精餾塔機械設計

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遼寧石油化工大學畢業(yè)設計（論文） GraduationProject (Thesis) for Undergraduate of LSHU 題 目 精餾塔T-101機械設計 TITLE T-101 mechanical design of distillation column 學 院 School 專業(yè)班級 Major&Class 姓 名 Name 指導教師 Supervisor 201 年 月 日 本論文為原創(chuàng)，為了方便學弟學妹參考特發(fā)到百度文庫，圖紙沒發(fā)0.0 論文獨創(chuàng)性聲明 本人所呈交的論文，是在指導教師指導下，獨立進行研究和開發(fā)工作所取得的成果。除文中已特別加以注明引用的內容外，論文中不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的工作做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明并致謝。本聲明的法律結果由本人承擔。 　　特此聲明。 　　　　　　　　　　　　　　　　論文作者（簽名）：　 　 　　　 201年 月 日 遼寧石油化工大學畢業(yè)設計（論文）用紙 摘 要 精餾設備是一種常見的過程設備。對工業(yè)生產過程的生產效率有重要影響，例如能源利用率，環(huán)保等。在國民經濟發(fā)展中起著重要作用，有著無可撼動的地位，因此，我們必須認真對待關于塔設備的研究。塔設備的性能對于整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面都有重大的影響。 本次設計的精餾塔是分離乙烯醋酸聚合物的塔設備。在設計時要考慮實際要求，并遵循塔設備的設計原則，要經歷總體結構設計、零部件結構設計、參數(shù)設計和設計實施這幾個過程，之后才能完整的設計出合格的塔設備。 說明書反映的是設計的基本過程。第一章為概述，主要闡述了設計的背景以及塔的基本知識；第二章是塔基本結構的設計，從整體和部分各環(huán)節(jié)進行了機械的設計和選型；第三章則是對已設計好的方案進行各種載荷的計算以及校核，校核合格后方能證明該設計方案的合理性；第四章對需要補強的開孔進行了補強設計；最后一章則是說明了主要零部件的制造工藝。 另外，需要繪制CAD圖紙。繪制時應該嚴謹，并盡量保持其正確性。除了塔的整體裝配圖外，還要繪制4張零件圖。 關鍵詞：精餾塔；設計；校核；補強；裝配圖 I Abstract The rectifying column equipment is one kind of common process equipment. In the process industrial production it has an important impact to the production efficiency, the energy use factor, the environmental protection and so on. As the process industry is pivotal to national economys development function, therefore, we must take seriously the tower equipments research. Tower equipment Have a great effect on the performance of the whole device product yield, quality, production capacity and consumption and waste treatment and environmental protection etc.. The design of the distillation tower is the separation of EVA polymer tower equipment When design we must consider to request actual, to follow the tower equipments principle of design, which experience the demand analysis, the gross structure design, the spare part structural design, the parameter design and the design implements these processes. The instruction booklet has reflected the design unit process. The first chapter is the outline, mainly elaborated the design background and the tower elementary knowledge; The second chapter is the basic structure design, has carried on machinerys design and the shaping from the whole and part various links; The third rules to the plan which designs have carried on each kind of load the computation as well as the examination, the examination qualified can prove the design proposal the rationality; The fourth chapter carries on the reinforcement design for the opening which needs the reinforcement; The last chapter explained the main spare part fabrication technology. Moreover, the CAD drawing of the map is also necessary. The blueprint is also master documents during the manufacture. Drawing must be strict, as far as possible to maintain accuracy. Besides the overall assembly drawing of tower, but also drew up four detail drawings to carry on the supplement to it, caused the expression to be clearer concretely. Keywords: Rectifying column；Design；Checking；Reinforcement；Assembly drawing III 目錄 1 前言 1 1.1 塔設備概論 1 1.2 常壓塔的主要結構 2 2 精餾塔基本結構的設計 4 2.1 設計條件 4 2.2 塔高的確定 4 2.3 塔盤選型與設計 6 2.3.1 塔盤型式及設計 6 2.3.2 塔盤的結構設計 8 2.3.3 塔盤板 8 2.3.4 塔盤主梁和支梁的設計 10 2.3.5 塔盤的緊固件 10 2.4 附件設計 10 2.4.1 人孔 10 2.4.2 接管 11 2.4.4 吊柱 14 2.4.5 操作平臺與梯子 15 2.4.6 保溫層 15 2.4.7 裙座 15 3 強度和穩(wěn)定性計算 17 3.1 材料的選擇 17 3.1.1 筒體和封頭材料的選擇 17 3.1.2 裙座材料的選擇 17 3.1.3 接管的材料 17 3.2.1 厚度計算過程步驟 17 3.2.2 厚度計算 18 3.3 載荷計算 19 3.3.1 質量載荷 19 3.3.2 塔的自振周期計算 21 3.3.3 地震載荷及地震彎矩計算 22 3.3.4 風載荷和風彎矩計算 24 3.3.5 最大彎矩 26 3.4 校核計算 27 3.4.1 圓筒應力校核 27 3.4.2 裙座計算 28 3.4.3 裙座與塔殼對接焊縫校核 33 4 開孔補強 34 4.1 補強的判據(jù) 34 4.2 對塔頂氣體出口的補強 34 4.2.1 補強計算方法判別 35 4.2.2 開孔所需補強面積 35 4.2.3 有效補強范圍 35 4.2.4 有效補強面積 36 4.3 人孔的補強 36 4.3.1 補強計算方法判別 37 4.3.2 開孔所需補強面積 37 4.3.3 有效補強范圍 37 5 主要零部件的制造工藝 39 5.1 零部件的制造 39 5.1.1筒體制造 39 5.1.2 封頭的制造 40 5.2 塔設備的制造 48 5.3 塔體及塔盤的制造技術條件的規(guī)定 41 總結 42 參考文獻 43 謝辭 44 III 1 前言 1.1 塔設備概論 塔設備是化工、石油化工和煉油、醫(yī)藥、環(huán)境保護等工業(yè)部門的一種重要的單元操作設備。它的作用是實現(xiàn)氣（汽）——液相或液——液相之間充分的接觸，從而達到相際間進行傳質及傳熱的目的。可在塔設備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等。 塔設備應用面廣、量大，其設備投資費用占整個工藝設備費用較大的比例。在化工或煉油廠中，塔設備的性能對整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面都有著重大影響。因此，塔設備的設計和研究受到化工、煉油行業(yè)的極大重視。 為了使塔設備能更有效、更經濟地運行，除了要求它滿足特定的工藝條件外，還應滿足以下要求： （1） 氣（汽）液兩相充分接觸，相際間的傳熱面積大； （2）生產能力大，即氣液處理量大； （3）操作穩(wěn)定，操作彈性大； （4）流體流動的阻力小，即流體通過塔設備的壓力降小。這將大大減少生產中的動力消耗，以降低操作的費用； （5）結構簡單，制造、安裝、維修方便，并且設備的投資及操作費用低； （6）耐腐蝕，不易堵塞。方便操作、調節(jié)和檢修。 塔設備的分類： （1）按操作壓力可分有加壓塔、常壓塔以及減壓塔； （2）按單元操作可分有精餾塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反應塔、干燥塔等； （3）按內件結構可分有填料塔、板式塔; （4）按形成相際接觸界面的方式可分為具有固定相界面的塔和流動過程中形成相界面的塔。 1.2 常壓塔的主要結構 在塔設備的類別中，由于目前工業(yè)上應用最廣泛的是填料塔以及板式塔，所以主要考慮這兩種類別。 考慮到設計條件，成分復雜，并且板式塔和填料塔相比效率更高一些，更穩(wěn)定，液——氣比適用范圍大，持液量較大，安裝、檢修更容易，造價更低，故選用板式塔更為合理。 板式塔是一種逐級（板）接觸的氣液傳質設備。塔內使用塔板作為基本構件，氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣——液相密切接觸而進行傳質與傳熱，并且兩相的組分濃度呈階梯式變化。 塔盤采用浮閥型式。因為浮閥塔在石油、化工、等工業(yè)部門應用最為廣泛，并具備優(yōu)異的綜合性能，在設計和選用時經常作為首選的板式塔型式。 板式初餾塔的總體結構見裝配草圖。板式塔除了各種內件之外，主要由塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平臺組成。 (1) 塔體 塔體即塔設備的外殼，常見的塔體由等直徑、等厚度的圓筒和上下封頭組成。對于大型塔設備，為了節(jié)省材料偶爾采用不等直徑、不等厚度的塔體。塔設備一般情況下安裝在室外，因而塔體除了承受一定的操作壓力（內壓或外壓）、溫度外，還要考慮到風載荷、地震載荷、偏心載荷等。此外還要滿足在試壓、運輸及吊裝時的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。本設計中精餾塔為常壓0.11MPa，采用等直徑等厚度型式。 (2) 支座 塔體支座是塔體安放到基礎上的連接部分。它必須保證塔體固定在穩(wěn)定位置上進行正常的操作。為此，它應當具備足夠的強度和剛度，并且能承受各種操作情況下的全塔重量，以及風力、地震等引起的載荷。最常用的塔體支座是裙式支座（簡稱為“裙座”）。 (3) 人孔及手孔 人孔和手孔一般都是為了安裝、檢修檢查和裝填填料的需要而設置的。在板式塔和填料塔中，各有不同的設置要求。本精餾塔體設有人孔。 (3)接管 塔設備的接管是用來連接工藝管路的，把塔設備與相關設備連成系統(tǒng)。按接管的用途， 分為進液管、出液管、進氣管、出氣管、回流管、側線抽出管和儀表接管等。本初餾塔的主要接管見草圖。 (4) 吊柱 安裝于塔頂，為了在安裝和檢修時，方便塔內件的運送。 2 精餾塔基本結構的設計 2.1 設計條件 已知給定設計條件如下： 工作介質：EVA,塔徑：1000mm 工作參數(shù)：設計壓力0.11MPa，最高工作溫度150℃ 開口及接管根據(jù)現(xiàn)場確定。 工作地點：撫順 地震基本烈度為7度，基本風壓0.30KN/m2。 2.2 塔高的確定 （1） 塔的頂部封頭高度 頂部空間高度取 （2） 塔的主體高度 主體高度： （3） 橢圓形封頭 根據(jù)JB/T4746-2002 ，選用DN10008—Q345R型號封頭。如圖2-1。EHA橢圓形封頭參數(shù)見表2-1。 圖2-1 橢圓封頭 表2-1 EHA橢圓形封頭參數(shù) 公稱直徑 DN /mm 總深度 H/mm 內表面積 A/mm2 容積 V/ mm3 直邊高度 h/mm 質量 m/kg 1000 250 1.16 0.151 40 72.1 （4） 裙座的高度 裙座的高度是指從塔底封頭切線到基礎環(huán)之間的高度。 具體尺寸如下圖2-2所示，裙座的全部高度是V和U相加和得到。其中U是由工藝決定的，在此常壓塔設計中可以取裙座總高為 圖 2-2 裙座 （5） 塔的總高度 2.3 塔盤選型與設計 2.3.1 塔盤型式及設計 選用的是浮閥式塔盤，這類塔盤的塔盤板開有閥孔，安裝了能在適當范圍內上下浮動的閥片，其形狀有圓形、條形、方形等。由于浮閥與塔盤板之間的流通面積能隨著氣體負荷的變動而自動調節(jié)，因而在較寬的氣體負荷范圍內，均能保持著穩(wěn)定操作。氣體在塔盤板上以水平方向催促，氣液接觸時間長，霧沫夾帶量少，液面落差也小。浮閥式具有生產能力大，操作彈性大，效率高，塔板結構及安裝較泡罩簡單且重量輕，制造費用低的優(yōu)點。 浮閥塔F-型（國外通稱V-型）是用鋼板沖壓而成的圓形閥片，浮閥塔F-型下面有三條閥腿，將三條閥腿裝入塔板的閥孔之后，用工具將腿下的閥腳扭轉90度，則浮閥就被限制在浮孔內只能進行上下運動而不能脫離塔板。當氣速較大時，浮閥塔F-型浮閥被吹起，此時達到最大開度；當氣速較小時，氣體的動壓頭小于浮閥自身重量，于是浮閥塔F-型浮閥下落，浮閥周邊上三個朝下傾斜的定距片與塔板接觸，此時的開度最小。定距片的作用是保證最小氣速時還有一定的開度，使氣體與浮閥塔F-型塔板上液體能均勻地鼓泡，避免浮閥與塔板粘住。浮閥是浮閥塔的氣液傳質元件。目前國內應用最為廣泛的是F1型浮閥。F1型浮閥分為輕閥和重閥兩種，輕閥采用1.5mm薄板沖壓而成，其質量約為25kg；重閥采用2mm薄板沖壓，其質量約為33kg。由于輕閥漏液量較大，除真空操作時選用外，一般情況使用重閥。浮閥的閥片及閥腿是整體沖壓的，閥片的周圍還沖有三個下彎的小定距片。在浮閥關閉閥孔時，它能使浮閥與塔板間保留一個小的間隙，一般約為2.5mm，閥片四周向下傾斜，并有銳邊，更利于氣體進入液層的湍動作用，有利于氣液傳質。浮閥的最大開度是由閥腿的高度決定的，一般約為12.5mm。F1型浮閥的基本參數(shù)見表2-2。 表2-2 F1型浮閥的基本參數(shù) 標記L 閥片厚度 閥片重量（g） 適用塔板厚度 L/mm H/mm 材質 F1Q-3C 1.5 24.8 3 5 11.5 06Cr19Ni10 浮閥的排列：浮閥最好以三角形排列，此時各排浮閥垂直于液流方向，使氣液兩相均勻接觸。對分塊式塔盤，由于塔盤板分塊的寬度是統(tǒng)一的，所以采用等腰三角形排列。在垂直于液流的方向上，浮閥的中心距t固定不變，一般定位75mm。等腰三角形的高為100mm。在排列浮閥時，還應注意外圍浮閥與塔壁和堰之間保留相當?shù)木嚯x，以利于安裝和操作，則我們取80mm。分塊式塔盤外圍浮閥的中心與進口堰、溢流堰的距離，一般為100mm。 2.3.2 塔盤的結構設計 塔盤按結構可分為整塊式和分塊式兩種類型。由于本次塔設計的塔徑大于800mm，故采用分塊式塔盤。直徑較大的板式塔，為便于制造、安裝、檢修，可將塔盤板分成數(shù)塊，通過人孔送入塔內，裝在焊于塔體內壁的塔盤支撐件上。選用自伸梁式。選擇具有可調節(jié)堰、可拆降液板、自伸梁式塔盤板的單流塔結構。 2.3.3 塔盤板 （1） 用自伸梁式 （2） 塔盤板的分塊 矩形塔盤板用于塔盤中間部分，端部取3個卡子；弧形塔盤板及切角矩形塔盤板用于塔壁附件。 （3） 塔盤板的結構尺寸 塔盤板的支撐件，支撐圈、支撐板和降液板連接帶焊在塔內壁上，用以支持塔盤板和降液板。 塔盤板外沿與塔內壁的間隙為15mm； 塔盤板與支持圈連接處的緊固件尺寸取120mm； 塔盤板之間連接的緊固件間距取180mm； 自伸梁高度L=80mm。 支持圈和支持板寬度見表2-3。 表2-3 支持圈和支持板寬度 塔盤直徑 支持圈寬度 支持板寬度 厚度 1000mm 40mm 40mm 8mm （4）支持件結構 塔盤上的降液板及受液盤分為可拆結構及焊接的固定結構。固定結構的降液板和受液盤，與支持圈、支撐板一起，都焊在塔壁上，形成塔盤的固定件。 （5）排液孔 板式塔在停止操作時，塔盤、受液盤、封液盤等應均能自行排凈存液，否則就需要開設排液孔。在這些盤中開設一個直徑約為10mm的排液孔。 （6）降液管及受液盤 降液管應選用弓形降液管。當降液面積占塔盤總面積的12%以上時，應選用傾斜式降液管。它的下部截面約為上部截面的56%，這樣就可以擴大塔盤的有效面積。一般取傾斜降液板的傾斜角為10度?？刹鹗焦谓狄汗苁怯珊冈谒谏系倪B接帶、以及可拆的降液板和緊固件裝配而成。用M10螺栓緊固時，在降液板間的連接處均用直徑為12mm的圓孔。在降液板與連接帶的連接處，連接帶上要用直徑為12mm的圓孔，降液板上用1440mm的長圓孔，以便于安裝、調整。 受液盤選用凹形受液盤?？刹鹗浇Y構的每個可拆卸零件均應能通過人孔。在受液盤的下方設加強筋板，則凹形受液盤的深度約為70mm。 封液盤：在塔或塔段最低一層塔盤的降液管末端，應設置封液盤，以保證降液管出口處的液封。 入口堰：進口堰距傳質元件邊緣的最小距離約為60mm。當出口堰頂高度大于降液管底邊時，在正對第一排氣液接觸元件的上游，設置直徑為8mm圓鋼或小型角鋼構成入口堰。對于分塊式塔盤，入口堰分段的焊在分塊的塔盤板上，與塔盤板構成一體。出口堰：與可拆式降液管配用的出口堰，可用角鋼或者用鋼板彎成角鋼形狀，用緊固件連接到塔盤支持件或降液板上。堰板的兩側用緊固件固定在降液板的連接帶上。塔盤零件的最小厚度見表2-4。 表2-4 塔盤零件的最小厚度 材料 塔盤板 受液盤 降液板 碳鋼 4 4 4 2.3.4 塔盤主梁和支梁的設計 （1）主梁 ①主梁的安裝方向，應垂直平行于液體的流向。 ②主梁的結構應采用整體式。 ③主梁應安裝在與塔壁焊接的支座上，并用螺栓與焊與塔壁或支座上的連接板相接。 ④當塔盤必須設置主梁時，應設法盡量減少主梁的高度，以減少它對工藝操作的影響，并要求在安裝時，人員能從梁底下通過。 （2）支梁 ①單獨設置的支梁，應采用角鋼或槽鋼制造，且寬度不宜超過75mm。 ②支梁連接與支持圈、支持板或主梁連接時，在表面應覆蓋一堵板。 ③焊于主梁或支梁的螺栓，其規(guī)格應大于或等于M12。 2.3.5 塔盤的緊固件 緊固件應優(yōu)先使用標準件，螺柱的規(guī)格應不小于M10。因為連接處有墊片，所以塔板與支持圈的間距應不大于150mm，即取100mm。塔盤板之間的連接可使用螺紋連接緊固件，選上可拆連接型式。塔盤版與支持板或支持圈的連接用于螺紋卡板緊固件?？ㄗ佑煽ò?、橢圓墊板、圓頭螺栓以及螺母組成?？ò迮c圓頭螺栓焊成一個整體，點焊時應使螺栓尾部溝槽的方向與卡板的長度方向平行，以此來辨別卡板的方位。 2.4 附件設計 2.4.1 人孔 塔體上采用垂直吊蓋人孔。人孔法蘭的密封面型式及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同。采用對焊法蘭人孔。人孔深入塔內部分應與塔的內璧修平，其邊緣須倒棱或磨圓。設計人孔尺寸為Φ450mm。 2.4.2 接管 （1） 進料口 進料口的工程直徑為250mm。伸出的長度為200mm。其接管的上蓋板，下蓋板，襯板見施工圖。 （2） 釜液出口 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。塔釜出口應設置防渦流擋版，見施工圖。釜液出口管直徑選擇Φ50mm，伸出高度為110mm。引出孔的加強管上，一般應焊支撐板支撐。裙座上應開設檢查孔，選取長圓形的檢查孔，數(shù)量一個。引出孔、檢查孔的加強管與裙座殼的連接應采取全焊透結構。 （3）液面計口 為了監(jiān)視、調整塔釜內流量，塔釜上一定要設置液面計口。綜合實際情況，根據(jù)HGJ49-91，選擇磁性液面計，其適用溫度范圍為－40℃～30℃，液體密度大于等于0.45g/cm，黏度小于150MPaS的液體，故符合要求。 液面計是用來觀察設備內部液位變化的一種裝置，為設備操作提供了依據(jù)。它的作用是通過測量液位來確定容器中的物料的量，用來保證生產過程中各環(huán)節(jié)必須定量的物料，并可以通過它來觀察連續(xù)生產過程是否正常，以便可靠地控制生產過程的進行。 液面計公稱直徑為20mm，伸出高度400mm，4個液面計。 （4）其他接管選型 b.回流液口：50mm 110mm c.N2出口：350mm 377mm d.氣體出口：250mm 400mm e.溫度計口：40mm 200mm h.N2出口：200mm 219mm i.溫度計口：40mm 200mm 2.4.3 管法蘭 （1） 根據(jù)法蘭標準歐洲體系HG20595-97法蘭的選用，選擇帶頸對焊鋼制法蘭，采用平面連接型式。如圖2-3，管法蘭尺寸見表2-5。 圖2-3 法蘭尺寸圖 表2-5 管法蘭尺寸 管口 a.進料口 b.回流液口 c.N2出口 d.氣體出口 e.溫度計口 f.液面計口 g.釜液出口 j．人孔 公稱直徑DN 250 50 25 250 40 20 50 450 管外徑 273 57 32 273 45 25 57 480 法蘭外徑D 395 165 115 395 150 105 165 640 螺栓孔直徑K 350 125 85 350 110 75 125 585 螺栓孔直徑L 22 18 14 22 18 14 18 30 螺栓孔數(shù)量n 12 4 4 12 4 4 4 20 續(xù)表2-5 管口 a.進料口 b.回流液口 c.N2出口 d.氣體出口 e.溫度計口 f.液面計口 g.釜液出口 j．人孔 螺紋Th M20 M16 M12 M20 M16 M12 M16 M27 法蘭厚度C 26 18 18 26 18 18 18 40 法蘭頸 N 292 74 46 292 64 40 74 S 6.3 2.9 2.6 6.3 2.6 2.3 2.9 H1 16 8 6 16 7 6 8 R 12 5 4 12 5 4 5 法蘭高度H 70 45 40 70 45 40 45 87 注：以上數(shù)據(jù)按照法蘭歐洲體系HG20595-97標準選取。 平面安裝時易于對中，還能有效地防止墊片被擠出壓緊面，適用于公稱壓力小于等于6.4MPa的容器法蘭和管法蘭。 接管的加固： 對于DN小于等于25mm，伸出長度大于等于150mm以及DN=32～50mm，伸出長度大于等于200mm的接管，應采用變徑管加固或設置筋板予以支撐。 接管伸長量： 根據(jù)標準20583-1998，保溫層厚度為100mm時，接管最小伸出長度見表2-6。 表2-6 接管最小伸出長度 接管公稱直徑 最小伸出長度 10～50 150 70～200 200 （2） 緊固件的選擇 緊固件應優(yōu)先選用標準件，螺柱規(guī)格應不小于M10。 在公稱壓力小于等于4.0MPa非劇烈循環(huán)場合用雙頭螺柱GB901-B級材料06Cr19Ni10性能等級8.8，螺母材料06Cr19Ni10性能等級8。 2.4.4 吊柱 對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對補充和更換填料，安裝和拆卸內件，是既方便又經濟的一項設施。一般高度在15m以上的塔，都需要設置吊柱。吊柱尺寸見表2-7。 表2-7 吊柱尺寸表 S L H R e l 質量kg 標準圖號 1600 4250 1250 16810 740 250 110 310 HG/T21639-9 圖2-4 吊柱的結構型式 1.下支座；2.防雨罩；3.擋銷；4.上支座；5.止動插銷； 6.手把；7.吊桿；8.耳環(huán)；9.吊鉤；10.封板 2.4.5 操作平臺與梯子 操作平臺的材料：平臺全為鋼結構，材料一般為Q345R 操作平臺應設置在人孔、手孔、塔頂?shù)踔?、液面計等需要經常檢修和操作的地方。操作平臺應布置得在檢修時不再需要另外設置腳手架和纜索。平臺寬1.2m，單位質量150kg/ m2 ，包角180。 平臺的邊緣與塔壁之間應留出一定空隙，使設備的保溫、涂漆工作更方便進行。有保溫時，至保溫層表面的間隙為50mm。支撐平臺的槽鋼梁一般應沿平臺外周圍等分安排相鄰間距為1000mm。平臺欄桿應用直徑為5mm的黑鐵管制成。管端應予以封閉，來防止腐蝕性氣體進入。欄桿高度1000mm。當安裝標高在15m以上的平臺時，欄桿高度宜用1.2m，中間還需用雙橫桿。欄桿的立柱應使用牢固的型鋼制造，立柱間距為1000mm。 選擇籠式扶梯，籠梯相鄰護圈的間距約為1.2m。在平臺通道開口處以下的籠梯護圈，應在平臺下1000mm。 梯子自塔體、保溫層外表面的距離約為300mm。梯子最低一級踏步應高出地面300mm。相鄰踏步的間距一般取300mm。梯子的材料一般采用Q345R。高溫操作的塔，連接板應與塔體完全焊透，焊縫應打磨光潔，以減少熱應力的影響。 2.4.6 保溫層 保溫層應選擇微孔硅酸鈉，厚度是100mm，保溫材料密度為300kg/m3。 保溫層延伸到裙座與塔體的連接焊縫以下400mm止，裙座其余部分不需保溫層。 塔內原油易燃易爆，一旦發(fā)生火災，裙座會因為溫度變高而喪失強度，以致倒塌，所以裙座需要防火，并在內外側須敷有50mm的石棉水泥層。 2.4.7 裙座 裙座高5000mm。 由于裙座不直接與塔內的介質接觸，也不承受塔內介質的壓力，因此不受壓力容器用材的限制?？蛇x用較經濟的普通碳素結構鋼。故也選用Q345R。受力情況較好，且塔徑較大，則不需要配置較多的地腳螺栓，選用圓筒形的地腳螺栓。 焊接采用對接接頭形式，裙座筒體外徑與封頭外徑相等，焊縫采用全透焊。 3 強度和穩(wěn)定性計算 3.1 材料的選擇 3.1.1 筒體和封頭材料的選擇 在剛度或結構設計為主的場合，應盡量選用普通碳素鋼。在以強度設計為主的場合，應根據(jù)壓力、溫度、介質等限制，選用Q345R系列的碳素鋼。由于容器設計壓力為0.11MPa，使用溫度為150℃，并且介質不是毒性程度為高度或季度危害的介質，故筒體和封頭都選用Q345R的鋼板。由于橢圓形封頭擁有半球形封頭受力好和蝶形封頭受力淺的優(yōu)點，且橢圓部分經線曲率變化平滑連續(xù)，應力分布比較均勻，所以選擇橢圓形封頭。 3.1.2 裙座材料的選擇 由于裙座不直接與塔內的介質接觸，也不承受塔內介質的壓力，因此不受壓力容器用材的限制。可選用較經濟的普通碳素結構鋼。故也選用Q345R。 3.1.3 接管的材料 選用Q345R作為補強圈的材料，部分接管選用06Cr19Ni10。 3.2 厚度計算 3.2.1 厚度計算過程步驟 安裝在室外的大型塔設備——常壓裝置初餾塔，除受操作壓力作用外，還受設備自身質量引起的重力、地震載荷、風載荷等的作用，而引起的軸向應力。從而可能使軸向組合應力，大于設計壓力而引起的環(huán)向應力，而使設備因軸向應力過大而被破壞。因此我國JBT4710—2005《鋼制塔式容器》規(guī)定對高度大于10m，且高度與直徑之比大于5的裙座自支承塔式容器，按設計壓力計算來確定塔殼的圓筒和封頭的有效厚度，之后再根據(jù)級地震、風載荷的需要，以及考慮制造、運輸、安裝的要求，設定一個不得小于按壓力計算的圓筒有效厚度δe，而且δes 應不小于6mm。然后進行載荷計算，圓筒應力校核和裙座計算，校核設定的δe、δes是否合適，以確保塔式設備的環(huán)向、軸向強度和穩(wěn)定性。 3.2.2 厚度計算 主要有筒體、封頭、裙座殼的壁厚設計。 （1） 圓筒和封頭壁厚設計 設計壓力P=0.11MPa，設計溫度t=150℃ 筒體和封頭材料均選Q345R，假設殼體厚度在6—16mm范圍內。查GB150—2011中表4—1可得： [σ]t=113MPa，σs=345MPa ①對于筒體： 考慮采用雙面對接焊，局部無損探傷，焊接接頭系數(shù)取Φ=0.85， 計算壓力： 筒體計算厚度： 按JBT4710-2005鋼制壓力容器之規(guī)定，低合金鋼塔式容器在塔殼加工成型后有效厚度最小為，再加上腐蝕裕量，可取筒體名義厚度為8mm，其中C1=0，C2=2mm。 即， ②對于封頭： 封頭計算厚度：同樣可取封頭名義厚度為8mm，其中C1=0，C2=2mm。即， ③裙座殼厚度 取裙座殼有效厚度6mm，其名義厚度為8mm。 3.3 載荷計算 3.3.1 質量載荷 塔殼和裙座質量 人孔、法蘭、接管等附屬件質量 內構件質量 保溫材料質量 平臺、扶梯質量 （籠式扶梯單位質量40kg/m） 取EVA密度為 9.4103kg/m3， 操作時塔內物料質量 (其中) 充液質量 塔器的操作質量 塔器的最大質量 塔器的最小質量 將塔沿高度分為7段（如圖3-1所示），其質量列于表3-1。 圖3-1塔分段 表3-1塔質量分段 分段 (kg) 1 2 3 4 5 6 7 m01 223.6 708.1 410.0 596.3 596.3 596.3 536.7 0 0 0 883.1 883.1 588.8 588.8 132.3 418.9 242.6 330.8 330.8 330.8 297.7 48.7 923.8 858.9 121.6 121.6 804.4 792.2 0 0 1639 2235 2235 2235 2011.5 0 0 1972.9 2690.3 2690.3 2690.3 2421.3 404.6 2050.1 3150.5 4313.9 4343.9 4996.7 4359.3 404.6 2050.1 5123.4 7004.2 7004.2 7687.1 6780.6 404.6 2050.1 1511.5 1372.4 1372.4 1996.4 1876.8 3.3.2 塔的自振周期計算 取150℃時，對于Q345R，查GB 150-2011得其彈性模量 E=2.00105 查表得 取。 3.3.3 地震載荷及地震彎矩計算 地震力和地震彎矩見表3-2。 表3-2 地震力和地震彎矩 塔項目 塔段號 1 2 3 4 5 6 7 操作質量mi/kg 404.6 2050.1 3150.5 4313.9 4313.9 4996.7 4359.3 集中質量距地面高度/mm 600 2500 6100 8700 11700 14700 17550 1.469 104 12.5 104 47.643 104 81.148 104 126.55 104 178.22 104 232.49 104 0.05 109 0.3 109 1.6 109 3.5 109 5.5 109 8.9 109 10.1 109 0.87 1011 0.0032 1016 0.0734 1016 0.284 1016 0.691 1016 1.59 1016 2.36 1016 3.0181010 500.2881014 0.025 0.130 0.283 0.489 0.763 1.075 1.402 γ 續(xù)表3-2 塔 項目 塔段號 1 2 3 4 5 6 7 g ,m/s2 9.81 ，N 14.77 76.82 613.08 1345.12 2098.83 3425.11 3897.15 0.242 106 5.13 106 19.22 106 37.53 106 50.47 106 73.45 106 76.51 106 ,N 因為塔的高度，所以不用考慮高振型影響。參考截面如下圖3-2所示： 圖3-2塔體截面圖 截面地震彎矩 截面地震彎矩 截面地震彎矩 3.3.4 風載荷和風彎矩計算 如圖3-3，將塔沿高分成4段；相關的計算結果見表3-3。 圖3-3塔的分段 表3-3 風載荷和風彎矩計算 項目 塔段號 1 2 3 4 塔段長度/ m 0～5 5～10 10~15 15～18.9 , N/m2 300 K1 0.7 (B類) 2.1 (B類) 0.68 0.71 0.74 0.77 0.03 0.20 0.49 0.83 (B類) 1.00 1.00 1.14 1.25 1.043 1.298 1.668 2.074 5000 5000 5000 3900 400 600 2316 , N 2536.4 3156.5 4324.1 4853.4 截面風彎矩： 截面風彎矩 截面風彎矩 3.3.5 最大彎矩 偏心彎矩： 塔底部截面處： 取較大值 同理： 截面 截面 3.4 校核計算 3.4.1 圓筒應力校核 驗算塔殼Ⅱ-Ⅱ截面處操作時和壓力試驗時的強度和穩(wěn)定性。計算結果見表3-4。 表3-4驗算塔殼Ⅱ-Ⅱ截面處操作時和壓力試驗時的強度和穩(wěn)定性 計算截面 計算截面以上塔的操作質量， kg 21134.3 計算截面的橫截面積， mm2 18840 塔殼有效厚度， mm 6 計算截面的截面系數(shù)， mm3 4710000 最大彎矩， Nmm 許用軸向壓應力，取小值（B=120MPa），MPa 135.6 許用軸向拉應力， K=1.2 MPa 115.3 操作壓力引起的軸向拉應力， MPa 8.3 重力引起軸向應力， MPa 11.01 彎矩引起軸向應力 MPa 22.25 軸向壓應力σ2+σ3≤[σ] cr， MPa 33.26<135.6 軸向拉應力， MPa 19.54<115.3 PT+液柱靜壓力( )， MPa 0.41 液壓試驗時計算截面以上的塔的質量， kg 23239.8 續(xù)表3-4 許用軸向壓應力 取小值， MPa 144 許用周向應力， MPa 179.8 許用軸向拉應力， MPa 215.7 周向應力，MPa 34.37<179.8 壓力引起的軸向應力， MPa 5.21 重力引起的軸向應力， MPa 12.10 彎矩引起的軸向應力， MPa 7.68 軸向壓應力， MPa 19.78<144 組合拉應力， MPa 0.79<215.7 注：——液壓試驗時，計算截面Ⅱ-Ⅱ以上的質量（只計入塔殼、內構件、偏心質量、保溫層、扶梯及平臺質量），Kg。 3.4.2 裙座計算 （1） 裙座殼軸向應力校核 ①截面 裙座殼設計為圓柱形，材料Q345R，查得B=120MPa，[σ]t=113MPa，σs=235MPa。 ,取較小值，即135.6MPa ，取較小值，即144MPa ②截面（出入孔所在截面） 出入孔: ，，，， ，， （2） 基礎環(huán)設計 裙座內徑 裙座外徑 基礎環(huán)外徑 基礎環(huán)內徑 基礎環(huán)材料的許用應力 伸出寬度 基礎環(huán)面積 基礎環(huán)截面系數(shù) 取其中較大值，得 查表， ∵ ∴ ∵有筋板 ∴ 故取 （3） 地腳螺栓 地腳螺栓承受的最大拉應力 取其中較大值，故 地腳螺栓螺紋小徑 ，其中 地腳螺栓腐蝕裕量 C2=3mm, 向上圓整取地腳螺栓為M30，12個。 （4）筋板 對應一個地腳螺栓的筋板個數(shù)： 筋板厚度： 筋板寬度： 一個地腳螺栓承受的最大拉力 細長比 ∵ ∴筋板許用應力 其中 筋板壓應力 ∵ ∴滿足要求 （5） 蓋板 ，， ，，， 環(huán)形蓋板加墊板結構 故滿足要求。 3.4.3 裙座與塔殼對接焊縫校核 ，， ，故合格。 4 開孔補強 4.1 補強的判據(jù) 安裝接管要在容器上開孔，這就削弱了器壁的強度，在殼體和接管的連接處，因結構的連續(xù)性被破壞，會產生很高的局部應力，給容器的安全操作帶來隱患。所以需要開孔補強。 比較幾種開孔補強的方法，由于母材為Q345R系列，我們采用補強圈補強，由于接管的加厚部分正處于最大應力區(qū)域內，能有效降低應力集中系數(shù)，而且補強的結構簡單。焊縫少，補強效果比較好，鍛件補強由于制造成本我們在此沒有必要考慮。而厚壁管補強我們也可以選用。 當設計壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，而相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管工稱外徑小于或等于89mm時，只要接管最小厚度滿足要求，就可不另行補強。 需要另行開孔補強的開孔為：進料口，塔頂氣體，人孔 計算壓力，設計溫度150℃。 筒體，封頭材料為：Q345R，許用應力。 筒體名義厚度，計算厚度，有效厚度。 封頭名義厚度，計算厚度，有效厚度。 接管材料為：06Cr19Ni10；當接管壁厚時，許用應力；接管厚度附加量。 4.2 對塔頂氣體出口的補強 選用鋼管，伸出長度 4.2.1 補強計算方法判別 開孔直徑 本筒體開孔直徑,滿足等面積補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。 4.2.2 開孔所需補強面積 強度削弱系數(shù) 接管有效厚度 開孔所需補強面積 4.2.3 有效補強范圍 （1） 有效寬度B 取較大值， （2） 有效高度 外側有效 ，取較小值，即 內側有效 ，取較小值，即 4.2.4 有效補強面積 （1） 封頭多余金屬面積 （2） 接管多余金屬面積 接管計算厚度 接管多余面積 （3） 接管區(qū)焊接面積（焊腳取6.0mm） （4） 有效補強面積 ∵ ∴不需要補強 由上知，進料口也不需要補強。 4.3 人孔的補強 選用鋼管 4.3.1 補強計算方法判別 開孔直徑 本筒體開孔直徑,滿足等面積補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。 4.3.2 開孔所需補強面積 強度削弱系數(shù) 接管有效厚度 開孔所需補強面積 4.3.3 有效補強范圍 （1） 有效寬度B ， 取較大值， 外側有效 ，取較小值，即 內側有效 取較小值，即 4.3.4 有效補強面積 （1） 筒體多余金屬面積 （2） 接管多余金屬面積 接管計算厚度 接管多余面積 c.接管區(qū)焊接面積（焊腳取6.0mm） d.有效補強面積 ∵ ∴不需要補強 5 主要零部件的制造工藝 5.1 零部件制造 5.1.1 筒體的制造 其主要工序包括：原材料準備，劃線，切割，彎曲，成型，邊緣加工。 （1）原材料準備 原材料定義為工件材料（各種鋼材、鍛件、鑄件等）和焊接材料（焊條、焊絲、焊劑等）其準備步驟包括： ① 原材料的驗收和管理。 ② 鋼材的凈化，包括焊口處的凈化、涂漆及襯里表面的清理，凈化對象是油、銹、氧化膜，凈化方法采用手工凈化或機械凈化。 ③ 用彎曲法對鋼材進行校正。 （2）劃線 ①余量:正式劃到鋼材上的尺寸 A=A1+ A2+ A3－A4 A1：切割時的加工余量，一般留2～3mm； A2：切后刨邊余量，留約5mm； A3：焊縫收縮余量； A4：焊縫組隊時留的間隙。 ②樣板劃線：用紙板制成樣板再在鋼板上作圖； ③排樣； ④標號。 （3） 切割，即下料用等離子切割； （4） 邊緣加工，加工出符合要求的破口形式； （5） 彎曲，即對鋼板進行卷板，卷板后用電焊筋板固定， （6） 焊接； （7） 熱處理； （8） 無損檢測； （9） 總檢。 5.1.2 封頭的制造 （1）原材料準備 （2）劃線 （3）切割，即下料用等離子切割； （4）邊緣加工，加工出符合要求的破口形式； （5）由于封頭DN=1000mm，采用整體沖壓成型，且冷沖為好； （6） 熱處理； （7）無損檢測； （8）總檢。 5.2 塔設備的制造 （1） 塔盤板長度偏差不得超過－4至+0之間，寬度偏差不得超過+0至－2之間。 （2） 塔盤板需要維持一定的水平度，否則將影響氣液的分布。除在制造及安裝中會引起偏差外，且因塔盤板的自重，液體負荷以及塔體彎曲及局部不平整在整個板面外均不得超過2mm；在安裝后，塔盤板水平在整個面上的偏差fm不得超過4mm。 （3） 為了保證塔盤的水平度，支持圈的表面水平度亦有一定的要求，在300mm旋長的表面上，局部水平度不超過1mm，總的水平度的允許偏差與塔盤相同，相鄰兩支持圈間距的偏差不超過20mm。 （4）支持圈的表面與主梁及支持梁的表面應在同一表面上，兩表面的最高與最低只差不得超過3mm。 （5）溢流堰頂?shù)乃蕉葘λP板的操作及效率均有影響，故堰頂?shù)牟黄蕉炔怀^堰寬的1/1000，且不大于3mm。 （6）降液班安裝后，其下端與受液盤距離E的偏差為3mm。 （7）塔體彎曲度應小于1/1000塔高，塔體最大彎曲度為，但塔高大于20mm，不得超過30mm，塔體安裝垂直度偏差應小于1/1000塔高，且不大于15mm。 （8）塔體在同一斷面上的最大直徑與最小直徑：對常壓塔e< 10%Dg。 （9）接管一般在塔體安裝好以后進行，在安裝后要檢查塔的位置和塔的方位是否正確，個管口的高度偏差一般均在6mm以內。 5.3 塔體及塔盤的制造技術條件的規(guī)定 （1）制造用的原材料：應符合各項要求，如設計要求GB150，HG20581，對入廠的材料進行檢查和驗收，如有必要可進行復檢。 （2）加工和成型：塔體材料在加工過程中，標記應保留。必要時，應將標記轉移到工件上，并保證轉移標記的正確、無誤、清晰、耐久。 （3）焊接和切割：塔體上開孔應盡量不安排在焊縫及其臨近區(qū)域，焊接采用電弧焊。 （4）焊后熱處理：應符合GB150第10章的有關規(guī)定。  總 結 這是四年大學生活學習中的最后一個任務，畢業(yè)設計的完成也為大學生畫上了個完美的句號，但這并不意味著結束，這是新的開始。這次畢業(yè)設計之前有過幾次課程設計，然而與這次畢業(yè)設計相比，畢業(yè)設計需要考慮的更加全面，更加貼近實際應用。需要自己用平穩(wěn)的心態(tài)，積極地態(tài)度來解決隨時出現(xiàn)的難題，也是對精神品質的而一次考驗。平時積累的各種知識要學會應用到解決實際問題當中，精益求精，方能使畢業(yè)設計更上一層樓。 雖然期間碰到過許多的問題和困難，但是通過查閱相關的資料以及老師和同學對我的幫助，最后通過努力終于完成了任務,因此有一定的收獲。遵守標準和規(guī)范是設計的基本原則。同時設計要結合具體實際情況，考慮生產的經濟性，合理性等，選擇最佳方案，這樣才能完成一次成功的設計工作。 塔的設計有其特殊性，需要考慮制造、安裝吊運、檢修。對其強度、穩(wěn)定性必須要有足夠的保證，以滿足塔設備工作時承受風載荷、地震載荷、偏心載荷以及雪載荷的要求。設計的思想第一是保證安全，其次是環(huán)境保護，能源利用，工作效率和經濟性等。設計是有嚴格遵循的步驟和方法。根據(jù)一定的條件和要求，確定設