【文章內(nèi)容簡介】 篩孔，每層塔板靠塔壁處設有降液管。氣液兩相在塔板內(nèi)進行逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。板式塔的空塔氣速很高，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，造價低，檢修、清理方便 。 輕油捕集塔設計 第 2頁（共 30頁） 1 輕油捕集 塔 概述 概述 塔器作為氣液和液液之間進行傳質(zhì)與傳熱的重要設備，廣泛應用于煉油、石油化工、精細化 工、化肥、農(nóng)藥、醫(yī)藥、環(huán)保等行業(yè)的物系分離，涉及蒸（精）餾、吸收、解吸、汽提、萃取等化工單元操作 。塔器主要分為填料塔和板式塔兩大類板式塔。從１ 813 年Ｃ ellier 首次 提出泡罩塔至今，出現(xiàn)了許多不同類型的塔板 。 塔板按鼓泡元件分主要有泡罩型、篩孔型、浮閥型、斜孔型以及其他特殊類型塔板。浮閥塔板是在塔盤上開閥孔，安置能上下浮動的閥件（固定閥除外）。由于浮閥塔板的氣體流通面積能隨氣體負荷變動自動調(diào)節(jié)，因而能在較寬的氣體負荷下保持穩(wěn)定操作，同時氣體以水平方向吹出，氣液接觸時間長，霧沫夾帶少，具有良好的操 作彈性和較高的塔板效率，在工業(yè)中得到了較為廣泛地應用。 浮閥塔是 20 世紀 50 年代開發(fā)的一種新塔型，其特點是在篩板塔基礎上，在每個篩孔除安裝一個可上下移動的閥片。當篩孔氣速高時，閥片被頂起上升，空速低時，閥片因自身重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小自動調(diào)節(jié)，從而使進入夜層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在閥片下側水平方向進入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時間，故收到很好的傳質(zhì)效果。 浮閥 的閥片可以浮動 ，隨著氣體負荷的變化而調(diào)節(jié)其開啟度，因此，浮閥塔的操作彈性大，特別是在低負荷時，仍能保持正常操作。 輕油捕集塔的設計原則 總的原則是盡可能多地采用先進的技術，使生產(chǎn)達到技術先進、經(jīng)濟合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點。 ⑴ 滿足工藝和操作的要求：所設計出來的流程和設備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設計的流程與設備需要一定的操作彈性，可方便地進行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測和控制生產(chǎn)過前言 第 3頁（共 30頁） 程。 ⑵ 滿足經(jīng)濟上的要求：要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設備與基建的費用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，輕油捕集塔設計 第 4頁（共 30頁） 也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘Σ僮髻M用和設備費用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對操作費用和設備費用有影響，減少冷卻水用量，操作費用下降，但所需傳熱設備面積增加，設備費用增加。因此，設計時應全面考慮，力求總費用盡可能低一些。 ⑶ 保證生產(chǎn)安全：生產(chǎn)中應防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車間的電器均應為防爆產(chǎn)品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設備應具有一定剛度和強度。 設計步驟 輕油捕集 塔的設計大體按以下步驟進行： ⑴ 確定設計方案； ⑵ 平衡級計算和理論塔板的確定 ； ⑶ 塔板的選擇； ⑷ 實際板數(shù)的確定； ⑸ 塔體 的機械設計 計算； ⑹ 管路及附屬設備的計算與選型； ⑺ 撰寫設計說明書和繪圖 第 1章 輕油捕集塔概述 第 5頁（共 30頁） 2 壓力容器選材論證 概述 制造壓力容器用的材料多種多樣，有黑色金屬，有色金屬，非金屬材料和復合材料等，但到目前為止，使用最多的還是鋼材。近代大型壓力容器常采用整體鍛造筒節(jié)與封頭，接管。鑄件用的最少，主要用于構件復雜的閥體等部件；離心鑄造的合金鋼管質(zhì)地致密，在高溫爐管方面獲得了良好的應用。 由于壓力容器制造中大多數(shù)均采用冷加工彎卷和焊接工藝，因此容器鋼板必須具有良好的塑性和可焊性?？梢姴⒉皇撬械匿摪宥寄苤圃靿毫θ萜鳌? 簡要的說，壓力容器用鋼板壁一般鋼板要嚴格，主要體現(xiàn)在：對化學成分控制較嚴，抽樣檢驗率較高。 壓力容器用鋼的基本類型 能滿足大多數(shù)壓力容器的制造要求，我國壓力容器用鋼已形成三大基本類型，即碳素鋼，低合金鋼和合金鋼三大系列，下面分別加以介紹。 碳素鋼 碳素鋼強度較低而延性和可焊性良好，能適應壓力容器制造工藝的各種需要。主要品種有 Q235 類鋼和 20R。 Q235 類鋼可用于 容器的有 Q235AF 和Q235A。這幾種牌號地鋼實際上不是壓力容器用鋼，但因使用歷史悠久，價格低廉，來源廣泛，至今仍有使用。 20R 是在優(yōu)質(zhì)碳素鋼 20 鋼的基礎上發(fā)展起來的容器用鋼，既能保證力學性能又保證化學性能。 低合金鋼 加入少量元素，如 Mn,V,Mo,Nb等可以顯著的提高鋼的強度而成本增加不多。同時，低合金鋼的低溫韌性和高溫強度亦明顯高于碳素鋼，從而擴大了溫度使用范圍。我國從 20 世紀 60 年代開始致力于普通低合金鋼的研制與生產(chǎn)，至今篩選出不少得成熟品種，以增加強度為主要目標的有 16MnR,15MnVR, 15MnVNR 及18MnMoNbR 等。以低溫為主要目標的有 09Mn2VDR 及 06MnNbDR 等。以中高溫為主要目標的有 16MnR,15CrMoR 等， 1Cr5Mo 在我國石油工業(yè)中已有很長的應用歷史，它有較高的高溫強度和良好的抗氫性能。 輕油捕集塔設計 第 6頁（共 30頁） 合金鋼 化工容器上采用合金鋼的主要目的是抗腐蝕，抗高溫氧化或耐特別高的溫度。我國采用的合金鋼主要有 0Cr19Ni9 和 09Cr19Ni13Mo3 等牌號，后者主要應用于第 2章 壓力容器選材論證 第 7頁（共 30頁） 尿素生產(chǎn)，簡而言之，合金鋼主要應 用于溫度在 700 攝氏度左右 。 對壓力容器用鋼的基本要求 材料是壓力容器質(zhì)量保證體系中的一個重要的環(huán)節(jié)，它涉及到對材料的冶煉與軋制，供貨狀態(tài)，采購定貨，檢驗驗收，力學性能與成分的查對或取樣復測。 容器承受壓力或其他載荷，因此容器材料具有足夠的強度。材料強度過低，勢必使容器厚度增加，但強度過高有影響材料的其他力學性能。 簡而言之，提高強度又要有良好的塑性，韌性和可焊性，以至低溫韌性，這是壓力容器用鋼基本要求。主要通過以下方面提高： (1)改變鋼材中的化學成分 (2)力學性能 (3)熱處理 綜上所述 ，本設計中初餾塔液屬于壓力容器，應遵循壓力容器用鋼，考慮到本設計的設計參數(shù)：設計壓力 P=，溫度 370 攝氏度。本設計的塔屬于壓力較小 、直徑較小的類型 ,因此結構設計成為本設計的主要方面 ,在這種情況下 ,所要求的材料以剛度來控制 ,材料選擇 16MnR 比較合適 。同時 ,16MnR 中含碳量較低、塑性好一般無淬硬傾向 ,對焊接熱過程不敏感 ,因此可焊性好 .從經(jīng)濟角度來考慮 ,16MnR 價格比較低廉 .介于以上考慮 ,又加之設計溫度較低以及考慮到介質(zhì)對容器腐蝕作用較小 ,所以初選材料為 16MnR. 筒體和封頭的材料選用 16MnR 屬于強度用鋼，是 345MPa 級的低合金鋼，具有良好的機械性能，焊接性能，工藝性能及低溫沖擊韌性。中溫和低溫的機械性能均優(yōu)于Q235A,15,20 等碳素鋼，時使用十分成熟的鋼種，質(zhì)量穩(wěn)定，可使用在 40176。C～475176。C 場合，在石油化工設備中，鍋爐，壓力容器中 16Mn 鋼的板材，被廣泛應用。由于設計壓力在低壓范圍內(nèi)，工作溫度不高，介質(zhì)腐蝕性小。故根據(jù)GB150— 98 選擇 16MnR 為它們的材料，其彈性模量 E= 510? ，鋼號標準為GB6654，使用狀態(tài)為熱軋或正火。許可厚度范圍為 6~16mm。其性能如表 所示： 輕油捕集塔設計 第 8頁（共 30頁） 表 16MnR的性能表 牌號 鋼板使用狀態(tài) 板厚 b? Mpa y? Mpa 適用范圍 16MnR 熱軋或正火 6~16 17~25 510 490 345 325 20~475176。C 封頭材料亦選用 16MnR ， 考慮到本設計的任務是做塔設計，要求焊接性較好，所以選用 16MnR，與筒體材料相同。這樣的話，封頭與筒體的焊接性良好，產(chǎn)生的局部應力較小。 保溫層材料的選用和厚度計算 絕熱材料的選用 絕熱技術的基礎是傳熱學 .絕熱材料主要從以下幾個方面考慮 : (1)導熱系數(shù) ≤(m℃ ) (2)密度 ≤300kg/m3 (3)抗壓強度 ≥ (4)含水率 ≤% (5)可燃性 (6)化學性能 ,對金屬沒有腐蝕作用 (7)其他 :使用年限 ,復用率高 ,價格低廉 ,施工方便 ,盡可能選用制品或半制品材料 . 所選材料見表 ： 表 選用材料 材料名稱 密度 極限使用溫 度 (kg/m3) 最高使用溫 度 (186。C) 常溫導熱系數(shù)(w/mk) 導熱系數(shù)參考方程 巖棉 150 650 600 ? )70( ??? Tm?? 絕熱層厚度的計算原則 （ 1）設備或管道的直徑大于或等于 1020mm 時，絕熱層厚度應按平面計算。 第 2章 壓力容器選材論證 第 9頁（共 30頁） （ 2）采用經(jīng)濟厚度計算公式。 絕熱經(jīng)濟厚度是指設備或管道采用絕熱結構后，年散熱損失所花費的費用和絕熱工程投資的年攤費用之和為最小值時的計算費用。 因該塔無特殊工藝要求，為減少絕熱結構的散熱損失，保溫層的計算厚度采用“經(jīng)濟厚度”法計算 ??12 。 輕油捕集塔設計 第 10頁（共 30頁） 3 輕油捕集塔的零部件結構設計 板式 塔 塔 盤 的 結構設計 塔盤分為整塊式和分塊式兩種。當塔徑小于 900mm 時采用整塊式塔盤；當塔徑大于 800mm 時，由于人能在塔內(nèi)安裝、拆卸，可采用分塊式塔盤；根據(jù)本設計的條件，塔徑為 1600mm，故采用分塊式塔盤。 采用分塊式塔盤時，為便于安裝、檢修、清洗，常將塔板分成數(shù)塊，通過人孔送入塔內(nèi)，裝在焊于塔體內(nèi)壁的塔盤支撐件上。此時，塔體為一焊制整體圓筒，不分塔節(jié)。圖 31 為塔盤分塊示意圖 圖 31 分塊式塔盤示意圖 分塊式塔盤一般采用自身梁式塔板，如下圖 圖 32 自身梁式的塔板 他 的特點是結構簡單，制造方便，由于將塔板沖壓折邊，使其具有足夠的剛性，這樣不僅簡化了塔盤結構，而且可以節(jié)約材料。 為進行塔內(nèi)清洗和檢修，使人能進入各層塔盤，可在塔板接近中央處設置一第 2章 壓力容器選材論證 第 11頁（共 30頁） 塊內(nèi)部通道板。又因在一般情況下，塔體設有兩個以上的人孔，人可以從上面或下面進入，故通道板應是上、下均可拆的。本設計中采用圖 33 的結構 輕油捕集塔設計 第 12頁（共 30頁） 圖 33 上下均可拆的通道板 緊固螺栓從上面或下面均能轉動 90 度使通道板緊固或拆卸時松開。圖中（ a）為拆卸通道板的情況，（ b）為安裝好通道板的情況。為了使人能移開通道板，其質(zhì)量不應超過 30kg。最小通道板尺寸為 300x400mm，各層內(nèi)部通道板最好 開在同一位置上，以利于采光和拆卸。有時也可用其中一塊塔板代替通道板。 分塊式塔板之間的連接，采用楔形結構件，其特點是結構簡單，裝拆方便迅速，不用特殊材料，成本低。典型結構如下圖 圖 34 用楔形緊固件的塔板連接 1— 龍門板； 2— 楔子； 3— 墊板； 4， 5— 塔板 圖中龍門板不用焊接結構。 大型塔板的支承。 對于直徑不大的塔（直徑 2020mm 一下），塔盤的支承一般用焊在塔壁山的第 3章 輕油捕集塔的零部件結構設計 第 13頁（共 30頁） 支持圈。支持圈大多用扁鋼 煨 制或?qū)摪迩袨閳A弧焊成，有時也用角鋼 煨 制而成。 浮閥的結構如圖 35 圖 35 浮閥的結構 裙座 的 結構設計 裙座是塔設備廣泛采用的一種支座，裙座有圓筒形和圓錐形兩種型式。本設計選用圓筒形裙座，裙座筒體的名義厚度為 14mm。 裙座與塔體的連接采用對接焊接，焊接系數(shù)為 ，取裙座筒體外徑與塔體封頭外徑相等。裙座筒體與塔釜封頭的焊接接頭應采用全焊透的連續(xù)焊，且與塔釜封頭外壁圓滑過渡。 裙座開孔 裙座上開設檢查孔，以方便檢修。檢查孔有圓形（ A 型）和長圓形（ B 型）兩種，本設計的檢查孔采用 A型檢查孔，數(shù)量為 1個，直徑為 450mm，孔長 250mm，開孔中心距地面高為 900mm。 裙座筒體底部對開兩個排凈孔。 為減小腐蝕及避免可燃、有毒氣體的積聚，保證檢修人員的安全，必須在裙座上部設置排氣孔。排氣孔的規(guī)格為 80? ，排氣孔中心線至裙座殼頂端的距離為180mm。 輕油捕集塔設計 第 14頁（共 30頁） 本設計中浮閥塔底部引出管一般需通過裙座上的通道管引到裙座殼的外部。 對于直徑不大的塔（直徑在 2020mm 以下），塔盤的支撐一般用焊在塔壁上的支持圈。支持圈一般用扁鋼彎制成或?qū)摪迩袨閳A弧焊成，有時也有用角鋼。若塔盤版的跨度較小，本身強度足夠，這不需要支撐梁。 本塔直徑為 2200mm，選用扁鋼彎制的支撐圈，加支撐梁。 塔其他零部件結構設計 ．降液管及受液盤 （ 1）降液管