【正文】 3022—1999 石油化工設(shè)備和管道涂料防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（1）塔壁厚度的計算其中 p—設(shè)計內(nèi)壓力，MPa圓筒內(nèi)直徑，mm—焊接接頭系數(shù)設(shè)計溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，MPa據(jù)《壓力容器與化工設(shè)備實用手冊》在98℃，厚度在16～36mm下16MnR的為163MPa.=設(shè)計厚度=++1= 按照板材規(guī)格經(jīng)圓整后，去名義厚度（2）封頭的選型和機(jī)械設(shè)計常用的容器封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭、圓錐形封頭和平板封頭等。平板封頭常用于常壓容器，圓錐形封頭用于工藝和制造有要求、壓力不高的場合，而半球形封頭則用于對形狀有特殊要求的場合，在中低壓力設(shè)備中常用橢圓形封頭。本精餾塔有一定操作壓力，故選用橢圓形封頭。取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（，）,其厚度計算公式:其中對于厚度在16～36mm的16MnR的=163MPa，焊接系數(shù)=1。經(jīng)計算t=，封頭的設(shè)計厚度（，）按照鋼板規(guī)格圓整后，名義厚度封頭的有效厚度由于%=,故名義厚度滿足標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的穩(wěn)定性要求。塔盤的機(jī)械設(shè)計 （1）塔盤 塔盤結(jié)構(gòu)有整體和分塊式兩種。一般塔徑在300～700mm時，為了便于安裝和檢修，DME 精餾塔的直徑為2100mm，對于這樣的大塔，采用分塊式塔盤也具有剛性好、便于制造、裝拆方便等優(yōu)點。 分塊式塔盤的結(jié)構(gòu)形式有自身梁式，槽式和平板式。平板式塔盤，制造方便，無需模具，當(dāng)在塔內(nèi)要設(shè)置可拆結(jié)構(gòu)的支承梁、緊固件，裝拆件多。自身梁式和槽式塔盤帶有折邊，折邊對塔盤具有支承作用，是塔盤具有足夠的剛度，并使塔盤結(jié)構(gòu)簡化，耗用鋼材少。三種結(jié)構(gòu)形式中，以自身梁式塔盤應(yīng)用最為廣泛。考慮到塔盤的剛度，設(shè)計、制造和安裝的方便精餾塔的塔盤采用應(yīng)用自身梁式結(jié)構(gòu)。 分塊式塔板有兩種形式：單液流程塔板和雙液流程塔板，其中單液型結(jié)構(gòu)簡單，液流行程長，有利于提高分離效率，故本設(shè)計中選用單液流程塔板。 塔盤板有矩形板和弓形板兩類。兩種塔板沿塔盤板的橫向一側(cè)均彎制出一個斷面似角鋼的自身梁，該梁的水平上表面寬45mm。這個自身梁不但可以提高塔盤的剛度，而且其水平表面可以作為相鄰塔盤板或通道板的支撐梁面。 通道板是沒有自身梁的塔盤板。矩形塔盤板與通道板的左右兩側(cè)和沿弓形板的圓弧側(cè)開有長圓孔用于塔盤板的固定。 塔盤材料：Q235A 塔盤的厚度：6mm 篩孔直徑：4mm 篩孔間距：,選擇 （2）分塊式塔盤的支撐結(jié)構(gòu) 精餾塔直徑為2100mm，故可以采用焊在塔壁上的支持圈來支撐塔盤。支撐圈由扁鋼或鋼板制成。塔徑較小，塔板的跨度亦較小，則塔盤板本身剛度足夠，僅用支撐圈支撐便可以滿足要求。 支撐圈是具有矩形截面的缺口圓環(huán)，沿其外緣水平焊在塔體上。支撐圈寬度為50mm，厚度為10mm。右邊為一角鋼的支撐梁，角鋼兩端支撐面削去后將其插到支撐圈的下面，并與連接板2連接。左邊的支撐梁是降液板的彎邊，降液板則與連接板1相連接。安裝后的支撐圈，角鋼支撐梁和用降液板彎邊作為的支撐梁，三者的上表面應(yīng)處于同一水平面。 （3）相鄰塔盤之間的連接 塔盤與通道板、塔盤與塔盤之間的連接，采用的是螺柱橢圓墊板雙面可拆結(jié)構(gòu)連接，其結(jié)構(gòu)示意圖如下。 這是一種雙面可拆裝的塔盤緊固結(jié)構(gòu)，凸形橢圓墊板具有良好彈性，它套在螺柱上隨螺柱一起轉(zhuǎn)動，螺母可從塔盤任何一側(cè)擰松，然后選轉(zhuǎn)90176。，兩塊塔盤即可分開，塔盤自身梁凸肩上開設(shè)的孔為穿越螺柱的螺孔。選用規(guī)格為SLA。 （4）塔盤溢流裝置的設(shè)計1降液板 降液板有兩種形式：垂直降液板和傾斜降液板，根據(jù)工藝要求，對于小直徑或負(fù)荷很小的塔，采用垂直式降液管。當(dāng)降液面積占塔盤總面積的12%以上時，應(yīng)選用傾斜式降液管。故采用傾斜式降液管，塔頂下部截面為上部截面的60%，這樣可以擴(kuò)大塔盤的有效面積，取傾斜降液板的傾斜角為10176。 2受液盤 受液盤有平受液盤和凹形受液盤，設(shè)計中采用凹形受液盤，深度為50mm。凹形受液盤對液體流向有緩沖作用，可降低塔盤入的液封，使得流體平穩(wěn)，有利于塔盤入口區(qū)更好的鼓泡。 3溢流堰 溢流堰有保持塔盤上一定液層高度和促使液流均勻分布的作用。溢流堰長度= D=。 4塔盤板、出口堰板、降液板的連接 塔盤板或通道板于支撐梁之間的連接采用螺栓和螺母連接，其連接結(jié)構(gòu)如圖8所示。 可拆式降液管。可拆式降液管的降液板，零部件如圖10所示。它是由降液板、左右連接板，以及可拆的降液板和緊固件裝配而成。塔設(shè)備的附件設(shè)計 （1）裙座 裙座材料選擇： 由于裙座和介質(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，可選用較經(jīng)濟(jì)的普通碳素結(jié)構(gòu)剛，考慮到載荷、塔的操作條件，以及塔釜封頭的材料等，選擇常用的Q235B作為裙座的材料，厚度為20mm，高度為4m。結(jié)構(gòu)： 為制造方便，選用圓筒形。1裙座與塔體的連接 裙座與塔體的連接采用焊接。焊接接頭采用對接型式，裙座筒體與塔釜封頭的連接焊縫采用全焊透的連續(xù)焊，且與塔釜封頭外壁圓滑過渡。2排氣孔用于排出塔運行中逸出的氣體，保證人員和設(shè)備的安全。對于直徑為2100mm的塔，設(shè)計4個排氣孔，排氣孔直徑為80mm，排氣孔中心距裙座頂端距離為180mm。3人孔裙座上開設(shè)人孔，以方便檢修。選用圓形人孔，根據(jù)裙座直徑在1000~2800mm，查表8—15可知圓孔數(shù)量為2，直徑D為450mm,中心高H為900mm，孔深M為250mm。4基礎(chǔ)環(huán) 一塊環(huán)形板，將載荷傳給基礎(chǔ)，其上焊制地腳螺栓座。5地腳螺栓地腳螺栓座有多種形式，我們選用常用的外螺栓座結(jié)構(gòu)形式，對于預(yù)埋或不預(yù)埋均合適。查《化工設(shè)備設(shè)計全冊 塔設(shè)備》表8—11，螺栓規(guī)格選擇M766。螺栓間距為450mm，螺栓數(shù)為12。6引出管通道 塔釜封頭上的接管通過裙座上的通道管引到裙座外部。對于引出管徑在125~150mm范圍內(nèi)的通道管，選用無縫鋼管mm。 (2) 接管1液料進(jìn)液管 采用直管進(jìn)料管，在進(jìn)料管下端設(shè)有進(jìn)口堰，使液體能均勻地通過塔板，并且避免由于進(jìn)料泵及控制閥門引起的波動影響。2氣體進(jìn)料管. 將進(jìn)氣管做成斜切口以改善氣體分布，達(dá)到氣體均勻分布的目的。3液體回流管 回流管采用20鋼，管子牌號為G30，管壁壁厚為5mm 。4氣體出口管 氣體出口管內(nèi)有錐形擋板，可起到除沫的作用，如圖13所示。 氣體進(jìn)料管采用20鋼，管子牌號為G30，管壁壁厚為12mm5釜液出口管 釜液出料管采用20鋼，管子牌號為G30。釜液從塔底出口管流出時，會形成一個向下的漩渦，使塔釜液面不穩(wěn)定，且能帶走氣體。在塔釜出口管需安裝防漩渦擋板。 (3) 人孔 為方便進(jìn)行檢修、清洗和更換零部件，精餾塔共設(shè)計3個人孔，人孔直徑D=450mm。 人孔類型：采用垂直吊蓋人孔。 公稱壓力：4MPa.(4) 吊柱 為了檢修方便，一般高度在15m以上塔的頂部，都應(yīng)設(shè)有塔頂?shù)踔５踔赣谒w上的上、下支座內(nèi)。吊桿：為兩根彎曲90186。的20鋼無縫鋼管，這種結(jié)構(gòu)受力較好。封板：用管子制作的吊柱需要在懸臂的端部加一封板，以防止雨水灌入管柱引起生銹吊鉤：用于和起重設(shè)備連接。手柄：采用焊接短管結(jié)構(gòu)，使用時另加長管。固定銷：防止吊柱在起吊物體時隨意轉(zhuǎn)動，保證操作安全。支座： 分上支座和下支座，前者主要承受橫向力，后者除承受橫向力外還承受軸向載荷，它們均用鋼板和短管組焊而成。結(jié)構(gòu)示意圖： (5)吊耳將吊耳焊接在塔上，有便于塔設(shè)備的現(xiàn)場安裝。吊耳形式：選用軸式吊耳A型，其剛性較好，而且其結(jié)構(gòu)簡單。吊耳數(shù)量：2 吊耳尺寸：對于吊重在5～20t范圍內(nèi)，公稱直徑DN=200mm,，孔徑，外圓徑，與塔體焊接部分直徑，吊耳長 (6)梯子和操作平臺1根據(jù)一些設(shè)計單位制定的梯子的標(biāo)準(zhǔn)，選用最常用的籠式扶梯。部件材料列表： 名稱連接板螺栓M1640螺母M16立柱5010籠條406圍欄406踏步材料42操作平臺平臺設(shè)計在人孔、塔頂?shù)踔?、液面計等需要?jīng)常維修的地方?，F(xiàn)設(shè)計4個平臺，分別在塔頂、人孔附近安裝。，包角360176。平臺材料：(7)保溫裝置 保溫層100mm，保溫材料為酚醛玻璃棉，保溫材料密度120kg/m3塔設(shè)備載荷計算 （1）質(zhì)量載荷計算塔內(nèi)裝有17層篩板塔盤（篩板塔塔板重為650N/m2），介質(zhì)密度650kg/m2；103，塔體共有4個操作平臺，單位質(zhì)量150。殼體和裙座質(zhì)量：人孔、法蘭、接管等附件質(zhì)量:內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量：保溫材料質(zhì)量：=平臺、扶梯質(zhì)量（籠式扶梯單位質(zhì)量40kg/m）：物料質(zhì)量：水壓試驗時質(zhì)量：塔器的操作質(zhì)量：塔器最大質(zhì)量：塔器最小質(zhì)量：將塔器沿高分成8段，其中裙座分為2段，筒體分成6段，如圖所示，各段質(zhì)量列入表1。(單位：Kg)段號 1 2 3 4 5 6 7 8mm00m00m 8080120120m00m00mmm（2）風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB 50009《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》2塔設(shè)備風(fēng)載荷風(fēng)載荷是安裝在室外的塔設(shè)備的基本載荷之一。它使塔體產(chǎn)生順風(fēng)向的振動和垂直于風(fēng)向的橫風(fēng)向振動。過大的塔體應(yīng)力會造成塔體的強(qiáng)度和穩(wěn)定失敗。過大的撓度不僅會使塔的分離效率降低，也使偏心彎矩增大，影響操作人員的安全。如發(fā)生共振，便會造成塔體的破壞，由于風(fēng)載荷是室外塔設(shè)備破壞的重要原因之一，為此，必須進(jìn)行風(fēng)載荷計算。塔設(shè)備中第i計算段所受的水平風(fēng)力可由下式計算： Pi=q0filiDei K1表征不同體型對風(fēng)壓的影響，對于細(xì)長的圓柱塔體結(jié)構(gòu)，體型系數(shù)K1=。K2為風(fēng)陣系數(shù)，是考慮載荷的脈動性質(zhì)和塔體動力特征的折算系數(shù)。當(dāng)塔高H20m時，取K2i=。DME精餾塔塔高17m，故取K2i=。q0為基本風(fēng)壓值。根據(jù)GB 50009《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，陜西府谷地區(qū)的基本風(fēng)壓值為500N/m2。fi為風(fēng)壓高變化系數(shù)，高度取各計算段頂界面的高度。其值更據(jù)地面粗糙度類型和距地面高度決定。建廠地區(qū)符合B類地形標(biāo)準(zhǔn)（田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)）Dei為塔設(shè)備各計算段迎風(fēng)面有效直徑，當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線布置成180176。時，其中為塔設(shè)備各計算段的外徑，為塔設(shè)備各計算段保溫層厚度，d0為塔頂管線外徑，為管線保溫層厚度，K3為籠式扶梯的當(dāng)量寬度400mm，為操作平臺的當(dāng)量寬度。3風(fēng)載荷計算由于風(fēng)壓的大小是隨高度變化的，因此，在計算風(fēng)載荷產(chǎn)生的塔體彎曲是，將塔體沿高度分為8段，先求出各段的水平風(fēng)力，然后求取塔體任意截面的彎矩。計算結(jié)果如下表。塔段12345678塔段長度，m0—22—44—77—1010—1313—1616—1919—21q0，N/m500K1K2fili，mm200030002000K3，mm400K4，mm600Dei3048364830483648304836483648Pi=K1K2fiq0liDei106,N塔結(jié)構(gòu)示意圖：216。 00截面風(fēng)彎矩：216。 Ⅰ—Ⅰ截面風(fēng)彎矩：216。 Ⅱ—Ⅱ截面風(fēng)彎矩： 精餾塔的機(jī)械設(shè)計校核 （1）圓筒的應(yīng)力校核 由于塔體受到壓力、彎矩和軸向載荷的作用，因此必須計算塔設(shè)備在各種狀態(tài)下的軸向組合應(yīng)力，并確保塔體的組合軸向拉應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件，組合軸向壓應(yīng)力滿足穩(wěn)定的條件。 （2）塔底危險截面（ⅡⅡ）的軸向應(yīng)力計算：由內(nèi)壓引起的軸向應(yīng)力： 操作時重力引起的軸向應(yīng)力： 彎矩引起的軸向應(yīng)力：（3）塔底危險截面（ⅡⅡ）抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗算：在操作時，該截面上的最大軸向壓縮應(yīng)力發(fā)生在空塔時式中為設(shè)計溫度下塔壁材料的許用應(yīng)力，在82℃時，塔壁材料16MnR的為163MPa。組合系數(shù)K=。B可根據(jù)GB 150M《鋼制壓力容器》計算：=由因此塔底ⅡⅡ截面滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件。（4）塔底ⅡⅡ截面抗拉強(qiáng)度校核該截面滿足抗拉強(qiáng)度要求綜合以上各項計算，在各種不同危險工況下塔體壁厚取20mm，可以滿足整個塔體的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。（5）水壓試驗下的強(qiáng)度校核水壓試驗下：水壓為=組合軸向應(yīng)力應(yīng)該滿足： 其中厚度在16～36mm、82℃下的16MnRd的=325MPa 據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計全冊塔設(shè)備》有 由內(nèi)壓引起的軸向應(yīng)力： 操作時重力引起的軸向應(yīng)力： 彎矩引起的軸向應(yīng)力：