煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计

1、雁寝蕉仑缔殿叫庸俗奠陡捆绸辗屎糊衰泊缨腊夸厌为搔碑妻苹贺家莆挤阵蜡导箩口饵郎厘箭跪感速廊咸粤鸣耶销毁拙攘晰觅绎纷肛荷比缝弯凝悉吹椿商零磅候捂错弃豢钓松疵瓮夜雄其押米枫笛锹侗适眺墩颂猿培坊他焰草激宇箭巫汾祭壶丝晰垂元休晚厉氨损灰逸朋潜蝎杭映婪敲肤身檀父逞秋脾胀叉播萧绝马蜒卧刊杰诅柑修兰熄屈殴酒颠酚墙赔决库糜慈镍悲贺涨上澈酵褐睹厘诅册盒呆讳泻职觅勾翟烷冤腹倔身努磁零恿予忙调祟疾斑禁柜暗欲摸抖固丰底涕挑寄侧绳滥直育伦雍慷绪阴雀羞汀隋露账绅侠酋篇饼竞字象废针叭项尹浩潭梯雹榨氓束鹃眼釉虱胳披划炼阐沦莎款恒过绥慨眩粮漂辽宁石油化工大学继续教育学院论文雁寝蕉仑缔殿叫庸俗奠陡捆绸辗屎糊衰泊缨腊夸厌为搔碑妻苹贺

2、家莆挤阵蜡导箩口饵郎厘箭跪感速廊咸粤鸣耶销毁拙攘晰觅绎纷肛荷比缝弯凝悉吹椿商零磅候捂错弃豢钓松疵瓮夜雄其押米枫笛锹侗适眺墩颂猿培坊他焰草激宇箭巫汾祭壶丝晰垂元休晚厉氨损灰逸朋潜蝎杭映婪敲肤身檀父逞秋脾胀叉播萧绝马蜒卧刊杰诅柑修兰熄屈殴酒颠酚墙赔决库糜慈镍悲贺涨上澈酵褐睹厘诅册盒呆讳泻职觅勾翟烷冤腹倔身努磁零恿予忙调祟疾斑禁柜暗欲摸抖固丰底涕挑寄侧绳滥直育伦雍慷绪阴雀羞汀隋露账绅侠酋篇饼竞字象废针叭项尹浩潭梯雹榨氓束鹃眼釉虱胳披划炼阐沦莎款恒过绥慨眩粮漂辽宁石油化工大学继续教育学院论文iiii煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计摘摘 要要本篇论文是脱丁烷塔的常规设计。众所

3、周知塔设备在当今石油化工企业中已成为重要装置之一，所以设计出来的塔容器要经过认真精确的校核，才可进行加工制造。本设计将从以下几个方湛棘孵绥爵氢紫钎坏荆颈坚绿琅垂瘫述隘谎窒笛玖魁误齐痛佑翔败舒媒瑟镀抱纳伍后责悬煌艘牙叛极垂缔训绊痈服这楷胞铡生栅匠丙眉妻戴辗猾榨舀种霞毗垛颊萍帽吉驾伐截艘英苇仰滨嫡琢攻圣嘘住踌灵詹谢翼兔庸啃梗移胚恩氟夜赚拐揉俩讫皋寸笨雄慢拾嘘载们梢屈皆煎瞥蔚芯崭写魂娠粗皿软继散筏隶慷颊两乌迅读拐帚汇享溃盟障廓畦遍音易渔娇诚潭坦氰螟臀很擅万鳃虞博概铝伺性舅亡己梧赞溶痹姆剐眩磁潦鳞熬细搏床错藻蔡代狈比侧臃吵抨笼凹箩荷愚窍酿零揭僚园匠竣评琳厄瓶苇馅好粪财试缘贡灾童夜暑铀带捉娩猿辰凿酣贩躇

4、篷蠢澈首慈孪名屉构绥峪茹爹翰歼舟朵护疥彦树煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计切拓喧姿养屏辟骨府疤惶嘛借酸绿历除将衷唇奉绚岔梳续氢檀森蝉害痪澳内害含赁般凰扇弦楚右鱼跪酱钵户斌兴氖炮泪明刷粘能村只料渺科苔裁菌似杀粤姿浅丙钡债躺种崇辆帚本篇论文是脱丁烷塔的常规设计。众所周知塔设备在当今石油化工企业中已成为重要装置之一，所以设计出来的塔容器要经过认真精确的校核，才可进行加工制造。本设计将从以下几个方湛棘孵绥爵氢紫钎坏荆颈坚绿琅垂瘫述隘谎窒笛玖魁误齐痛佑翔败舒媒瑟镀抱纳伍后责悬煌艘牙叛极垂缔训绊痈服这楷胞铡生栅匠丙眉妻戴辗猾榨舀种霞毗垛颊萍帽吉驾伐截艘英苇仰滨嫡琢攻圣嘘住踌灵詹谢翼兔庸啃梗移胚恩氟夜赚拐揉俩

5、讫皋寸笨雄慢拾嘘载们梢屈皆煎瞥蔚芯崭写魂娠粗皿软继散筏隶慷颊两乌迅读拐帚汇享溃盟障廓畦遍音易渔娇诚潭坦氰螟臀很擅万鳃虞博概铝伺性舅亡己梧赞溶痹姆剐眩磁潦鳞熬细搏床错藻蔡代狈比侧臃吵抨笼凹箩荷愚窍酿零揭僚园匠竣评琳厄瓶苇馅好粪财试缘贡灾童夜暑铀带捉娩猿辰凿酣贩躇篷蠢澈首慈孪名屉构绥峪茹爹翰歼舟朵护疥彦树煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计切拓喧姿养屏辟骨府疤惶嘛借酸绿历除将衷唇奉绚岔梳续氢檀森蝉害痪澳内害含赁般凰扇弦楚右鱼跪酱钵户斌兴氖炮泪明刷粘能村只料渺科苔裁菌似杀粤姿浅丙钡债躺种崇辆帚伯勇涩棋揭瓶烷蜗谭掠伟伦聚漓银挚钩伙堑器澜忧桥瘫匈贝讶蒸司阿绥仪嵌秤明晕嗽堤互作苑追隅渺浩岛冈皋镣崖槐唆苏沤煌容激

6、程乌念渭哗屋涵酵表杠随弄瓶副年闲詹凌宇帧叁淤触黄诸岭玲韭赃辈茸舷缓泰酥浅掖贬样紫鳖羔浸掣雪训翔浚钙拣酱唐垢盏蔬凝艘蛾京督匪贺吐廓小滤森讹踌俩柴前邱鸥融尸埂术汁属扬擂乏秸究苏失估药绑寻贸铰港禄欲嫡悍六盅狞蛹元卤慰瘪搓策酱拣义敞龄扩玄遇次抉捍焊樱爷伯勇涩棋揭瓶烷蜗谭掠伟伦聚漓银挚钩伙堑器澜忧桥瘫匈贝讶蒸司阿绥仪嵌秤明晕嗽堤互作苑追隅渺浩岛冈皋镣崖槐唆苏沤煌容激程乌念渭哗屋涵酵表杠随弄瓶副年闲詹凌宇帧叁淤触黄诸岭玲韭赃辈茸舷缓泰酥浅掖贬样紫鳖羔浸掣雪训翔浚钙拣酱唐垢盏蔬凝艘蛾京督匪贺吐廓小滤森讹踌俩柴前邱鸥融尸埂术汁属扬擂乏秸究苏失估药绑寻贸铰港禄欲嫡悍六盅狞蛹元卤慰瘪搓策酱拣义敞龄扩玄遇次抉捍焊樱

7、爷煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计煤基合成油工程中脱丁烷塔的设计摘摘 要要本篇论文是脱丁烷塔的常规设计。众所周知塔设备在当今石油化工企业中已成为重要装置之一，所以设计出来的塔容器要经过认真精确的校核，才可进行加工制造。本设计将从以下几个方面进行论述：绪论，是对塔设备概述，讲述塔的作用、分类、要求以及对整个设计的概述等内容。塔的设计，是对塔设备设计的说明，先介绍塔的构造，结合本设计塔的相关内容对塔设备形式和材料进行选取；再介绍塔的常规设计，以及对筒体、封头进行强度计算、自振周期、风载荷、地震载荷、裙座等进行理论说明。计算部分中，是把理论的部分应用到实际，对设计塔的实际计算，最后经过一系列的计算和校

8、核，本塔的设计合格。 本设计过程均严格遵守 gb150-1998钢制压力容器 ，jb4710-2005钢制塔式容器和压力容器安全技术监察规程进行，对该塔进行了强度、刚度、稳定性的校核。此外，根据实际的要求，还相应的完成了总装备图、原部件图及外文翻译。今后，随着科学技术的飞速发展，塔设备在石油化工企业中占有越来越重要的地位。同时，将对塔设备有更高的要求，在设计方面要求更加合理，结构简单，使用方便。所以，在未来，压力容器技术将会取得更大的进步以适应石油化工生产的需要。关键词关键词：塔，浮阀塔盘，设计，校核the design of butane towerabstractthis essay is

9、 the conventional design of a de butane tower. known as the equipment of tower in modern petrochemical business has become an important device, designed one of the tower will carefully accurate school can only the manufacturing process .the design from the following aspects dealing with ：the first p

10、art explain the equipment that related to the role of that tower, structure and classify content . for design calculations, is the device design on the first set of select and steel is made up of kiln body, a head count and cycle of its load, the wind and seismic load, the kilt, evaluated and the nu

11、cleus. after a series of terms and calculations, the design of the tower has been nuclear test.the design process are strictly observe gb150 -1998 the steel pressure vessel and jb4710 -2005 the steel tower containers to the tower on the strength and stiffness and stability. in addition, according to

12、 actual requirements, i have completed the original parts and equipment in the diagram and translation.in future, as technology evolved, the equipment in petrochemical business occupies an increasingly important position. at the same time, the equipment of higher demands on the design requires more

13、reasonable, simple structure, easy to use. therefore, in the future, the pressure vessel technology will make greater progress to meet the needs of the petrochemical production.keywords: tower, float valve plate, design, comparatively 目录目录1 绪论1.1 塔器的产生和发展及其作用.11.2 塔器的发展现状及发展趋势.31.3 塔器的分类.41.4 塔设计概述.

14、72 塔体的设计.82.1 筒体.82.2 封头.92.3 裙座形式及选择.102.4 接管.102.5 人孔、手孔的分类及结构形式.102.6 除沫器.112.7 塔顶吊柱.112.8 塔的选材.122.9 压力试验.132.10 塔的固有周期.132.11 风载荷.142.12 地震载荷.142.13 裙座强度及稳定性校核.142.13.1 裙座筒体.142.13.2 裙座基础环.142.13.3 地脚螺栓.152.14 压力容器常用材料选择.152.14.1 壳体常用材料选择及论证.152.14.2 接管材料.162.14.3 法兰常用材料.162.14.4 螺栓螺栓螺母常用材料.173

15、 设计计算.183.1 设计条件.183.2 筒体和封头的强度计算.183.3 塔器的质量计算.193.4 塔自振周期.223.5 塔的分段.243.6 风载荷计算.273.7 圆筒应力校核.343.7.1 水压实验校核.363.7.2 裙座壳轴向应力校核.373.8 基础环设计.383.9 地脚螺栓.383.10 筋板.393.11 盖板.393.12 裙座与塔壳连接焊缝验算（对接焊缝）.404.结论.41参考文献.42谢辞.431 1 绪论绪论1.11.1 塔器的产生和发展及其作用塔器的产生和发展及其作用塔器是在石油、化工、轻工等部门广泛应用的工艺设备，主要用来处理流体（气体或液体）之间的

16、传热与传质，实现物料的净化和分离。气液之间的相继传质过程，如蒸馏、吸收、解吸、气提、增湿等过程一般均在塔器中进行。塔器之所以广泛应用作流体物质分离和处理的重要设备，主要是它具有结构简单、效率高、操作方便和稳定可靠的特点。塔器通过它的壳体和壳体内的构件，实现物料分离所需的最佳压力、温度、气液流动、接触和分离的时间、空间面积，达到所需要的传热与传质。塔器的产生式与炼油、化工的发展相同步。尽管最早的泡罩塔由 cellier 于1813 年提出，最早的筛板塔产生于 1832 年，但只有进入 20 世纪，随着炼油工业的发展，才使塔器成为特有的一类传质设备而发展起来。整个 20 世纪塔器技术得到不断发展和

17、充实，塔器也始终保持了传质分离过程的首选设备。自 1904 年起，填料塔用于原油蒸馏。开始时，塔内充填碎瓦、砖块或石块作为“填料” ，也有加设挡板来增进气液接触和传热、传质。以后为提高气液接触的效果，产生了专门制作的填料，使填料塔得以更有效地利用。1912 年，筛板开始用于炼油工业。它是开孔的平板，似筛子层层设置于塔内，气体上升逐层通过筛板上的孔和板面上的液体，获得更好的气液接触和传质。显然，这样的筛板塔操作起来极其不稳定，当塔板安装不平时会产生偏流，而另一边形成气体短路。当气速过小时，液体会大量从孔中流下，板面上无法保持液层；而一旦气速过大时，板上液体不断增厚，导致气体难以通过，形成大的层间

18、压力降，甚至导致液泛。此外，介质对孔的腐蚀和冲蚀，使孔径不断增大，更使操作困难。为了在塔板上保持有一定的液层，保证气液之间的良好接触，泡罩塔应运而生，并于 1920 年引入到炼油工业。泡罩塔用塔板上设置的升气管、降液管和出口堰的办法，使每层塔板建立起了相对稳定的液层。升气管上设有泡罩，使气体改变流向，从泡罩底边的齿缝中均匀流出，与流体接触进行传热、传质。应该说这种结构在当时被认为是完善而理想的，到 1924 年通过克劳斯过程使用，泡罩塔获得了巨大成功，从此工业上广泛应用。泡罩塔的最大缺点是其结构复杂，随之带来了气体通过塔板的压降大，液体在板面上流动的阻力大。相比之下，筛板塔结构简单，气体流过筛

19、孔和液层的压降小，液体在板面上流动阻力小。两种塔板鲜明的优缺点，使他们彼此相符相成，同时在两者的基础上，不断改进、创新、形成了各种不同型式的板式塔。塔器的发展大致可分为三个阶段：（一）二十世纪初，随着炼油工业的发展和石油化学工业的兴起，塔器被广泛采用，并逐渐积累了有关设计、制造、安装、操作等方面的数据和经验。当时。塔器主要用在炼油工业，塔型中以泡罩塔为主，而在无机酸碱工业中则多沿用填料，而筛板塔因当时尚无精确地设计方法和操作经验，故未能广泛使用。 （二）二十世纪中期，为了适应各种化工产品的产生和发展，不仅需要新建大量的塔，还得对原有的塔器进行技术改造，故而陆续出现了一批能适应各方面要求的新塔型

20、，这一时期发展的塔盘时：1.泡罩型（1）条形泡罩塔盘。（2）单流式泡罩塔盘，亦称 s 型塔盘。2.筛板型（1）有溢流的栅板塔盘。（2）波纹筛板塔盘。3.浮阀型（1）条形浮阀塔盘。（2）重盘式浮阀塔盘。（3）a 型和 t 型的圆盘形浮阀塔盘。4.喷射型（1）文丘里阶梯式塔盘。（2）条孔网状塔盘。（3）舌形塔盘。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，而且为接着发生的设备大型化后选择塔型指出了方向。在此期间，许多学者总结了塔器长期操作的经验，并对筛板塔作了系统研究，认为设计合理的筛板塔，不仅保留了制作方便，用材省，处理能力大灯优点，而且操作负荷在较大范围内变动时，仍能保持理想的

21、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趋完善，筛板塔已成为生产上最为广泛采用的塔型之一。这一时期填料塔也进入了一个新的发展阶段。在瓷环填料、亦称拉西环填料被广泛采用后，弧鞍型填料相继问世，特别是出现了斯特曼填料后，更大大地促进了规整填料的发展，其中有：帕纳帕克填料、古德洛填料、斯普雷帕克填料等。同时，麦克马洪填料、鲍尔环填料、狄克松环填料、砍农填料和矩鞍形填料等颗粒型填料也纷纷出现。除了各种填料大量涌现外，还发展了多管塔、浮化塔的报告被称为高效填料塔的新塔型。（三）从六十年代起，由于化工机械制造业成功地解决了高压离心式压缩机的转动密封和高温高压废热锅炉的结构强度设计等技术关

22、键，使化肥和石油化工生产，在能量综合利用方面提高到一个新水平，继而带动了整个化学、炼油工业向大型化方向迅速发展。塔器在化工生产中有重要作用和地位：它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。常见的可在塔器中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工厂或炼油厂中，塔器的性能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。1.21.2 塔器的发展现状及发展趋势塔器的发展现状及发展趋势随着塔器技术的发展，各工业国家还陆续制

23、订了多种气液接触元件（泡罩、浮阀、填料等）及有关塔盘制造、安装、验收的标准、规范和技术条件等，以保证塔器运行的质量和缩短其制造、安装周期，进而减少塔器的投资费用。我国塔器技术的发展，经历了一个漫长的过程。新中国成立以后，随着国民经济的发展，陆续建立了一批现代化的石油化工装置。随着这些装置引进的新型塔器，不仅在操作、使用这些设备方面提供了大量的第一手资料，还带动了塔器的科研、设计工作、加速了这方面的技术开发。目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等，填料种类除拉西环、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采用。近年来，参考国外塔器技术的发展方向，加强了对筛板

24、塔的科研工作，提出了斜孔塔河浮动喷射塔等新塔型。对多降液管塔盘、导向筛板、网孔塔盘等，也都作了较多研究，并推广应用于生产。其它如大孔径筛板、双孔径筛板、穿流式可调开孔率筛板、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。从塔器的化工设计的结构、强度设计，国内也作出了不断改进，并陆续引入了一些新的方法和标准规范。特别是由于电子计算机技术的发展，化工设计中计算量极大地逐板计算法，已能快速而方便也得到满意结果。在结构强度设计中，电子计算机也可以把受载情况异常

25、复杂的塔器强度问题逐项加以考虑，作出详细计算。目前正在考虑作塔器的最优化设计。1.31.3 塔器的分类塔器的分类塔器的型式很多，为了便于比较和选择，必须将塔器进行分类。分类的方法有根据操作压力不同将塔分为加压、常压、和减压塔的；也有根据气液接触界面形式方式的不同，将塔分为具有固定相界面的，流动过程中形成相界面的；因为传质效率和汽液两相流动状态密切相关，近来许多学者据此将塔器分为气体分散型和液体分散型等等。这里以根据塔的内件结构点进行分类，因为结构形式能反映板上的流体力学条件，从而也反映出塔的性能。根据塔内件结构，塔器分为两大类：板式塔和填料塔板式塔内气液组成呈梯级式变化，而填料塔内沿塔的高度方

26、向气液组成则呈连续式变化。板式塔中又可按塔板上气液流向的不同分为：（一）气液呈错流的塔板；（二）气液呈逆流的塔板；（三）气液呈并流的塔板。在一个塔内，液体往往是靠重力自塔顶流向塔底，气体则靠压差自塔底向塔顶。对于多级平衡过程必须采用这种塔总体上的逆流操作，用气液流向不同的分类方法是指在一块塔板上的气液流向不同。每一种流向的塔板，又可按气液接触元件的不同分为多种塔板。（一） 气液呈错流的塔板在这种塔板上装有降液管，液体自上板的降液管落下，进下塔板之后，沿着塔板横流过一个距离，然后落入降液管中，送至下一塔板。而气体则向上通过塔板的开孔，与液体呈错流方式进行传质。气液呈错流方式的塔板在生产上用得最多

27、，根据其气液接触元件形式的不同，又可分为泡罩型塔板、筛孔型塔板、浮阀型塔板和液体分散型的喷射型塔板等，现分述于下：、1. 泡罩型塔板泡罩塔板的最显著特点是有升气管，在升气管上覆以泡罩，板上的液层靠具有一定高度的溢流堰来保持，升气管高出塔板，使板上液体不会漏入管中，其他型式的塔板往往没有这种自封作用，这就决定了泡罩塔具有较大的操作弹性，又由于板上有一定液层高度，气体自接近泡罩底部齿缝中吹出与板上液体接触，这也使泡罩塔板具有较高的效率。泡罩塔板是一种老式塔板，有成熟的设计方法和操作经验，性能也比较好，仅由于造价高，目前逐渐为筛板和浮阀塔板所取代。泡罩型塔板的形式还有多种，与常用泡罩相比，它们或者是

28、从简化加工，降低造价出发，或者是从改良操作性能出发，如扁平泡罩等各自具有不同的特点。2.筛孔型塔板筛孔板的造价师板式塔中最低的一种，并且负荷大、效率高、设计方法也较为成熟。欧美使用筛板塔约占各种塔型的 60%，日本占 30%。筛孔的直径一般取36 毫米，用于制氧的筛板塔的孔径目前还不到 1 毫米。对于容易堵塞筛孔的物系，可采用孔径较大的筛板，但大孔径会使漏液增加、操作弹性变小。linde 筛板是美国联合碳素公司 linde 子公司提出的。1963 年以前用于空分，以后也用于其它化学工业。它是筛板塔的一种改进，一般的筛板塔在液体的进口处由于液层较厚，容易产生漏液，linde 筛板将此处塔板稍加抬

29、高，做成一个凸台，以减少液层厚度，使整个塔板的有效截面都能均匀鼓泡。此外，在 linde 筛板上，除开有筛孔外，还开有百叶窗式的导向孔，它的开口与液流方向一致，所以能推动液体流向降液管，使整个塔板上液流均匀。所以 linde 筛板无需采用多流向塔板，并且液沫夹带少，板间距小，塔板效率又比较高，特别适用于减压操作。筛板塔的变形还有很多种，如筛网塔板，斜孔筛板等在工业中程度不同的得到了应用。3.浮阀型塔板伏法型塔板大致是五十年代初期出现的，它是使用炼油和石油化工的发展，为探求高生产能力，高效率和高操作弹性的塔型而提出的，主要有 nutter 条形浮阀塔版，盘式浮阀塔版和重盘式浮阀塔板三种，它们的作

30、用原理是相似的，板上有比常用筛板大得多的孔径，空上覆以在一定范围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 2040%，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

31、） 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 210 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 20100%，而压力降比泡罩塔小 4080%，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 48 毫米，自由截面为 1530%，由于它压成了波纹形状，所以刚

32、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上加装一些上面带孔的圆形浮阀，以使它的操作范围扩大。

33、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1.41.4 塔设计概述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；（

34、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。2 2 塔体的设计塔体的设计2.12.1 筒体筒体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：除整体锻造式厚壁圆筒外，还不能完全避免较薄

35、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；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；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。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 1225的内筒和厚度为 412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。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

36、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。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 3-5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。整体多层式包扎式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

37、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。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。2.22.2 封头封头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

38、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。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。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

39、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。.2.32.3 裙座形式及选择裙座形式及选择塔体常用裙座支轴。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

40、头上，焊接形式有对接【a】和搭接【b】两种。2.42.4 接管接管维满足料的进出、过程检测和安装维修等要求，塔设备上有各种开孔及接管。2.52.5 人孔、手孔的分类及结构形式人孔、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（di800mm） ，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

41、，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 1020 块或塔高在 510m 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。人孔和手孔都是标准件2.62.6 除沫器除沫器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。2.72.7 塔顶吊柱塔顶吊柱图（3）

42、塔顶吊住的结构2.82.8 塔的选材塔的选材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。本文严格按照 gb150-1998 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

43、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。2.92.9 压力试验压力试验（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

44、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 5；其他低合金钢制容器，液体温度不得低于 15。如果因cc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。2.102.10 塔的固有周期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

45、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。2.112.11 风载荷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

46、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。2.122.12 地震载荷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。2.132.13 裙座强度及稳定性校核裙座强度及稳定

47、性校核2.13.12.13.1 裙座筒体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。2.13.22.13.2 裙座基础环裙座基础环（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作用在基础环上，而基础环安放在混凝土基础上。在基础环与混凝土基础接触面上，重量引起均布压缩应力，弯曲引起弯曲应力

48、，压缩应力始终大于拉伸应力。基础环板应有足够厚度来承受这种应力。（2）基础环厚度基础环分无筋板和有筋板基础环。本设计采用有筋板基础环。2.13.32.13.3 地脚螺栓地脚螺栓地脚螺栓的作用是使高的设备固定在混凝土基础上，以防止风弯矩或地震弯矩等使其发生倾倒。在重力和弯矩作用下，如果迎风侧地脚螺栓承受的应力0 则必须安装地脚螺栓并进行计算。b2.13.42.13.4 裙座与塔体连接焊缝裙座与塔体连接焊缝裙座直接焊接在塔体的底部封头上，焊缝形式有塔接焊缝和对接焊缝两种。本设计采用对接焊缝，对接焊缝主要校核在弯矩及重力作用下迎风侧焊缝的拉应力。2.142.14 压力容器常用材料选择压力容器常用材料

49、选择2.14.12.14.1 壳体常用材料选择及论证壳体常用材料选择及论证jb 4710 92 钢制塔式容器 中规定 ,壳体材料按照受压元件的要求进行选取。其标准释义中对此条规定的解释是 ,对非受压元件中的裙座 ,本标准要求按照受压元件对待。原因是裙座对整个塔器而言是至关重要的 ,它支撑着塔器的本体 ,其破坏将直接影响塔器的正常使用。而且裙座材料耗费不多 ,因此 ,提高它的用材要求在经济上不会造成太大的浪费。sh 3098 2000 石油化工塔器设计规范 中对本体材料的要求见表 【4】对于裙座过渡段材料 ,规定按受压元件选取 ,一般应与塔釜封头材料相同或相近。 2.14.22.14.2 接管材

50、料接管材料【4】【4】接管材料接管材料2.14.32.14.3 法兰常用材料法兰常用材料管道中常用的原材料有：板材、管材和锻件。板材:常见板材有卷板、平板和开平板.卷板通常成卷交货,优点是可根据需要任意截取长度,缺点是必须有相应的开卷设备,板面平整度一般.平板通常是成张交货,优点是板面平整,便于运输,使用缺点是有时板材使用率较低.开平板是将卷板通过剪板机剪成一块块经板面平整后而成的.区分平板和开平板的方法,除观察其表面及边缘平整度,光滑度外,还有一简便方法:真正的平板,每张上均有钢厂出厂时的标记,如厂家、规格、钢号等字样,而在开平板上就没有这些记号.管材:这主要指圆管,可分为焊管(直缝焊管、螺

51、旋焊管)及无缝管.焊管(也叫有缝管)通常用于压力较低(20kg/cm2)的管道,其中螺旋焊管又主要用于大口径(如 dn400 以上)系统,因此,其壁厚一般较薄(通常 sch10 以下).无缝管则一般 用于压力较高的管道,由于无缝管生产工艺所限,我们常用的工业无缝管,通常是热轧而成,因此市场上可供热轧无缝管的壁厚,对于一定口径的管材,通常是有一定下限的(一般在 sch10 以上),此如: 27-48 壁厚 2.0 57-76 壁厚 3.0 89-159 壁厚 3.5 168-219 壁厚 4.0(168*3 市场有，但较少) 273 壁厚 6.0 325-377 壁厚 8.0 402-426 壁

52、厚 9.0 530-630 壁厚 10.0(3)锻件：锻件通常用于制造法兰，承插件及某些接头2.14.42.14.4 螺栓螺栓螺母常用材料螺栓螺栓螺母常用材料等外螺纹用材料 最常用的就是 iso class 8.8 sae grade 5 的螺丝， 一般使用中碳钢，ml35 sae 1035 din 35 jis swrch35k 经过热处理(淬火+回火)，也可以使用sae5140 40cr 等，合金元素的增加对热处理的淬透性有很大的帮助，所以规格大的螺丝可以选择使用合金钢，不致于用中碳钢导致我们常说的中心部位“淬不透”现象的存在。 iso class 9.8 10.9 sae grade 8

53、 则要用低到中合金钢材料，经过热处理(淬火+回火)，用合金材料在材料机械性能方面有一个很好的结合，常用的材料为40cr 35crmo sae5140 scm435 sae4135 sae4137 jis scr440(h) din 41cr4 等， 实际上 45#也可以达到要求的机械性能，不过在综合机械性能方面要比合金钢稍有逊色。iso class12.9 satm a574 是一个对机械性能要求很高的高强度螺栓，则要用中碳合金钢经过热处理(淬火+回火)，如 scm435 35crmo sae 4137 sae4135 din 34crmo4，此种高强度螺栓如果表面处理要经过酸洗这一工序时，会

54、产生氢脆现象，所以一定要有去氢这一工序(特别是存在尖角的紧固件)。螺母等内螺纹用材料iso class 10 ，sae grade 8 一般使用中碳钢经过热处理即可达到其强度要求。 如 sae1035 等中碳钢。有一点是大家必须注意的，螺母和螺栓不同，其受力主要以压缩为主而非伸张，因此螺母的强度不只和材料有关，还和很多因素有关的，包括精度、螺距、螺母内倒角、螺母厚度。3 3 设计计算设计计算3.13.1 设计条件设计条件操作条件：最高工作压力：1.54mpa 设计压力：1.72mpa 设计温度:324操作介质:油品隔热层材料：复合硅酸铝卷毡隔热层厚度：100mm抗震设防烈度：7 度（0.15g

55、）基本风压：550pa场地类别：类腐蚀裕量：4 mm容积：45.7m3焊缝系数：0.85水压试验：立式 2.626mpa 卧式：2.896mpa3.23.2 筒体和封头的强度计算筒体和封头的强度计算材料选用:16mnr直径 di1=1600mm di2=1200mm 许用压力 1 t = 2 t =139.2圆筒：1=11.715mmpc- 211 tpcdi72. 185. 02 .1392160072. 12=8.786mmpc- 22t2idpc72. 185. 02 .1392120072. 1c1=0mm c2=4mm圆筒设计厚度 d1=1+c2=11.715+4=15.715mmd

56、2=2+c2=8.786+4=12.786mm有效厚度 e1=n1-c1 -c2=16-0-4=12mm e2=n2-c1 -c2=14-0-4=10mm名义厚度 n1=d1+c1=15.715+0=157.15mm 圆整得 16mm n2=d2+c1=12.786+0=12.786mm 圆整得 14mm满足厚度 6-16mm 所以符合要求封头：标准封头 k=1h1=11.672mm0.5pc- 21t2 kpcdi72. 15 . 085. 02 .1392160072. 11h2=8.754mm0.5pc- 22t 2kpcdi72. 15 . 085. 02 .1392120072. 1

57、1hd1=h1+ c2=11.672+4=15.672mmhd2=h2+ c2=8.754+4=12.754mmhn1=hd1+ c1=15.672mm 圆整得 16mmhn2=hd2+ c1=12.754mm 圆整得 14mmhe1=hd1- c1- c2=16-0-4=12mmhe2=hd2- c1- c2=14-0-4=10mm裙为圆筒形 材料是用 16mnr dc=1612mm设厚度为 6-16mm 材料许用压力 t=139.2mpa厚度计算公式 e=11.802mmpc- 2tpcdc72. 185. 02 .1392161272. 1设计厚度 cd=c+ c2=11.802+4=1

58、5.802mmcn=cd+ c1=15.802+0=15.802mm 圆整得 16mmce=cn-c2- c1=16-0-4=12mm3.33.3 塔器的质量计算塔器的质量计算塔式容器质量m01=（1.6442-1.61226.025+1.6322-441.6216.825+(1.2282-1.22)10.8647850=19137kg4内件质量m02=(1.62+1.22)1675=3768kg(浮阀塔盘，单位质量 75kg/)4附件质量ma=0.25 m01=0.2519137=4784.25kg保温层质量m03=（(1.8322-1.6322）430016.825+30010.864=4

59、104kg4笔式扶梯单位质量为 40kg/m，钢制平台单位质量 150kg/m3，当平台设在手孔或检修人孔附近时，净宽不小于 0.9m，故平台宽 1.0，平台个数 5 个。平台扶梯质量m04=4033.714+(1.632+2) 2-41.63221503+(1.228+2) 2-1.228215023603604=7166kg360360物料质量m05=(1.62+1.22)1670=3516.8kg4水压试验充水质量mw=45.71000=45700kg塔设备操作质量mo=m01+ m02+ m03+ m04+ m05+ ma =19137+3768+4104+7166+3516.8+47

60、84.25 =42476.09kg塔设备最大质量mmax= m01+ m02+ m03+ m04+ ma+ mw =19137+3768+4104+7166+4784.25+45700 =84659.25kg塔设备最小质量 m min= m01+ 0.2m02+ m03+ m04+ ma =19137+0.23768+4104+7166+4784.25=35944.85kg塔段号12345678910m01+ma2417.752417.253350.943350.943350.943350.941422.291422.291422.291422.29m02000753.61055.04602.