重油减压塔强度和结构设计

10重油减压塔强度和构造设计第一章概述重油：重油的比重一般在0．82～0．9510,000～11,000kcal／kg左右。其成分主要是炭水化物，另外含有局部的〔0．1～4％〕的硫黄及微量的无机化合物。龙江大庆有关数据显示重油密度及其他如下：粘度:180发热量:40800密度:0.978凝点:20机械杂质:0.3含硫量:2.43水分:0.3承受工艺与一般的精馏塔和原油常压精馏塔相比，减压精馏塔有如下几个特点：⑴依据生产任务不同，减压精馏塔分燃料型与润滑油型两种。润滑油型减压塔以生产润滑油料为主，这些馏分经过进一步加工，制取各种润滑油。燃料型减压塔主要生产二次加工的原料，如催化裂化或加氢裂化原料。⑵减压精馏塔的塔板数少，压降小，真空度高，塔径大。为了尽量提高拔出深度而又避开分解，要求减压塔在经济合理的条件下尽可能提高汽化段的真空度。因此，一方面要在塔常用的有舌型塔板、网孔塔板等。减压馏分之间的分馏准确度要求一般比常压蒸馏的要求3~5水蒸汽、不凝气的体积变大，减压塔径变大。长，则其分解、缩合等反响会进展得比较显著，导致不凝气增加，使塔的真空度下降，塔底局部结焦，影响塔的正常操作。因此，减压塔底部的直径常常缩小以缩短渣油在塔内的停留时间。另外，减压塔顶不出产品，减压塔的上部汽相负荷小，通常也承受缩径的方法，使减压塔成为一个中间粗、两头细的精馏塔。依据以上减压精馏特点选择减压精馏塔精馏操作最塔设备的要求由于重油简洁结垢，有结晶的物料，由于板式塔可选用液流通道较大，堵塞的危急小。在石油、化工生产的塔设备中，板式塔所占的比例比填料塔要大的多，约占增设备80%。当生产量较大时，一般都承受板式塔。它广泛用于蒸馏、吸取等传质过程。板式塔与填料塔相比，具有生产力量大，传质效率高，操作弹性大等优点。综合以上两点应选择板式塔。板式塔的分类⑴泡罩塔组成：泡罩，外气管，溢流堰，塔板优点：操作弹性大，气液比范围大，不易堵塞缺点：构造简单，造价高，气相压降大。适合：生产力量大，操作稳定性要求高⑵塔盘上有阀孔，孔中装有上下浮动的阀片，圆形或矩形优点：生产力量大，比泡罩塔高20～40％，操作弹性大，塔板效率高缺点：气液较低时，有塔板漏液，阀片有卡孔死，塔板压力降大⑶筛板塔塔盘分：塞孔区，无孔区，溢流堰，降液管优点：构造简洁，造价低，效率比泡罩高10～15％，安装便利缺点：操作弹性较小，小孔塞板易堵塞⑷无降液管塔塔盘上开栅棚缝或筛孔，气液两相一样时，在其上下穿过。40～80％。缺点：板效率低，比一般板式塔低30～60％，操作弹性小综合以上状况选择浮阀塔。板式塔主要尺寸的设计计算板式塔主要尺寸的设计计算，包括塔高、塔径的设计计算，板上液流形式的选择、溢流装置的设计，塔板布置、气体通道的设计等工艺计算。板式塔为逐级接触式的气液传质设备，沿塔方向，每层板的组成、温度、压力都不同。设计时，先选取某一塔板〔例如进料或塔顶、塔底〕条件下的参数作为设计依据，以此确定塔的尺寸，然后再作适当调整；或分段计算，以适应两段的气液相体积流量的变化，但应尽量保持塔径一样，以便于加工制造。计过程中不行避开要进展试差，计算结果也需要工程标准化。基于以上缘由，在设计过程中需要不断地调整、修正、和核算，直到设计出较为满足的板式塔。〔1〕塔的有效高度和板间距的初选(1.1)塔的有效高度板式塔的有效高度是指安装塔板局部的高度，可按下式计算：NZ( TET式中Z——塔的有效高度，m；ET——全塔总板效率；

1)T

〔4-1〕NT——塔内所需的理论板层数；HT——塔板间距，m。(1.2)板间距的初选板间距NT的选定很重要。选取时应考虑塔高、塔径、物系性质、分别效率、操作弹性及塔的安装检修等因素。对完成肯定生产任务，假设承受较大的板间距，能允许较高的空塔气速，对塔板效率、操作弹性及安装检修有利；但板间距增大后，会增加塔身总高度，金属消耗量，塔基、支座等的负荷，从而导致全塔造价增加。反之，承受较小的板间距，只能允许较小的空塔气速，塔径就要增大，但塔高可降低；但是板间距过小，简洁产生液泛现象，降低板效率。所以在选取板间距时，要依据各种不同状况予以考虑。如对易发泡的物系，板间距应取大一些，以保证塔的分别效果。板间距与塔径之间的关系，应依据实际状况，结合经济权衡，反复调整，已做4-1列出的塔板间距的阅历数值选取。塔径/D，塔径/D，m 0.3～0.5板间距/HT，mm 200～3000.5～0.8250～3500.8～1.6300～4501.6～2.4350～6002.4～4.0400～600化工生产中常用板间距为：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在打算板间距时还应考虑安装、检修的需要。例如在塔体人孔处，应留有足够的工作空间，其600mm。塔径面积的要求。在塔板设计中起主导作用，往往是气液接触局部的面积，应保证有适宜的气体速度。计算塔径的方法有两类：一类是依据适宜的空塔气速，求出塔截面积，即可求出塔径。另一类计算方法则是先确定适宜的孔流气速，算出一个孔〔阀孔或筛孔〕允许通过的气量，定出径。(2..1)初步计算塔径4V4VsuD式中Dm；Vs——塔内气体流量m3/s；u ——空塔气速m/s。由式〔4-2〕可见，计算塔径的关键是计算空塔气速u。设计中，空塔气速u的计算方法是，umax，然后依据设计阅历，乘以肯定的安全系数，即u(0.6~0.8)umax最大空塔气速umax可依据悬浮液滴沉降原理导出，其结果为LLVVmax式中umax——允许空塔气速，m/s；ρV，ρL——分别为气相和液相的密度，kg/m3；C——气体负荷系数，m/s4-1确定；图4-1中的气体负荷参数C20仅适用于液体的外表张力为0.02N/m，假设液体的外表张力为6N/mC可用下式求得：CC20

(V0.785V0.785u

)0.2所以，初步估算塔径为：

D/其中，u——适宜的空塔速度，m/s。由于精馏段、提馏段的汽液流量不同，故两段中的气体速度和塔径也可能不同。在初算塔径料的有关物理参数计算。也可分别按精馏段、提馏段的平均物理参数计算。(2.2)塔径的圆整1米以下者，标准化先100mm1200mm1000mm1200mm1400mm、1600mm……1-1中HT

——塔板间距，mh

——板上液层高度，m；V,L——分别为塔内气、液L两相体积流量，m3/s； ρ ，ρV L(2.3)塔径的核算

——分别为塔内气、液相的密度，kg/m3。塔径标准化以后，应重验算雾沫夹带量，必要时在此先进展塔径的调整，然后再打算塔板构造的参数，并进展其它各项计算。4-7核查一下液体在降液管中的停留时间θ。如不符合要求，且难以加大板间距来调整时，也可在此先作塔径的调整。板式塔的构造(3.1)塔的总体构造板式塔除内部装有塔板、降液管及各种物料的进出口之外，还有很多附属装置，如除沫器、人〔手〕孔、基座，有时外部还有扶梯或平台。此外，在塔体上有时还焊有保温材料的支承圈。为了检修便利，有时在塔顶装有可转动的吊柱。如1-2图为一板式塔的总体构造简图。一般说来，各层塔板的构造是一样的，只有最高一层，最低一层和进料层的构造有所不同。的距离较大，以便有较大的塔底空间贮液，保证液体能有10～15min的停留时间，使塔底液体不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器来的蒸气，塔底与再沸器间有管路连接，有时则再塔底釜中设置列管或蛇管换热器，将釜中液体加热汽化。假设是直接蒸汽加热，则在釜的下部装一鼓泡管，直接接入加热蒸汽。另外，进料板的板间距也比一般间距大。(3.2)塔体总高度板式塔的塔高如图1-3所示，塔体总高度〔不包括裙座〕由下式打算：H HD

(Np

2 S) HT

S”H HT F

HB 式中HD——塔顶空间，m；HB——塔底空间，m；HT——塔板间距，m；HF——进料段高度，m；Np——实际塔板数；S——人孔数目〔不包括塔顶空间和塔底空间的人孔。(3.3)塔顶空间HD塔顶空间〔见图1-3〕指塔内最上层塔板与塔顶空间的距离。为利于出塔气体夹带的液滴沉HD为〔1.5～2.0〕HT1-3塔高示意图需要安装除沫器时，要依据除沫器的安装要求确定塔顶空间。(3.4)人孔数目人孔数目依据塔板安装便利和物料的清洗程度而定。对于处理不需要常常清洗的物料，可8～104～6块塔板450mm。图1-2板式塔总体构造简图 1-3板式塔的塔高(3.5)HB塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距。其值视具体状况而定：当进料有15分钟缓冲时间3～510～15分钟的储量，以保证塔底料液不致流空。塔底产品量大时，塔底容量可取小些，停留时间可取3～5分钟；对易结焦1～1.5分钟。〔3.6〕塔板构造塔板类型按构造特点可分为整块式或分块式两种。一般，塔径从300～900mm时承受整块式塔板；当塔径在800mm以上时，人已能在塔内进展拆装操作，无须将塔板整块装入。并且，整块式塔板在大塔中刚性也不好，构造显得简单，故承受分块式塔板；塔径在800～900mm之间，设计时可按便于制造、安装的具体状况选定。〔3.7〕整块式塔板构造1-4为整块式塔板中的定距管式塔板构造。塔节内的板数与塔径和板间距有关。Dg=600～700mm的塔节为例，对应于不同的板间距，NˊFh1L1-2所示。1-2塔板的有关尺寸HH,mmT300350450Nˊ654L,mm180017501800h,mm1200250350塔设备强度计算〔1〕塔设备的自振周期在动载荷〔风载荷，地震载荷〕作用下，塔设备各截面的变形以及内力与塔的自由振动周期〔或自振〕周期。等直径，等厚度塔的自振周期塔设备的振动属多质点体系的振动，具有多个自由度，可消灭多种振型，由于塔设备的刚度较大，通常只考虑第一振型。mHEI4T 1mHEI41E:塔体材料在设计温度下的弹性模量I：塔截面形心轴惯性矩，Di：塔的内直径，mDo:塔的外直径，me:塔壁有效厚度，m

I 64 o

D4D3i 8 i

,m4不等直径，或不等厚度塔的自振周期13T 213

n

h 3 n H3 i n

H3 i 1i1

iH

EIi1 i i

i1

i1Hii段塔节底部截面至塔顶的距离，m；Ei:i段塔节材料在设计温度下的弹性模量，Pa;IiIi:第i段塔节形心轴惯性矩，对于圆柱形塔节，iD2D2

D3 8 i ei

对于圆锥形塔节，I iei 4Die

if eiDif

，m4D ：圆锥形塔节大端内直径，mDif:圆锥形塔节小内直径，meii段塔节有效厚度，m假设第i段塔节外形为圆柱形，则D D Die if i(2)塔的载荷分析〔2.1〕质量载荷设备操作时的质量：m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me设备水压试验时的最大质量：mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me设备停工检修时的最小质量：mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma其中：m01—设备壳体〔包括裙座〕质量m02—设备内件质量m03—设备保温材料质量m04—设备上平台、扶梯质量m05—设备内物料质量ma—设备上人孔、接收、法兰等附件质量mw—设备内充水质量me—偏心质量0.2m02是考虑停工检修时壳体上的内件质量，如塔盘支持圈、降液管等质量载荷使塔的各个截面产生轴向压应力不同截面、不同工作状况〔操作或非操作〕的载荷不同质量(2.2)偏心载荷Me=9.8m eeMe 偏心弯矩，N/me 偏心距(2.3)风载荷计算风速V0↓根本风压q0↓

=ρV2/20各段风压q=fqi i 0↓水平风力P=KK fqlD风弯矩的计算

i 1 2i i

0i eil l l l MpW

ip2

li1i

i1p2

l

l1

i2p2

lni

l1

l

n2其实式中

pi塔设备中第i段的水平风力，N;Dei：他设备中第i段迎风面有效直径，m;fi:风压高度变化系数；q0：各地区根本风压，N/m;li:他设备中个计算段的计算高度，m;K ：塔设备中第i段的风振系数。2i〔2.4〕地震载荷构造地震其中水平方向的振动危害最大。设备的作用。震级——表示地震时释放能量的大小地震烈度——表示地震的破坏程度单质点弹性体系