【畢業(yè)論文】催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算

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催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算摘 要本文首先根據設計參數進行了甲苯塔主體的設計，包括封頭和筒體的壁厚計算。接著對甲苯塔受到的各種載荷進行了計算，包括：質量載荷、地震載荷、風載荷及自振周期，計算出甲苯塔受到的各項載荷后，對塔體進行了強度校核和開孔不強計算。完成甲苯塔的整體設計及強度校核后，對甲苯塔進行了結構設計和零部件計算，主要包括：裙座計算、格柵板的計算、保溫支撐圈的計算。關鍵詞：甲苯塔，強度，設計，經濟分析III催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算AbstractThis passage mainly designed a packing tower .First ,the style of the packingtower was chosen ,under the requires ,then the material of the packing tower waschosen too ,when the style and the material of the packing tower were chosen ,it’stime to calculate the thick of the packing tower .Next ,the author calculated a kinds ofloads of the packing tower, including : mass load ,earthquake load ,wind load , andtheir moments .When all the loads and moments were calculated , there was didstrength proofread and water press experiment .When the whole design and strength proofread were completed, there was didstructure design of the packing tower and parts calculate . Mainly including: packingtray skirt design of the packing tower, foundation plate design , foundation boltscalculate and perforation patch weld calculate .Keywords : packing tower , load , strength , design , calculateIV催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算目 錄目 錄III第一章 前 言11.1 設計目的11.2 設計任務11.3 研究背景21.4 研究意義21.5 研究步驟2第二章 甲苯塔的設計及計算72.1 引言72.2 甲苯塔整體設計及計算：.72.3 塔體設計計算.82.4 封頭的選擇92.5 裙座設計.92.6 甲苯塔整體計算及校核102.7 自振周期132.8 地震載荷與地震彎矩132.9 應力計算.172.10 組合應力校核182.11 甲苯塔零部件的設計及選用.192.12 開口補強的校核222.12.3 c 孔.282.12.4 人孔.31第三章 專題討論353.1 甲苯塔控制概述.353.2 甲苯塔經濟分析.35V催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算第四章 結論374.1 結論374.2 畢業(yè)設計小結.37參考文獻39VI催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算第一章 前 言1.1 設計目的（1）培養(yǎng)學生把所相關課程的理論知識，在畢業(yè)設計中綜合地加以運用，鞏固和強化有關機械課程的基本理論和基本知識。（2）培養(yǎng)學生對化工工程設計的技能以及獨立分析問題、解決問題的能力。樹立正確的設計思想，掌握化工單元設備設計的基本方法和步驟，為今后創(chuàng)造性地設計化工設備及機械打下一定的基礎。（3）培養(yǎng)學生熟悉、查閱并綜合運用各種有關的設計手冊、規(guī)范、標準、圖冊等設計技術資料；進一步培養(yǎng)學生識圖、制圖、運算、編寫設計說明書等基本技能；完成作為工程技術人員在機械設計方面所必備的設計能力的基本訓練。1.2 設計任務設計一座甲苯塔?；緟狄螅涸O計壓力：0.35 MPa；設計溫度：185°C；基本風壓：450N/m2；腐蝕裕量：3 mm；焊縫系數：0.85；容積：101.6 m3；地震烈度：6 度；射線檢測：≥20% ；場地土類別：Ⅱ 類；規(guī)范名稱：GB150-1998任務內容要求：說明部分編寫開題報告一份；翻譯外文一份；查閱外文資料，譯文不少于 2 萬字符。編寫設計論文一份，其中包括：（1） 設計目的及設計任務；（2） 論文綜述：查閱中外文有關文獻和專利,綜述相關內容;1催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算（3） 甲笨塔整體結構設計說明；（4） 甲苯塔整體和零部件結構設計與計算說明;（5） 甲苯塔工藝流程說明；（6） 概述對甲苯塔的控制；（7） 初估總體價錢,進行經濟分析。計算部分：（1）甲苯搭整體強度校核計算（2）甲苯搭零部件計算：地腳螺栓，塔盤結構，法蘭開孔與開孔補強等。繪圖部分：（1） 手工繪制甲苯塔結構圖 1 張（0#）（2） 計算機繪制甲苯塔結構圖 1 張（0#）.（3） 計算機繪制甲苯塔零部件圖 2 張。1.3 研究背景芳烴是石油化工工業(yè)的重要基礎原料，在總數約八百萬種的已知有機化合物中，芳烴化合物占了約 30%，其中 BTX 芳烴（苯、甲苯、二甲苯）被稱為一級基本有機原料。二戰(zhàn)后，BTX 芳烴主要在石油化工工業(yè)中大量生產和應用。隨著科學技術的飛速發(fā)展以及人們對生活和文化的需求日益提高，據統(tǒng)計和預測，從 1970 年到 2010 年世界范圍內對芳烴主要產品（苯和二甲苯）的需求量增長速度大于全世界生產總之總值的提高速度。1.4 研究意義在畢業(yè)設計中，我們將大學四年的所有知識系統(tǒng)的概括起來，做到了進一步的深化，使將來我們在自己的工作崗位中對知識的理解加深，起到了承上啟下的作用1.5 研究步驟烷基芳香烴分子中與苯環(huán)直接相連的烷基，在一定情況下可以被脫去，此類反應稱為芳烴的脫烷基化。工業(yè)上主要應用于甲苯脫甲基制苯。脫烷基反應的化學過程——以甲苯加氫脫烷基制2催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算主副反應和熱力學分析—CH3+H2主要反應：+ 3H2+ CH4+ 6H2 6H4副反應：CH4 C+2H2四個反應的常數和溫度關系如表 3.1：表 3-1 四個反應的常數和溫度關系反應logKp(4-8)(4-9)(4-10)(4-11)700K(427℃)3.17-4.2625.02-0.95800K(527℃)2.72-6.3221.65-0.15900K(627℃)2.36-7.9218.960.491000K(727℃)2.07-9.1916.701.01主反應在熱力學上有利。溫度不太高，氫分壓較高時，可進行的比較完全，環(huán)烷烴加氫裂解成 甲苯為不可逆反應，較高反應溫度，較低烴分壓下可被抑制，溫度過高，氫分壓過低有利于甲烷生碳及芳烴脫氫縮合，副反應難以從熱力學上3催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算加以抑制，熱力學分析結論，從動力學上來控制副反應的反應速度，盡量少發(fā)生。反應溫度不宜太高也不宜太低，氫分壓和氫氣對甲苯的摩爾比也要適宜。脫烷基化方法：（1） 烷基芳烴的催化脫烷基反應生成苯和烯烴，是強吸熱反應。烷基愈大愈容易脫去：叔丁基〉異丙基〉乙基〉甲基。不適用于甲苯脫甲基制苯。（2） 烷基芳烴催化氧化脫烷基以甲苯為例，選擇性 70%氧化催化劑，如鈾酸鉍，氧化深度難控，選擇性低，未工業(yè)化。（3） 烷基芳烴的加氫脫烷基在大量氫氣的存在及加壓下，使烷基芳烴發(fā)生氫解反應脫去烷基生成母體芳烴和烷烴。工業(yè)上廣泛用于甲苯脫甲基制苯。臨氫條件下，有利于抑制焦炭生成，但存在深度加氫副反應加氫脫烷基工藝方法：熱法和催化法如下表 3.2：表 3-2 熱法和催化法項目反應溫度，℃反應壓力，MPa苯收率，%催化劑反應器運轉周期空速大小催化法530~6502.94~7.8596~98要半年較?。ǚ磻鬏^大）熱法600~70096~4.9097~99不要一年較大（反應器較?。┰弦?原料適應性差，非芳烴和 原料適應性較好，允許含C9 含量不能太高 非芳烴達 30% C9，芳烴達15%氫的要求氣態(tài)烴生成量氫耗量反應器材質要求對 CO、CO 2、H2S 、NH2等雜質含量有一定要求少低低4雜質含量不限制稍多稍高高催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算苯純度 99．9~99.95% 99.99%用于熱法不需要催化劑，苯收率和高原料適應性較強等優(yōu)點，所以采用加氫熱脫烷基的裝置日漸多。（4） 在加氫脫烷基同樣的反應條件下，用水蒸氣代替氫氣進行的脫烷基反應。優(yōu)點：廉價水蒸氣，副產大量含氫氣體缺點：苯收率比加氫法低 90~97%而且催化劑成本高。甲苯熱脫烷基制苯原料：甲苯、混合芳烴、裂解汽油特點：在柱塞流式反應器的六個不同部位加入由分離塔閃蒸出來的氫，從而控制反應溫度穩(wěn)定，副反應較少，重芳烴的產率較低。首先我想先根據設計參數進行了甲苯塔的選型、選材，然后計算塔體厚度，接著對甲苯塔受到的各種載荷進行了計算，包括：質量載荷、地震載荷、風載荷及自振周期，計算出甲苯塔受到的各項載荷后，對塔體進行了強度校核和水壓實驗。完成甲苯塔的整體設計及強度校核后，對甲苯塔進行了結構設計和零部件計算，主要包括：甲苯塔塔盤的結構設計及撓度計算、基礎環(huán)設計、地腳螺栓計算和開孔補強計算。最后，制定任務計劃書，堅持每天寫工作日志，把這個過程中所學到的東西記下來，方便以后學習。在學習中，我必定會遇到許多不會的東西，所以我要經常向老師請教，積極配合老師的指導，不懂就問，盡量不讓所研究的對象出現不清楚的地方。具體步驟如下：1.5.1 查閱中外文有關文獻和專利，收集資料；1.5.2 甲苯塔的強度、剛度和穩(wěn)定性計算：（1） 按設計壓力計算塔體和封頭壁厚；（2） 計算開孔補強；（3） 塔設備質量載荷計算；（4） 風載荷和風彎矩計算；（5） 地震載荷和地震彎矩計算；5催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算（6） 偏心載荷與偏心彎矩計算；（7） 各種載荷引起的軸向應力；（8） 塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核；（9） 基礎環(huán)設計；（10）地腳螺栓計算。1.5.3 甲苯塔的結構設計：（11）塔體與裙座結構設計；（12）填料支撐的設計；（13）防渦流器的設計；（14）保溫支撐全的設計（15）塔頂吊柱的設計；1.5.4 甲苯塔的溫度控制概述1.5.5 繪制甲苯塔結6催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算第二章 甲苯塔的設計及計算塔體設計參數：設計壓力： 0.22MPa ； 設計溫度：100°C ； 基本風壓： 300 N/m2；腐蝕裕量：1.5mm ；殼體主材：20R；焊縫系數： 0.85；地震烈度：8 度 ；場地土類別 : Ⅱ 類； 地面粗糙度： B 類。規(guī)范名稱 : GB150-1998 、JB/T4710-2005。2.1 引言本章將根據給定的設計參數和要求對甲苯塔的結構做一整體的設計，主要圍繞筒體設計計算（包括應力校核和殼體穩(wěn)定驗算等），裙座驗算（包括裙座筒體穩(wěn)定驗算、焊縫驗算、地腳螺栓的選用等）、接管開孔補強計算（其中包括人孔的選用）和法蘭設計（包括墊片及螺栓的選用等）四部分展開，設計過程嚴格按照《國家標準（GB150-1989）----鋼制壓力容器》和《中華人民共和國行業(yè)標準（JB470-92）----鋼制塔式容器 》的要求進行[9] 。設計基本參數設計壓力： 0.22MPa ； 設計溫度：100°C ；基本風壓： 300 N/m2；腐蝕裕量：1.5mm ；殼體主材：20R；焊縫系數： 0.85；地震烈度：8 度 ；場地土類別:Ⅱ 類； 地面粗糙度：B 類。規(guī)范名稱: GB150-1998 、JB/T4710-2005。2.2 甲苯塔整體設計及計算：2.2.1 塔形選擇板式塔和填料塔都是常用的精餾塔型，比較而言，板式塔結構復雜。填料塔則結構簡單。則從經濟性角度上來講，板式塔塔徑越大，越顯出比填料塔造價低的優(yōu)點；綜上所述，本設計選用甲苯塔為填料塔。2.2.2 填料層支撐的選擇7催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算填料層的支撐結構主要有格柵板和調料支承座兩種，由于天兩支承座結構復雜，成本高，故選用格柵板支撐。2.3 塔體設計計算2.3.1 選材題目要求中已經給出塔體主材為 20R，屬于低合金鋼材2.3.2 塔體厚度計算（1） 計算厚度： 公式? i?? pc Di2[? ]t???? pc（1－1）（2） 由設計參數得， pc?? 0.22MPa ， Di?? 2600mm ， t?? 100? ，??? 0.85 ，查 GB150-1998，材料 20R， [? ]t?? 147MPa ；代入式（1－1）得：（3） ? i?? 0.35?? 20002??105?? 0.85?? 0.35 ? 6mm （1－2）（4） 設計厚度： 公式 ? s???? i?? C（5） 又有 C?? C1?? C2 ， C1?? 1.5mm ， C2?? 0.25mm ，所以 C?? 1.5?? 0.25?? 1.75mm ；代入式（2）得：? S?? 6?? 1.75?? 7.75mm（6） 名義厚度： 由于設計厚度?? s ?? 7.75mm進行圓整，得?? n?? 10mm（7） 有效厚度： 由公式?? e???? n?? C 得，?? e?? 10?? 1.75?? 8.25mm8( i?? t1?? t2 )2? t1)?? 1?? 2( i?? t1)2催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算2.4 封頭的選擇查 JB/T4746-2002 ， 選 用 標 準 封 頭 公 稱 直 徑 與 塔 體 內 徑 相 等 ， 即Dif?? 2600mm ，曲面高度為 690mm ，直邊高度為 40mm 。2.5 裙座設計裙座形式有兩種，一種是圓筒形裙座，另一種是圓錐形裙座，一般情況下選用圓筒形裙座。對 DN?? 1000mm ， H DN?? 25 ； DN?? 1000mm ， H DN?? 30 這類細高型塔在一定情況下應選用圓錐形裙座。本設計中 DN?? 1000mm ，但 H DN?? 30 ，所以不屬于可能選擇圓錐形裙座的細高塔類型，故選用圓筒形裙座。2.5.1 選材由于，裙座不接觸物料，設計溫度與設計壓力的要求也不比塔體材料要高，所以選用材料 Q235-A。2.5.2 裙座與塔體的連接選用對接接頭形式，兩者的連接焊縫須采用全焊透連續(xù)焊，焊接完畢后采用100﹪無損檢測。2.5.3 裙座筒體的厚度由于裙座與塔體的連接方式采用的是對接接頭形式，此時裙座殼體外徑宜與塔體底封頭外徑相等，所以裙座厚度應與筒體厚度相同，故取裙座筒體厚度? ns?? 10mm 。2.5.4 裙座頂部到封頭切線的距離 h公式： h?? ( Di4DD2（2－3）；其中， Di ——橢圓形封頭內徑 mm ， t1 ——橢圓形封頭厚度 mm ，t2 ——裙座的厚度。9? 8?? 8)2? 8)(Di?? N?? qN催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算又由， Di?? 2600mm ， t1?? 10mm ， t2?? 10mm ，代入式（2－3）得，h?? ( 20004 ? 8)?? 1??(200022000 22? 64mm2.6 甲苯塔整體計算及校核2.6.1 塔體質量計算（1）筒體質量： 公式m????Di? n?? （2－4）；又因為， Di?? 2600mm ，?? n?? 10mm ，??? 7.85??103 kg m3 ，代入式（ 4）得，m?? 3.14?? 2600??10?3??10??10?3?? 7.85??103?≈ 5792 kg（2）封頭質量： 因采用標準封頭質量可有公稱直徑在 JB/T4736-2005 上查到m2?? 2?? 586?? 1172(kg )（3）裙座質量： 裙座質量類似于筒體，可與求筒體質量方法相同m3?? 1029kg（4）空塔質量：公式 m01?? m1?? m2?? m3 （2－5）；又由， m1?? 5792kg ， m2?? 1172kg ， m3?? 1029kg ，帶入式（2－5）得，m01?? 5792?? 1172?? 1029?≈ 7993(kg )2.6.2 塔內件質量公式 m02?? ?4 2 （2－6）；10[(2?? 0.016?? 0.2)2?? (2?? 0.016) ]?10.4?? 300?≈ 1369(kg )(Di?? 2? n?? 2? ) ]? 0.5nq p?? qF?? H F催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算但設計時并沒有考慮，因此塔內件質量 m02?? 02.6.3 保溫層質量m03?? ?4 [(Di?? 2? n?? 2? s )2?? (Di?? 2? n )2 ]H 0?? 2 （2－7）；又由，?? n?? 10mm ，?? s?? 50mm ， H 0?? 10400mm ，?? 2?? 300 kg m3代入式（7）得，m03?? 3.144 22.6.4 平臺、扶梯質量m04?? ?4 [(Di?? 2? n?? 2??? 2B)2?? （2－8）；2又由， q p?? 300 kg m2 ， qF?? 40 kg m ， n?? 2 ， H F?? 9m ，?? ?? 4mm代入式（2－8）得，m04?? 3.144 [(2?? 0.016?? 0.008?? 108)2?? (2?? 0.016?? 0.008)2 ]?0.5?? 2?? 300?? 40?? 9?≈ 420(kg )2.6.5 操作時塔內物料質量公式 m05?? ?4 Di2 (hw N?? h0 )??1?? V f??1 （2－9）；11催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算又由， hw?? 100mm ，?? 1?? 505 kg m3 ，V f ?? 1.18m3 ，代入式（2－9）得，m05?? 3.144 ? 22?? 550?? (0.1? 50?? 1.8)?? 1.18?? 750?≈ 18768(kg )2.6.6 人孔、接管、法蘭等附件質量按經驗取福建質量為： ma?? 0.25m01得， ma?? 0.25?? 7993?? 1998(kg )2.6.7 充液質量（2－10）；公式 mw?? ?4 Di2 H 0?? w?? 2V f?? w （2－11）；又由，水的密度?? w?? 1000 kg m3 ，代入式（2－11 ）得，mw?? 3.144 ? 22??10.4??1000?? 2??1.18??1000?? 52810(kg )2.6.8 偏心質量me?? 4000kg2.6.9 操作質量 m0 、最小質量 mmin 、最大質量 mmaxm0?? m01?? m02?? m03?? m04?? m05?? ma?? me?? 28475(kg )mmin?? m01?? 0.2m02?? m03?? m04?? ma?? me?? 9707(kg )mmax?? m0?? mw?? 64371?? 101584?? 62517(kg )12E? e Di1.9??10?? 8?? 2000催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算2.7 自振周期公式 T1?? 90.33H m0 H 3 ?10?3 （2－12）；又由，E?? 1.9GPa（查 GB150-98 表 15），H?? 10400mm 代入式（2－12）得T1?? 90.33?? 37100?? 64371? 371005 3 ?10?3?≈ 2.472.8 地震載荷與地震彎矩將塔體分為兩段，以塔基為 0—0 截面，裙座于筒體連接的界面 A-A 界面（單位：mm）。2.8.1 各段操作質量（1） 0-0 段：m0?? m01?? m02?? m03?? m04?? m05?? ma?? me?? 28475（2） 1-1 段：m0?? m01?? m02?? m03?? m04?? m05?? ma?? me?? 26784（3） A-A 段：m0?? m01?? m02?? m03?? m04?? m05?? ma?? me?? 2814613M w i i iP??1?? (li il??1 / 2)?? Pi?? 2?? (li il??1?? li?? 2 / 2)?? .?? 4.373e+07? P?? l / 2???????????????????????????催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算2.8.2 最小質量（1）0-0 段：m0?? m01?? 0.2m02?? m03?? m04?? ma?? me?? 9707（2） 1-1 段：m0?? m01?? 0.2m02?? m03?? m04?? ma?? me?? 8015（3） A-A 段：m0?? m01?? 0.2m02?? m03?? m04?? ma?? me?? 93782.8.3 液壓試驗質量（1）0-0 段：（2）1-1 段：（ 3） A-A 段：m=62517m=8015m=621872.8.4 風彎矩查取體型系數 K1?? 0.7 ，風振系數 K 21?? 1.7 ，基本風壓 q0?? 300 N m2 ，風壓高度變化系數 f1?? 0.8 ，保溫層厚度?? si?? 50mm（1）0-0 段：M w0??0?? Pi?? li / 2?? Pi??1?? (li?? li??1 / 2)?? Pi?? 2?? (li?? li??1?? li?? 2 / 2)?? .?? 5.951e+07（2）1-1 段：1?1（3）A-A 段：M wA? A?? Pi?? li / 2?? Pi??1?? (li?? li??1 / 2)?? Pi?? 2?? (li?? li??1?? li?? 2 / 2)?? .?? 5.398e+07142max( , ( ) ( ) ) 5.951e+07I I Iew w ca cwM M M M?????????????????????????????????????????2max( , ( ) ( ) ) 4.373e+07I I Iew w ca cwM M M M?????????????????????????????????????????2max( , ( ) ( ) ) 5.398e+07I I I I I Iew w ca cwM M M M?????????????????????????????????????????????????????????????0 0 1 ( ) 3.56e+07E k kM F h h????????????∑1 ) 2.83e+07I IE k kM F h????????????∑1 ( ) 3.316e+07A AE k kM F h h????????????∑催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算2.8.5 組合風彎矩（1）0-0 段：2（2）1-1 段：2（3）A-A 段：22.8.6 地震彎矩（1）0-0 段：nk??i（2）1-1 段：n(hk??i（3）A-A 段：nk??i15max max( ) 4.373e+07w e E w eM M?????????????????????????????????????????,M M? 0.25M? M?max max( ) 5.398e+07w e E w eM M?????????????????????????????????????????,M M? 0.25M? M?0 0 / ( 1, 2,, ) 21789vi i i v k kF m i n??????????????????∑催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算2.8.7 偏心彎矩（1）0-0 段：M e?? me gle?? 0（2）1-1 段：M e?? me gle?? 0（3）A-A 段：M e?? me gle?? 02.8.8 最大彎矩（1）0-0 段：M max?? max(M wI?? I?? M e , M EI?? I?? 0.25M wI?? I?? M e )?? 5.951e+07（2）1-1 段：I?? I I?? I I?? I（3）A-A 段：I?? I I?? I I?? I2.8.9 垂直地震力（1）0-0 段：n? mhF hk??1160-0 1-1 A-A? 11?? P c D i / 4?? ei 0 16.82 0I?? I I?? I?12?? ( m 0 g?? Fv ) /??D i?? ei6.57 3.78 6.47I?? I 2?13?? 4 M max /?? D i?? ei2.15 0.97 1.96I?? I I?? I?22?? ( m0 g?? Fv ) /??Di?? ei0 1.13 0? 31???? P T D i / 4?? ei 0 21.03 0I?? I?32?? mT g /??Di?ei14.42 1.13 14.30I?? I 2? 33?? 4( 0.3M w?? M e ) /??Di?? ei064 0.29 0.59t[?] 113 133 113B 50.11 81.87 50.110 0 / ( 1, 2,, ) 21598vi i i v k kF m h F m h i n????????????????????????∑0 0 / ( 1, 2,, ) 21778vi i i v k kF m i n??????????????????∑催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算（2）1-1 段：nk??1（3）A-A 段：n? mhF hk??12.9 應力計算17? A1????1????2????3 (內壓),或?? ??2????3(外壓)0-0 1-1 A-A14.01許用值 135.66? A 2???? 2???? 3 (內壓 ),或??1???? 2????3(外壓)8.72 2.10 8.43許用值 60.13 98.24 60.13? A3????1????2????3 20.19許用值 220.5? A 4???? 2???? 3 15.06 14.89 1.42許用值 50.11 98.24 50.11??? ( pT?? 9.81?Hw )( Di????ei ) / 2?ei 42.2許用值 22.50校核結果 合格 合格 合格催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算2.10 組合應力校核注 1：:??ij 中 i 和 j 的意義如下i=1 操作工況i=2 檢修工況i=3 液壓試驗工況j=1 設計壓力或試驗壓力下引起的軸向應力（拉）j=2 重力及垂直地震力引起的軸向應力（壓）j=3 彎矩引起的軸向應力（拉或壓）[?]tB設計溫度下材料許用應力設計溫度下軸向穩(wěn)定的應力許用值18b?? (Dob?? Dos )?? (2900?? 2020)?? 440(mm)催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算注 2:?A1：軸向最大組合拉應力?A3：液壓試驗時軸向最大組合拉應力?A2：軸向最大組合壓應力?A4：液壓試驗時軸向最大組合壓 應 力?： 試驗壓力引起的周向應力注 3: 單 位 如 下質 量：kg力：N彎 矩:：N?? mm應 力：MPa2.11 甲苯塔零部件的設計及選用2.11.1 基礎環(huán)設計基礎環(huán)的厚度應不低于 16mm裙座內徑： Dis?? 2600mm裙座外徑：Dos?? Dis?? 2? es?? 2020(mm)基礎環(huán)外徑：Dob?? Dis?? 300?? 2600?? 300?? 2900(mm)基礎環(huán)內徑：Dib?? Dis?? 300?? 2600?? 300?? 2300(mm)基礎環(huán)伸出寬度：1 12 219(29002?? 2300 )?? 2.85??10 (mm3 )? 8.38??10 (mm3 )2.21?10 69488?? 9.81M max 0 gm8.38??10 1.885??106Zb b A? M / Z b?? ( m 0 g?? F v b)/ A0 .3 M w e b?? m m ax g / A b? M )/ Z?M E?0?? 0.25M w?0?? M e m0 g?? Fv0?0催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算相鄰兩筋板最大外側間距： l?? 200mm ，基礎環(huán)面積：Ab?? ?4 (Dob2?? Dib2 )?? ?4 2 6基礎環(huán)截面系數：Zb?? ? (Dob4?? Dib4 )32Dob? 32?? 290048基礎環(huán)材料的許用應力： [? ]b?? 140MPa基礎環(huán)板需要厚度：7.1mm水壓試驗時壓應力：? b1??0? 9?????????????????????????≈ 2.0(MPa)8混凝土基上的最大壓應力：0?? 0 0?? 0m ax0?? 0? b max?? 0.49地腳螺栓受地震載荷時最大拉應力：中較大值? B?? ????????????0.13Zb Ab2.11.2 地腳螺栓的選用選用 M24×20 的地腳螺栓，腐蝕裕量為 C 2?? 3mm 。地腳螺栓實際的螺紋小徑： 20.75220催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算地腳螺栓需要的螺紋小徑 ：筋板壓應力：d1??? G??4? B Ab?n[? ]btFn1? G l 2? C 2?? 3.72? 0.04Mpa筋板許用應力：蓋板最大應力：94.98MPa? z??蓋板許用應力：蓋板校核結果：裙座與筒體焊接接頭校核3F1l3′4?l 2′?? d 3??? c2????l 4′?? d 2??? z2147MPa合格? 0.27Mpa焊接接頭截面上的塔器操作質量：焊接接頭截面上的最大彎矩對接接頭橫截面：?Dit? es?? 42539對接接頭抗彎斷面模數：?Dit2? es / 4?? 2.76933e?? 07對接接頭抗彎斷面模數對接焊接接頭在操作工況下最大拉應力對接焊接接頭拉應力許可值對接接頭拉應力校核結果2126784kg4.37307e+07-4.6081.36合格[ ] 130tn?0.79755rf????????????[ ] 147?催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算2.12 開口補強的校核本塔較大的接管開孔分別為：氣體進料口、塔釜出料口、放凈口，塔體人孔及裙座入孔。分別計算如下：2.12.1．a孔甲苯進料口設計條件：設計壓力：P=0.22Mpa設計溫度：t=100℃圓筒內徑：Di =2600mm；名義厚度：? n =10mm；接管名義厚度：? m =10mm設置?? 323×10mm；L=83mm 內平齊接管，開孔未通過焊縫。厚度附加量：殼體：C 1=0.8mm；C2 =3mm； C?? C1?? C 2?? 0.8?? 3?? 3.8mm接管：C 1=0.8mm；C 2 =3mm； C?? C1?? C 2?? 0.8?? 3?? 3.8mm接管外伸高度：h1?? 150mm ； h2?? 0mm材料：筒體：20R ；許用應力 [? ]t?? 147MPa ；接管：20#鋼； 許用應力 [? ]t?? 130MPa ；t試進行開孔補強設計[15]。1.補強及補強方法判別（1）補強判別根據GB150-89第三者6.2條：δ≤12mm允許不另行補強的最大接管直徑DN為50mm 。本開口直徑DN=323mm50mm,故需另行考慮其補強。（2）補強計算方法判別22??????? 1300mm2[? ]???? p ??????????????? 1.97(mm)催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算開孔直徑： d?? d1?? 2C?? 324?? 2?? 3.8?? 331.6mm本筒體開孔直徑 ： d?? 331.6mm?? Di 26002 2滿足GB150-89第6.4.1條計算方法適用條件，故可采用 6.5條（等面積法）的開孔補強方法進行計算。2.開孔所需補強面積（1）筒體計算厚度筒體計算厚度按GB150-89 式（6-1）確定：??? pD1t 0.22?? 26002??147??1?? 1.68（2）開孔所需補強面積開孔所需補強面積按GB150-89式（6-2）計算：A?? d??? 2? (? m?? c)(1?? f r )? 323.6??1.97?? 2??11.37?? (10?? 3.8)?? (1?? 0.7975)? 3600.84(mm2 )3.有效補強范圍（1）有效寬度有效補強寬度B 按GB150-89 式（6-23）確定：B?? 2d?? 2?? 323?? 646mmB?? d?? 2? n?? 2? m?? 323.6?? 2??12?? 2??10?? 367.6mm取兩者之大值，故B=646mm；（2）有效高度a.外側有效高度 h1按GB150-89式（6-25）確定：232[? ]n??? p??????????????? 2.2(mm)催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算h1?? d? m?? 323?10?? 56.83mmh1?? 150mm故 h1?? 56.83mmb.內側有效高度 h 2 按GB-150-89式（6-25）確定：h2?? d? m?? 56.83mmh2?? 0mm4.有效補強面積（1）圓筒多余金屬面積圓筒有效厚度：?? e???? n?? C?? 10?? 3.8?? 6.2mm圓筒多余金屬面積按GB150-89式（6-26）計算：A1?? (B?? d )(? e???? )?? 2(? m?? C )(? e???? )(1?? f r )?? (646?? 331.6)?? (20.2?? 11.37)?2?? (10?? 3.8)?? (20.2?? 11.37)?? (1?? 0.79755)?? 2635.86(mm2 )（2）接管多余金屬面積接管計算厚度：??1?? pdt 0.22?? 3232??147??1?? 1.68接管多余金屬面積 A 2 按GB150-89 式（6-27）計算A2?? 2h(? m????1?? C ) f r?? 2h2 (? m?? C?? C2 ) f r? 2?? 57.58?? (10?? 2.157?? 3.8)?? 0.79755?? 0? 362.5(mm2 )（3）補強區(qū)內焊縫面積（焊腳取8mm）24A3?? 2???? 8?? 8?? 64(mm 2 )[? ]tn 130[? ] 147催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算12（4）有效補強面積A1?? A2?? A3?? 2635.86?? 371.33?? 32?? 3039.19(mm2 )5.所需另行補強面積A4?? A?? ( A1?? A2?? A3 )?? 3600.84?? 3039.19?? 561.65(mm2 )故不需要額外補強2.12.2．b孔物質出口設計條件：設計壓力：P=0.22Mpa設計溫度：t=100℃標準橢圓封頭：D1 =2600mm；名義厚度：?? =10mm；中心設置?? 219×9mm的內平齊接管，開孔未通過焊縫。厚度附加量：殼體：C 1 =0.8mm；C2 =3mm；C= C1 + C2 =3.8mm；接管：C 1 =0.8mm；C2 =3mm；C= C1 + C2 =3.8mm；接管外伸高度：h1 =98mm； h2 =0mm；材料：封頭：20R ； 許用應力 [? ]t?? 147MPa ；接管：20 號鋼；許用應力 [? ]tn?? 130MPa ；f r?? t??????? 0.88試進行補強度設計。25??????? 1300mm2[? ]???? 0.5 p ?????????????????????? 6.8mm催化裂化甲苯塔的結構設計及理論計算1.補強及補強方法判別（1）補強判別根據GB150-89第6.2條：?? 12mm 允許不另行補強的最大接管直徑DN為80mm。本開孔DN=200mm80mm,故需另行考慮其補強。（2）補強計算方法判別開孔直徑： d?? d1?? 2C?? 200?? 2?? 3.8?? 207.6mm本凸形封頭開孔直徑 d?? 207.6?? D1 26002 2適用條件，故可采用6.5條（等面積法）的開孔補強計算方法進行計算。2.開孔所需補強面積（1）封頭計算厚度封頭計算厚度按GB150-89式（6-3）確定：??? K1 pD1t 0.9?? 0.22?? 22002??147?? 0.85?? 0.5?? 0.22說明：根據GB150-89表5-2按標準封頭取K1 =0.9 。（2）開孔所需補強面積開孔所需補強面積按GB150-89 式（6-2）計算：A?? d??? 2? (? m?? C )(1?? f r )? 262.6?? 6.8?? 2??10.23? (9?? 3.8)?? (1?? 0.7975)?? 1753(mm2 )3.有效補強范圍（1）有效寬度有效寬度B 按GB150-89 式（6-23）確定：B?? 2d?? 2?? 262.6?? 525.2(mm)B?? d?? 2? n?? 2? m?? 262.6?? 2?? 8?? 2?? 9?? 296.6(mm)故：B=525.2 （mm）（2）有效高度26