脫硫塔-直徑133（管法蘭）設(shè)計(jì)+開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

第一章引言問(wèn)題的提出脫硫塔是用于燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫的大型脫硫裝置。在脫硫的過(guò)程中，對(duì)煙氣中的二氧化硫（SO2）進(jìn)行化學(xué)吸收，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙氣除塵、氨回收、硫酸銨結(jié)晶等作用。主要工藝為入塔煙氣從脫硫塔塔頂與含氧的循環(huán)料水煤氣并流，從頂部直接進(jìn)入脫硫塔內(nèi)，經(jīng)過(guò)噴淋降溫后進(jìn)入吸收層，煙氣中的二氧化硫與氧進(jìn)行反應(yīng)變?yōu)閬喠蛩?，并進(jìn)一步氧化形成硫酸，實(shí)現(xiàn)凈化吸收。為了強(qiáng)化吸收過(guò)程，提高脫硫效率，降低設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，脫硫塔應(yīng)使得氣液間有較大的接觸面積和一定的接觸時(shí)間；應(yīng)使得氣液間擾動(dòng)強(qiáng)烈，吸收阻力小，提高SO2的吸收效率；氣流通過(guò)時(shí)的壓降要??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造維修，造價(jià)低且使用壽命長(zhǎng)；不易結(jié)垢堵塞，耐磨耐腐蝕；能耗低，且不產(chǎn)生二次污染。脫硫塔對(duì)SO2的吸收凈化過(guò)程中，由于處理的是低濃度的SO2煙氣，煙氣量較大，要求脫硫塔能夠在瞬間內(nèi)連續(xù)不斷地高效凈化。根據(jù)上述脫硫塔的設(shè)計(jì)要求，本文對(duì)φ1800濕法煙氣脫硫塔的整個(gè)組成部件進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算確定。研究概況隨著我國(guó)鋼鐵、煤炭和電力的大幅度發(fā)展，煤煙型污染成為嚴(yán)重困擾社會(huì)進(jìn)步的環(huán)境問(wèn)題，脫硫塔成為解決該問(wèn)題的有效途徑。脫硫根據(jù)原料和工藝的不同，分為干法脫硫、濕法脫硫和半干法脫硫。干法和半干法脫硫主要采用生石灰和誰(shuí)配置成的乳狀脫硫劑，對(duì)煙氣進(jìn)行逆流或順溜噴淋，達(dá)到除塵和固體回收的脫硫目的。但是脫硫效率較低，只能達(dá)到70%左右。濕法脫硫采用液體吸收劑洗滌SO2煙氣，達(dá)到脫硫的目的，濕法煙氣脫硫技術(shù)的特點(diǎn)是脫硫效率高，適應(yīng)范圍廣，技術(shù)成熟，鈣硫比低，因此成為世界上較為常用的脫硫方法。本文采用濕法脫硫的方法設(shè)計(jì)脫硫塔。第二章塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的塔設(shè)備是脫硫塔，作用是將水煤氣采取凈化處理。下封頭有腐蝕采用3mm不銹鋼里襯及排水的C接管。下封頭與筒體采用焊接方式。因?yàn)樗?lt;10m，所以采用4個(gè)支承式支座上封頭與筒體間采用法蘭連接便于維修（筒體不需要開(kāi)設(shè)人孔）上封頭頂部留有氣體進(jìn)口接管筒體下部留有氣體出口。第三章強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核筒體壁厚確定已知：材料選用16MnR設(shè)計(jì)溫度℃則焊接接頭系數(shù)——鋼板負(fù)偏差——腐蝕裕度——壁厚附加量計(jì)算厚度==圓筒設(shè)計(jì)厚度=圓整取=25水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核：——試驗(yàn)壓力——筒體名義厚度——筒體有效厚度=-——材料屈服應(yīng)力——焊接接頭系數(shù)水壓試驗(yàn)強(qiáng)度合格封頭壁厚確定封頭采用橢圓形殼體與圓柱筒體組合，其壁厚按橢圓殼體計(jì)算K——橢圓殼體系數(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓殼體K=1——封頭內(nèi)徑=——壁厚附加量封頭擬造用16MnR制造，設(shè)計(jì)溫度70℃——設(shè)計(jì)壓力==——焊接接頭系數(shù)=圓整取水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核（略）上封頭法蘭設(shè)計(jì)法蘭結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)已知條件：PN=4DN=1800工作溫度=70℃選用法蘭FM1800-4.0JB/T4703-1992材料16Mn鍛造，=1800,墊片材料棉的石棉板X(qián)13350=3,用76根螺栓，M39，根， 其他尺寸見(jiàn)圖：法蘭強(qiáng)度校核已知：設(shè)計(jì)壓力=3.85，設(shè)計(jì)溫度=70℃，連接尺寸=1800,=2050，，，=155，=28，42墊片的寬度計(jì)算法蘭材料16MnR鍛造，=163，=163，螺栓材料35CrMoA，=228，=206，墊片的實(shí)際寬度：=墊片的密封寬度：墊片的有效寬度： 取螺栓載荷計(jì)算查得橡膠石棉墊片時(shí)，,=——墊片平均直徑（1）操作前螺栓的預(yù)緊載荷=——墊片平均直徑=——墊片密封比壓力=11——墊片系數(shù)=2——墊片的有效寬度=14==——設(shè)計(jì)壓力P=3.85MP，其它參數(shù)同前（2）操作條件下的螺栓載荷==已知：M36螺栓=76根螺栓有效截面積預(yù)緊時(shí)所需螺栓截面積：=操作時(shí)所需螺栓截面積：螺栓強(qiáng)度足夠法蘭總力矩計(jì)算（1）預(yù)緊力矩——預(yù)緊力 （2）操作時(shí)的力矩——操作內(nèi)壓產(chǎn)生的力——操作時(shí)內(nèi)壓作用在法蘭密封面上的力——操作時(shí)預(yù)緊力的殘余力取和中的最大值作為應(yīng)力校核力矩應(yīng)力計(jì)算（1）各種系數(shù)（形狀系數(shù))查圖9-3《GB150-1998》P98得查圖9-4《GB150-1998》P98得查圖9-7《GB150-1998》P99得查圖9-7《GB150-1998》P102得（2）法蘭與筒體連接處的軸向應(yīng)力（3）法蘭環(huán)上的徑向應(yīng)力（4）法蘭環(huán)上的切向應(yīng)力1.5（5）強(qiáng)度校核法蘭選擇符合設(shè)計(jì)要求塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算塔體內(nèi)直徑Di=1800㎜塔段名義厚度=24㎜塔體高度Hi㎜=7350㎜塔體質(zhì)量=容器內(nèi)充水質(zhì)量=㎏容器操作質(zhì)量=+（-）×1/3=16470.1㎏自振周期計(jì)算塔體內(nèi)徑Di㎜1800塔體有效厚度㎜21塔設(shè)備高度=7350㎜操作質(zhì)量=16470.1㎏查表GB150彈性模量E=191×103MPa塔設(shè)備自振周期T=0.0482s地震載荷與地震彎矩計(jì)算地震力：(1)綜合影響系數(shù)：CZ=0.5(2)地震影響系數(shù)的最大值： =0.45（設(shè)計(jì)烈度）(3)各類(lèi)場(chǎng)地上的周期（Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地）(4)對(duì)應(yīng)于自振周期T的地震影響系數(shù)：(5)塔體承受的水平地震力：Fe=Czm0g=0.45×3.36×16470.1×9.8=2.44×105N(6)地震彎矩計(jì)算力臂：L=H0=3675㎜MTmax=8.97×108N.mm風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算(1)風(fēng)載體形成系數(shù)：K1=0.35系數(shù)ξ1：ξ1=1(2)風(fēng)振系數(shù)K2：K2=1+0.35ξ1=1+0.35×1=1.35(3)基本風(fēng)壓值：q0=350N/㎡(4)支柱底板至塔體中心距離：H0=3675㎜(5)塔體有效直徑D0=1800+25×2=1850㎜(6)風(fēng)壓高度變化系數(shù)：1=0.78(7)塔體承受的水平風(fēng)力：(8)風(fēng)彎矩計(jì)算a)（Fe+0.25Fw）Fmax=Fe+0.25Fw=3.75×105+0.25×1.29×104=3.782×105NFmax=3.782×105b)力臂：L=H0=3675㎜c)支座計(jì)算水壓試驗(yàn)時(shí)支座校核（1）單個(gè)支座的垂直載荷：重力載荷操作狀態(tài)下的重力載荷：液壓試驗(yàn)狀態(tài)下的重力載荷：（2）單個(gè)支座有效截面A=(22×262×2)+(320×10)=14640mm2σyσy<σy<水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度足夠地腳螺栓設(shè)計(jì)校核（1）壓應(yīng)力計(jì)算壓應(yīng)力σy=Go/AGo—空塔質(zhì)量A—地腳底板面積A=265×320×4=339200mm2σy（2）風(fēng)應(yīng)力計(jì)算風(fēng)應(yīng)力σW=Mwmax/WMwmax—最大風(fēng)彎矩W—底板抗彎截面模量WσWσ>0應(yīng)設(shè)置地腳螺栓（3）組合應(yīng)力σ=σW–σy=77.2-0.79=76.4Mpa>0塔體必須設(shè)置地腳螺栓（4）地腳螺栓計(jì)算：每個(gè)支座上地腳螺栓的個(gè)數(shù)：=2地腳螺栓材料：Q235-A，σs=225Mpa地腳螺栓材料的許用剪應(yīng)力：［τ］B=0.4σs=0.4225=90Mpa地腳螺栓的小徑計(jì)算：選用：M30的地腳螺栓支座背風(fēng)的強(qiáng)度校核支座材料Q235AF=113Mpa操作時(shí)最大壓應(yīng)力σmaxA=(320×10+255×22×2)×4=57680mm2W—截面抗彎模量（按組合截面計(jì)算）X1=X2=(256-10)/2+10=137.5mmX3=5mmA1=A2=255×22=5610mm2XC矩形截面二次矩I=hb3/12移軸公式I1=I+X12A1I=I1+I2+I3σmax=86Mpaσmax≤1.586Mpa≤1.5×113=170Mpa支座強(qiáng)度足夠接管法蘭設(shè)計(jì)根據(jù)已知條件：PN=4DN=1800工作溫度=70℃選用法蘭FM1800-4.0JB/T4703-1992筒體厚度=25法蘭結(jié)構(gòu)尺寸其它尺寸見(jiàn)圖法蘭強(qiáng)度校核已知：設(shè)計(jì)壓力=3.85，溫度=70℃，連接尺寸設(shè)計(jì)=119,=270，，，=68，=6.3，26法蘭材料16MnR鍛造，=163，=163，螺栓材料35CrMoA，=228，=206，（1）墊片的寬度計(jì)算片的實(shí)際寬度：=墊片的密封寬度：墊片的有效寬度： （2）螺栓載荷計(jì)算a)操作前螺栓的預(yù)緊載荷查得橡膠石棉墊片時(shí)，,=——墊片平均直徑=——墊片密封比壓力=11——墊片系數(shù)=2——墊片的有效寬度=14=b)操作條件下的螺栓載荷=——設(shè)計(jì)壓力，其它參數(shù)同前=已知：M24螺栓=8根螺栓有效截面積預(yù)緊時(shí)所需螺栓截面積=操作時(shí)所需螺栓截面積：螺栓強(qiáng)度足夠（3）法蘭總力矩計(jì)算ａ)預(yù)緊力矩——預(yù)緊力b)操作時(shí)的力矩——操作內(nèi)壓產(chǎn)生的力——操作時(shí)內(nèi)壓作用在法蘭密封面上的力——操作時(shí)預(yù)緊力的殘余力（4）應(yīng)力計(jì)算a)各種系數(shù)（形狀系數(shù)）取和中的最大值作為應(yīng)力校核力矩查圖9-3《GB150-1998》P98得查圖9-4《GB150-1998》P98得查圖9-7《GB150-1998》P99得查圖9-8《GB150-1998》P100得b)法蘭與筒體連接處的軸向應(yīng)力c)法蘭環(huán)上的徑向應(yīng)力d)法蘭環(huán)上的切向應(yīng)力e)強(qiáng)度校核1.5開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算封頭開(kāi)孔計(jì)算根據(jù)工藝要求在塔體封頭上開(kāi)133孔（最大孔）出氣接管孔口按凸形封頭規(guī)定開(kāi)孔最大直徑可以開(kāi)孔，是否要補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)進(jìn)行校核，按等面積補(bǔ)強(qiáng)原則(1)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)面積——開(kāi)孔直徑，圓孔取接管內(nèi)徑加兩倍厚度附加量——封頭按內(nèi)壓計(jì)算所需的計(jì)算壁厚——材料強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)系數(shù)，指為設(shè)計(jì)溫度T，接管材料與封頭材料許用應(yīng)力之比，封頭采用16MnR和接管采用20(2)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍——接管壁厚為了方便焊接取取補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)接管高度：補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)側(cè)接管高度：(3)補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效增強(qiáng)金屬面積a)——承受內(nèi)壓時(shí)容器封頭設(shè)計(jì)厚度之外的多余金屬截面積——容器封頭的名義厚度——接管的名義厚度——容器封頭的計(jì)算厚度——接管區(qū)的壁厚附加量——材料的強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)系數(shù)b)——接管承受內(nèi)壓時(shí)所需計(jì)算厚度的多余金屬截面面積——接管外側(cè)高度——接管內(nèi)側(cè)高度——接管名義厚度——接管的壁厚附加量——接管承受內(nèi)壓時(shí)計(jì)算厚度c)——在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)焊縫金屬的截面面積（取焊腳7）需補(bǔ)強(qiáng)另需補(bǔ)強(qiáng)面積為：A4≥2460.3-497.1=1963.2mm2現(xiàn)設(shè)一補(bǔ)強(qiáng)圈的尺寸（根據(jù)接管公稱直徑Dg125×20選標(biāo)準(zhǔn)）外徑Do=250mm內(nèi)徑Di=137mm厚度δ=20mm補(bǔ)強(qiáng)面積為：A4=20×(250-133)=2340mm2A4≥1963.2mm2所選加強(qiáng)圈尺寸適應(yīng)，強(qiáng)度足夠。筒體開(kāi)孔計(jì)算根據(jù)工藝要求在塔體上開(kāi)108孔進(jìn)氣接管孔口按凸形封頭規(guī)定開(kāi)孔最大直徑可以開(kāi)孔，是否要補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)進(jìn)行校核，按等面積補(bǔ)強(qiáng)原則(1)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)面積——開(kāi)孔直徑，圓孔取接管內(nèi)徑加兩倍厚度附加量——筒體按內(nèi)壓計(jì)算所需的計(jì)算壁厚——材料強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)系數(shù)，指為設(shè)計(jì)溫度T，接管材料與封頭材料許用應(yīng)力之比，封頭采用16MnR和接管采用20(2)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍——接管壁厚為了方便焊接取取補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)接管高度：補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)側(cè)接管高度：(3)補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效增強(qiáng)金屬面積a)——承受內(nèi)壓時(shí)容器封頭設(shè)計(jì)厚度之外的多余金屬截面積——容器筒體的名義厚度——接管的名義厚度——容器封頭的計(jì)算厚度——接管區(qū)的壁厚附加量——材料的強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)系數(shù)b)——接管承受內(nèi)壓時(shí)所需計(jì)算厚度的多余金屬截面面積——接管外側(cè)高度——接管內(nèi)側(cè)高度——接管名義厚度——接管的壁厚附加量——接管承受內(nèi)壓時(shí)計(jì)算厚度c)——在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)焊縫金屬的截面面積（取焊腳6）需補(bǔ)強(qiáng)另需補(bǔ)強(qiáng)面積為：A4≥1992.6-765=1227.6mm2現(xiàn)設(shè)一補(bǔ)強(qiáng)圈的尺寸（根據(jù)接管公稱直徑Dg100×20選標(biāo)準(zhǔn)）外徑Do=200mm內(nèi)徑Di=112mm厚度δ=20mm補(bǔ)強(qiáng)面積為：A4=20×(200-108)=1840mm2A4≥1227.6mm2所選加強(qiáng)圈尺寸適應(yīng)，強(qiáng)度足夠。接管法蘭的選取根據(jù)已知條件：PN=4DN=108工作溫度=70℃選用法蘭FM100-4.0JB/T4703-1992材料20，=98,墊片材料棉的石棉板X(qián)13350=3,用8根螺栓，M24，根第三章總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是針對(duì)脫硫塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算方法。設(shè)計(jì)方案的確定，對(duì)填料塔的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；考慮多種因素對(duì)塔設(shè)備整體的選材；筒體16MnR；下封頭有腐蝕采用3mm不銹鋼里襯對(duì)筒體及封頭等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及水壓試驗(yàn)的計(jì)算；由于該脫硫塔屬于小型立式容器，應(yīng)精確計(jì)算其承受的各種載荷，包括質(zhì)量載荷、風(fēng)載荷、地震載荷等。分別計(jì)算設(shè)計(jì)壓力、操作質(zhì)量、最大彎矩引起的軸向力；根據(jù)前面的計(jì)算對(duì)塔體引起的最大組合軸向拉應(yīng)力校核及塔體及底座的穩(wěn)定性校核；計(jì)算水壓試驗(yàn)時(shí)的各種載荷引起的應(yīng)力及水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核；地腳螺栓的設(shè)計(jì)；因?yàn)樵撍O(shè)備設(shè)計(jì)壓力大于2.5MPa，為保證因滿足進(jìn)出物料、觀察、維修要求，而開(kāi)設(shè)在設(shè)備上的開(kāi)孔強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)開(kāi)孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算；繪制設(shè)備的裝配圖，并根據(jù)需要，繪制相應(yīng)的零件圖，同時(shí)確定在設(shè)備制造過(guò)程中需要遵守的技術(shù)要求。

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附錄A塔設(shè)備常用設(shè)計(jì)計(jì)算符號(hào)說(shuō)明—塔設(shè)備殼體內(nèi)直徑㎜—塔設(shè)備殼體外直徑㎜—塔頂管線外徑㎜E—設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量MPa—風(fēng)壓高度變化系數(shù)—塔設(shè)備底截面處的風(fēng)載荷NFe—塔設(shè)備底截面處的垂直地震力Ng—