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DN1400泡罩塔設計
摘 要
在工業(yè)上使用最早的板式塔是泡罩塔，被廣泛應用至今已有兩百多年的歷史。泡罩塔因其操作彈性大、生產(chǎn)能力大、塔板效率高、不易堵塞且可以適應多種介質等優(yōu)點，因此泡罩塔在蒸餾、吸收等領域擁有重要地位。泡罩塔的缺點是結構復雜、造價高、安裝維修麻煩和氣相壓力降較大，這樣使得泡罩塔在現(xiàn)代工業(yè)的應用比例有所減少。但是泡罩塔出現(xiàn)早，積累了豐厚經(jīng)驗，常用的泡罩已十分標準，其作用和優(yōu)點也有很多板式塔不可代替的部分。泡罩塔盤的分類可分為單流式泡罩塔盤和條式泡罩塔盤，泡罩塔盤在工業(yè)生產(chǎn)中仍然是不可或缺的部分。
本次研究的課題是老師給定泡罩塔設計要求，其作用主要用于分離苯-甲苯混合溶液，通過查看數(shù)據(jù)、翻閱書籍查找資料、分析給定的設計條件，通過一些計算來確定泡罩塔的構造，本次設計主要設計塔的機械設計部分。
通過對泡罩塔給定設計條件進行分析，預定好設計方法和步驟。在對泡罩塔的塔體、內件、支座及附件部件的材料選擇時，不僅要滿足工藝設計，還要考慮自然因素，來進行壁厚計算和強度校核。對加工工藝、裝配程序和安全防腐的要求，以及在制造、運輸與安裝時的注意事項。繪制符合設計要求的泡罩塔圖紙，并給出技術要求.
在泡罩塔的結構設計過程中，要以設計書為標準進行規(guī)范設計，使設計符合相關標準，同時要滿足生產(chǎn)的需求和符合安全生產(chǎn)要求。
關鍵詞 泡罩塔；苯-甲苯；設計；強度
ABSTRACT
The earliest known plate-type tower in industry was the bubble tower, which has been widely used for more than two hundred years. Bubble column because of its large elasticity of operation, large production capacity, high plate efficiency, not easy jam and can adapt to a variety of advantages, such as medium, so bubble column has important position in the field of distillation, absorption, etc. Bubble column are the shortcomings of complex structure, high cost, installation and maintenance of trouble the gas phase pressure drop is bigger, so that bubble column in the application of modern industrial proportion has decreased. But bubble cover tower appears early, accumulate rich experience, common bubble cover already very standard, its function and the advantage also have a lot of plate tower cannot replace part. The classification of bubble cap tray is divided into a single flowsheet tray and a bar tray, which is still an integral part of industrial production.
This research topic is the teacher given bubble column design requirements, its effect is mainly used for separating mixed benzene - toluene solution, by looking at the data, reading books for information, analysis of the given design conditions, through some calculation to determine the structure of the bubble column, the design of main part design, mechanical design of the tower.
Through the analysis of the design condition of the bubble cap tower, the design method and the procedure are determined. In the bubble column tower body parts, internal parts, bearings and accessories materials when the choice, should not only satisfy the technological design, consider the natural factors, for wall thickness calculation and strength check. Requirements for machining processes, assembly procedures and safety corrosion, and considerations for manufacturing, transportation and installation. To draw the blisters drawing in accordance with the design requirements and provide technical requirements.
In the process of bubble column structure design, to design for the standard specification design, make a design to comply with relevant standards, at the same time to meet the production requirements and conform to the requirements of the safety in production.
Key words bubble cap tower; Benzene - toluene; Design; Strength
目 錄
1緒論 1
1.1塔設備的概述 1
1.1.1塔設備在化工生產(chǎn)中的作用與地位 1
1.1.2 化工生產(chǎn)對塔設備的要求 1
1.1.3塔設備的構造 1
1.2 泡罩塔 2
1.3 液體混合物的分餾 4
1.4 塔設備設計的內容與設計原則 4
1.4.1 設計內容 4
1.4.2 設計原則 4
2 泡罩塔的主體結構及零部件結構設計 6
2.1 泡罩塔的主體結構設計 6
2.2 泡罩塔的零部件結構設計 7
2.2.1 泡罩塔材料的選擇 7
2.2.2 塔盤的結構設計 7
2.2.3分塊式塔盤的支撐結構 8
2.2.4 裙座的結構設計 8
3泡罩塔其他附屬裝置的結構設計 10
3.1溢流裝置 10
3.1.1 降液管 10
3.1.2 受液盤 10
3.2進出口管裝置 12
3.2.1 進料管 12
3.2.2 出料管 12
3.3 人孔與手孔 12
3.4 視鏡 13
3.5液面計 13
3.6法蘭 13
3.7補強圈 13
3.8除沫器 13
4 強度計算與校核及各項驗算 15
4.1 泡罩塔的設計參數(shù) 15
4.2 塔體壁厚初算 15
4.2.1圓筒壁厚計算 15
4.2.2封頭壁厚計算 16
4.3塔體各項載荷計算 16
4.3.1質量載荷計算 16
4.3.2風載荷計算 18
4.3.3地震載荷計算 20
4.3.4最大彎矩計算 22
4.4.塔體的強度及軸向穩(wěn)定性驗算 22
4.4.1圓筒軸向應力的計算 22
4.4.2圓筒軸向穩(wěn)定性校核 22
4.4.3圓筒拉應力校核 23
4.4.4塔體液壓試驗時的應力校核 23
4.5.裙座的設計及驗算 24
4.5.1座體 24
4.5.2基礎環(huán) 26
4.5.3地腳螺栓 27
4.6裙座與塔體對接焊縫的驗算 27
5 加工工藝和裝配程序及安全防腐 29
5.1 加工工藝 29
5.2 裝配程序 29
5.3 安全防腐 29
5.3.1 開發(fā)耐蝕材料 29
5.3.2 其他表面工程技術 30
6 泡罩塔的制造、安裝及運輸 31
6.1 材料檢驗 31
6.2 筒體制造 31
6.2.1 筒體的下料 31
6.2.2 筒節(jié)的成形 31
6.2.3 筒節(jié)的組對 31
6.2.4 筒節(jié)與筒節(jié)的組對焊接 31
6.2.5 筒體主焊縫的檢測 32
6.3 封頭的制造 32
6.4 泡罩塔的安裝 32
6.4.1安裝前的準備 32
6.4.2安裝程序 33
6.5 泡罩塔的運輸 33
參考文獻 34
致 謝 35
附 錄 36
1緒論
1.1塔設備的概述
1.1.1塔設備在化工生產(chǎn)中的作用與地位
雖然在化工生產(chǎn)中有很多種類的設備，但塔設備是仍占有主要地位之一，比如在煉油加工、化工精煉等方面都離不開塔設備來加工得到的。塔設備的質量可以達到幾百多噸重，大都是龐大的外形，有的是十幾米或幾十米的直徑，大多數(shù)是安裝在室外使用。蒸餾是塔設備的作用之一，現(xiàn)代技術發(fā)展有了很大變化，塔的用途方面也得到了很大的提升，塔設備在石油化工方面也是上升到了其他設備不可代替的地步，如環(huán)保、化工、醫(yī)藥等等。而在化工生產(chǎn)的主要分離方法有萃取、精餾、解吸以及吸收等。還有就是離子交換、干燥或者吸附等操作塔也能完成。塔設備在工業(yè)上的作用廣泛且隨現(xiàn)代工業(yè)不斷更新?lián)Q代，人們對塔設備的重視和研發(fā)工作也在不斷的提升。
1.1.2 化工生產(chǎn)對塔設備的要求
塔設備在化工生產(chǎn)中的主要要求有以下幾個方面：
（1）生產(chǎn)力強。符合工業(yè)要求的前提下提高生產(chǎn)率。
（2）穩(wěn)定性好，彈性大。 在生產(chǎn)工作要求下，塔設備應該具備既能有高效的傳質率也可以使操作的穩(wěn)定高，還能維持連續(xù)長期生產(chǎn)。
（3）能耗低。從經(jīng)濟性的角度分析，最大化減小重大功能的消耗，如生產(chǎn)過程中液體對塔設備所造成的熱量損失、壓降、阻力等因素。
（4）結構合理。在設計塔的結構時，要在符合生產(chǎn)工藝的基礎上，綜合考慮塔安裝、維修等方面要利于員工的操作。
（5）合理選擇材料。在設計塔的生產(chǎn)要求達到以后，要盡量提高材料的利用率來體現(xiàn)塔的經(jīng)濟性。
1.1.3塔設備的構造
經(jīng)過長期的發(fā)展，塔設備已經(jīng)擁有了很多結構，為了在化工石油化工領域滿足生產(chǎn)的要求，塔的構件如下：
(1) 塔體
塔體的主要組成部件就是筒體，也就是塔的外殼，直徑和壁厚很多塔都是一樣的，還有封頭的上蓋和下蓋，形狀為橢圓形。塔體的工藝要求也有很多，在滿足生產(chǎn)工藝的同時也要考慮塔體的垂直度和彎曲度符合自然的安裝與運輸。而且把誤差控制在要求的范圍內。
（2）塔體支座
塔體支座的作用是連接塔體與基礎部分和保證塔體位置精度。塔體支座在強度和剛度方面都要比其他部件高，因為不僅用來承載塔的質量和生產(chǎn)原料的質量，還要承受外來自然因素的影響，如抵抗自然風和地震破壞等?，F(xiàn)在用的最多的是裙式支座。
(3) 除沫器
除沫器的作用是用來收集會漂浮氣體中細小液滴。除沫器性能的好壞可以直接影響物料分離效果、貴重原料收集、環(huán)境保護和塔設備操作狀況的改進等方面的工作。
(4) 接管
塔設備與其他生產(chǎn)設備之間進行聯(lián)系時，進行連接的生產(chǎn)管線就是接管。不同的接管有不同的作用。接管的作用不同，因此可以分為進液管、液位計、接管出液管、進出氣管、取樣管、儀表接管、回流管等不同類型。
(5) 人孔和手孔
工人或維修安裝的人都依賴人孔或手孔來進行對塔內部件的操作。
(6) 吊耳
塔設備的外形日趨龐大，其運輸、安裝過程是非常大的難題。而塔設備的吊耳可以方便的解決這些難題。
(7) 吊柱
吊柱是塔設備進行檢修時進行部件運送的通道，通常設置在塔體的頂部。
1.2 泡罩塔
在工業(yè)上使用最早的板式塔是泡罩塔，被廣泛應用至今已有兩百多年的歷史。泡罩塔因其操作彈性大、生產(chǎn)能力大、塔板效率高、不易堵塞且可以適應多種介質等優(yōu)點，因此泡罩塔在蒸餾、吸收等領域擁有重要地位。泡罩塔的缺點是結構復雜、造價高、安裝維修麻煩和氣相壓力降較大，這樣使得泡罩塔在現(xiàn)代工業(yè)的應用比例有所減少。但是泡罩塔出現(xiàn)早，積累了豐厚經(jīng)驗，常用的泡罩已十分標準，其作用和優(yōu)點也有很多板式塔不可代替的部分。泡罩塔盤的分類可分為單流式泡罩塔盤和條式泡罩塔盤，泡罩塔盤在工業(yè)生產(chǎn)中仍然是不可或缺的部分。
泡罩塔的結構部件種類較多，典型的有塔板、泡罩、溢流堰、降液管與進氣堰等，圖1為泡罩塔板的實物圖。在塔板上有開孔的叫做升氣管，并在孔上焊上短管，能夠作為通管讓氣體上升。
圖1 泡罩塔板
泡罩塔的操作過程如圖2所示，液體從上層塔板流過左側降液管往下流，再從A處進入塔板，最后橫向經(jīng)過泡罩，塔板上能夠保持相對高度的流動液層是因為溢流堰的作用，這樣的液層覆蓋著齒縫就形成了液封。而氣液傳質過程主要發(fā)生在塔板上設有泡罩的B-C部分，即所謂的鼓泡區(qū)。液體從鼓泡區(qū)流出后進入氣泡分離區(qū)C-D,液體中的氣泡被分離后流入降液管。在降液管中，流入下層塔板的是清夜，返回塔板空間的是分離出來蒸汽，各層塔板的操作相類似。靜液封高度指的是堰板定頂邊到齒縫頂部的高度。霧沫夾帶指氣體在經(jīng)過液層鼓泡時被蒸汽夾帶的微量液滴。蒸汽壓降是蒸汽經(jīng)過塔板時產(chǎn)生的能量損失。
圖2 塔板的操作
1.3 液體混合物的分餾
現(xiàn)在在化工石油工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用的是分餾法區(qū)分離液體混合物。液體分餾的原理是將各種物質因為分子大小、沸點不一樣，通過塔設備對液體和氣體不斷的轉換，從而達到分離效果。本次設計的泡罩塔是用來分離本甲苯溶液。在泡罩塔內進行分餾操作時，蒸汽從塔底往上升，液體從塔頂往下流，再經(jīng)過冷凝器和再沸器分別對氣體進行冷卻操作，對原料通過加熱等，有時為了保證分餾有效進行，還會安裝原料液預熱器、回流液泵等輔助設備。
1.4 塔設備設計的內容與設計原則
1.4.1 設計內容
工藝設計和機械設計是塔最重要的兩個設計部分。而這次的設計課題是泡罩塔，主要任務是在完成工藝設計后進行的機械設計。而在機械設計部分，首先是對塔體的結構進行設計，之后設計附屬裝置，再結合制造、安裝、保養(yǎng)等實際需求做防腐工作，最后計算塔設備的強度、剛度、載荷和穩(wěn)定性。
1.4.2 設計原則
通過分析得知，泡罩塔的設計主要要求有：
（1） 滿足工藝和操作的要求
在設備上的布置要充分體現(xiàn)其靈活性，這樣容易有效調節(jié)流動和傳熱。如需實時掌握塔里的一些情況，選擇安裝實用儀表是最好的措施。
（2）經(jīng)濟合理
在計算和設計過程中，要周全地考慮費用等要求，在滿足泡罩塔設計的各項指標后，盡量將總費用降到最低，實現(xiàn)經(jīng)濟最大化。
（3）達到安全生產(chǎn)要求
泡罩塔設計應該注意強度與剛度上符合安全要求，可以順利承載自然以及生產(chǎn)時帶來的載荷與破壞。
2.泡罩塔的主體結構及零部件結構設計
2.1 泡罩塔的主體結構設計
圖3和圖4分別是泡罩塔的總體結構圖與三維立體圖，而支座、塔體和內件組成了泡罩塔的整體。
圖3 總體結構圖 圖4 三維立體簡圖
塔設備的外部殼體稱為塔體，其構件是直徑、壁厚相同的圓筒及上下兩個橢圓型封頭，塔體不僅承受原料及自身的重量，穩(wěn)定操作的進行，還要抵御自然危害的影響，因此室外的塔體需要一定的強度和剛度，在選擇材料時要嚴謹。本次設計課題的材料選用的是Q235-A，塔體設計完成后，依據(jù)生產(chǎn)工藝的需求，進行輔助設備的設計，大量零部件和接管被設計在塔體上，例如人孔、手孔、填料管、產(chǎn)品抽樣管、進氣管、出料管、回流管、溫度計、壓力表接管等，為維護、安裝部件、操作等實際工作實現(xiàn)快速安全的要求，在塔體上安置吊柱、平臺、扶梯等設施。熱量損耗降低，可以保證分餾過程質量高，速度快，因此塔底上焊接支撐圈，可以用來安裝保溫材料，本次設計的泡罩塔采用裙座支承。
塔內的塔盤間距相等，并且塔底與底層塔板的距離固定，相比底層塔盤到塔底的距離要小很多，底層塔盤還兼具貯槽的作用，保持塔底液體在一定的范圍內。頂層塔板與塔頂之間的塔頂空間交大，可以使塔頂排出的氣體，含有極少量的液滴，這個空間一般在1.2-1.5m左右。產(chǎn)品質量的提升，是減少氣體帶走的液體量，塔頂安裝除沫裝置可以實現(xiàn)這個需求。原料進入塔內的物理狀態(tài)，決定進料段的空間范圍，本次設計采用的液態(tài)原料，因此，塔板的間距可以作為進料段高度的值。另外，入孔處的塔盤間距為700mm，方便人員進出，裙座高度依據(jù)生產(chǎn)工藝選擇。
2.2泡罩塔的零部件結構設計
2.2.1 泡罩塔材料的選擇
鋼材是泡罩塔的主要材質，并且多數(shù)都設置在室外，其支撐結構是不含框架的自支承式塔體，與一般的大型化工設備沒有區(qū)別。選擇鋼材作為材質，是考慮到鋼材應用廣泛，設計制造有成熟經(jīng)驗，具有較好的強度、剛度、塑性、制造性能等優(yōu)點。特別是在大型的塔設備的設計建造，都需用鋼材作為主要材質。
泡罩塔的氣液接觸元件，如泡罩、塔盤等以鋼材為主，其他材料為輔。
2.2.2 塔盤的結構設計
質量與熱量傳遞是塔盤的重要功能，尤其在板式塔中。塔盤結構分為兩種，一為整塊式，另一為分塊式。整塊式塔盤的選用標準主要在于，塔設備的直徑在三百到八百之間，當板式塔的塔徑較大時，整塊式塔盤的剛度要求加大，不便于塔盤板的清洗、檢修。所以以上內徑的板式塔，幾乎都采用分塊式塔盤。結合本次設計的塔內徑達到了1400mm，選用分塊式塔盤。
本此設計的精餾塔沒有塔節(jié)，塔體的焊制是整體進行的。內部的分塊式塔盤，經(jīng)由人孔進入內部，焊接在內壁的固定件上。常用的分塊式塔盤有兩種，自身梁式塔盤板及槽式塔盤板。
分塊式塔盤的結構特點：
(1) 便于裝拆，結構簡便。進行沖壓折邊處理的塔盤板，能夠滿足剛度要求，減少塔盤結構的復雜度，節(jié)約鋼材使用。
(2) 簡單的模具設計，便于大量制造。
根據(jù)不同的塔內徑，分塊塔盤的長度不一，最大達到。塔盤板強度、升氣孔排列、人孔尺寸等因素，對塔盤寬度B有決定作用。
塔內壁上固定有支撐圈，是安置焊接塔盤板的部件。卡子連接是通用的連接方式，連接塔盤板與支持圈。塔盤緊固缺點較多，如生產(chǎn)難度大、難于安裝和材料方面不容易找等等。所以相比較而言，楔形緊固件是較便于安裝，裝拆的固定形式。
2.2.3分塊式塔盤的支撐結構
直徑大于800mm的塔，人能進入塔內進行清潔、安裝、檢修，塔盤板是通過人孔送進塔內的，安裝在塔內固定件上。
本次設計的泡罩塔，內徑是1400mm，支撐圈的材質為扁鋼，因為需要彎曲壓制，所以增加支撐梁。
2.2.4 裙座的結構設計
裙座是塔的不可或缺的部件之一，只有裙座才能支撐塔體。裙座有兩種結構形式，及圓筒形與圓錐形。圓筒形裙座應用廣泛，其塔設備與塔體封頭的內徑一致，制造方便；目前大型化的塔設備非常多，常選用圓錐形作為裙座，因其承載能力強，支撐穩(wěn)定性高。材料選擇Q235-B。
裙座與塔體的連接采用焊接。接頭焊接的形式有兩種型，分別是塔接和對接，裙座筒體的直徑設計值取塔釜封頭的內勁值，這樣保證裙座通過對接或搭接的方式與塔體進行焊接，并且在接點外觀上是圓滑的，進行超聲檢測。由于搭接型式受力差，搭接焊縫需填滿。
圖5所示是圓筒形與圓錐形裙座的結構示意圖。
A 圓筒形裙座
B為圓錐形裙座
圖5 A為圓筒形裙座，B為圓錐形裙座
3泡罩塔其他附屬裝置的結構設計
3.1溢流裝置
溢流裝置有降液管和受液盤。
3.1.1 降液管
降液管的類型分為兩種，一種是圓形降液管，另一種是弓形降液管。塔直徑較小時采用圓形降液管。圓形降液管中整個弓形截面能夠有效降液截面很少，不適合大規(guī)模和易起泡物料的生產(chǎn)。圓形降液管分為兩種，下圖6左邊是帶溢流堰，右邊是兼做溢流堰。
圖6 圓形降液管
本設計選用圓形降液管，降液管主要屬性是液封高度，用表示，是下層塔盤受液管與降液管低端之間的距離，它一定要小于溢流堰高度，一般情況下，，根據(jù)設計要求，這里取。
3.1.2 受液盤
受液盤按形式分為兩種，分別是平型和凹型，受液盤的作用是讓降液管的出口不受到液體侵入，受液盤的位置普遍都設置在塔盤上。
平型受液盤一般都會用在易聚合物料，為了阻止它造成塔盤死角。當液體壓降大于250Pa時，一般都會用凹型受液盤。如圖7所示
圖7凹型受液盤
如果要使塔盤的入口液封能夠有效降低，使液體的流向得到平穩(wěn)，有緩沖效果或需要更好的鼓泡時，都會選用凹型受液盤。按這次的設計需求要選用凹型受液盤，條件在于如果凹型受液盤深度大于50mm而寬度低于三分之一的塔板間距時，塔板間距可以根據(jù)要求適當擴大。
為有效預防停產(chǎn)時需要對塔內的液體進行排放，通常把液封盤做在塔的最底部的降液管末端，是通過淚空排放液體。弓形降液管如圖8所示。
圖8 液封盤結構
3.2進出口管裝置
3.2.1 進料管
加料板的作用是減小進料時的波動，為了能夠讓液體經(jīng)過塔板是不溢出，進料口設置加料板，在加料板設置進口堰。結構示意圖如圖9所示。
圖9 進料管
3.2.2 出料管
圖10是出料管的結構圖。
為了不產(chǎn)生夾帶液滴和降低壓降，在設計出料管時選擇直徑比較大的。
還會設置除沫器和擋板來控制液滴，特別是在對夾帶液滴量方面有較大的要求時。
圖10 出料管
3.3 人孔與手孔
人孔天通常設置在塔體大概六千毫米的地方，在塔頂上也要設置一個人孔，在這里選用的結構是分塊式塔盤。為了方便塔設備的安裝與生產(chǎn)，通常在一個經(jīng)線設有人孔和手孔，不能與降液管在同一平面，這樣才能夠方便工作人員進出塔。因為塔設備要保溫效果，通常人孔的選擇是回轉蓋。在與設備部件或平臺的安全距離要求上，要求人孔中心與塔內部部件距離超過一千毫米，與操作平臺高度一般保證在八百毫米到一千毫米之間，在塔內設置的把手直徑大約在十八毫米到二十二毫米之間，材料選擇圓鋼。
3.4 視鏡
當工作人員需要觀察塔設備的內部時，可以通過視鏡來觀察。視鏡的組成有很多，主要的有視鏡座、壓緊環(huán)、視鏡玻璃等。壓力容器視鏡、不帶頸視鏡及帶頸視鏡是市場上普遍使用的有三視鏡。
而窺視范圍大、結構簡單易制造的是不帶頸視鏡，正常情況下都會選擇不帶頸視鏡。帶頸視鏡主要用在直徑小、受保溫層限制的塔器。通常情況下公稱壓力在0.6 MPa以上的會采用壓力容器視鏡。由于這次設計壓力是0.26MPa，根據(jù)要求分析選擇不帶頸視鏡。
3.5液面計
液面計的作用是可以監(jiān)視和查看塔里的液面情況，液面計有玻璃管液面計、透光式玻璃板液面計、反射型玻璃板液面計等。而選用液面計的原則要考慮溫度、材質、壓力、結構等性能參數(shù)。
3.6法蘭
法蘭連接的固定結構組成是一對法蘭、多個螺栓、一個墊片等，方便自由拆卸，其中法蘭最重要部件之一，法蘭的參數(shù)主要有兩個，一個是公稱通徑（DN），另外一個是公稱壓力（PN）。
在筒體和封頭對接時，會用到壓力容器法蘭。有甲、乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭三種。如果要按封閉形式來分就有平面（RF）、榫（T）槽（G）、凹（FM）凸（M）等三種密封面。
3.7補強圈
有時候塔體會因為開孔過大使它的強度降低，補強圈在一定程度上可以有效提升塔的強度，而在設計時應注意補強圈厚度與材料上的選擇，通常情況下選擇與塔設備一樣。
3.8除沫器
除沫器的作用就是吸收氣體中帶有的細小液滴，除沫器性能的好壞可以直接影響塔設備的性能，還會影響分離的效率、原料回收等等。除沫器的分類有三種，分別是絲網(wǎng)型除沫器、折流板型除沫器和旋流板型除沫器。而在化工生產(chǎn)中最通用的類型是絲網(wǎng)型除沫器，其特點是既能吸收細小液滴也可以過濾掉大型液沫。而且效果比其他類型更明顯。市場上絲網(wǎng)除沫器的種類主要有2種，一種是固定式絲網(wǎng)除沫器，另一種是抽屜式絲網(wǎng)除沫器，根據(jù)這次的設計要求選用固定上裝式絲網(wǎng)除沫器。
4.強度計算與校核及各項驗算
4.1泡罩塔的設計參數(shù)
表1 泡罩塔的設計參數(shù)如下
設計名稱
參數(shù)值
塔內徑/mm
1400
塔高H/mm
36000
設計壓力/MPa
0.26
設計溫度t/℃
120
腐蝕余量/mm
4
容器類別
一類
筒體材料
Q235-A
封頭材料
Q235-A
裙座材料
Q235-B
地腳螺栓材料
Q235-B
介質
本-甲苯
安裝地區(qū)
衡陽郊區(qū)
地震烈度
7級
場地類別
Ⅱ
地面粗糙度類別
B
4.2 塔體壁厚初算
首先計算內壓容器筒體，再計算封頭的壁厚，然后對塔體的壁厚進行一個估值。再結合風載荷、地震載荷等因素來對塔設備的強度進行校核還有塔穩(wěn)定性的進行計算。
4.2.1圓筒壁厚計算
內壓圓筒厚度：
mm （1）
式中，為Q235-A在105時的許用應力，查表可得150以下為113MPa；焊縫采用雙面對接焊，局部無損探傷=0.85。
不包括腐蝕余量圓筒最小厚壁mm （2）
按照要求最小壁厚不得小于3mm，取mm。
若取壁厚附加量=0.8mm，腐蝕余量=3m，則圓筒的最小設計壁厚為
mm （3）
考慮到此塔比較高，風載荷較大，而塔的直徑又不大，故應適當增加一定壁厚?，F(xiàn)假定圓筒名義厚度=13.4mm（在初始假設的8-25mm之間），則假定的圓筒有效厚度為：
9.6mm （4）
4.2.2封頭壁厚計算
封頭的類型種類繁多，主要有球形、錐形、橢圓形和平板形，經(jīng)分析，在這里選擇橢圓形封頭。
根據(jù)要求，計算封頭厚度：
（5）
要求封頭與筒體等厚是使下一步的焊接更加方便，即，有效厚度=9.6mm。
4.3塔體各項載荷計算
4.3.1質量載荷計算
圖11 蒸餾塔風載分析圖
塔體和裙座質量，按照假定壁厚和各自高度（參上圖11）計算可得：
（6）
泡罩塔盤的單位質量為，因此塔內構件的質量為：
（7）
假設保溫材料的密度為300，則保溫材料的質量為：（8）
操作平臺及扶梯（籠式扶梯，質量40）質量為：（9）
查資料可知（參考《化工設備設計基礎》，化學工業(yè)出版社，第358頁,表17-1)
塔盤充液量為因而操作時塔內物料質量為：
（10）
塔體圓筒部分長23.33m（圖3.1），每個封頭容積為0.487，封頭的曲面高度及直邊高度分別為315mm和25mm（參考《化工設備設計基礎》，化學工業(yè)出版社，第461頁附表II-15）。故液壓試驗時，塔內充水質量為
（11）
人孔、接管、法蘭等附件質量。偏心質量=0。則塔設備的質量
塔器操作質量：
（12）
塔器最大質量：
（13）
塔器最小質量：
（14）
4.3.2風載荷及風彎矩計算
風力計算公式 （15）
式中 ——設備中第i段的水平風力，N；
——體型系數(shù)，對圓柱塔型設備，取=0.7；
——風振系數(shù)；
——風壓高度變化系數(shù)，可查表選取；
——基本風壓值，與建塔地區(qū)有關，可查表選??；
——塔設備第i段的計算高度，m；
——塔設備第i段迎風面的有效直接，m。
將塔沿高分成8段，如圖12，見表2
表2
塔段號
1
2
3
4
5
6
7
8
塔段長度，m
0-1
1-2.6
2.6-
7.5
7.5-
12.4
12.4-
17.3
17.3-
22.2
22.2-
27.1
27.1-
36
，
450
0.7
（B類）
（查JB/T 4710-2005表8-4）
2.43
（B類）
（查JB/T 4710-2005表8-5）
0.072
0.187
0.54
0.74
0.77
0.80
0.82
0.83
（查JB/T 4710-2005表8-6）
0.006
0.16
0.084
0.149
0.296
0.486
0.730
0.888
（B類）
1
1
1
1.07
1.19
1.29
1.37
1.45
，mm
4500
4500
4500
4500
4500
4500
4500
4500
，mm
400
，mm
600
，mm
2984
2984
3024
3024
3024
3024
3024
3024
N
949.36
1514.46
5180.97
6242.84
8137.16
10428.6
13179.14
15126.34
因為＝16.29m＞15m，故不考慮橫風向風振。
把塔體分成幾段后，作用在每一段上的風力把它當成這段中點的集中力，每一段都由水平風力作用產(chǎn)生的風彎矩，計算總風彎矩之和即 （16）
裙座底截面0-0處的風彎矩為：
（17）
將上述結果代入到上式可分別計算出底部（0-0）截面，裙座開孔（1-1）截面及裙座與塔體連接（2-2）截面的風彎矩。計算結果如下
0-0截面風彎矩：
（18）
Ⅰ-Ⅰ截面風彎矩：
（19）
Ⅱ-Ⅱ截面風彎矩：
（20）
4.3.3地震載荷及地震彎矩計算
圖12是把塔分為8段圖，以每段高度二分之一處看做塔的集中質量，各段集中質量對該截面所引起的地震力地震彎矩列于表3中。
圖12
表3
塔段號
1
2
3
4
5
6
7
8
，
562.3
899.9
4911.9
4911.9
4911.9
4911.9
4911.9
4911.9
，
500
1800
5050
9950
14850
19750
24650
29500
0.011
0.076
0.359
0.993
1.810
2.776
3.870
5.067
0.006
0.068
1.763
4.878
8.891
13.635
19.009
24.889
0.007
0.052
6.326
48.386
160.853
378.40
753.699
1261
0.0031
0.0213
0.1007
0.2784
0.5075
0.7784
1.0851
1.4208
，
0.61
6.76
174.50
482.44
879.46
1348.90
1880.39
2462.13
0.281
1.620
24.805
48.873
72.942
97.010
121.078
144.901
，
，
，
6.50
37.44
573.34
1129.64
1685.97
2242.28
2798.58
3349.22
，
11822.97
11816.47
11779.03
11205.69
10076.05
8390.08
6147.8
3349.22
因為＝22.86＞15m且H＝32m＞20m，故考慮高振型影響。
（1）0-0截面地震彎矩： （21）
（2)Ⅰ-Ⅰ截面地震彎矩：（22）
(3)Ⅱ-Ⅱ截面地震彎矩：（23）
4.3.4最大彎矩計算
以下公式是塔的最大彎矩計算公式
取其中較大值。 （24）
經(jīng)計算結果可知上面風彎矩和地震彎矩無論是哪個截面均小于，又因為故，即：
4.4.塔體的強度及軸向穩(wěn)定性驗算
4.4.1圓筒軸向應力的計算
由介質壓力引起的軸向應力 （25）
由質量載荷引起的軸向應力 （26）
由彎矩載荷引起的軸向應力 （27）
4.4.2圓筒軸向穩(wěn)定性校核
按下式計算系數(shù)A為：
（28）
查表得B=76MPa,已知，所以。
圓筒軸向穩(wěn)定性按下式校核：
< （29）
4.4.3圓筒拉應力校核
對內壓情況，圓筒的拉應力按下式校核
（30）
而故<。
4.4.4塔體液壓試驗時的應力校核
由試驗壓力引起的環(huán)向應力，按下式計算
（31） 式中為試驗壓力，可由公式求得。
，取液柱靜壓力，則
由試驗壓力引起的軸向應力， （32）
由液壓試驗時重力引起的軸向應力（式中近似取）
（33）
由彎矩引起的軸向應力
（34）
查表可知，Q235A材料的。按下式求得
取其中較小值。 （35）
因>KB，故
計算所得的各項應力應滿足
將以上計算的各應力代入上式得
<
<
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