【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 300――15CrMoR21~6024022521020018917917460~100220210196186176167162 各主要部件材料的選擇與論證 筒體和封頭復(fù)合鋼板是在碳鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼表面復(fù)合另外一種材料形成的一種復(fù)合材料，通常是以碳鋼或低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼作基材(母材)，用具有特殊性能（如耐腐蝕、抗磨、抗輻射）的材料作面材，用某種復(fù)合工藝將其復(fù)合在一起使用?？稍诒ＷC使用性能的前提下使用復(fù)合鋼板可節(jié)約昂貴的面材，從而降低設(shè)備成本。由于所設(shè)計(jì)的塔直徑大，處理量大，又其所接觸的介質(zhì)為高含硫原油，故采用復(fù)合板材料，外層材料主要選用壓力容器用鋼，內(nèi)層采用耐腐蝕性好的材料。以達(dá)到滿足生產(chǎn)要求和成本核算經(jīng)濟(jì)性。參考茂名石油工業(yè)公司設(shè)計(jì)院的第四套常減壓蒸餾裝置塔2的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、JB471092鋼制塔式容器、GB1501998鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。本塔的筒體材料與上下封頭材料均采用20R+。 塔盤為防止高含硫油品的腐蝕,及考慮到材料的加工性能和耐腐蝕性能,所有塔盤板均選用0Cr18Ni11Ti材質(zhì)。0Cr18Ni11Ti不僅有足夠的強(qiáng)度和剛度,還抵抗高溫下的硫侵蝕，對(duì)于本塔塔盤加工高含硫原油有很好的防腐作用。 裙座由于裙座與介質(zhì)不直接接觸，也不承受容器內(nèi)的介質(zhì)壓力，因此不受壓力容器用材所限，可以選用較經(jīng)濟(jì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼。裙座的選材還應(yīng)考慮到載荷、塔的操作條件，以及塔釜封頭的材料等因素，在室外操作的塔還要考慮環(huán)境溫度?？紤]到塔設(shè)備在常溫下操作，而且必須有足夠的強(qiáng)度以承受載荷作用，故選用Q235A,而Q235A有缺口敏感及夾層等缺陷，因此僅能在常溫操作且不是以風(fēng)載荷或地震載荷確定裙座壁厚的場(chǎng)合。而且因?yàn)樗忸^材料為20R+0Cr13，考慮到操作條件、環(huán)境、溫度等因素，塔體與裙座之間應(yīng)有過渡段，由于塔體溫度較高，裙座溫度較低，但兩者材料不同，為保證焊接質(zhì)量，過渡段應(yīng)選用與塔體相同的20R。而地腳螺栓則選用Q235A。 對(duì)焊法蘭和墊片的選材塔內(nèi)介質(zhì)為高含硫原油，腐蝕較嚴(yán)重，且操作溫度較高，故選用耐腐蝕的0Cr18Ni9Ti作為法蘭的材料。墊片可采用金屬包墊片和非金屬軟墊片。金屬包墊片是由石棉橡膠板作內(nèi)芯，～。金屬板的材料可以是鋁、銅及其合金，也可以采用不銹鋼或優(yōu)質(zhì)鋼。非金屬軟墊片指的是耐油石棉橡膠板（使用溫度200℃）和石棉橡膠板（使用溫度350℃）。 螺母、螺栓的選材（1）選材分析Q235A，用于350℃以下受力不大的鋼結(jié)構(gòu)件、焊接構(gòu)件、機(jī)械零件、緊固件等。在壓力容器上。35號(hào)鋼，有較好的塑性和強(qiáng)度，加工性能良好，在化工設(shè)備上主要用于制造雙頭螺柱，一般不作焊接件。1Cr13,屬半馬氏體型不銹鋼，主要用于石油化工中處理含硫介質(zhì)裝置的零部件（如浮閥塔塔盤、浮閥、緊固件等）。在375～475℃范圍工作時(shí)略有熱脆性。2Cr13，屬馬氏體型不銹鋼，耐蝕性不如1Cr13，但強(qiáng)度較高，有較好的抗氧化性，可在550℃下長(zhǎng)期使用。（2）選材結(jié)果用于固定塔盤的卡子用螺母、螺柱的材料可選1Cr13和2Cr13，而其它部位的緊固用螺母、螺柱可選Q235A和35號(hào)鋼。 其余各部件選材考慮到經(jīng)濟(jì)問題,及材料的加工性能及耐熱,耐蝕性能,其他的蓋板,墊板,筋板,環(huán)板均采用Q235A鋼,補(bǔ)強(qiáng)圈采用20R,爬梯扶手,管嘴均采用1Cr18Ni11Ti。第三章 常壓塔主要元件結(jié)構(gòu)型式的選擇及論證第三章 常壓塔主要元件結(jié)構(gòu)型式的選擇及論證 塔設(shè)備的性能要求為了使塔設(shè)備能更有效、更經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，除了要求它滿足特定的工藝條件外，還應(yīng)滿足以下基本要求：(1) 氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大。(2) 生產(chǎn)能力大，及氣液處理量大。(3) 操作穩(wěn)定，操作彈性大。(4) 阻力小。(5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維修方便，設(shè)備的投資及操作費(fèi)用低。(6) 耐腐蝕，不易堵塞。以上諸多要求都滿足是很困難的，只能根據(jù)具體情況，找出主要矛盾進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而確定合理的塔設(shè)備類型和內(nèi)構(gòu)件。 塔設(shè)備的分類無論是填料塔還是板式塔，除了各種內(nèi)件之外，均由塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平臺(tái)等組成。Ⅰ.按操作壓力分有加壓塔、常壓塔、減壓塔；Ⅱ.按單元操作分有精餾塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔、干燥塔等；Ⅲ.按塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)分有填料塔、板式塔。 塔的選型表31 填料塔與板式塔的比較項(xiàng)目填料塔板式塔壓降壓力降小，較適于要求壓力降小的場(chǎng)合壓力降一般比填料塔大空塔氣速（生產(chǎn)能力） 新型填料空塔氣速大空塔氣速較大塔效率，塔徑增大，效率常會(huì)下降，但新型規(guī)則填料例外較穩(wěn)定、效率較高液氣比對(duì)液體量有一定要求適用范圍較大持液量較小較大安裝、檢修較難較容易材質(zhì)金屬及非金屬材料均可一般用金屬材料造價(jià)新型材料，投資較大大直徑一般比填料踏造價(jià)低重量重較輕填料塔以填料作為氣液接觸元件，氣液兩相在填料層逆相連續(xù)接觸，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力降小、易于用耐腐蝕非金屬材料制造等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于氣體吸收，真空蒸餾以及處理腐蝕性液體的操作頗為適用。填料塔還有重量大、造價(jià)高、清洗檢修麻煩、填料損耗大等缺點(diǎn)，以至使填料塔在很長(zhǎng)時(shí)期來使用得不及板式塔廣泛。板式塔是分級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，板式塔的空塔速度較高，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，造價(jià)低，檢修、清理方便，在工業(yè)廣泛應(yīng)用。綜合考慮后，本設(shè)計(jì)選用板式塔。 板式塔簡(jiǎn)介板式塔是一類用于氣液或液液系統(tǒng)的分級(jí)接觸傳質(zhì)設(shè)備，由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成。廣泛應(yīng)用于精餾和吸收,有些類型（如篩板塔）也用于萃取，還可作為反應(yīng)器用于氣液相反應(yīng)過程。操作時(shí)（以氣液系統(tǒng)為例），液體在重力作用下,自上而下依次流過各層塔板,至塔底排出。氣體在壓力差推動(dòng)下，自下而上依次穿過各層塔板，至塔頂排出。每塊塔板上保持著一定深度的液層，氣體通過塔板分散到液層中去，進(jìn)行相際接觸傳質(zhì)。它包括泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌行塔等。而浮閥塔有活動(dòng)泡罩、圓盤浮閥、重盤浮閥和條形浮閥四種形式。 塔盤的選型1．泡罩塔泡罩塔盤的結(jié)構(gòu)主要由泡罩、升氣管、降液管、溢流堰、降液管及塔板等部分組成。盡管泡罩塔有操作彈性大，板效率高，處理量大的優(yōu)點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高以及壓降大，使用上受到一定的限制。2．篩板塔篩板塔也是應(yīng)用歷史較久的塔型之一，與泡罩塔相比，篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低（比泡罩塔減少40%左右），同時(shí)生產(chǎn)能力可提高20%～40%；板效率提高10%～15%；壓降可降低30%～50%，安裝維修方便。其缺點(diǎn)是易漏液，操作彈性較小。3．浮閥塔浮閥塔是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的塔型之一。浮閥塔的突出特點(diǎn)是操作彈性大，因浮閥可在一定的范圍內(nèi)自由升降以適應(yīng)氣量變化，而氣縫速度幾乎不變，其操作彈性為5～9。比篩板、泡罩、舌型等塔板大得多；壓力降一般為400～660Pa；由于壓力降及霧沫夾帶均小，故板間距可縮小。一般浮閥塔在生產(chǎn)能力、塔板效率及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方面優(yōu)于泡罩塔而不及篩板塔。4．舌形塔板、浮動(dòng)舌形塔板和斜孔塔板三者均為噴射型塔板。舌型塔板汽流經(jīng)舌孔流出時(shí)，促進(jìn)了液體流動(dòng)，因而大液量時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大的液面落差，同時(shí)由于汽、液并流，大大減少了霧沫夾帶。缺點(diǎn)是操作彈性小，塔板效率低。浮動(dòng)舌形塔板，既有舌形塔板處理量大，壓降小，夾帶小的優(yōu)點(diǎn)，又有浮閥彈性大、效率高的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是舌片容易損壞。斜孔塔板采用孔口反向交錯(cuò)排列，避免了氣、液并流造成的氣流不斷加速現(xiàn)象，因而液層低而均勻，霧沫夾帶小，板效率有所提高，但由于開孔固定，操作彈性較小。5．穿流式柵板塔由于省去了溢流裝置，該塔板有生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力小，不易堵塞的優(yōu)點(diǎn)，但操作彈性小，塔板效率較低。表32 幾種塔盤的性能比較塔盤形式蒸汽量流量效率操作彈性單板壓降價(jià)格可靠性泡罩良優(yōu)良超1000MPa良優(yōu)篩板優(yōu)優(yōu)優(yōu)良520MPa超優(yōu)浮閥優(yōu)優(yōu)優(yōu)超630MPa優(yōu)良穿流式優(yōu)超優(yōu)差超可表33 幾種塔盤優(yōu)缺點(diǎn)及用途塔盤形式結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)用途泡罩塔圓形泡罩復(fù)雜在寬的負(fù)荷范圍內(nèi)可穩(wěn)定操作彈性好費(fèi)用高板距大壓降比較大適用于廣泛的范圍，板數(shù)少的場(chǎng)合S形泡罩塔板稍簡(jiǎn)單簡(jiǎn)化了泡罩的形式，因此性能相似浮閥塔條形浮閥重盤式浮閥廠型浮閥簡(jiǎn)單有簡(jiǎn)單和復(fù)雜的在寬的負(fù)荷范圍內(nèi)效率不降低最高負(fù)荷的效率也比泡罩塔高費(fèi)用較低霧沫夾帶少液面落差小沒有特別的缺點(diǎn)適用于一切場(chǎng)合穿流型篩板（溢流式）簡(jiǎn)單最高負(fù)荷的效率高費(fèi)用小壓力降小穩(wěn)定操作范圍窄要么擴(kuò)大孔徑，否則易堵塞容易發(fā)生液體泄漏適用于處理變動(dòng)小且不折出固件物料的系統(tǒng)波紋篩板簡(jiǎn)單比篩板壓力稍高，但具有同樣優(yōu)點(diǎn)，氣液分布好柵板簡(jiǎn)單處理能力大壓力降小費(fèi)用小效率低處理量少，效率劇烈下降適用于粗蒸餾表34 幾種塔盤的單板壓力降塔盤壓力降Pa篩板520浮閥630泡罩720綜合考慮后，本設(shè)計(jì)選用浮閥塔盤。而浮閥又可分為兩類：分別是盤狀浮閥和條狀浮閥?？紤]到盤狀浮閥在操作過程中有時(shí)閥片會(huì)旋轉(zhuǎn)或卡死等現(xiàn)象，故采用條狀浮閥，： 條狀浮閥 塔盤、封頭、裙座、法蘭、進(jìn)出口結(jié)構(gòu)型式的選擇 塔盤結(jié)構(gòu)形式的選擇1．塔盤的形式(1)板式塔塔盤可分為溢流式和穿流式兩類。因?yàn)橐缌魇剿P有降液管，塔盤上的液層高度可通過溢流堰高度來控制，因此溢流式塔盤操作彈性大，且可保證一定的效率，而穿流式塔盤的操作彈性小，效率較差，因此使用溢流式塔盤。 板式塔盤（2）塔盤結(jié)構(gòu)分為整塊式與分塊式塔盤一般塔徑在800mm～900mm以下時(shí)，為了便于安裝與檢修，建議采用整塊式 塔盤；當(dāng)塔徑在800mm～900mm以上時(shí)，人可以在塔內(nèi)進(jìn)行裝拆，可采用分塊式塔盤。分塊式塔盤是把若干塊塔盤板通過緊固件連接在一起，組成一個(gè)完整的塔板。而本設(shè)計(jì)塔徑為Φ6200/Φ5200/Φ4000mm，因而本塔全采用分塊式塔盤。2．液體在塔板上的流型當(dāng)液體在塔板上流動(dòng)時(shí)，除要克服與上升氣流接觸而產(chǎn)生的阻力外還要克服流經(jīng)塔板上的構(gòu)件而產(chǎn)生的阻力。經(jīng)過的距離越長(zhǎng)，阻力也越大。因而在塔板上形成液面落差，使上升的氣流不能均勻分布，導(dǎo)致塔板效率降低。因此，正確選擇液體在塔板上的流型予以重視，特別是在液量與塔徑很大的場(chǎng)合。液體的流型主要有以下幾種：（1）單流（或單溢流）型是最簡(jiǎn)單也是最常用的一種。液體橫流過整塊塔板，行程長(zhǎng)，塔板效率好。但在液量與塔徑過大時(shí)，液面落差大，塔板效率差。（2）雙流（或雙溢流）型液量較大或塔徑較大時(shí)采用。因縮短了液流的行程，有利于減少液面落差，同時(shí)也降低溢流堰上液流強(qiáng)度與降液管負(fù)荷。（3）U形流型液氣比小時(shí)采用，其液流行程雖長(zhǎng)，液面落差不會(huì)太大。（4）其他流型液量與塔徑都很大時(shí)，用四程流型或階梯流型更為合適?？蓽p少液流行程，降低液面落差，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。液體的流型選用單溢流型。： 單溢流塔板 3．降液管與受液盤(1)降液管可分為圓形降液管和弓形降液管。降液管是塔板間液體流動(dòng)的通道，也是溢流液中夾帶的氣體得以分離的場(chǎng)所。圓形降液管的流通面積小，沒有足夠的空間分離溢流