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1、第一章：绪论 第 1 页第一章 绪论一 设计任务、设计思想、设计特点(一) 设计任务500 万吨/年常减压装置常压汽提塔机械设计主要参数如下：操作压力：0.07MPa 塔内直径：1400/1800设计压力：0.24MPa 塔内塔盘数：24最高操作温度：390 保温层厚度：硅酸铝镁 120/150塔总高：31675 容器类别：一类塔基础高：4500 塔内介质平均密度：830Kg/m3地震烈度：8 度 其他参数：参照茂石化四蒸馏基本风压值：500Pa 建造场地类别：类 (二) 设计思想1 根据 GB钢制压力容器与 JB钢制塔式容器等国家标准为基础进行设计。2 满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和
2、设备能保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。3 满足经济上的要求，设计省热能和电能的消耗，减少设备与基础的费用，选择合适的回流比，节省冷却水，设计时要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。4 保证生产安全，保证塔设备具有一定的刚度和强度。设计中设计压力确定壁厚,再校核其他载荷作用下容器的应力,是容器有足够的腐蚀裕度。5 采用某些高新技术（如：一脱三注）或应用某些工艺系统来降低原料的含硫量，减缓腐蚀，延长设备的使用寿命。(三) 设计特点1 塔设备是石油、化工、轻工、食品等工业部门中重要的设备之一，塔设备通过其内部的结构使气（汽）液两相或液液之间充
3、分接触，进行质量传递和热量传递。通过塔设备完全的单元操作有：精流、吸收、解吸、萃取、冷却等。2 塔的结构形式各异，但根据塔内件，一般可将塔分成板式塔和填料塔两大类，500 万吨/年常减压装置常压汽提塔机械设计第 2 页两者的基本结构可以概括为：塔体、内件、支座、附件等。3 塔设备安置在室外，在风力作用下产生振动破坏，而必须做好防振工作，除外，塔设备还要承受介质正压力，重力载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷等，这些都会给塔体造成破坏，因此塔设备必须有足够的刚度和强度。4 对于化工容器考虑腐蚀、设备疲劳、蠕变、振动以及技术的更新换代，本塔设计寿命为 2030 年。由于本塔介质易燃易爆，故要求密封性能
4、好。二 本设备所在装置的简单工艺流程和装置中的作用(一) 工艺流程1 常顶油气，水蒸气从塔顶挥发线出来，进入冷却器，经冷凝冷却器冷凝的油气进入容器，在容器里进行油、水、气分离。冷凝液由泵踌躇，一部分返回塔顶作冷回流，另一部分送至轻烃回收装置的吸收塔或碱洗后出装置。末冷凝的气体与初顶不凝气合并经初常顶油气冷凝器后去轻烃回收装置或去火炬。2 常顶循环回流线自塔顶层馏出，由泵送去换热器，换热后返回塔内。3 常一线自塔内馏出，进入气提塔上段，油气返回塔内，馏出油由泵抽出，经换热器材换热后，进入冷却器冷却至 4060后作煤油脱臭原料。4 常一中自塔内馏出，由泵抽送至换热器换热后与初侧线合并返回塔内。5
5、常二线自塔内馏出，进入气提塔中上段，油气返回塔内，馏出油由泵抽出，经换热器换热后，进入冷却器冷却至 5070，进入柴油电精制塔，再经柴油沉降罐，盐脱水罐后出装置。6 常二中自塔内馏出，由泵抽送至换热器换热后返回塔内。7 常三线自塔内馏出，进入气提塔中下段，油气返回塔内，馏出油由泵抽出，经换热器换热后，进入冷却器冷却至 5070，并作重柴油出装置，亦可经柴油电精制系统后作柴油出装置。8 常四线自塔内馏出，进入气提塔下段，油气返回塔内，馏出油由泵抽出，经换热器换热后，进入冷却器材冷却后作催化料出装置。9 过气化油自塔内抽出，返回塔内。10 常底重油由泵抽出，进入加热炉加热至 390后进入减压塔。(
6、二) 本设计在装置中的作用在石油炼制过程中，用得最多的是分馏塔，也叫精馏塔。为了把低沸点得组分排除掉，故用到汽提塔，汽提塔又可将常压塔分出得低沸点组成分分成汽油、煤油及润第一章：绪论 第 3 页滑油。(三) 工艺流程图见下图：三 主要设计参数的确定和说明(一) 设计压力设计压力是指确定的容器，顶部的最高压力与相应的设计温度作为设计载荷条件，它的值不低于工作压力，稍高于最高工作压力。容器的最大工作压力是指在正常操作条件下容器可能出现的最高表压力。本设计的设计压力为：0.24 MPa(二) 设计温度设计温度是指容器在工作过程中在相应设计压力下壳体壁或部件金属可能达到的最高温度和最低温度。设计温度不
7、得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度，对于 0以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可达到的最低温度。本设计的设计温度为：390(三) 焊缝系数焊缝系数表示金属与母材的强度比值，反映容器强度受削弱的程度。大多数容器采用焊接结构。焊接时由于可能出现焊接缺陷，如未焊透、夹渣、气孔等。焊缝往往是容器强度比较薄弱的环节。因此在设计中用焊缝系数表示焊缝金属母材强度的比值。它的大小视焊缝接头形式和无损探伤的要求而定。具体按下表选择：本设计焊缝系数.85(四) 壁厚附加量壁厚附加量由两部分组成：钢板或钢管厚度的负偏差 C与腐蚀余量 C，按相应钢板或钢管选取。当钢板厚度负偏差不超过 0.25 时，且
8、不超过名义厚度的时，可取C，对于 C当钢板为碳素钢或合金钢时，取 C不小于mm，对于不锈钢，当介质的腐蚀极微时，取 C=0。此外壁厚附加量不应计入加工制造的减薄量中去。压力容器元件的加工制造减薄量由制造单位依据各自的加工工艺和加工能力自行选取。只要保证压力容器的实际厚度不小于名义厚度减去钢材壁厚负偏差就可以了。(五) 许用应力许用应力是容器壳体等受压元件的材料许用强度，取材料的极限强度除以相应的安全系数。 根据我国标准钢制压力容器 （GB150） ，钢板许用应力值由 GB150 表4-3 查得：20R 在 390下的许用应力为 87Mpa 安全系数的选定对容器的安全性，先进性和经济性有着直接的
9、关系。500 万吨/年常减压装置常压汽提塔机械设计第 4 页充分考虑钢才的各方面特性，取筒体的安全系数为 ns=1.5，地脚螺栓的安全系数为 ns=1.6。第二章 材料的选择和论证塔设备是石油、化工等工业部门中最重要的设备之一，气液或液液两相在塔内充分接触，可达到相传热或传质的目的。塔设备与其他化工设备一样，是置于室外的无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造，这是由于钢材具有足够的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也较成熟，在大型设备中优势明显。钢板的选择一般要注意以下问题：各类钢板在不同厚度和热处理状态下，允许使用的介质、压力及温度范围。为节约不锈钢和降低成本，且厚度较厚时，可尽
10、量选择不锈复合钢板或用碳钢的结构。此外，选材的另一个方面就是考虑装置的腐蚀形态和材料的防腐性能。由于本塔的操作介质是高含硫原油，在加工过程中必然带来一系列严重的腐蚀问题。因此，以下是根据装置的压力、温度、介质腐蚀形态、防腐措施等方面对设备材料进行选择论证：一 考虑机械性能对设备材料进行选择论证钢材应满足强度，延塑性和韧性的要求。机械强度是材料抵抗外力作用而避免产生屈服和断裂破坏的能力，它是决定钢材许用应力的依据。钢材级数的提高总是伴随着延塑性和冲击韧性的下降，对应力集中比较敏感，从而带来制造工艺的困难和防止脆性性能破坏性的下降，抵抗循环破坏的能力也差。延塑性是反映材料塑性变形的能力，一般是以钢
11、材在断裂前塑性变形量的大小来计算。韧性是反映钢材延塑性和强度的综合指标，反映钢材在断裂破坏前吸收能量的能力。二 考虑腐蚀方面对设备材料进行选择论证(一) 采用“一脱三注”工艺防腐措施腐蚀理论与实践证明，充分脱除原油中盐类及减少水解后产生 HN 是控制三塔及凝气系统中的 N 离子关键步骤，是防止停汽时可能产生不锈钢应力开裂的有效措施，同第一章：绪论 第 5 页时，它还可以脱镍、钒、钠离子，防止原油杂技对后部的二次加工生产催化剂中毒等不利影响。“三注”措施即在三塔发挥线上设置注水、注氢和注缓蚀剂。(二) 应用耐蚀材料本筒体按加工高含硫原油选材，根据原油含硫腐蚀突出的特点，综合考虑材料的强度、刚度、
12、防腐性能，膨胀系数以及使用温度、压力、厚度等方面因素，确定筒体和封头都选用 20R+0Cr13 不锈复合钢板。根据各种材料在使用性能上的区别，具体分析如下：1 在强度方面，Q235-A 符合要求，却不能满足其他性能要求 16Mn 强度高，但价钱昂贵，反而会提高成本，不符合经济性能。 对于 18-8 钢，由于它的膨胀系数与20R 相差较大，在设计温度下使用易出现钢板脱层现象，故不用 18-8 钢，而 0Cr13 与20R 的膨胀系数较接近，采用。2 衬里材料要求结构强度低，以降低施工难度，又因其易出现鼓泡，龟裂和渗漏现象，所以还是使用复合钢板较好，这样既节省了不锈钢，又有较高的结构强度和风度，且
13、 0Cr13 的可焊性良好使设备方便。3 采用防腐措施主要以抗高温硫和低温 H2S+HCl 腐蚀为主，易腐蚀部位用20R+0Cr13 复合不锈钢板。(三)优化结构设计由于工艺防腐措施存在着很大的局限性,因此,除了合理地选择材料之外,还必须依靠合理的结构设计,可减少或防止腐蚀的产生。三 各主要部件材料的选择与论证钢材要有良好的冶金质量，应该满足强度、塑性与韧性要求，而且有良好的可焊性和冷热加工性。选择材料时，还要考虑各钢材在不同厚度和热处理状态下允许使用的介质、压力、温度等，非压力容器用钢应该有条件的选用合适的钢材。(一) 塔盘塔盘材料的选用应该考虑材料的防腐性能，加工性能及耐热性能，故塔盘材料
14、选用 1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti 不仅有足够的强度和刚度，还可以抵抗高温下的硫侵蚀，对本塔塔盘加工高含硫原油有很好的防腐作用。支承梁也用 1Cr18Ni9Ti，属于耐热不锈钢。500 万吨/年常减压装置常压汽提塔机械设计第 6 页(二) 裙座由于裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因此不受压力容器用材所限，可以选用较经济的碳素结构钢。裙座的选材还应考虑到载荷、塔的操作条件，以及塔釜封头的材料等因素，在室外操作的塔还要考虑环境温度。考虑到塔设备在常温下操作，而且必须有足够的强度以承受载荷作用，故选用Q235-A,而 Q235-A 有缺口敏感及夹层等缺陷，因此仅能在常温
15、操作且不是以风载或地震载荷确定裙座壁厚的场合。而且因为塔釜封头材料为 20R+0Cr13，考虑到操作条件、环境、温度等因素，塔体与裙座之间应有过渡段，由于塔体温度较高，裙座温度较低，但两者材料不同，为保证焊接质量，过渡段应选用与塔体相同的 20R。而地脚螺栓则选用 Q235-A。(三) 法兰塔内介质为高含硫原油，腐蚀较严重，且操作温度较高，选用耐腐蚀的1Cr18Ni9Ti 作为法兰的材料。(四) 其余部位选材考虑到经济问题,及材料的加工性能及耐热,耐蚀性能,其他的盖板,垫板,筋板,环板均采用 Q235-A 钢,而补强圈,爬梯扶手,管嘴均采用 1Cr18Ni9Ti。考虑到封头与筒体焊接在一起,为
16、了保证各焊接性能,选各封头的材料为筒体的材料:20R + 0Cr13 复合不锈钢板。第一章：绪论 第 7 页第三章 结构型式的选择与论证塔设备按内件结构可分为板式塔、填料塔和转盘塔等。由于板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便，在工业广泛应用，本设计也选用板式塔。而板式塔是分级接触气液传质设备，种类繁多，主要塔型有浮阀，筛板及泡罩塔。(一) 泡罩塔泡罩塔操作稳定可靠，操作弹性大，在负荷变化范围较大时仍能保持较高的效率，生产能力大，气液比范围大，不易堵塞，能适应多种介质。但其结构复杂、造价高、安装维修麻烦以及气相压力降较大。(二) 筛板塔筛板塔结构简单，易于加工，造价约为泡罩塔 60%，为浮阀 80%左右，处理能力比泡罩塔大，塔板效率高，压降较低。但其安装水平度要求较高，
