DN2400碳化塔结构和强度设计 过程装备与控制工程专业设计

1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 题 目：DN2400碳化塔结构和强度设计 学生姓名：xxx 学 号：xx 专 业：过程装备与控制工程 班 级：装备08-2班 指导教师：xxxx摘要在氮肥的生产中，用合成氨生产过程中的变换气通入浓氨水塔，吸收变换气中二氧化碳，成为碳酸氢铵结晶，经别离而得。碳化过程所放出的大量热需从塔内移出，因此，塔的结构必须满足吸收、结晶、冷却等过程的要求。常用碳化设备为索尔维式碳化塔，高约2030m，塔内装有菌帽型塔板，塔板下面是带孔的锥形隔板，上面是周边开有锯齿的锥形菌帽，起分布气体的作用，这种塔板不阻碍悬浮液的流动。自塔高1/2处以下，在两个塔板之间，装有很多横穿的冷

2、却管，管内通水，以移去反响过程中放出的热量。塔内自上而下分成3个反响区域:吸收区：在塔上部，溶液吸收二氧化碳，尚无结晶析出；生成区：在塔中部，约从塔高2/3处开始析出碳酸氢钠结晶，并继续吸收二氧化碳，使结晶长大；冷却区：在塔下部，吸收二氧化碳的同时进行冷却，结晶继续成长。生成区的温度对结晶质量影响很大，通常要求在6065。含结晶的悬浮液从塔底部取出，取出液在索尔维法生产中，温度控制在2530，在侯氏制碱法中控制在3440，吸收后尾气从塔顶排出。在制作过程中，碳化塔内壁，特别是冷却管外表，会形成碳酸氢氨疤层。作业时间越长，疤层越厚。当疤层结到一定厚度后，由于传热效率下降，以及气、液通道变小，作业

3、便不能正常进行。所以碳化塔一般作业几十小时后，需要进行清洗。通常，将几台碳化塔编成一组，轮换清洗。碳化塔一般都用铸铁制造，近年来开始用碳钢制造，内加防腐蚀层。冷却管用铸铁有的还在管外加防腐蚀层，也有用不锈钢的，少数用钛材。为提高结晶质量，延长作业时间以及简化设备结构等，现研究采用带溢流管的筛板塔、外部冷却式碳化塔等新结构。关键字：碳化塔；计算；校核；补强AbstractIn sodium carbonate hydrogen reveal the production of fertilizers, with ammonia production process for the strong

4、sense of the ammonia water, carbon dioxide. a change for the hydrogen reveal that carbolic acid, the separation of, which releases a lot of heat from the tower be removed, so the structure must meet the absorption tower, crystallization, cooling and other process requirements. Common type carbonatio

5、n carbonation equipment for the Solvay tower height of about 20 30m, the tower with bacteria cap tray, tray below the cone-shaped diaphragm is perforated above the surrounding open a jagged cone bacteria cap The role of the distribution of gas from this plate does not preclude the flow of suspension

6、s. Since the tower is 1 / 2 below, between the two trays, with many across the cooling pipe, tube with water to remove the heat released during the reaction. Reaction tower from top to bottom into three areas: absorption area: in the tower upper part of the solution to absorb carbon dioxide, there i

7、s no crystallization; generating areas: the central tower, tower height from about 2 / 3 starts to precipitate sodium bicarbonate crystals, and to continue to absorb carbon dioxide, so that crystal growth; cooling zone: the lower part of the tower, absorbing carbon dioxide at the same time cooling,

8、crystallization continue to grow. Generating areas of temperature on the crystalline quality great impact, usually requires 60 65 . Suspension containing crystalline removed from the tower bottom, remove the liquid produced in the Solvay method, the temperature at 25 30 , the control law Hou Soda 34

9、 40 , after absorption of tail gas discharged from the top of the tower. In the alkali process, the carbonation tower walls, particularly the cooling pipe surface, will form a layer of sodium bicarbonate scar. Work longer, thicker scars. When the scar stratification to a certain thickness, due to de

10、creased heat transfer efficiency, as well as gas and liquid channels smaller operations can not be normal. Therefore, the general operating dozens of hours of carbonation tower, the need for cleaning. Typically, several units will be compiled into a set of carbonation tower, rotating cleaning. Carbo

11、nation towers are generally made of cast iron, alkali law in recent years, Hou began carbon steel, which increases corrosion layer. Cooling pipe with cast iron (and some still in control plus anti-corrosion layer), it also uses stainless steel, a few with titanium. To improve crystal quality, to ext

12、end the operation time and simplify the device structure is used with the overflow tube of the sieve plate tower, external cooling towers and other new-type carbon structure.Keywords: carbonation tower; calculation; check; reinforcement 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326699587 引言 PAGEREF _Toc326

13、699587 h 1 HYPERLINK l _Toc326699588 第一章 结构选型及材料选材 PAGEREF _Toc326699588 h 4 HYPERLINK l _Toc326699589 1.1 结构选型 PAGEREF _Toc326699589 h 4 HYPERLINK l _Toc326699590 壳体结构 PAGEREF _Toc326699590 h 4 HYPERLINK l _Toc326699591 1.1.2 封头 PAGEREF _Toc326699591 h 4 HYPERLINK l _Toc326699592 裙座 PAGEREF _Toc326

14、699592 h 4 HYPERLINK l _Toc326699593 除沫器 PAGEREF _Toc326699593 h 5 HYPERLINK l _Toc326699594 人孔 PAGEREF _Toc326699594 h 5 HYPERLINK l _Toc326699595 液面计 PAGEREF _Toc326699595 h 5 HYPERLINK l _Toc326699596 液体分布器 PAGEREF _Toc326699596 h 5 HYPERLINK l _Toc326699597 1.1.8 换热器 PAGEREF _Toc326699597 h 5 HY

15、PERLINK l _Toc326699598 1.2 材料选材 PAGEREF _Toc326699598 h 6 HYPERLINK l _Toc326699599 受压元件 PAGEREF _Toc326699599 h 6 HYPERLINK l _Toc326699600 1.2.2 非受压元件 PAGEREF _Toc326699600 h 7 HYPERLINK l _Toc326699601 1.2.3 接管及法兰 PAGEREF _Toc326699601 h 7 HYPERLINK l _Toc326699602 1.2.4 焊条型号选择 PAGEREF _Toc32669

16、9602 h 7 HYPERLINK l _Toc326699603 第二章 筒体及封头的设计 PAGEREF _Toc326699603 h 8 HYPERLINK l _Toc326699604 壳体厚度计算 PAGEREF _Toc326699604 h 8 HYPERLINK l _Toc326699605 封头计算 PAGEREF _Toc326699605 h 9 HYPERLINK l _Toc326699606 2.2.1 封头厚度计算 PAGEREF _Toc326699606 h 9 HYPERLINK l _Toc326699607 2.2.2 椭圆封头最大许用工作压力

17、PAGEREF _Toc326699607 h 10 HYPERLINK l _Toc326699608 2.2.3 封头尺寸确定如下: PAGEREF _Toc326699608 h 10 HYPERLINK l _Toc326699609 水压试验及校核 PAGEREF _Toc326699609 h 10 HYPERLINK l _Toc326699610 2.3.1 立置时压力按下式计算 PAGEREF _Toc326699610 h 11 HYPERLINK l _Toc326699611 2.3.2 卧置时的压力应计入液柱静压力PL PAGEREF _Toc326699611 h

18、11 HYPERLINK l _Toc326699612 2.3.3 应力校核 PAGEREF _Toc326699612 h 11 HYPERLINK l _Toc326699613 2.3.4 冷却管箱水压试验 PAGEREF _Toc326699613 h 12 HYPERLINK l _Toc326699614 第三章 塔重量计算 PAGEREF _Toc326699614 h 13 HYPERLINK l _Toc326699615 质量载荷计算 PAGEREF _Toc326699615 h 13 HYPERLINK l _Toc326699616 容器壳体及裙座质量 m01 PA

19、GEREF _Toc326699616 h 13 HYPERLINK l _Toc326699617 壳体固定附件质量 m02 PAGEREF _Toc326699617 h 14 HYPERLINK l _Toc326699618 3.1.3 容器可卸内件质量 m03 PAGEREF _Toc326699618 h 16 HYPERLINK l _Toc326699619 3.1.4 冷排质量 PAGEREF _Toc326699619 h 17 HYPERLINK l _Toc326699620 3.1.5 所需螺母、螺钉及垫片总质量 PAGEREF _Toc326699620 h 18

20、HYPERLINK l _Toc326699621 3.1.6 碳化塔设备总质量 PAGEREF _Toc326699621 h 18 HYPERLINK l _Toc326699622 3.2 碳化塔所受重力载荷计算 PAGEREF _Toc326699622 h 19 HYPERLINK l _Toc326699623 3.2.1 充水重力QW PAGEREF _Toc326699623 h 19 HYPERLINK l _Toc326699624 水压试验时的最大重量 Qmax PAGEREF _Toc326699624 h 19 HYPERLINK l _Toc326699625 设备

21、操作时的重量 PAGEREF _Toc326699625 h 19 HYPERLINK l _Toc326699626 设备、吊装的最小重量 PAGEREF _Toc326699626 h 19 HYPERLINK l _Toc326699627 3.3 塔的自振周期 PAGEREF _Toc326699627 h 20 HYPERLINK l _Toc326699628 3.3.1 根本振型自振周期 PAGEREF _Toc326699628 h 20 HYPERLINK l _Toc326699629 风载荷计算 PAGEREF _Toc326699629 h 22 HYPERLINK l

22、 _Toc326699630 3.4.1 水平风力计算 PAGEREF _Toc326699630 h 23 HYPERLINK l _Toc326699631 3.4.2 各参数确定 PAGEREF _Toc326699631 h 24 HYPERLINK l _Toc326699632 3.4.3 风力计算系数 PAGEREF _Toc326699632 h 25 HYPERLINK l _Toc326699633 3.5 地震载荷计算 PAGEREF _Toc326699633 h 26 HYPERLINK l _Toc326699634 3.5.1 参数确实定 PAGEREF _Toc

23、326699634 h 27 HYPERLINK l _Toc326699635 3.5.2 地震弯矩的计算 PAGEREF _Toc326699635 h 28 HYPERLINK l _Toc326699636 偏心弯矩 PAGEREF _Toc326699636 h 28 HYPERLINK l _Toc326699637 3.6 卡曼涡街引起的弯矩计算 PAGEREF _Toc326699637 h 30 HYPERLINK l _Toc326699638 3.6.1 判断是否存在卡曼涡街 PAGEREF _Toc326699638 h 30 HYPERLINK l _Toc32669

24、9639 临界风速的计算 PAGEREF _Toc326699639 h 30 HYPERLINK l _Toc326699640 3.7 各种载荷总表 PAGEREF _Toc326699640 h 31 HYPERLINK l _Toc326699641 第四章 应力校核 PAGEREF _Toc326699641 h 32 HYPERLINK l _Toc326699642 4.1 塔体壁厚校核 1-1截面 PAGEREF _Toc326699642 h 32 HYPERLINK l _Toc326699643 设计压力引起的轴向应力 PAGEREF _Toc326699643 h 32

25、 HYPERLINK l _Toc326699644 4.1.2 按最大组合应力校核筒体壁厚 PAGEREF _Toc326699644 h 32 HYPERLINK l _Toc326699645 4.2 裙座的强度计算及校核 PAGEREF _Toc326699645 h 33 HYPERLINK l _Toc326699646 4.3 地脚螺栓的计算 PAGEREF _Toc326699646 h 34 HYPERLINK l _Toc326699647 取根底环时 PAGEREF _Toc326699647 h 34 HYPERLINK l _Toc326699648 求向风侧最大拉压

26、力 PAGEREF _Toc326699648 h 34 HYPERLINK l _Toc326699649 4.4 根底环的计算 PAGEREF _Toc326699649 h 35 HYPERLINK l _Toc326699650 4.4.1 作用在根底环上的最大压应力 PAGEREF _Toc326699650 h 35 HYPERLINK l _Toc326699651 4.4.2 根底环厚度的计算 PAGEREF _Toc326699651 h 35 HYPERLINK l _Toc326699652 第五章 冷却管组计算 PAGEREF _Toc326699652 h 37 HY

27、PERLINK l _Toc326699653 5.1 管箱短节及壳程短节壁厚确实定 PAGEREF _Toc326699653 h 37 HYPERLINK l _Toc326699654 5.1.1 材料选择 PAGEREF _Toc326699654 h 37 HYPERLINK l _Toc326699655 5.1.2 管箱厚度及长度确实定 PAGEREF _Toc326699655 h 37 HYPERLINK l _Toc326699656 5.1.3 壳程短节厚度确实定 PAGEREF _Toc326699656 h 37 HYPERLINK l _Toc326699657 5

28、.2 短节的厚度计算 PAGEREF _Toc326699657 h 38 HYPERLINK l _Toc326699658 5.2.1 壁厚计算 PAGEREF _Toc326699658 h 38 HYPERLINK l _Toc326699659 5.2.2 冷却管组封头确实定 PAGEREF _Toc326699659 h 38 HYPERLINK l _Toc326699660 5.2.3 管子材料选择及型号确定 PAGEREF _Toc326699660 h 38 HYPERLINK l _Toc326699661 5.2.4 管板厚度确实定 PAGEREF _Toc326699

29、661 h 38 HYPERLINK l _Toc326699662 5.2.5 管板强度校核 PAGEREF _Toc326699662 h 39 HYPERLINK l _Toc326699663 5.2.6 法兰的选择 PAGEREF _Toc326699663 h 40 HYPERLINK l _Toc326699664 5.2.7 支承架结构，尺寸确实定 PAGEREF _Toc326699664 h 41 HYPERLINK l _Toc326699665 5.2.8 换热器的排列 PAGEREF _Toc326699665 h 41 HYPERLINK l _Toc3266996

30、66 5.2.9 换热器尺寸确定 PAGEREF _Toc326699666 h 41 HYPERLINK l _Toc326699667 5.3 碳化塔冷排数确实定 PAGEREF _Toc326699667 h 43 HYPERLINK l _Toc326699668 第六章 附件设计计算 PAGEREF _Toc326699668 h 44 HYPERLINK l _Toc326699669 6.1 气体分布板结构设计 PAGEREF _Toc326699669 h 44 HYPERLINK l _Toc326699670 6.2 液体分布器结构设计 PAGEREF _Toc326699

31、670 h 44 HYPERLINK l _Toc326699671 6.3 汽液分布板结构设计 PAGEREF _Toc326699671 h 44 HYPERLINK l _Toc326699672 6.4 球形挡板结构设计 PAGEREF _Toc326699672 h 44 HYPERLINK l _Toc326699673 6.5 分布锥结构设计 PAGEREF _Toc326699673 h 45 HYPERLINK l _Toc326699674 6.6 角钢圈、支承环、筋板及支承梁 PAGEREF _Toc326699674 h 45 HYPERLINK l _Toc32669

32、9675 6.7 碳化塔裙座结构设计 PAGEREF _Toc326699675 h 45 HYPERLINK l _Toc326699676 结论 PAGEREF _Toc326699676 h 47 HYPERLINK l _Toc326699677 参考文献 PAGEREF _Toc326699677 h 48 HYPERLINK l _Toc326699678 谢辞 PAGEREF _Toc326699678 h 50引言农业的开展在很大程度上取决于化肥工业的开展，在化学肥料中氮素肥料占首位。因此，合成氨工业是氮肥工业的根底，对农业增产起着重要的作用，同时氨还是一些工业部门的重要原料。

33、所以氮肥在我国国民经济中占重要地位。这次设计的任务是碳化工段的碳化塔，碳化工段是碳酸氢铵制造过程的心脏局部，而碳化塔系统又是碳化工段的心脏局部。因此碳化塔系统在整个生产中占有极为重要的地位，因为它关系到产量的上下，原材料的利用程度；又由于主要的化学反响，都集中在碳化塔进行，因此，碳化塔又决定了产品质量，即碳酸氢铵的好坏。碳化塔是碳化工段的主要设备，它担负着氨水吸收二氧化碳制成碳酸氢铵的重要任务，碳化塔的反响地段，根本可以分为三个局部：塔的上段是净气吸收地段，塔的中段是碳化反响地段，塔的下段是碳酸氢铵结晶生成地段。碳化塔生产的主要反响式是：NH3(气)+H2O(液)+CO2(气)=NH4HCO3

34、(固)氨 水 二氧化碳 碳酸氢铵实际的反响过程是比拟复杂的。要经过一系列中间反响。但在碳化塔内的化学反响根本上又可以分为两个过程：即二氧化碳与氨的中和过程；碳酸铵溶液继续碳酸化过程。经这两个过程即可制得碳酸氢铵液，同时从这两个过程也可以看出来，在氨吸收塔内已经进行着稀薄的碳酸铵溶液反响，因此在碳化塔内进行的第一过程的反响已局部的被氨吸收塔所取代。因此，缩短了溶液在塔内的反响时间，即加速了结晶的生成，但全部的过程还必须在碳化塔内完成。碳化前进入碳化塔的变换气的成份和体积成份H N CO CO CH O碳化后去合成氨的原料成份和体积成份H N CO CO CH O NH体积657021240.33

35、0.51.50.50.19/通过碳化塔进出气成份的比照，可知二氧化碳气体在塔内根本被吸收，根据碳化塔内的化学反响方程式：NH3+CO2+H2O=NH3HCO3+Q假设使二氧化碳含量减少必须使反响一直顺利向右进行。降低塔内温度带走反响产生的热量正是碳化塔所必须的工艺条件。本次所设计的碳化塔亦应充分考虑其工艺条件。碳化塔的实际生产能力与塔的直径、高度、冷却面积等因素有关，在塔的高度一定的情况下，直径大，有效容积大生产能力就高，此外，还与操作条件的好坏关系很大，如碳化反响的温度；进气含二氧化碳的浓度及温度上下；液体在塔内停留的时间；母液的成份；操作工人的熟练程度等有关，因此在设计时应充分考虑。本次碳

36、化塔设计主要有碳化塔塔体的设计校核、零部件的设计校核及冷排的设计校核。设计依据的标准主要为GB1501998?钢制压力容器?和GB1511999?钢制管壳式换热器?。碳化塔设计主要计算除和其他塔设备一样进行塔体除沫器、进出料和各类仪表接管、人孔、塔盘等设计外，在选型及结构设计等方面主要考虑以下几点：1.根据碳化塔内反响的工艺要求，碳化塔冷排应有较高的传热效率，为此冷排的换热管应选用导热系数较高的铜管、铝管或不锈钢管。同时考虑氨水等介质的腐蚀性及经济合理性，选用铝合金管板，并进行渗铝处理。操作时为到达最正确状态，应合理分布冷却水。2.由于碳化塔筒体密集开孔，须根据GB1501998对碳化塔筒体进

37、行整体补强。3.由碳酸氢铵的生产工艺决定了碳化塔内同时存在汽、液、固三相。为使操作正常、高效进行，必须保证全塔畅通，并尽可能延长液体在塔内的停留时间，以保证汽液充分接触，因此塔盘大多采用角钢焊接的炉篦式结构，并在角钢上开齿以防止结疤。塔内结构不能形成死角，必要时可设蒸汽接口来吹堵。4.由于浓氨水等介质有较强的腐蚀性，因此，在选材时应综合考虑平安及经济合理性，本碳化塔设计塔体选用16MnR低合金钢。为防腐在塔体内外表及塔内易腐蚀零件应进行喷铝及涂环氧树脂保护层，并采用电化学保护。16m控制范围内，为使碳化塔有较好的操作弹性，可适当增加冷排数，但须保证塔顶及塔底留有足够空间。6.操作时，为防止冷却

38、水一侧铝管发生点蚀应减少水中对铝具有强烈腐蚀性的离子。7.由于塔顶、塔底温度及液位有严格的要求，因此在塔顶、塔底应该设有温度计及液位计接口，并在全塔范围内适当布置温度计及液位计。第一章 结构选型及材料选材 总的出发点是：要满足工艺过程所需要的功能并方便使用，要满足在运行中的平安可靠，要满足经济性，包括材料的易于获得，便于制造，所用的材料及总的花费最小。1.1 结构选型 容器选型首先要满足强度及制造工艺的要求。壳体结构本设备选用立式圆筒形容器，圆筒形容器单位容积所用的材料最少。且从强度观点分析，受力最正确，其器壁应力小，立式圆筒形容器便于操作，又利于反响介质的充分混合，且在现场制造时本钱较低。

39、封头本设备选用标准椭圆封头，椭圆形封头不如球形封头受力佳，单位容积所花材料少，但由于球形封头制造花费较大，所以在一般中、低压力容器中广泛采用制造略易受力也不差的椭圆形封头。裙座本设备选用圆筒形裙式支座，裙座较其他支座的结构性能好，制造方便，经济上合理，连接处产生的局部压力也最小。塔运行中有可能有气体逸出，就会积聚在裙座与塔底封头之间的死区之中，这些逸出气体或者是可燃的，或者对设备有腐蚀作用，并会危及进入裙座的检修人员，所以进入裙座之前，应做相应的准备。除沫器本设备选用旋流板除沫器，当空塔气流较大，塔顶有溅液现象严重，以及工艺过程不允许出塔气体带雾滴的情况下设置除沫器，从而减少液体的夹带损失，确

40、保气体的纯度进而保证后续设备的正常操作。人孔本设备选用常压耳盖人孔、常压耳盖人孔是最简单的一种人孔。这种人孔只是在带有法兰的接管上安上块极板，它的结构简单，用于常压和不需经常利用人孔进行检查或修理的设备。液面计本设备选用玻璃管液面计，液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置，为设备操作提供局部依据。一般用于两种目的，一是通过测量液位来确定容器中的溶液，以保证生产过程中各环节必须定量的物料。二是通过液面测量来反响连续生产过程是否正常，以便控制过程的进行。玻璃管液面是一种有续式液面测量仪表，仪表的两端各装有一个针形阀，将液面计与容器隔开，以便进行清洗检修更换零件。液体分布器操作时，在任一横截面上

41、，保证气液的均匀分布是十分重要的。液体分布器的作用是把液体在填料顶部或某一高度上进行均匀的初始分布或再分布, 用以提高传质、传热的有效外表, 改善相间接触, 从而提高塔的效率，对于任一装填完毕的塔，气体的分布是否均匀，主要取决于液体分布的均匀程度，本设备采用多层反射式喷嘴。 换热器本设备选用U型管式换热器。这种换热器的结果特点是只有一块管板，管束由多根U型管组成，管的两端固定在同一管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U型换热器有温差时不会产生热应力。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时，只有管束外围的

42、U型管子便于更换，内层换热器坏了不能更换，只能堵死，而一根U型管相当于坏两根管，报废率很高。U型管式换热器结构比拟简单，价格廉价，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。1.2 材料选材 容器的选材和选型相类似，总的原那么也是要满足工艺过程的要求，强度要求和制造工艺要求。满足工艺过程主要是指材料对介质腐蚀性的抵抗能力，如一般碳钢难以到达在容器使用寿命期内的抗腐蚀要求，必要时可以针对介质具体性质选用高合金钢，有色金属或采用耐腐蚀衬里材料；对于有换热要求的容器，应尽可能选用热导率较

43、大的材料。满足制造工艺要求主要是指成型加工工艺(冲压，旋压和卷制)以及焊接工艺。受压元件受压元件一般选用Q235B、16MnR、20R等材料。Q235B属于普通碳素钢，与优质碳素钢的主要区别在于对碳含量及性能范围要求以及对磷、硫和其他剩余元素含量的限制较宽。Q235B主要用于建筑、制造工程质量要求较高的焊接结构件。16MnR钢是屈服强度为340MPa的压力容器专用钢板，它有良好的综合力学性能和工艺性能。受压元件的材料选用16MnR。 非受压元件非受压元件一般不与介质接触，所以一般选用Q235A。Q235A也属于普通碳钢，其性能比Q235B差一些，但是价格廉价，由于非受压元件不承压，一般也不与介

44、质接触，所以选用Q235A是可以满足元件的工作性能要求。非受压元件的材料选用Q235A。 接管及法兰接管材料的要求一般选用10钢，法兰材料按相应的法兰标准，材料至少选用Q235B材料，因为要求接管蠕度变形不要影响壳体的工作，还要求具有良好的持久塑性。法兰起到一定的连接作用，所以对材料的性能要求较高。冷却管组中U型管子选用铝及铝合金。接管选用的材料为10钢。法兰选用的材料Q235B.冷却管组中U型管子材料选用20。 焊条型号选择碳钢焊条型号为E4303，这类焊条为钛钙型，药皮中含有30以上的氧代钛和20以上的钙或镁的碳酸盐矿熔渣流动性良好，脱溶容易，选用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正反接，

45、主要焊接较重要的碳钢结构。低合金钢与碳钢、低合金钢之间采用焊条型号为E5016。这类焊条为低氢钾型，药皮在与E4315和E5015相似的根底上添加了稳弧剂。如钾小玻璃等，电弧稳定剂，这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能，主要焊接重要的碳钢结构，也可焊接与焊条强度相当的低合金结构钢。埋弧自动焊丝型号采用HJ401H08A HJ402-H10Mn2和H0CrC0Ni10Ti型，碳钢与碳钢之间采用焊剂401，低合金钢之间采用焊剂402。第二章 筒体及封头的设计壳体厚度计算壳体厚度按GB150-1998中式5-1计算: 2-1式中: P 设计压力取(1.051.1)的工作压力 Di 圆筒的内

46、径 设计温度下筒体的许用应力 焊接接头系数 C 壁厚附加量 C=C1+C2C1 钢材负偏差 C1C2 腐蚀裕度 C2=2 设计厚度d =+ C = 6.95 + 2.8 = 圆整后取塔的筒体壁厚n=101998?钢制压力容器?,应用排孔削弱系数代替式(4-1)中的焊接接头系数.调整所需厚度和最大允许工作压力。根据GB1501998,当纵向排孔与对角向排孔同时存在时,由GB1501998中图(8-8)确定排孔削弱系数。由设计要求取: S1=7002=1400S为弧长 S=500S2=860由于在圆筒上开孔为短节和筒体的相贯线,故d取为:500=625v1=(S1-d)/S1S2/S1由GB150

47、1998中图(8-8)查得: V2在V1,V2中选取较小者代替(2-1)中计算所需厚度:c2400)/(21630.39-0.8+C)=17.99式中:C=C1+C2C2腐蚀裕量 C2=2C1钢板负偏差 C1=0.8故名义厚度为 17.99圆整后的名义厚度取 n=18封头计算 压力容器封头的类型很多，分为凸形封头，锥壳，变径段，平盖及紧缩口等，采用什么样的封头要根据工艺条件的要求，制造的难易程度和材料的消耗等情况来决定。设计时，一般优先选用封头标准中推荐的形式与参数。 图椭圆形封头 封头厚度计算碳化塔上下封头均采用标准椭圆形封头 (2-2)式中: Pc设计压力取(1.051.1)的工作压力Di

48、圆筒体的内直径t-设计温下筒体的计算应力焊接接头系数 取封头厚度与筒体厚度相等n=18 椭圆封头最大许用工作压力 (2-3)其中K=1为标准椭圆封头Pw=(216318)/(1满足工作要求 封头尺寸确定如下:表2-1公称直径曲边高度h1直达高度h2内外表积F()容积V(m3)重量()240060040940 水压试验及校核 (2-4) 式中：D1水压试验产生的轴向压力，MPa； PT液压试验压力，MPa； De1筒体的有效厚度，mm；.1 立置时压力按下式计算PT (2-5)式中:P设计压力Pa试验温度下材料的许用应力163MPa设计温度下材料的许用应力163MPaPT 163/163=1MP

49、a.2 卧置时的压力应计入液柱静压力PLPT=+ PLPL =gh=100010-6PT=PT+PL.3 应力校核钢板的 MPa即满足要求，水压试验合格。.4 冷却管箱水压试验PT=1.25P (2-6)式中：p为管程设计压力，0.3MPa；PT第三章 塔重量计算 质量载荷包括：塔体，裙座质量m01；塔内件如塔盘或填料的质量m02；保温材料的质量m03；操作平台及扶梯的质量m04；操作时物料的质量m05；塔附件如人孔，接管，法兰等质量ma；水压试验时充水的质量mw；偏心载荷me。如以下图： 图.3.1质量载荷容器壳体及裙座质量 m01 eq oac(,1) 筒体质量：m筒体h/4(Di+2n)

50、2-Di27930=14291塔体开孔减少面积：A1=1.2665 (壳程短节孔A2=0.9711 (壳程短节孔A3=0.3665 (人孔塔体开孔减少面积：A=(A1+A2)30+2A3=68.04由?化工设备设计手册?查得18，碳钢钢板每平方米质量为172.7。塔体开孔减少总质量：m塔体68.04104 eq oac(,2) 封头质量标准椭圆形封头，所以查?化工容器及设备简明设计手册?得：m封头940两封头重1880 eq oac(,3) 裙座质量：m裙座h/4(Di+2n)2-Di27850 10731裙座开孔减少的面积：A4=0.2443裙座减少质量：m裙座0.2443 eq oac(,

51、4) 根底环质量：m基1/2m裙514m01=m筒体2 m封头m裙座m基m塔体m裙座15601104kg壳体固定附件质量 m02 eq oac(,1) 人孔质量：由?化工设备设计手册?查得DN=500 人孔质量161。 eq oac(,2) 分布锥质量：c=(PcDc/2t-Pc) (1/cos2)由?化工设备设计手册?查得：c10，m分h/3(R2+r2+Rr) 7930 = 370 eq oac(,3) 角钢圈质量由?化工设备设计手册?查得：m角7063.13 eq oac(,4) 支承梁质量：m支606 eq oac(,5) 塔体接管及接管法兰质量如下表： 表3-1符号接管尺寸个数接管长

52、度法兰单重接管单重a37791500b159451150d37791300e1-5455120f1-52535160h12531150h22531250K15912075接管与法兰总重：m接163.538 eq oac(,6) 筋板及支承环板质量：m板m筋板m支承环板2.435.537.9 eq oac(,7) 球形挡板质量由?化工设备设计手册?查得12厚钢板每平米质量为94.21m球 1.54145.1m拉筋35.1m球 m球m拉筋150.2 eq oac(,8) 壳程短节及法兰质量：m接10.243.4m接20.52112.85m法兰29m短节172.404m短节2141.85m短节30m

53、短节1m短节2103m02=m人孔+m分+m角+m支+m接+m球+m短节+m板 103 容器可卸内件质量 m03 气体分布板质量：m气398.7各零件质量详见部件图 液体分布板质量：m液19371351 汽液分布板质量：m汽液434.3 活动支承梁质量：m支14319m03=m气m液m汽液m支2501.9 冷排质量 冷排封头质量表3-2名称尺寸数量质量封头盖DN 55081平环1.21法兰PN ，DN 550129m封头16.20.32945.5 冷排管箱质量表3-3名称尺寸数量质量筒节DN 550200122法兰PN 1.0 DN 550129隔板121接管1086302接管法兰PN DN

54、1002m箱99.634 冷排管板质量：由?化工设备设计手册?查得42的钢板每平米质量为329.7m板329.764.553 冷排管子质量：m管188.8157m管275.6625详见零件图 支撑架质量表3-4名称尺寸数量单重总重支承板203515连接板669圆钢202m支15.098.6432.64m冷1=m封+m箱+m板+m管1+m支331.143m冷2=m封+m箱+m板+m管2+m支317.99m0430m冷1m冷2104kg 所需螺母、螺钉及垫片总质量m05103 =详见各零部件图或碳化塔装配图 碳化塔设备总质量m0=m01+m02+m03+m04+m0543771.33.2 碳化塔所

55、受重力载荷计算 充水重力QWQW=/4Di2H =/424002144601000=65415.5 3-1 塔物料重量折合液位高度取5m，物料密度取0.876/tQ物/4Di2H=/42400214460876 =19814.6 冷排内冷却水重量：Q水104NQ1=Q物+Q19814.67071.426886水压试验时的最大重量 QmaxQmax=QW+m0=65415.5+43771.3=109186.8设备操作时的重量Q0Q1+m026886+43771.370657.3设备、吊装的最小重量Qmin=m01+m02=24395表3-5 塔重量汇总表工程名称符号重量壳体计裙座质量m01156

56、01壳体固定附件质量m028804容器可卸内件质量m03冷排质量m0419470螺母、螺钉计垫片质量m05塔设备总质量m0充水重量QW物料重量Q126886水压试验时最大重量Qmax设备操作时重量Q0设备吊装的最小重量Qmin243953.3 塔的自振周期 根本振型自振周期对直径和厚度相等的塔的自振周期为： (3-2)式中：H塔体总高，mmH15150 m0塔体操作质量，kgm0=24395=239091N E弹性模量，Mpa1011 Mpa 塔体的有效厚度，mm c=18=Di塔体内径，mmDi=2400=TC=等直径，等厚度塔的固有周期： 第一振型 第二振型 第三振型风载荷计算 图3.2

57、塔结构简图选危险截面0-0截面，塔设备的基底截面，1-1截面，裙座上人孔或较大管线引出处的截面，2-2截面，塔体与裙座连接焊缝处的截面。风载荷示意图如下： 图.3.3 风载荷 水平风力计算 第i计算段质量重心处的水平风力为：Pi=K1K2iq0fihiDefi (3-3)式中： pi第i计算段质量重心处的水平风力，N； Defi第i段的有效直径，m； 图.3.4 风弯矩计算简图 各参数确定 空气动力系数圆筒形设备 K1 风振系数 K2i表3-6离地面高度110miK2i=1+m0mi、分别由?压力容器及化工设备下?中表13-5和13-6查得。 呼和浩特根本风压q0q0=0.5KN/ 计算段中心

58、距地面高度处风压变化系数fi表3-7离地高度5101520Fi 有效直径Defi根据碳化塔结构简图，1和2段无平台，3段有效直径Defi 风力计算系数按3-2式进行风力计算，列表如下： 表3-8计算塔段01122K1K2iFiq0KN/)hi(m)Defi(m)Pi(KN) 风弯矩计算塔任意设备截面I-I处的弯矩按下式计算： 3-3所以0-0截面风弯距为：1/2+0.73.2/2n/m对于1-1、2-2截面按下式计算1-1截面的风弯矩为:kNm 3-42-2截面的风弯矩为: 3-53.5 地震载荷计算 任意高度hk处的集中质量mk引起的根本振型，地震水平力为： (3-6) 式中： FK1集中质

59、量mk引起的根本振型水平地震力，N； CZ综合影响系数；CZ mk距地面hk处的集中质量，kg； a1对应塔体根本振型T1下的地震影响系数a值，地震载荷示意图如下： 图 地震载荷 参数确实定地震烈度按8度计算时： 类场地上 地震弯矩的计算因碳化塔为等直径，等壁厚，0-0截面地震弯矩按下式计算：70657106 1-1,2-2截面按下式计算1-1截面地震弯矩为：106 2-2截面地震弯矩为：因碳化塔H/Di15150/24006.31255所以必须考虑高振型的影响：偏心弯矩 偏心质量引起的弯矩受力示意图如下， 图3.6 偏心载荷 塔设备底截面0-0处的最大弯矩为： 取其中较大的值，其中Me=0，

60、 塔设备任意截面I-I处的最大弯矩为： 取其中较大值 1-1和2-2截面的弯矩计算如下： 3.6 卡曼涡街引起的弯矩计算 判断是否存在卡曼涡街 计算雷诺数 (3-7)式中： Re雷诺准数； D0塔外直径，m； D0=Di+2 =2.4+22 =代入式得 Re=(36)(105)106X106X106 故将出现卡曼涡街，应考虑卡曼涡街引起的振动。临界风速的计算取 sh计算第一振型临界风速实际风速 ，因此塔不发生共振，可不进行诱导振动的计算。3.7 各种载荷总表表6-9截面001122操作重量X102X102X102安装时重量24395水压试验时重量X106X106X106风弯矩地震弯矩X106X