分餾塔設計1.doc

遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文分餾塔設計摘 要本篇論文是分餾塔的常規(guī)設計。塔設備在當今石油化工企業(yè)中成為重要裝置之一。設計將從以下幾個方面進行論述：說明部分，設計計算部分，原理及XX塔體焊接工藝設計和外文翻譯部分。說明部分是確定鋼材的選取，有關零件的結構尺寸和有關制造檢驗方法；而對XX塔體的焊接結構的設計，工藝，焊接方法及焊后處理為說明重點。本設計過程均嚴格遵守GB150-1998鋼制壓力容器和JB4710-2005鋼制塔式容器進行，對該塔進行了強度、剛度、穩(wěn)定性的校核。此外，根據世紀的要求，還相應的完成了原部件圖、總裝圖及外文翻譯。今后，隨著科學技術的飛速發(fā)展，塔設備在石油化工企業(yè)中占有越來越重要的地位。同時，將對塔設備有更高的要求，在設計方面要求更加合理，結構簡單，使用方便。所以，在未來，壓力容器技術將會取得更大的進步以適應石油化工生產的需要。關鍵詞：常規(guī)設計，校核，安全2The design of fractionating towerAbstractThis paper is the conventional design of fractionating tower. Tower equipment become one of the important devices in todays petrochemical enterprises. Design will be carried out on the following areas: Description of the calculation part and the part of theory and foreign language translation. That part is to determine the selection of steel, the size and structure of parts of the manufacturing test; on the head, cylinder, to strengthen the circle, wind load, earthquake load, natural cycles, such as group Block is a key part of the calculation. The design process are strictly adhered to GB150-199Steel Pressure Vesselsand JB4710-2005 steel tower vesselin the tower of strength, stiffness, stability of calibration.Furthermore, in accordance with the requirements of the century, but also the completion of the corresponding parts of the original map, assembly plans and foreign language translation.In the future, as the rapid development of science and technology, tower equipment, petro-chemical enterprises in the increasingly important position occupied. At the same time,the tower equipment will have greater demands, in terms of design requirements are more reasonable, simple structure and easy to use. Therefore, in the future, pressure vessel technology will achieve greater progress in order to adapt to the needs of petrochemical production.Key words：Conventional Design，Checking，Safe目錄摘要 Abstract1.說明部分11.1塔設備在化工生產中的作用和地位11.2 設計概述21.3對塔設備的要求31.4塔設備的構造41.5板式塔的分類51.6 塔選型81.7 選材92.設計計算部分 112.1設計條件 112.2設備材料的選取，設計參數的確定 112.3設計計算說明書12總結 27謝辭 28參考文獻 292.XX塔體結構的焊接生產工藝（重點寫）2.1XX塔體結構生產準備（購進材料、材料規(guī)格等、輔助工藝裝備）2.2下料、劃線等2.3結構裝配3 塔結構的焊接工藝（簡寫）4 塔結構的焊后處理及檢驗（簡寫）5 總結致謝（150字）參考文獻（10個以內，注意格式）1.緒論1.1塔設備在化工生產中的作用和地位塔設備是化工、石油化工和煉油等生產中重要的設備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質傳熱的目的?？稍谒O備中進行的常見的單元操作有：精餾、解吸、吸收和萃取等，此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等。在石油、化工等生產過程中，常常需要將混合物質（氣態(tài)或液態(tài)）分離成為較純的物質，通常采用精餾、吸收、萃取等方法。這些生產過程稱為物質分離過程或物質傳遞過程，它們大多是在塔設備內部進行的。塔類設備的型式種類繁多，用途廣泛，是完成煉油加工過程或其他化工生產過程的主要場所。塔設備一般都具有龐大的外形，設備直徑最多可達十多米，高度達數十米，金屬重量達數百噸，通常安裝在露天。目前石油煉廠和化工生產裝置中，塔設備的投資費用占整個工藝費用的25.39%.塔設備所耗用的鋼材重量在各類工藝設備中所占的比例也較多，例如在年產250萬噸常減壓煉油裝置中好用重量占62.4%，在年產60至120萬噸催化裂化裝置中占48.9%。因此，塔設備的設計和研究，對石油、化工等工業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。目前石油煉廠中應用最多的塔設備是各種分餾塔，也叫精餾塔。精餾過程的實質是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度。即在同一溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質，使液相中的輕組分轉移到汽相中，汽相中的重組分轉移到液相中，從而達到分離的目的。因此精餾塔操作的好壞直接關系到石油化工企業(yè)的經濟效益在化工廠、石油化工廠和煉油廠中，塔設備的性能對于整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面都有重大的影響，據有關資料報道，塔設備的投資費用占整個工藝設備投資費用的較大比例，（見表1-1），它所消耗的鋼材重量在各類工藝設備中也屬較多（見表1-2），因此，隨著石油化工的迅速發(fā)展，塔設備的設計和研究受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。 表1-1化工生產裝置中塔設備所占投資比例裝置名稱塔設備化工和石油化工煤油和煤化工人造纖維藥物和制藥油脂工業(yè)油漆和涂料橡膠25.39%34.85%44.90%9.87%20.49%11.40%15.11%表1-2化工生產裝置中塔設備所占的質量比例化工裝置名稱塔設備質量所占百分比化工設備名稱塔設備質量所占百分比250萬噸/年常壓蒸餾250萬噸/年常減壓蒸餾60萬噸及120萬噸/年催化裂化11.5萬噸及30萬噸/年乙烯16.945.548.925.028.37萬噸及6萬噸/年芳烴抽提10萬噸/年苯4.5萬噸/年丁二烯 8萬噸/年氯乙烯21.027.138.354.033.31.2對塔設備的要求作為主要用于傳質過程的塔設備，首先必須使氣液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質效率。此外，為了滿足工業(yè)生產的需要，塔設備還得考慮下列各項要求：（1） 生產能力大。在較大的氣液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。（2） 操作穩(wěn)定、彈性大。當塔設備的氣液負荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩(wěn)定的操作。并且塔設備應保證能長期連續(xù)操作。（3） 流體流動的阻力小，即流體通過塔設備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產中的動力消耗，以降低經濟操作費用。對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還將使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。（4） 結構簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費用。（5） 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調解和檢修。事實上，對于現(xiàn)有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述的所有要求，僅在某些方面具有獨到之處。人們對于高效率大生產能力，穩(wěn)定操作和低壓力降的追求，推動著塔設備新結構型式的不斷出現(xiàn)和發(fā)展。1.3塔設備的構造在石油加工工業(yè)中，分餾塔是必不可少的設備，它的作用是把含有多種沸點不同的烴類按沸點的高低進行分段或分離。這種分離效率的高低主要由塔身的層數和塔板的結構來決定。目前煉油廠精餾塔的塔板有多種類型，但無論哪一類型，都包括有四個基本部分：每一塔板都有特制的一些開孔，可供下一層塔板上升的蒸汽從中穿過；每一塔板上都有高度的溢流堰，以保證塔板上有足夠厚的液層；每一塔板上都有溢流管，可供塔板上液體流向下一層；塔板上有足夠的面積和特殊的結構，供蒸汽和液體之間充分接觸，以完成質和熱的交換。塔設備的構造主要包括以下幾個主要方面：(1) 塔體 塔體是塔設備的外殼。常見的塔體石油等直徑等壁厚的圓筒合作為頭蓋和帝蓋的橢圓形封頭所組成。隨著化工裝置的大型化，漸有采用不等徑的不等壁厚的塔體。塔體滿足的工藝條件（如溫度，壓力，塔徑和塔高等）下的強度、剛度外，還應考慮風力、地震、偏心載荷所引起的強度剛度問題，以及吊裝，運輸，檢驗，開停工等的影響。對于板式塔來說，塔體的不垂直度和彎曲度，將直接影響塔盤的水平度（這指標對板式塔效率的影響是十分明顯的），為此，在塔體的設計zhon，制造，檢驗，運輸和吊裝等環(huán)節(jié)中，都應嚴格保證達到有關要求，不使其超差。(2) 塔體支座 塔體支座是塔體安放到基礎上的連接部分，它必須保證塔體坐落在確定的位置上進行正常的工作。為此，它應當具有足夠的強度，能承受各種操作情況下的全塔重量，以及風力，地震等引起的載荷。最常用的塔體支座是裙式支座（簡稱為裙座）。(3) 除沫器 除沫器用于捕集夾帶在氣液中的液滴。使用高效的除沫器，對于回收貴重物料，提高分離效率，改造塔后設備的操作狀況，以及減少對環(huán)境的污染等，都是非常必要的。(4) 接管 塔設備的接管是用以連接工藝管路，把塔設備與相關設備連成系統(tǒng)，按接管的用途，分為進液管、出液管、進氣管、出氣管、回流管、側線抽出管和儀表管等。(5) 人孔和手孔 人孔和手孔一般都是為了安裝，檢修檢查和裝填填料的需要而設置的。在板式塔和填料塔中，各有不同的設置要求。(6) 吊耳 塔設備的運輸和安裝，特別是在設備大型化后，往往是工廠基建工地上一項舉足輕重的任務。為吊裝方便，可在塔設備上焊以吊耳。(7) 吊柱 在塔頂設置吊柱是為了在安裝和檢修時，方便塔內件的運送。1.4板式塔的分類板式塔的種類很多，通常可按如下分類： 按塔板的結構分有泡罩塔，篩板塔，浮閥塔，舌形塔等，應用最早的是泡罩塔和篩板塔，20實績0年代后期開發(fā)了浮閥塔，目前應用最廣泛的板式塔是篩板塔及浮閥塔，一些新型的塔板仍在不斷的開發(fā)和研究。a) 篩板塔篩板塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔。篩板塔盤的結構簡單，就是在鋼板上鉆許多三角形排列的直徑為3至8毫米的小孔。氣流從小孔中穿出吹入液體鼓泡，液體則橫流過塔盤從降液管中流入下一層塔盤。這種塔盤開孔率較大，生產能力也較大，氣流沒有拐彎，壓力降較小。塔盤上無障礙物，液面落差較小，鼓泡較均勻。塔盤造價較低，安裝維修都較容易，但它的操作彈性小氣流負荷變小時，就易泄漏，效率下降，小孔易堵塞。不易處理臟的，黏性大的和帶固體粒子的物料。b) 浮閥塔浮閥塔大體分兩類：一類是盤狀浮閥。一類是條狀浮閥。盤狀浮閥是在塔板上開有圓孔，浮閥分別用三條支腿或用十字架，安裝在塔盤孔上。條狀浮閥是帶支腿的長條片，塔板上開長條孔，浮閥裝在長條孔上。浮閥塔盤操作時，蒸汽自閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液曾，形成泡沫。浮閥能夠隨著氣速的增減在相當寬廣的氣速范圍內自由調節(jié)、升降，以保持穩(wěn)定操作。 按氣液兩相流動方式分：有錯流板式塔和逆流板式塔，或稱有降液管的塔板和無降液管的塔板。 按液體流動形式分：有單溢流型和雙溢流型等，單溢流型塔板應用廣泛，它的結構簡單，流體行程長，有利于提高塔板效率，但當塔徑或液量大時，塔板上液位梯度較大，導致氣液分布不均或降液管過載。雙溢流塔板宜用于宜用于塔徑及液量較大時，液體分流為兩段，減小了塔板上的液位提督，也減少了降液管的負荷，缺點是降液管要相間的置于塔板的中間或兩邊，多占了一部分塔板的傳質面積。其中，泡罩塔是工業(yè)應用最早的板式塔，而且在相當長的一段時期內是板式塔中較為流行的一種塔型。隨著化學和石油化學工業(yè)的迅速發(fā)展，生產對塔設備提出了越來越高的要求。從20世紀50年代以來，由于各種新型塔板的出現(xiàn)，泡罩塔已幾乎被浮閥塔河篩板塔所代替。泡罩塔的優(yōu)點是操作彈性大，因而在負荷波動范圍較大時，仍能保持塔的穩(wěn)定操作及較高的分離效率；氣液化的范圍大，不易堵塞等。其缺點是結構復雜、造價高、氣相壓降大、以及安裝維修麻煩等。目前，只是在某些情況如生產能力變化大，操作穩(wěn)定性要求高，要求有相當穩(wěn)定的分離能力等要求時，可考慮使用泡罩塔。浮閥塔是20世紀50年代前后開發(fā)和應用的，并在石油、化工等工業(yè)部門代替了傳統(tǒng)使用的泡罩塔，成為當今應用最廣泛的塔型之一，并因具有優(yōu)異的綜合性能，在設計和選用塔型時常是被首選的板式塔。浮閥塔塔盤上開有一定形狀的閥孔，孔中安裝了可在適當范圍內上下浮動的閥片，因而可適應較大的氣相負荷的變化。閥片的形狀有圓形、矩形等。篩板塔也是應用歷史較久的塔型之一，與泡罩塔相比，篩板塔的結構簡單，成本低(比泡罩塔減少40%左右)，板效率提高10%15%，安裝維修方便。自20世紀50年代起，對于篩板的效率、流體力學及漏液等問題進行了大量的研究，在理論及實際上獲得了成熟的經驗，使篩板塔成為應用較廣的一種塔型，近年來，發(fā)展了大篩孔（孔徑達2025mm），導向篩板等多種篩板塔。無降液管塔，無降液管塔是一種典型的氣液逆流式塔，這種塔的塔盤上無降液管。但開有柵縫或篩孔作為氣相上升和液相下降的通道。在操作時，蒸汽由柵縫或篩孔上升，液體在塔盤上被上升的氣體阻擾，形成泡沫。兩相在泡沫中進行傳熱與傳質。與氣相密切接觸后的液體又不斷從柵縫或篩孔流下，氣液兩相同時在柵縫或篩孔中形成上下穿流。因此又稱為穿流式柵縫或篩孔塔。導向篩板塔，導向篩板塔是在普通篩板塔的基礎上對篩板作了兩項有意義的改進：一是在塔盤上開有一定數量的導向孔，通過導向孔的氣流對液流有一定的推動作用，有利于推進液體并減小液面梯度；二是在塔板的液體入口處增設了鼓泡促進結構，也稱鼓泡促進器，有利于液體剛進入塔板就迅速鼓泡，達到良好的氣液接觸，以提高塔板的利用率，使液層減薄，壓降減小。與普通篩板塔相比，使用這種塔盤，壓降可下降15%，板效率可提高13%左右，可用于減壓蒸餾和大型分離裝置。斜噴式塔，一般情況下，塔盤上氣流垂直向上噴射（如篩板塔），這樣往往造成較大的霧沫夾帶，如果使氣流在盤上沿水平方向或傾斜方向噴射，則可以減輕夾帶，同時通過調節(jié)傾斜角度還可以改變液流方向，減小液面梯度和液體返混.1.5 選材材料是構成化工設備的物質基礎，化工成產工藝的復雜性決定了化工設備用材料的廣泛性，但使用量最多的還是各種鋼材。要確?；ぴO備安全可靠的運行就必須對其所用的鋼材有較為全面的、綜合的認識，不僅要熟悉鋼材的常規(guī)性能，也要了解設備在特殊條件下，如高溫、低溫、特殊介質下長周期運行，對材料的特殊要求，以便合理地選用材料?；ぴO備的主體是一個承受壓力的容器，壓力的容器是一種特殊的設備，所以材料選用主要是針對壓力的容器而言。本設計滿足其特定的工藝要求，能夠在規(guī)定的工作條件下，即規(guī)定的壓力和溫度條件下去實現(xiàn)氣液相密切接觸而進行傳質傳熱，兩相組分可成階梯式變化。本文嚴格按照GB150-1998中的材料要求選材。塔設備作為基本的壓力容器，其基本要求反映在它的質量上，而質量是通過適用性，可靠性，安全性，耐久性和經濟性等質量特性表現(xiàn)的。針對不同的要求，各有所側重，保證塔設備的安全性最為突出，在此基礎上，充分考慮其他方面的要求，而經濟型則是市場的法則，因為沒有經濟效益和社會效益的產品就沒有市場。為了確保塔設備的使用特征和安全可靠性，正確的選用和合理的加工材料是必要的基礎。在熟悉了鋼材的常規(guī)性能，塔設備的特定條件，對材料的性能要求基礎上，本文采用20R，20R使用歷史悠久，價格廉價，來源廣泛，且20R在優(yōu)質碳素鋼20鋼基礎上發(fā)展起來的容器用鋼，既保證力學性能又保證化學成分。 3.XX塔體結構的焊接生產工藝總結在經歷了畢業(yè)設計后，我初步地掌握了對化工設備相關的設計、計算及其校核的步驟方法。并且通過對塔厚