量 (2-10) (8) 容器操作质量 (2-11)(9) 容器的最大质量 (2-12)(10) 容器的最小质量 (2-13)(11) 列每段的操作质量于下表2-2-1：表2-2-1 1 2 3 4 5 6 7 434.14 2155.24 1075.74 1075.74 1075.74 1075.74 1253.64续表 160.73 506.93 391.53 533.2 533.2 533.2 533.2 533.2 63.43 241.03 526.33 137.27 526.33 137.27 526.33 226 226 226 226 226 108.5 538.8 268.9 268.9 268.9 268.9 313.7 5184.8 5184.8 5184.8 5184.8 5184.8 562.21 2891.21 2484.71 2095.61 2600.11 2557.21 3053.312.2.4 自振周期本塔近似的认为是等径等壁等厚的塔，自振周期按文献1式计算： (2-14) 2.2.5 地震载荷和地震弯矩全塔分成7 段，将每段的质量集中在各段的中心处。各段集中质量的水平地震力列于表3-2-2：表3-2-2 1 2 3 4 5 6 7 526.21 2891.21 2484.71 2095.61 2600.11 2557.21 3053.31 400 3420 7477.5 10352.5 1 6102.5 18977.5 21852.5 0.082 0.266 0.43 0.838 1.072 1.326 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 1.188 162.64 453.4 618.16 1494.72 1880.55 2777.4各计算截面的地震弯矩： (2-15) (2-16) (2-17)容器高径比： (2-18)故应考虑高振型的影响。参考文献2p56 1.25 (2-19) 1.25 (2-20) 1.25 (2-21)2.2.6 风载荷和风弯矩计算风载荷时，将全塔分成4 段，其中裙座分两段，塔体分两段，当量直径： (2-22)说明：塔体外径保温层厚度扶梯当量宽度 操作平台的附加宽度 参考文献2p50 现将各段的参数列于表3-2-3 表3-2-3 1 800 600 0.7 1.05 0.78 2660 2.514 2 5240 600 0.7 1.14 0.78 2660 2.514 3 7187.5 600 0.7 1.25 0.78 2660 2.514 4 7187.5 600 0.7 1.22 0.78 2660 2.514 根据标准，各计算截面的风弯矩为： (2-23) (2-24) (2-25)2.2.7 最大弯矩计算 将各截面的最大弯矩应由地震弯矩与0.25 倍的风弯矩之和与风弯矩进行比较： (2-26) (2-27) (2-28)故取： 即：最大弯矩由风弯矩控制 2.2.8 塔壳的强度与稳定验算 将塔壳的危险界面的强度与稳定验算结果列于表3-2-4： 表3-2-4计算截面 截面计算截面以上的操作质量 13606.58塔壳的有效厚度 7计算截面的横截面积 32970计算截面的截面系数 1.24107最大弯矩 1.71108轴向许用压应力、(取小值) 130 125轴向许用拉应力 138.8操作质量引起的轴向应力 21.43操作质量引起的轴向应力 3.74续表最大弯矩引起的轴向应力 13.79轴向压应力 17.53轴向拉应力 31.48 17.53130 31.48106.25验算壳体满足设计要求。2.3 裙座验算部分2.3.1 裙座筒体稳定验算 裙座一般验算两个截面：底面和人孔或较大管线引出孔截面。前者是最大弯矩的截面，后者是裙座因开空而被削弱的截面，因此必须进行校核。裙座一般先选用圆形裙座，当验算不能满足要求时，再根据情况改用锥形裙座或增加壁厚，直至满足条件为止。00截面： (2-29)因b=130mpa,;故因为：验算合格 (2-29) ，有23.28mpa130mpa验算合格。截面裙座设置1个直径450mm的检查孔，水平方向的最大宽度，取加强段长度，加强段厚度。根据文献5式(11-37) (2-30) 根据文献5式(11-39) (2-31) (2-32) (2-33)(其中，是1-1截面以上的操作质量) (2-34)故验算合格。2.3.2 基础环设计假设基础环的内外径为： (2-35)截面系数：（根据文献6p240 设计过程） (2-36)截面面积： (2-37)作用在基础环上的压应力为： (2-38) 该塔的基础采用200#混凝土，其许用应力取为9mpa（参考文献4p241）。因为：0.815(mpa)50mm,故需另行考虑其补强。 （2）补强计算方法判别开孔直径：本筒体开孔直径，满足计算方法适用条件，故可采用等面积法的开孔补强方法进行计算。2.开孔所需补强面积 （1）封头计算厚度 计算厚度： (2-47)说明 ：按标准封头取=0.73。（2）开孔所需补强面积 开孔所需补强面积计算： (2-48) 3.有效补强范围 （1） 有效宽度 有效补强宽度b确定： (2-49) (2-50)取两者之大值，故(2)有效高度 a.外侧有效高度确定： (2-51) 故：b.内侧有效高度确定： (2-52)故：4.有效补强面积 (1)封头多余金属面积 封头有效厚度： 封头多余金属面积计算： (2-53) (2)接管多余金属面积：接管计算厚度： (2-54)接管多余金属面积计算： (2-55) (3)补强区内焊缝面积（焊脚取9mm） (2-56)(4)有效补强面积 (2-57)5.所需另行补强面积 (2-58)所得结果为负值,表示该孔无须另行补强,不过考虑到筒体受力及其他因素影响工程设计中往往也可以考虑设计补强圈，厚度可取壳体厚度。 故实取补强圈厚度为10mm。2.4.2 管口c1234透气管(四个相同)设计条件： 设计压力：p=0.40mpa 设计温度：t=400 标准椭圆封头：=1500mm; 名义厚度：=8mm; 中心设置.mm 的接管，开孔未通过焊缝。 厚度附加量： 壳体：=0.8mm; =3mm; c=+=3.8mm; 接管：=0.8mm; =3mm; c=+=3.8mm;接管外伸高度：；材料： 封头：16mnr；许用应力； 接管：20钢；许用应力； 试进行开孔补强设计。 1.补强及补强方法判别 （1）补强判别 允许不另行补强的最大接管直径为。本开孔,故需另行考虑其补强。 （2）补强计算方法判别开孔直径： 本凸形封头开孔直径，满足计算方法适用条件，故可采用等面积法的开孔补强计算方法进行计算。2.开孔所需补强面积 （1）筒体计算厚度 筒体计算厚度确定： (2)开孔所需补强面积 开孔所需补强面积计算： 3.有效补强范围 （1）有效宽度 有效宽度b确定： 故：(2)有效高度 a. 外侧有效高度确定： (实际外侧高度)故： b. 内侧有效高度确定： (实际外侧高度) 故：4.有效补强面积 （1）圆筒多余金属面积圆筒有效厚度： 圆筒多余金属面积计算： (2) 接管多余金属面积 接管计算厚度： 接管多金属面积计算： (3)补强区焊缝面积（焊脚取8mm） (4)有效补强面积 5.所需另行补强面积 所得结果为负值,表示该孔无须另行补强,不过考虑到筒体受力及其他因素影响工程设计中往往也可以考虑设计补强圈，厚度可取壳体厚度。 所以实取补强圈厚度为10mm. 2.4.3 管口d-引出管设计条件： 设计压力：p=0.40mpa 设计温度：t=400 圆筒内径：=1500mm；名义厚度： =8mm；接管名义厚度： =10mm 设置接管，开孔未通过焊缝。 厚度附加量： 壳体：=0.8mm; =3mm; c=+=0.8+3=3.8mm 接管：=0.8mm; =3mm; c=+=0.8+3=3.8mm 接管外伸高度： =75mm; =125mm 材料： 筒体：q235-a;许用应力； 接管：20钢；许用应力； 取试进行开孔补强设计。 4.补强及补强方法判别（1）补强判别 允许不另行补强的最大接管直径为。本开孔,故需另行考虑其补强。（2）补强计算方法判别开孔直径：本筒体开孔直径，满足计算方法适用条件，故可采用等面积法的开孔补强方法进行计算。 2.开孔所需补强面积 （1）筒体计算厚度 筒体计算厚度确定： 计算厚度：（2）开孔所需补强面积 开孔所需补强面积计算： 3.有效补强范围 （1）有效宽度 有效补强宽度确定： (2)接管金属面积 (3)补强区内焊缝面积（焊脚取6mm）(4)有效补强面积5.所需另行补强面积所得结果为负值,表示该孔无须另行补强,不过考虑到筒体受力及其他因素影响工程设计中往往也可以考虑设计补强圈，厚度可取壳体厚度。 所以实取补强圈厚度为10mm. 2.4.4 管口e-出入孔 设计条件： 设计压力：p=0.40mpa 设计温度：t=400 圆筒内径： =1500mm; 名义厚度：=8mm; 中心设置的接管，开孔未通过焊缝。 厚度附加量： 壳体：=0.8mm;=3mm; c= + =3.8mm; 接管： =0.8mm;=3mm; c=+=