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

10重油減壓塔強(qiáng)度和構(gòu)造設(shè)計(jì)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:0.3承受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)：⑴依據(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，如催化裂化或加氫裂化原料。⑵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開(kāi)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，一方面要在塔常用的有舌型塔板、網(wǎng)孔塔板等。減壓餾分之間的分餾準(zhǔn)確度要求一般比常壓蒸餾的要求3~5水蒸汽、不凝氣的體積變大，減壓塔徑變大。長(zhǎng)，則其分解、縮合等反響會(huì)進(jìn)展得比較顯著，導(dǎo)致不凝氣增加，使塔的真空度下降，塔底局部結(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，通常也承受縮徑的方法，使減壓塔成為一個(gè)中間粗、兩頭細(xì)的精餾塔。依據(jù)以上減壓精餾特點(diǎn)選擇減壓精餾塔精餾操作最塔設(shè)備的要求由于重油簡(jiǎn)潔結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，由于板式塔可選用液流通道較大，堵塞的危急小。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80%。當(dāng)生產(chǎn)量較大時(shí)，一般都承受板式塔。它廣泛用于蒸餾、吸取等傳質(zhì)過(guò)程。板式塔與填料塔相比，具有生產(chǎn)力量大，傳質(zhì)效率高，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。綜合以上兩點(diǎn)應(yīng)選擇板式塔。板式塔的分類⑴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)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)高，氣相壓降大。適合：生產(chǎn)力量大，操作穩(wěn)定性要求高⑵塔盤上有閥孔，孔中裝有上下浮動(dòng)的閥片，圓形或矩形優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)力量大，比泡罩塔高20～40％，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⑶篩板塔塔盤分：塞孔區(qū)，無(wú)孔區(qū)，溢流堰，降液管優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)潔，造價(jià)低，效率比泡罩高10～15％，安裝便利缺點(diǎn)：操作彈性較小，小孔塞板易堵塞⑷無(wú)降液管塔塔盤上開(kāi)柵棚縫或篩孔，氣液兩相一樣時(shí)，在其上下穿過(guò)。40～80％。缺點(diǎn)：板效率低，比一般板式塔低30～60％，操作彈性小綜合以上狀況選擇浮閥塔。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)盡量保持塔徑一樣，以便于加工制造。計(jì)過(guò)程中不行避開(kāi)要進(jìn)展試差，計(jì)算結(jié)果也需要工程標(biāo)準(zhǔn)化。基于以上緣由，在設(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)出較為滿足的板式塔。〔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局部的高度，可按下式計(jì)算：NZ( TET式中Z——塔的有效高度，m；ET——全塔總板效率；

1)T

〔4-1〕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)、分別效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。對(duì)完成肯定生產(chǎn)任務(wù)，假設(shè)承受較大的板間距，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，承受較小的板間距，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，簡(jiǎn)潔產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，降低板效率。所以在選取板間距時(shí)，要依據(jù)各種不同狀況予以考慮。如對(duì)易發(fā)泡的物系，板間距應(yīng)取大一些，以保證塔的分別效果。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)依據(jù)實(shí)際狀況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，已做4-1列出的塔板間距的閱歷數(shù)值選取。塔徑/D，塔徑/D，m 0.3～0.5板間距/HT，mm 200～3000.5～0.8250～3500.8～1.6300～4501.6～2.4350～6002.4～4.0400～600化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在打算板間距時(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600mm。塔徑面積的要求。在塔板設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸局部的面積，應(yīng)保證有適宜的氣體速度。計(jì)算塔徑的方法有兩類：一類是依據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類計(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，定出徑。(2..1)初步計(jì)算塔徑4V4VsuD式中Dm；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。設(shè)計(jì)中，空塔氣速u的計(jì)算方法是，umax，然后依據(jù)設(shè)計(jì)閱歷，乘以肯定的安全系數(shù)，即u(0.6~0.8)umax最大空塔氣速umax可依據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為L(zhǎng)LVVmax式中umax——允許空塔氣速，m/s；ρV，ρL——分別為氣相和液相的密度，kg/m3；C——?dú)怏w負(fù)荷系數(shù)，m/s4-1確定；圖4-1中的氣體負(fù)荷參數(shù)C20僅適用于液體的外表張力為0.02N/m，假設(shè)液體的外表張力為6N/mC可用下式求得：CC20

(V0.785V0.785u

)0.2所以，初步估算塔徑為：

D/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1米以下者，標(biāo)準(zhǔn)化先100mm1200mm1000mm1200mm1400mm、1600mm……1-1中HT

——塔板間距，mh

——板上液層高度，m；V,L——分別為塔內(nèi)氣、液L兩相體積流量，m3/s； ρ ，ρV L(2.3)塔徑的核算

——分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3。塔徑標(biāo)準(zhǔn)化以后，應(yīng)重驗(yàn)算霧沫夾帶量，必要時(shí)在此先進(jìn)展塔徑的調(diào)整，然后再打算塔板構(gòu)造的參數(shù)，并進(jìn)展其它各項(xiàng)計(jì)算。4-7核查一下液體在降液管中的停留時(shí)間θ。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。板式塔的構(gòu)造(3.1)塔的總體構(gòu)造板式塔除內(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。為了檢修便利，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構(gòu)造簡(jiǎn)圖。一般說(shuō)來(lái)，各層塔板的構(gòu)造是一樣的，只有最高一層，最低一層和進(jìn)料層的構(gòu)造有所不同。的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有10～15min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，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。假設(shè)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〕由下式打算：H HD

(Np

2 S) HT

S”H HT F

HB 式中HD——塔頂空間，m；HB——塔底空間，m；HT——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HD為〔1.5～2.0〕HT1-3塔高示意圖需要安裝除沫器時(shí)，要依據(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)目依據(jù)塔板安裝便利和物料的清洗程度而定。對(duì)于處理不需要常常清洗的物料，可8～104～6塊塔板450mm。圖1-2板式塔總體構(gòu)造簡(jiǎn)圖 1-3板式塔的塔高(3.5)HB塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值視具體狀況而定：當(dāng)進(jìn)料有15分鐘緩沖時(shí)間3～510～15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3～5分鐘；對(duì)易結(jié)焦1～1.5分鐘?！?.6〕塔板構(gòu)造塔板類型按構(gòu)造特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從300～900mm時(shí)承受整塊式塔板；當(dāng)塔徑在800mm以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)展拆裝操作，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，構(gòu)造顯得簡(jiǎn)單，故承受分塊式塔板；塔徑在800～900mm之間，設(shè)計(jì)時(shí)可按便于制造、安裝的具體狀況選定?！?.7〕整塊式塔板構(gòu)造1-4為整塊式塔板中的定距管式塔板構(gòu)造。塔節(jié)內(nèi)的板數(shù)與塔徑和板間距有關(guān)。Dg=600～700mm的塔節(jié)為例，對(duì)應(yīng)于不同的板間距，NˊFh1L1-2所示。1-2塔板的有關(guān)尺寸HH,mmT300350450Nˊ654L,mm180017501800h,mm1200250350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〔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，可消滅多種振型，由于塔設(shè)備的剛度較大，通常只考慮第一振型。mHEI4T 1mHEI41E: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，Di：塔的內(nèi)直徑，mDo:塔的外直徑，me:塔壁有效厚度，m

I 64 o

D4D3i 8 i

,m4不等直徑，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段塔節(jié)底部截面至塔頂?shù)木嚯x，m；Ei:i段塔節(jié)材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，Pa;IiIi:第i段塔節(jié)形心軸慣性矩，對(duì)于圓柱形塔節(jié)，iD2D2

D3 8 i ei

對(duì)于圓錐形塔節(jié)，I iei 4Die

if eiDif

，m4D ：圓錐形塔節(jié)大端內(nèi)直徑，mDif:圓錐形塔節(jié)小內(nèi)直徑，meii段塔節(jié)有效厚度，m假設(shè)第i段塔節(jié)外形為圓柱形，則D D Die if i(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+ma+me設(shè)備水壓試驗(yàn)時(shí)的最大質(zhì)量：mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me設(shè)備停工檢修時(shí)的最小質(zhì)量：mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma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ma—設(shè)備上人孔、接收、法蘭等附件質(zhì)量mw—設(shè)備內(nèi)充水質(zhì)量me—偏心質(zhì)量0.2m02是考慮停工檢修時(shí)殼體上的內(nèi)件質(zhì)量，如塔盤支持圈、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=9.8m eeMe 偏心彎矩，N/me 偏心距(2.3)風(fēng)載荷計(jì)算風(fēng)速V0↓根本風(fēng)壓q0↓

=ρV2/20各段風(fēng)壓q=fqi i 0↓水平風(fēng)力P=KK fqlD風(fēng)彎矩的計(jì)算

i 1 2i i

0i eil l l l MpW

ip2

li1i

i1p2

l

l1

i2p2

lni

l1

l

n2其實(shí)式中

pi塔設(shè)備中第i段的水平風(fēng)力，N;Dei：他設(shè)備中第i段迎風(fēng)面有效直徑，m;fi:風(fēng)壓高度變化系數(shù)；q0：各地區(qū)根本風(fēng)壓，N/m;li:他設(shè)備中個(gè)計(jì)算段的計(jì)算高度，m;K ：塔設(shè)備中第i段的風(fēng)振系數(shù)。2i〔2.4〕地震載荷構(gòu)造地震其中水平方向的振動(dòng)危害最大。設(shè)備的作用。震級(jí)——表示地震時(shí)釋放能量的大小地震烈度——表示地震的破壞程度單質(zhì)點(diǎn)彈性體系