重油減壓塔強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、重油減壓塔強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章概述1重油：重油的比重一般在082095，比熱在10,00011,000kcalkg左右。其成分主要是炭水化物，另外含有部分的（約014）的硫黃及微量的無(wú)機(jī)化合物。龍江大慶有關(guān)數(shù)據(jù)顯示重油密度及其他如下：粘度:180 發(fā)熱量:40800 密度:0.978 凝點(diǎn):20 機(jī)械雜質(zhì):0.3 含硫量:2.43 水分:0.32采用工藝與一般的精餾塔和原油常壓精餾塔相比，減壓精餾塔有如下幾個(gè)特點(diǎn)： 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)不同，減壓精餾塔分燃料型與潤(rùn)滑油型兩種。潤(rùn)滑油型減壓塔以生產(chǎn)潤(rùn)滑油料為主，這些 餾分經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工，制取各種潤(rùn)滑油。燃料型減壓塔主要生產(chǎn)二次加工的原料，如催化裂化或加氫

2、裂化原料 。 減壓精餾塔的塔板數(shù)少，壓降小，真空度高，塔徑大。為了盡量提高拔出深度而又避免分解，要求減壓 塔在經(jīng)濟(jì)合理的條件下盡可能提高汽化段的真空度。因此，一方面要在塔頂配備強(qiáng)有力的抽真空設(shè)備，同時(shí)要 減小塔板的壓力降。減壓塔內(nèi)應(yīng)采用壓降較小的塔板，常用的有舌型塔板、網(wǎng)孔塔板等。減壓餾分之間的分餾 精確度要求一般比常壓蒸餾的要求低，因此通常在減壓塔的兩個(gè)側(cè)線(xiàn)餾分之間只設(shè)35塊精餾塔板。在減壓下， 塔內(nèi)的油汽、水蒸汽、不凝氣的體積變大，減壓塔徑變大。 縮短渣油在減壓塔內(nèi)的停留時(shí)間 塔底減壓渣油是最重的物料，如果在高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則其分解 、縮合等反應(yīng)會(huì)進(jìn)行得比較顯著，導(dǎo)致不凝氣增加，使塔的

3、真空度下降，塔底部分結(jié)焦，影響塔的正常操作。 因此，減壓塔底部的直徑常?？s小以縮短渣油在塔內(nèi)的停留時(shí)間。另外，減壓塔頂不出產(chǎn)品，減壓塔的上部汽 相負(fù)荷小，通常也采用縮徑的辦法，使減壓塔成為一個(gè)中間粗、兩頭細(xì)的精餾塔。根據(jù)以上減壓精餾特點(diǎn)選擇減壓精餾塔3精餾操作最塔設(shè)備的要求（1） 由于重油容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大，堵塞的危險(xiǎn)小。（2） 在石油、化工生產(chǎn)的塔設(shè)備中，板式塔所占的比例比填料塔要大的多，約占增設(shè)備總數(shù)的80%。當(dāng)生產(chǎn)量較大時(shí)，一般都采用板式塔。它廣泛用于蒸餾、吸收等傳質(zhì)過(guò)程。板式塔與填料塔相比，具有生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)效率高，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。綜合以上兩點(diǎn)故選

4、擇板式塔。板式塔的分類(lèi)泡罩塔 組成：泡罩，外氣管，溢流堰，塔板 優(yōu)點(diǎn)：操作彈性大，氣液比范圍大，不易堵塞 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，氣相壓降大。適合：生產(chǎn)能力大，操作穩(wěn)定性要求高 浮閥塔 ：塔盤(pán)上有閥孔，孔中裝有上下浮動(dòng)的閥片，圓形或矩形 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，比泡罩塔高2040，操作彈性大，塔板效率高 缺點(diǎn)：氣液較低時(shí)，有塔板漏液，閥片有卡孔死，塔板壓力降大 篩板塔塔盤(pán)分：塞孔區(qū)，無(wú)孔區(qū)，溢流堰，降液管優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，效率比泡罩高1015，安裝方便缺點(diǎn)：操作彈性較小，小孔塞板易堵塞無(wú)降液管塔 塔盤(pán)上開(kāi)柵棚縫或篩孔，氣液兩相相同時(shí)，在其上下穿過(guò)。 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)降液管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)氣量大。開(kāi)孔效

5、率低，壓力降小，比泡罩塔低4080。 缺點(diǎn)：板效率低，比一般板式塔低3060，操作彈性小綜合以上情況選擇浮閥塔。4板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計(jì)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。板式塔為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取某一塔板（例如進(jìn)料或塔頂、塔底）條件下的參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以此確定塔的尺寸，然后再作適當(dāng)調(diào)整；或分段計(jì)算，以適應(yīng)兩段的氣液相體積流量的變化，但應(yīng)盡量保持塔徑相同，以便于加工制造。所設(shè)計(jì)的板式塔應(yīng)為氣液接觸提供盡可能大的接觸面積，應(yīng)盡可能地減小霧沫夾

6、帶和氣泡夾帶，有較高的塔板效率和較大的操作彈性。但是由于塔中兩相流動(dòng)情況和傳質(zhì)過(guò)程的復(fù)雜性，許多參數(shù)和塔板尺寸需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取，而參數(shù)與尺寸之間又彼此互相影響和制約，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免要進(jìn)行試差，計(jì)算結(jié)果也需要工程標(biāo)準(zhǔn)化?；谝陨显颍谠O(shè)計(jì)過(guò)程中需要不斷地調(diào)整、修正、和核算，直到設(shè)計(jì)出較為滿(mǎn)意的板式塔。（1）塔的有效高度和板間距的初選(1.1)塔的有效高度板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計(jì)算： （4-1）式中 z塔的有效高度，m；et全塔總板效率；nt 塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)；ht塔板間距，m。(1.2)板間距的初選板間距nt的選定很重要。選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、

7、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。對(duì)完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，對(duì)塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板間距增大后，會(huì)增加塔身總高度，金屬消耗量，塔基、支座等的負(fù)荷，從而導(dǎo)致全塔造價(jià)增加。反之，采用較小的板間距，只能允許較小的空塔氣速，塔徑就要增大，但塔高可降低；但是板間距過(guò)小，容易產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，降低板效率。所以在選取板間距時(shí)，要根據(jù)各種不同情況予以考慮。如對(duì)易發(fā)泡的物系，板間距應(yīng)取大一些，以保證塔的分離效果。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，已做出最佳選擇。設(shè)計(jì)時(shí)通常根據(jù)塔徑的大小，由表4-1列出的塔板間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。表

8、1-1 塔板間距與塔徑的關(guān)系塔 徑/d，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板間距/ht，mm200300250350300450350600400600化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在決定板間距時(shí)還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于600mm。 (2)塔徑塔的橫截面應(yīng)滿(mǎn)足汽液接觸部分的面積、溢流部分的面積和塔板支承、固定等結(jié)構(gòu)處理所需面積的要求。在塔板設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸部分的面積，應(yīng)保證有適宜的氣體速度。計(jì)算塔徑的方法有兩類(lèi)：一類(lèi)是根

9、據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類(lèi)計(jì)算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個(gè)孔（閥孔或篩孔）允許通過(guò)的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。(2.1)初步計(jì)算塔徑板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即 式中 d 塔徑m；vs 塔內(nèi)氣體流量m3/s；u 空塔氣速m/s。由式（4-2）可見(jiàn)，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速u(mài)。設(shè)計(jì)中，空塔氣速u(mài)的計(jì)算方法是，先求得最大空塔氣速u(mài)max，然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，乘以一定的安全系數(shù)，即 最大空塔氣速u(mài)max可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為 式中 umax允許空塔氣速，m/s；v，l分別為氣相

10、和液相的密度，kg/m3 ； c氣體負(fù)荷系數(shù)，m/s，對(duì)于浮閥塔和泡罩塔可用圖4-1確定；圖4-1中的氣體負(fù)荷參數(shù)c20僅適用于液體的表面張力為0.02n/m，若液體的表面張力為6n/m，則其氣體負(fù)荷系數(shù)c可用下式求得： 所以，初步估算塔徑為： 其中，u適宜的空塔速度，m/s。由于精餾段、提餾段的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。在初算塔徑中，精餾段的塔徑可按塔頂?shù)谝粔K板上物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算，提餾段的塔徑可按釜中物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算。也可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計(jì)算。(2.2)塔徑的圓整目前，塔的直徑已標(biāo)準(zhǔn)化。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。塔徑在1米以下者，標(biāo)準(zhǔn)

11、化先按100mm增值變化；塔徑在1米以上者，按200mm增值變化，即1000mm、1200mm、1400mm、1600mm圖1-1中 ht塔板間距，m； hl板上液層高度，m；v ,l分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； v，l 分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3 。(2.3) 塔徑的核算塔徑標(biāo)準(zhǔn)化以后，應(yīng)重新驗(yàn)算霧沫夾帶量，必要時(shí)在此先進(jìn)行塔徑的調(diào)整，然后再?zèng)Q定塔板結(jié)構(gòu)的參數(shù)，并進(jìn)行其它各項(xiàng)計(jì)算。當(dāng)液量很大時(shí)，亦宜先按式4-7核查一下液體在降液管中的停留時(shí)間。如不符合要求，且難以加大板間距來(lái)調(diào)整時(shí)，也可在此先作塔徑的調(diào)整。(3) 板式塔的結(jié)構(gòu)(3.1) 塔的總體結(jié)構(gòu)塔的外殼多用鋼板焊接

12、，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然后用法蘭連接。板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進(jìn)出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人（手）孔、基座，有時(shí)外部還有扶梯或平臺(tái)。此外，在塔體上有時(shí)還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便，有時(shí)在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。如1-2圖為一板式塔的總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。一般說(shuō)來(lái)，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進(jìn)料層的結(jié)構(gòu)有所不同。最高一層塔板與塔頂?shù)木嚯x常大于一般塔板間距，以便能良好的除沫。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有1015min的停留時(shí)間，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器來(lái)的蒸氣，

13、塔底與再沸器間有管路連接，有時(shí)則再塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸汽。另外，進(jìn)料板的板間距也比一般間距大。 (3.2)塔體總高度 板式塔的塔高如圖1-3所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： 式中 hd塔頂空間，m；hb塔底空間，m；ht塔板間距，m；ht開(kāi)有人孔的塔板間距，m； hf進(jìn)料段高度，m； np實(shí)際塔板數(shù)；s人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。(3.3)塔頂空間hd 塔頂空間（見(jiàn)圖1-3）指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取hd為（ 1.52.

14、0）ht。若圖1-3 塔高示意圖需要安裝除沫器時(shí)，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間。(3.4)人孔數(shù)目 人孔數(shù)目根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。對(duì)于處理不需要經(jīng)常清洗的物料，可隔810塊塔板設(shè)置一個(gè)人孔；對(duì)于易結(jié)垢、結(jié)焦的物系需經(jīng)常清洗，則每隔46塊塔板開(kāi)一個(gè)人孔。人孔直徑通常為450mm。圖1-2 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1-3 板式塔的塔高 (3.5)塔底空間hb塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值視具體情況而定：當(dāng)進(jìn)料有15分鐘緩沖時(shí)間的容量時(shí)，塔底產(chǎn)品的停留時(shí)間可取35分鐘，否則需有1015分鐘的儲(chǔ)量，以保證塔底料液不致流空。塔底產(chǎn)品量大時(shí)，塔底容量可取小些，停留時(shí)間可取35分

15、鐘；對(duì)易結(jié)焦的物料，停留時(shí)間應(yīng)短些，一般取11.5分鐘。（3.6）塔板結(jié)構(gòu) 塔板類(lèi)型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從300900mm時(shí)采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在800mm以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆裝操作，無(wú)須將塔板整塊裝入。并且，整塊式塔板在大塔中剛性也不好，結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜，故采用分塊式塔板；塔徑在800900mm之間，設(shè)計(jì)時(shí)可按便于制造、安裝的具體情況選定。（3.7）整塊式塔板結(jié)構(gòu)小塔的塔板均做成整塊式的，相應(yīng)地，塔體則分成若干段塔節(jié)，塔節(jié)與塔節(jié)之間用法蘭連接。每個(gè)塔節(jié)中安裝若干塊疊置起來(lái)的塔板。塔板與塔板之間用一段管子支承，并保持所需要的板間距。圖1-4為整塊式塔板中的定距管式

16、塔板結(jié)構(gòu)。塔節(jié)內(nèi)的板數(shù)與塔徑和板間距有關(guān)。如以塔徑dg=600700mm的塔節(jié)為例，對(duì)應(yīng)于不同的板間距， 塔節(jié)內(nèi)安裝的塔板數(shù)nf塔板與下法蘭端面的距離h1以及塔節(jié)高度l如表1-2所示。表1-2 塔板的有關(guān)尺寸ht,mmnl,mmh1,mm3006180020035051750250450418003505塔設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算（1） 塔設(shè)備的自振周期在動(dòng)載荷（風(fēng)載荷，地震載荷）作用下，塔設(shè)備各截面的變形以及內(nèi)力與塔的自由振動(dòng)周期及陣型有關(guān)。因此在進(jìn)行塔設(shè)備的載荷計(jì)算及強(qiáng)度校核之前，必須首先計(jì)算其固有（或自振）周期。等直徑，等厚度塔的自振周期塔設(shè)備的振動(dòng)屬多質(zhì)點(diǎn)體系的振動(dòng)，具有多個(gè)自由度，可出現(xiàn)多種振型

17、，由于塔設(shè)備的剛度較大，通常只考慮第一振型。式中e:塔體材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量 i：塔截面形心軸慣性矩，：塔的內(nèi)直徑，m:塔的外直徑，m:塔壁有效厚度，m不等直徑，或不等厚度塔的自振周期式中：第i段塔節(jié)底部截面至塔頂?shù)木嚯x，m；:第i段塔節(jié)材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，pa;:第i段塔節(jié)形心軸慣性矩，對(duì)于圓柱形塔節(jié)，對(duì)于圓錐形塔節(jié)，：圓錐形塔節(jié)大端內(nèi)直徑，m:圓錐形塔節(jié)小內(nèi)直徑，m：第i段塔節(jié)有效厚度，m若第i段塔節(jié)形狀為圓柱形，則(2)塔的載荷分析（2.1）質(zhì)量載荷設(shè)備操作時(shí)的質(zhì)量：m0=m01 + m02 + m03+ m04+ m05+ m a+ m e 設(shè)備水壓試驗(yàn)時(shí)的最大質(zhì)量：mm

18、ax= m01+ m02 + m03+ m04+ mw+ m a+ m e 設(shè)備停工檢修時(shí)的最小質(zhì)量：mmin= m01+ 0.2m02 + m03+ m04 + m a其中：m01設(shè)備殼體（包括裙座）質(zhì)量 m02設(shè)備內(nèi)件質(zhì)量 m03設(shè)備保溫材料質(zhì)量 m04設(shè)備上平臺(tái)、扶梯質(zhì)量 m05設(shè)備內(nèi)物料質(zhì)量 m a設(shè)備上人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量 mw設(shè)備內(nèi)充水質(zhì)量 m e偏心質(zhì)量0.2 m02是考慮停工檢修時(shí)殼體上的內(nèi)件質(zhì)量，如塔盤(pán)支持圈、降液管等質(zhì)量載荷使塔的各個(gè)截面產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力不同截面、不同工作狀況（操作或非操作）的載荷不同質(zhì)量(2.2) 偏心載荷me=9.8eme-偏心彎矩，n/me-偏心距(2.3) 風(fēng)載荷水平風(fēng)力計(jì)算計(jì)算風(fēng)速v0 基本風(fēng)壓q0=v02/2 各段風(fēng)壓qi=fi q0 水平風(fēng)力pi=k1 k2i fi q0lidei風(fēng)彎矩的計(jì)算其實(shí)式中塔設(shè)備中第i段的水平風(fēng)力，