年产30万吨PDH项目典型设备设计计算书

目录1.塔的选型.41.1 塔设备概述.41.2 塔设备的类型及选择原则.41.3 板式塔的塔盘种类与选型.71.4 设计示例一预分离工段脱C 3塔T0102.91.5 塔机械工程设计.452.换热器选型设计.772.1 概述.772.2 分类.772.3 不同类别换热器特性.782.4 换热器工艺方案的确定.782.5 换热器工艺结构设计计算（以E0302为例）.832.6 SW 6在换热器强度校核中的运用.943.储罐选型.1093.1 原料储罐的选型.1093.2 回流罐的选型.1103.3 产品储罐的选型.1114.气液分离器选型.1124.1 分离器尺寸的设计.1124.2 立式丝网分离器的尺寸设计.1125.泵的选型.1165.1 选型原则.1165.2 选型依据.1175.3 泵的来源.1175.3 选型示例（P0104）.1196.压缩机选型（C0301）.1216.1 概述.1216.2 压缩机类型及特点.1216.3 选型原则.1226.4选型介绍.1227.加热炉.1247.1 炉型选择.1247.2 炉管排列选择.1257.3 对流室的设计.1307.4 燃料消耗计算.1317.4 烟气生成计算.1337.5 燃烧室容积.134典型设备设计计算书总设计标准与依据(1)压力容器 GB 150-2011(2)锅炉和压力容器用钢板国家标准第1号修改单GB713-2008/XG1-2012(3)奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定 HG/T20537.1-1992(4)化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求HG/T20537.4-1992(5)安全阀的设置和选用HG/T20570.2-1995(6)爆破片的设置和选用HG/T20570.3-1995(7)设备进、出管口压力损失计算HG/T20570.9-1995(8)钢制化工容器设计基础规定(合订本)HG/T20580-20585-2011(9)钢制化工容器材料选用规定HG/T20581-2011(10)钢制化工容器强度计算规定HG/T20582-2011(11)钢制化工容器结构设计规定HG/T20583-2011(12)钢制化工容器制造技术要求HG/T20584-2011(13)化工设备基础设计规定HG/T20643-2012(14)承压设备无损检测(合订本)JB/T 4730.1-6-2005(15)石油化工塔型设备基础设计规范SH/T 3030-2009(16)热交换器GB 151-2014(17)固定管板换热器GBfT 28712.1-2012(18)固定管板换热器GB/T 28712.2-2012(19)管壳式换热器维护检修规程SHS 01009-2004(20)工业泵选用手册(21)炼厂、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件GB/T3215-1892(21)离心泵效率GBfT 13007-2011(23)离心泵名词术语GBfT7021-1986(24)化工原理(第三版)管国锋，赵汝溥编，化学工业出版社(25)分离器规范SYT 0515-2007(26)F1型浮阀JB/T1118-2001(27)化工设备计全书塔设备(28)设备及管道绝热设计导则GB/T8175-2008(29)压力容器封头GB/T 25198-2010(30)塔式容器NB/T 47041-2014(31)无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差GB/T 17395-20081.塔的选型1.1 塔设备概述塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精微、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法精制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。从经济角度而言，在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.93%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产250万吨常压减压炼油装置中耗用的钢材重量占62.4%,在年产60 120万吨催化裂化装置中占48.9%。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工业的发展起着重要的作用。1.2 塔设备的类型及选择原则1.2.1 塔设备的主要工艺要求（1）生产能力大。在较大的气液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应能保证长期连续操作。（3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。对于减压蒸偏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。1.2.2 塔设备的类型塔主要有填料塔和板式塔两种，它们都可以用作蒸你和吸收等气液传质过程,但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。A.填料塔。塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。填料的种类很多，按装填方式分为规整填料和散装填料两大类。传统的规整填料分为板波和丝网型，散装填料则有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环和各种花环等。B.板式塔。塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。常用的错流塔板主要有筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌片塔板、喷射塔板、穿流塔板和混排塔板等。在几种主要塔板中，应用最早的是泡罩塔，目前使用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。由此，可相应做出以下分析：表1-1填料塔与板式塔的比较项目填料塔板式塔压降小尺寸填料，压降较大；大尺寸及规整填料，压降较小。较大空塔气速（生产能力）小尺寸填料气速较小，大尺寸及规整填料气速较大。较大塔效率传统填料，效率较低,新型乱堆及规整填料效率较高。较稳定、效率较高液-气比对液体量有一定要求。适用范围较大持液量较小较大安装、检修较难较容易材质金属及非金属材料均可一般用金属材料造价新型填料，投资较大大直径时造价较低1.2.3塔型选择一般原则在塔型选择时，对精镭塔设备的要求大致如下：生产能力大；效率高；流体阻力小；有一定的操作弹性；结构简单、造价低、安装检修方便；能 满 足（如腐蚀性、热敏性、起泡性等）工艺的特性。（1）下列情况优先选用填料塔：a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；b.对于热敏性物料的蒸储分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；c.具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；d.容易发泡的物料，宜选用填料塔。（2）下列情况优先选用板式塔：a.塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；b.液相负荷较小；c.含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小；d.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，止 匕 外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传八执、.，已 在较高压力下操作的蒸储塔仍多采用板式塔。生产实际证明，在大的液体负荷下，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔板）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板塔和浮阀塔等）。此外，导向筛板和多降液管筛板都能承受较大的液体负荷。在较高压力下操作的蒸储塔多采用板式塔，其原因在于在压力较高时，当塔内气液比过小时，以及由于气相返混剧烈等原因，填料塔的分离效果一般较差。两种精储塔的性能对比分析如下表所示。表1-2填料塔和板式塔的性能比较项目塔型填料塔板式塔塔径适用于各种塔径的塔设备，但大塔要解决液体再分布的问题塔径大于800mm的大塔压降小尺寸填料，压降较大，而大尺寸填料及规整填料，较大则压降较小空塔气速小尺寸填料气速较小，而大尺寸填料及规整填料较大则气速可较大塔效率塔径。1.5m以下塔效率高，塔径增大，效率常会下降较稳定、效率高液气比对液体喷淋量有一定要求适用范围较大持液量较小较大材质金属及非金属材料均可一般用金属材料安装、检修较难较容易造价新型填料，投资较大大直径塔时造价较低1.3板式塔的塔盘种类与选型1.3.1 板式塔塔板种类根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。1.3.2 各种塔盘性能比较工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求,迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和使用体系，现将几种主要塔板的性能比较列表1-3、几种主要塔板性能的量化比较表1-4如下：表1-3几种主要塔板的性能比较塔盘类型优点缺点适用场合泡罩板较成熟、操作稳定结构复杂、造价高、塔板阻力大、处理能力小特别容易堵塞的物系浮阀板效率高、操作范围宽浮阀易脱落分离要求高、负荷变化大筛板结构简单、造价低、易堵塞、操作弹性较分离要求高、塔板效率高小塔板数较多舌型板结构简单、塔板阻力小操作弹性窄、效率低分离要求较低的闪蒸塔浮动喷射板压降小、处理量大浮板易脱落、效率较低分离要求较低的减压塔表 1-4 几种主要塔板性能的量化比较塔盘类型塔板效率处理能力操作弹性压降结构成本泡罩板1.01.05.01.0复杂1.0筛板1.2 1.41.43.00.5简单0.4 0.5浮阀板1.2 1.31.59.00.6一般0.7 0.9舌型板1.1 1.21.53.00.8简单0.5 0.6由上面两个表可知，浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，现在已成为国内应用广泛的精循塔塔型之一，并且在石油、化学工业中使用最为普遍。因此本设计采用浮阀塔设计。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型 和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB1118-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。1.3.3浮阀塔的优点（1）生产能力大。由于浮阀塔板具有较大的开孔率，而且气流是水平喷出的，减少了液沫夹带，故其生产能力比泡罩塔高20%40%,与筛板塔近似。（2）操作弹性大。由于阀片可随气体负荷变化而升降，使阀片与塔板的间隙大小得以自动调整，阀孔气速几乎不随气体负荷的变化而变化，在较大的气体负荷范围内，可以保证气液间的良好接触，故操作弹性比泡罩塔和筛板塔都宽，可以达到7 9。（3）塔板分离效率高。因上升气体以水平方向吹入液层，故气液接触时间较长而液沫夹带量较小，板效率较高，比泡罩塔高10%左右。（4）气体压强降及液面落差较小。因为气体通道比泡罩塔简单得多，塔板上没有复杂的障碍物，所以塔板上的气流分布较均匀，气液流过浮阀塔板时所遇到的阻力较小，故气体的压强降及板上的液面落差都比泡罩塔板小。（5）塔的造价较低。因构造简单、易于制造，浮阀塔的造价一般为泡罩塔的60%80%,但比筛板塔的造价贵，为筛板塔的120%130%。尽管浮阀塔具有上述诸多优点，但浮阀塔不易处理易结焦或黏度大的系统,因为结焦或黏