【文章內容簡介】 下相對穿流而過，板上的液體為上升蒸汽攪動進行兩相間的傳質，在工業(yè)上應用的有下述幾種。1. 柵板它用薄鋼板制成，塔板上的縫隙可為 2~10 毫米，由于它沒有溢流裝置，充分利用了塔的橫截面積，因此它的生產能力比泡罩塔大 20~100%，而壓力降比泡罩塔小 40~80%，但這種塔板的操作彈性較小，一般約為 3 左右，限制了它在生產上的使用。2. 穿流式波紋篩板塔這種塔板是一種將淋降篩板壓成波紋狀的塔板，從而加大了塔板的操作范圍和彈性。它的篩孔直徑一般為 4~8 毫米，自由截面為 15~30%，由于它壓成了波紋形狀，所以剛性很大，可用較薄的材料制成，它是一種造價低廉的塔板，在某些工業(yè)生產上已經成功地得到了應用。3. 無溢流浮閥塔板為了擴大無溢流塔板的操作范圍，捷克曾在 1965 年展覽出了一種條形浮閥穿流塔板，這種塔板是由底板和條形浮閥組成，在底板上開有長條形的平行柵孔，在柵孔上裝以長條浮閥。條形浮閥的閥蓋做成拱形，在一定距離將部分閥蓋沖壓彎下。它在操作時若汽速低，汽液就從閥蓋的彎下部分穿流而過，若汽速高則浮閥被頂起，因此它的操作范圍大，效率也較高，結構簡單，有發(fā)展前途。遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文74. 圓形浮閥穿流塔板這種塔板是日本日立制作所近幾年來新設計的一種塔板，它是在無溢流的篩板上加裝一些上面帶孔的圓形浮閥，以使它的操作范圍擴大。這種塔板用材較省，結構比較合理，造價低，在工業(yè)生產上有發(fā)展前途。（三）汽液呈并流的塔板這類塔就整個塔而言，汽液是呈逆流操作的，但在每塊塔板上，汽體與液體呈并流接觸，這種并流操作塔的生產能力，可以不受一般錯流或逆流塔板上常發(fā)生的過量液沫夾帶或液泛所限制 塔設計概述本設計是通過對壓力載荷、質量載荷、風載荷、地震載荷的計算，最終對塔體進行校核，來確定該塔是否符合強度設計及穩(wěn)定性校核。關于軸向強度及穩(wěn)定性校核的基本步驟如下：（1）按設計條件，初步確定塔德厚度和其他尺寸；（2）計算塔設備危險截面的載荷，包括質量、風載荷、地震載荷和偏心載荷等；（3）危險截面的軸向強度和穩(wěn)定性校核；（4）設計計算裙座、基礎環(huán)板、地腳螺栓等。 壁厚的確定，由此壁厚計算出各種載荷作用下產生的組合應力，并在校核該應力是否滿足強度和穩(wěn)定性要求，若不滿足須增加壁厚，重復上述計算，直至滿足全部校核條件，此時，所確定的壁厚即為所求。遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文82 塔體的設計 筒體圓柱形容器是最常見的一種壓力容器結果形式，具有結構簡單、易于制造、便于在內部裝設附件等優(yōu)點，被廣泛用作反應器、換熱器、分離器和中小容積儲存容器。圓筒形容器的容積主要由圓柱形筒體提供。圓筒可分為單層式和組合式兩大類。單層式圓筒的優(yōu)點是結構簡單。但厚壁單層式圓筒也存在一些問題，主要表現在：①除整體鍛造式厚壁圓筒外，還不能完全避免較薄弱的深環(huán)焊縫和縱焊縫，焊縫缺陷的檢測和消除均較困難；且結構本身缺乏裂紋快速擴展的能力；②大型鍛件及或鋼板的性能不及薄鋼板，不同方向力學性能差異較大，韌脆轉變溫度較高，發(fā)生低應力脆性破壞的可能性很大；③加工設備要求高；為些人們相繼研究了多種組合式圓筒。常見的有一下幾種。⑴多層包扎式這是目前世界上使用最廣泛、制造和使用經驗最為豐富的組合式圓筒結構。筒節(jié)由厚度為 12―25㎜的內筒和厚度為 4－12㎜的多層層板兩部分組成，筒節(jié)通過深環(huán)焊縫組焊成完整的圓筒。⑵熱套式熱套式采用厚鋼板（30㎜以上）卷焊成直徑不同但可過盈配合的筒節(jié)，然后將外層筒節(jié)加熱到計算進行套合，冷卻收縮后便得到緊密貼合的厚壁筒節(jié)。熱套式圓筒需要有較準確的過盈量，對卷筒精度要求很高，且套合時選配套合。但即使有過盈量，套合時貼緊程度也不會很均勻。因此，在套合或是組裝成整體容器后，需在進行熱處理以消除套合預應力。⑶繞板式繞板式圓筒由內筒、繞板層外筒三部分組成。他是在多層包扎式圓筒的基礎上發(fā)展起來的，兩者的內筒相同，所不同的是多層繞板式圓筒是在內筒外面連續(xù)纏繞若干層 35㎜厚的薄銅板而構成筒節(jié)，繞板層只有內外兩道縱焊縫。繞板式結構機械化程度高，制作效率高，材料和利用率也高。遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文9⑷整體多層式包扎式整體多層式包扎式是一種錯開環(huán)縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結構。它首先將內筒并接到所需要的長度，兩端焊上法蘭或是封頭，然后再整個長度上逐層包扎層板，待全長度上包扎好并焊完磨平后在包扎第二層，知之所需厚度。這種方法包扎時各層的環(huán)焊縫可以相互錯開，另外每層層板的縱焊縫也錯開比較大的角度，使整個圓筒上避免出現深環(huán)焊縫，圓筒與法蘭或封頭間的環(huán)焊縫改為一定角度的傾斜面焊縫，承接面積增大具有高的可靠性。⑸繞帶式繞帶式是一種以鋼帶纏繞在內筒外面獲得所需厚度圓筒的方法，主要有型槽繞帶式和扁平鋼帶傾角錯繞式兩種結果形式。 封頭壓力容器封頭的種類很多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形風頭、蝶形封頭和球冠形封頭。凸形封頭⑴半球封頭半球封頭為半個球殼。受內壓的半球形封頭 在均勻內壓的作用下，薄壁球形容器的薄膜應力為相同直徑圓筒的一半，故從受力分析來看，球形封頭是最理想的結構形式。但缺點是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大經采用分瓣沖壓其并焊工作量較大。半球形封頭常用在高壓容器上。⑵橢圓形封頭橢圓形封頭是由半個橢圓球面和短圓筒組成，直邊段的作用是避免封頭和圓筒的鏈接焊縫出出現徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由于封頭的橢圓部分經線曲率變化平滑連續(xù)，故應力分布比較均勻。且橢圓形封頭深度較半球形封頭小很多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應用較多的封頭之一。⑶蝶形封頭蝶形封頭是帶折邊的球面封頭，由半徑為 Ri的球面體、半徑為 r 的過度環(huán)殼和短圓筒等三個部分組成，從幾何形狀來看。蝶形封頭是一不連續(xù)的曲面，在經線曲率半徑突變的兩個曲面連續(xù)處。由于曲率的較大變化而存在著較大邊緣彎曲應力。該邊緣彎曲應力與薄膜應力疊加，使該部分的應力遠遠高于其他部分，故受力狀況不佳。但過度環(huán)殼的存在降低了封頭的深度，方便了成型加工，且壓制遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文10蝶形封頭的鋼模加工簡單，使蝶形封頭的應用范圍較廣泛。. 裙座形式及選擇塔體常用裙座支軸。裙座由座體、基礎環(huán)、螺栓座及地腳螺栓等組成。裙座體由圓筒形和圓錐形兩種。圓筒形由于具有制造方便等優(yōu)點而應用廣泛，但對直徑小而高度大的塔，為了增加設備的穩(wěn)定性和降低某些構件的應力，可采用圓錐形裙座為了安裝、檢修等需要，座體上開有引出管道口、手孔、人孔及排氣孔等。座體焊接在塔體的下封頭上，焊接形式有對接【a】和搭接【b】兩種。 接管維滿足料的進出、過程檢測和安裝維修等要求，塔設備上有各種開孔及接管。 人孔、手孔的分類及結構形式人孔是人員進出塔器和傳送內部件的通道。當采用采用整塊式塔盤時，由于塔徑過?。?Di800mm） ，人員難以進入塔內，塔體上可開設手孔，以便于裝拆、檢修塔內元件。人孔處的上下塔板間距要大于板間距。一般不得小于 600mm。人孔和手孔的布置要與降液管位置錯開，以便工作人員出入。所有的人孔最好開設在塔體的同一經線上，以便于施工作業(yè)。人孔設置的的個數，既要考慮內部的裝卸、檢修的方便，又要考慮塔體的高度的增高，且人孔設置過多，會使制造時塔體的彎曲度難以達到要求。一般當塔板數為 10~20 塊或塔高在 5~10m 時，應設置一個人孔。除此以外，在氣、液進出口等需經常維修清潔的部位，以及塔頂和塔釜處，應各設一個人孔。在塔體上宜采用垂直掉蓋人孔。若垂直掉蓋妨礙人員操作塔體有保溫層時，可采用回轉蓋人孔。遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文11人孔和手孔都是標準件 除沫器除沫器用于分離塔頂出口氣體夾帶的液滴其結構是將數層絲網用欄條夾持，并由螺栓緊固在塔壁的支持圈上，絲網則由圓絲和扁絲編織而成。絲網除沫器具有比表面積打、除沫效率高、空隙率大壓降小等特點。這種降沫器適用于清潔的氣體，否則堵塞網孔。 塔頂吊柱遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文12圖（3） 塔頂吊住的結構 塔的選材本設計滿足其特定的工藝要求，能夠在規(guī)定的工作條件下，即規(guī)定的壓力和溫度條件下去實現氣液相密切接觸而進行傳質傳熱，兩相組分可成階梯式變化。遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文13本文嚴格按照 GB1501998 中的材料要求選材。塔設備作為基本的壓力容器，其基本要求反映在它的質量上，而質量是通過適用性，可靠性，安全性，耐久性和經濟性等質量特性表現的。針對不同的要求，各有所側重，保證塔設備的安全性最為突出，在此基礎上，充分考慮其他方面的要求，而經濟型則是市場的法則，因為沒有經濟效益和社會效益的產品就沒有市場。為了確保塔設備的使用特征和安全可靠性，正確的選用和合理的加工材料是必要的基礎。在熟悉了鋼材的常規(guī)性能，塔設備的特定條件，對材料的性能要求基礎上，本文采用 20R，20R 使用歷史悠久，價格廉價，來源廣泛，且 20R 在優(yōu)質碳素鋼 20 鋼基礎上發(fā)展起來的容器用鋼，既保證力學性能又保證化學成分。 壓力試驗（1）壓力試驗目的：除材料本身的缺陷外，容器在制造和使用中會產生各種缺陷。為考核缺陷對壓力容器安全性的影響，壓力容器制造完畢后或定期檢驗時，都要進行壓力試驗。壓力試驗包括耐壓試驗和氣密性試驗。 對于內壓容器，耐壓試驗的目的：在超設計壓力下，考核缺陷是否會發(fā)生快速擴展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗密封結構的密封性能。（2）試驗壓力及應力校核耐壓試驗有液壓試驗和氣壓試驗兩種，只有因結構或支承等原因不能向容器內充灌水或其他液體，以及運行條件不允許殘留液體時，才應用氣壓試驗。所以本設計采用液壓試驗。液壓試驗：在液壓試驗時，為防止材料發(fā)生低應力脆性破壞，液體溫度不得低于容器殼體材料的韌脆轉變溫度。一般來說，碳素鋼、16MR 等鋼制容器液壓時，液體溫度不得低于 5 ；其他低合金鋼制容器，液體溫度不得低于 15 。如果因C? C?板厚等因素造成材料韌脆轉變溫度升高，則需相應提高試驗溫度。 塔的固有周期在動載荷作用下，塔設備各截面的變形及內力與塔的自由振動周期及振型有關。因此在進行塔設備的載荷計算及強度校核之前，必須首先計算其固有周期。自振周期計算的方法很多，例如解析法、集中質量法、廣義坐標法及有限元遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文14法等。對等直徑且等壁厚的塔器采用解析法；對不等直徑或不等壁厚的塔器采用折算質量法近似求解。本設計是不等徑塔，對于不等徑或不等厚度塔，質量沿高度分布也不均勻，所以采用折算質量法，此法是將一個多自由度體系，用一個折算的集中質量來代替，從而將一個多自由度體系簡化成一個單自由體系。確定集中質量的原則是使兩個相互折算體系在振動時產生的最大動能相等。 風載荷安裝在室外的塔設備將受到風力的作用。風力除了使塔體產生應力和變形外，還可能使塔體產生順風向的振動及垂直于風向的誘導振動。過大的塔體應力會導致塔體的強度的強度及穩(wěn)定失效，而太大的塔體撓度則會造成塔盤上的流體分布不均，從而使分離效率減低。本設計的塔只需要計算順風向的振動，不需要計算垂直于風向的振動。 地震載荷地震起源于地殼的深處。地震時所產生的地震波，通過地殼的巖石或土壤向地球表面?zhèn)鞑ァ．數卣鸩▊鞯降孛鏁r，引起地面的突然運動，從而迫使地面上的建筑物和設備發(fā)生振動。地震發(fā)生時，地面運動是一種復雜的空間運動，可以分解為三個平動分量和三個轉動分量。地面水平方向的運動會使設備產生水平方向的振動，危害較大。而垂直方向的危害較橫向振動要小，所以只有當地震烈度為 8 度或 9 度地區(qū)的塔設備才考慮縱向振動。 裙座強度及穩(wěn)定性校核裙座筒體受到重量和各種彎矩的作用，但不承受壓力。重量和彎矩在裙座底部截面處最大，因而裙座底部截面是危險截面。此外，裙座上的檢查孔或人孔、管線引出孔有承載削弱作用，這些孔中心橫截面處也是裙座筒體的危險截面。裙座筒體不受壓力作用，軸向組合拉伸應力總是小于軸向組合壓縮應力。因此，只需校核危險截面的最大軸向壓縮應力。（1）基礎環(huán)應力分布遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文15塔設備的重量及由風載荷、地震載荷及偏心載荷引起的彎矩通過裙座筒體作用在基礎環(huán)上，而基礎環(huán)安放在混凝土基礎上。在基礎環(huán)與混凝土基礎接觸面上，重量引起均布壓縮應力，彎曲引起彎曲應力，壓縮應力始終大于拉伸應力?；A環(huán)板應有足夠厚度來承受這種應力。（2）基礎環(huán)厚度基礎環(huán)分無筋板和有筋板基礎環(huán)。本設計采用有筋板基礎環(huán)。地腳螺栓的作用是使高的設備固定在混凝土基礎上，以防止風彎矩或地震彎矩等使其發(fā)生傾倒。在重力和彎矩作用下，如果迎風側地腳螺栓承受的應力 0,則表示塔設備自身穩(wěn)B?定而不會傾倒，原則上可不設地腳螺栓，但是為了固定設備的位置，還應設置一定數量的地腳螺栓；如果 0 則必須安裝地腳螺栓并進行計算。B?裙座直接焊接在塔體的底部封頭上，焊縫形式有塔接焊縫和對接焊縫兩種。本設計采用對接焊縫，對接焊縫主要校核在彎矩及重力作用下迎風側焊縫的拉應力。 壓力容器常用材料選擇JB 4710 —92 《鋼制塔式容器》 中規(guī)定 ,殼體材料按照受壓元件的要求進行選取。其標準釋義中對此條規(guī)定的解釋是 ,對非受壓元件中的裙座 ,本標準要遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文16求按照受壓元件對待。原因是裙座對整個塔器而言是至關重要的 ,它支撐著塔器的本體 ,其破壞將直接影響塔器的正常使用。而且裙座材料耗費不多 ,因此 ,提高它的