2设备结构及所用材料的选择与论证.doc

2设备结构及所用材料的选择与论证2.1塔体 塔体即是塔设备的外壳，通常有筒体和封头组成，封头多采用半球形，椭圆形或碟形等形式，本装置采用椭圆形封头;同题常见的都是上下等至今，等壁厚的圆通形状。随着近年来石油化工装置的不断大型化，综合考虑各个方面的要求，也出现了不等直径，不等壁厚的塔体。本装置为等直径等壁厚塔体。塔体作为塔设备的主体，不但满足工艺条件下的强度，刚度要求，还有考虑设别制造，检验，运输，吊装，开停工等影响。2.2封头 该塔共两个封头，为上封头和下封头。封头形式选取标准椭圆形封头。标准椭圆形封头是由半个托球面和短圆筒组成。直边段的作用是避免封头焊缝连接处出现径向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率半径变化平滑，顾应力分布较为均匀，切椭球形封头深度较半球型封头的深度小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中较多的封头之一。由于该塔实际压力为0.28兆帕，属于低压容器，并且鉴于椭球形封头的受力特点，选取该塔器封头为白哦准椭圆形封头。选取材料为Q345R。2.3塔体支座 塔体支座是将塔体安装到基础上的连接部分，使塔体与地基有效地连接成一个整体，并保证塔体能进行正常的操作。因此，塔体支座要具有足够格的强度和刚度，能承受各种操作情况下的全塔重量及风力和地震等引起的载荷。一般来说，最常用的塔体支座是裙式支座，因而也常常把塔体支座称为裙座。 裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因为不受压力容器用材的限制，一般来说，裙座材料常为Q235A。由于裙座要与塔底封头相焊接，一般在群做的顶部增设一段与塔体封头相同材料的短节。当操作温度低于0或高于350时，短节的长度应以温度的影响范围来确定，粗略估算，短节的长度一般取保温层厚度的4倍，且不小于500。 裙座与塔底焊接接于封头之间的焊接接头可以分为对接以及搭接接头。本塔设备采用的是对接接头。采用对接接头时，裙座筒体与塔体下封头外径相等，焊缝必须采用全融透的连续焊。 塔设备的裙座分为圆筒形和圆锥形两类，有如下几个不怎组成:裙座筒体，基础环，地脚螺栓座，人孔，排气孔，引出管通道，保温支撑圈等。2.4人孔和手孔 2.4.1人孔 人孔是人们进出塔器的唯一通道。其设置应以人们方便进入任何一层塔板为条件。由于设置人孔处的塔板间距需要增大，且人孔设置过多会使制造使塔体的弯曲度难以达到要求，所以对填料塔来说，在企业进出口等须经常维修清理的部位，应增设人孔。在设置操作平台的地方，人孔中心高度一般比操作平台高0.7到1m，最大不宜超过1.2m，最小为600mm。另外在塔顶和塔釜也各设置一个人孔。 人孔的选择应考虑设计压力，实验条件，设计温度，物料特性及安装环境等因素。塔体再制造厂出厂前一般要以卧置状态进行水压试验，所以塔体人孔的压力等级选择必须考虑到卧槽状态时的实验压力。 本设计中的稳定塔的人孔公称压力为0.28MPa，设计温度为220。故选用垂直吊盖带颈对焊法兰人孔。设计标准为：HG/T21521-2005垂直吊盖带颈对焊法兰人孔 2.4.2手孔 手孔是手和手提灯能介入的设备孔口。用于不便进入或不必进入设备即能清理检查或修理的场合。手孔又常用作小直径填料塔装卸填料之用，在每段填料层的上下方各设置一个手孔，卸填料的手孔也常常设有与人孔填料挡板类似的挡板以免反应生物积聚在手孔内。 2.5吊住 对于高度在15米以上的整体塔设备，一般要设置吊住，以用来补充和更换填料，安装和拆卸塔内构件。吊住设置方位应是吊住中心线与人孔中心线间有合适的夹角，使人能站在平台上操纵手柄，让经过吊钩的垂直线可以转到人孔附近，以便于从人孔装入或取出塔设备的内件和填料。吊住的结构以及塔体上的安装中，吊住管通常采用220无缝钢管，其他部件可以采用Q235-A和1235-AF。吊住与塔体连接的衬板应与塔体的材料相同。吊住的主要尺寸参数可以参考相关标准HG/T21639塔顶吊柱 2.6塔内部结构件 2.6.1填料塔的结构 填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布器均匀喷洒在塔截面上并沿填料表面成膜状流下。当塔较高时，由于液体有向她壁面偏流的倾向，使液体分布逐渐变得不均匀，因而经过一定高度的填料层需要设置液体在分布器，将液体重新均匀分不到下段填料层的截面上，最后液体经填料支撑装置由塔下部排出。 气体自塔下部经气体分布装置送入，通过填料支撑装置在填料缝隙中的自由空间上升并下降的液体相接触，最后从塔上部排出。为了除去排出气体中夹带的少量雾状液滴，在气体出口处常装有除沫器。填料层内气液两项呈逆流接触，填料的润湿表面即为气液两项接触的有效传质面积。 2.7填料塔的附属设备 2.7.1填料支承板 支撑填料的构件称为填料支承板。气体流经支承板的通道截面积不能低于填料层的孔隙率，否则将增大压力降，降低生产能力，其机械强度应足以支撑填料的重量。常用的填料支承板有栅板式及生气管式。 2.7.2液体喷洒器填料塔塔顶都应装设液体喷淋器，以保证从塔顶引入的液体能沿整个塔截面均匀的分步进入填料层，否则部分填料得不到润湿，将会降低填料层的有效利用率，影响船只效果。常见的喷淋器有管事喷淋器，莲蓬式喷淋器及盘式分布器。2.7.3液体再分布器 当填料层很高时，克服干椎体现象的措施是沿填料层高度每隔一定距离，装设液体再分布器，是沿塔壁流下的液体再流向填料层中心。常用的液体再分布器有锥形及槽型两种形式。 2.7.4气体分布器 填料塔的气体进口装置应能防止淋下的液体进入进气管，同时能使气体均匀分布。 2.7.5排液装置 塔内液体从塔底排出时，应采取措施即能是液体顺利流出。又能保证塔内气体不会从排液管排出。为此可以在排液管口安装调节阀或采用不同的排液阻气液封装置。2.7.6除雾器常用的除雾器有折板除雾器，填料除雾器以及丝网除雾器。在塔内操作气速较大时，会出现塔顶雾沫夹带，这不但造成物料的流失，也使塔的效率降低，同时还会造成环境的污染。为了避免这种情况，需要在塔顶设置除沫装置，从而减小液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。2.7.7爬梯踏步笼梯及操作平台 为了便于操作人员上下塔体，因此需要在裙座处设置爬梯踏步以及在塔体上设置笼梯。为了便于操作人员通过塔上人孔进出塔体，因此需要在每一个人孔及塔顶处设置操作平台。 3检验和水压试验的技术要求3.1检验 3.1.1焊缝的无损检验无损检验包括外观检查和内问微观检查（1） 外观检查 外观检查是简单而应用广泛的检查方法。焊缝的熔渣及污物清理以后，用肉眼或低于十倍的放大镜检查焊缝上有无可见的缺陷。（2） 焊缝内部缺陷检查 焊缝内部缺陷主要有气孔，裂纹，夹渣及是否焊透等。这类缺陷要用射线探伤等手段来检验。 3.1.2整体检验 塔类设备制造完成后，应按设计图纸要求进行相关的试验合格后，才能交付使用。实验内容有以下几个方面：（1）液压试验（2）气压试验（3）气密性实验（4）煤油渗透试验（5）氨渗透试验3.2水压试验1 对塔设备进行水压试验的目的有两个（1） 检验设备的强度，一边在投入生产前及时发现材质或制造过程中可能存在的缺陷，以便采取合适的措施加以修补。（2） 可以起到部分的消除应力的作用。当进行水压试验时，在焊缝区产生局部屈服，是残余应力重新分配，从而降低了焊缝处的残余应力，减小了在一定外加载荷作用下脆性破坏的危险性。2塔设备在制造安装任务完成之后，必须进行整体的水压试验，在水压试验之前应先对补强圈进行风压试验，风压力一般为0.56MP，用肥皂水试漏。具体准备工作如下：(1) 水压试验必须援用合格的压力表，量程为试验压力的1.5-2倍，压力表的精度等级应符合规范要求。(2) 用作水压试验的水质必须清洁，对于不锈钢材质的塔类设备的水压试验，为防止氯离子的含量不得超过2510-5.(3) 试验温度包括水温和实验的环境温度,为防止材料特别是低合金高强度钢在试压中的低温脆性破坏,要求试验温度必须在材料无塑性转变温度以上的某一温度下进行. 4塔的安装及检修4.1塔的安装 4.1.1塔体的安装 塔设备安装的施工工艺过程主要包括：准备工作，吊装工作，校正工作和内部结构件的安装工作等。塔设备安装方法一般分为分层吊装法和整体吊装法两种。分段吊装法是将分段的塔体吊起后，在组装成为一个整体，因此对包干的要求较低，但增加了现场高空作业的工作量：整体吊装法是先在地面上将他设备组装成一个我只整体，然后拥抱干将设备一次起吊，并安装到塔设备基础上就位。 4.1.2塔盘的安装塔盘是塔设备进行两相传质传热的关键场所，因此，塔盘的安装应是塔设备安装的重中之重。对于塔盘安装，主要就是要保证塔盘安装的整体水平度。通常可采用用两种方式来安装塔盘：（1） 立装塔盘 塔体就为并找正垂直度后，逐层安装塔盘，且及时校正塔盘的水平偏差。正两种方式的有点是测量检查塔盘水平度比较方便。但这种施工方法要将内奸从地面垂直运到各个人孔，在一件件转入塔内。因此是高空作业，劳动强度大需要配合的工种多，因此施工较为缓慢。另外光照会是细长的塔体产生偏移从而产生误差。（2） 卧装塔盘 卧装塔盘相对立装塔盘要安全的多，因为不需要高空作业。可以分组同时安装，且相互间不收彼此影响。但测量相对要麻烦的多，既有塔体本身的绕曲影响，也有日照因素。4.2塔的检修 塔设备是己内酰胺厂主要设备没有之一，种类繁多，但其检修内容及方法一致，对于石油化工行业，应按照中国石油化工总公司指定的“石油化工设备维护检修规程塔类设备维护检修规程”（SHS 01007-92）执行。该规程适应于炼油厂内操作压力在10.00MPa一下。他比温度在550一下的钢制填料塔。 4.2.1检修周期及检查内容 以前塔设备的停工检修周期多为2年，近些年，塔的检修周期逐步提高到3年，为保证正常生产期间塔设备的平稳运行，对停工检修期间的检修质量要求也越来越高。塔设备的检查仪外观检查为主，通过眼看锤敲进行。有些部位在需要是还得用测量工具进行检查或进行理化检查。 （1）检查塔体的垂直度是否在允许范围内，地脚螺丝是否松动。 （2）检查各附件是否齐全灵活准确好用。 （3）检查塔体腐蚀，冲蚀变形和各部焊缝情况，对塔壁头盖进料口筒体出入口短节等处进行超声波侧厚。 （4）检查塔盘的水平度，对圆泡帽和S形塔盘还要检查其密封性。 (5)检查塔盘泡帽和支撑结构件等的腐蚀充实及变形情况。 （6）检查塔盘个支撑结构件与塔体链接焊缝的腐蚀冲蚀开裂等情况。 （7）检查塔盘上各处链接紧固件是否富士和松动。 （8）检查塔盘上各处是否有结焦和赃物。 （9）检查破沫网机修想喷淋装置和除雾器等内件的腐蚀冲蚀开裂及变形情况。 （10）检查安全阀液位计防爆膜等安全附件的完好情况。 （11）检查塔设备基础是否有裂纹破损亲写和下沉等情况。 （12）检查塔体及服输管线的油漆保温是否有破损脱落等现象。 5填料萃取塔的设计计算5.1填料萃取塔的概述 填料萃取塔是应用最广泛的萃取设备之一，在石油炼制石油化工等领域得到广泛的应用。为了改善亮相接触减少纵向混合以提高传质效率，在萃取塔的他体内装填了适当的填料。填料有环形，鞍形与金属丝网等各种形式，可以涌陶瓷，塑料或金属材料等制成。由于填料的存在，促进了液滴群的分散一聚合一再分散循环，并抑制了塔内的非理想流动，从而提高其传质效率。填料材料应该侵润连续相，以避免分散相液滴群在填料表面上聚合而减小相际基础面积。为了减少沟流现象，对于比较高的填料塔通常隔一定的距离安装一个液体在分布器。填料的尺寸应小于塔径的1/8，以减少壁效应和使填料装的计较密实。 近年来，随着新型填料的迅速发展，它们在液一液萃取中的研究和应用也日趋广泛。由于它们具有空隙率高比表面积大等特点，因而处理能力较大。 一般来说对于界面张力较低，所需理论级数不多和处理能力很大的场合，新型填料萃取塔往往是一种优选的塔型。从环境保护的角度来看，萃取塔可以大幅度降低溶剂夹带损失，克服排除物中残留溶剂的二次污染问题，其优势更为明显。 对于填料萃取液泛流速和传质特性的研究工作很多，但是大度局限于小直径的陶瓷填料，空隙率低，实验体系的界面张力也很大，应用范围有限。由于液-液萃取过程的两相密度差小，连续相粘度较大，两项轴向返混严重，界面现象复杂，因而设计算比较困难。5.2填料萃取塔的特点 5.2.1对填料的选择具有不同的要求 虽然填料萃取塔常常使用与汽液传质过程相似的填料，但是萃取过程对填料的要求与精馏和吸收过程有明显的差别。Cavers曾指出(1)：在填料萃取塔内分散相不应与填料表面侵润。如果液滴群与填料表面沁润，就会引起液滴群的聚结和形成沿着填料表面的液流。由于填料萃取塔内的相际传质过程是在分散相液滴群和连续相之间进行的，上述由于与填料表面沁润而引起的聚结现象会明显降低传质效率。Stevens更明确地指出（2）：在气-液相接触过程如精馏和吸收过程中，液相沿着填料表面流动，传质过程的相际界面与填料被湿润的表面积有关。因而在汽液传质过程中设计选用比表面积而易被液相湿润的填料。然而在液-液萃取过程中，填料通常优先为连续相所湿润，分散相以分离的液滴群的形式上升或下降。这样，在液-液萃取过程中缇娜聊的作用是降低连续相严重的对流或轴向反混并提供表面积来促进分散相的粉碎和聚合以强化传质。比表面积高得填料虽然常常有益，但并不像气-液及外出过程那样起决定性作用。 实践也表明一些比表面积很大而且表面带毛刺的规整填料用于减压精馏时性能优异。但用于液-液萃取时性能并不理想。尹国玉对两种表面特性不同的规整填料的传质性能进行了研究，结果表明，表面带毛刺的传质效率大幅度下降这是因为分散相液滴群容易附着在填料表面上，形成厚的液膜，是有效的传质比表面积大大下降（3）。 清华大学化工系根据液-液萃取的特点，研制了内弯弧形筋片扁环填料（4)。和梅花扁环（5）这两种填料采用内弯弧形筋片结构。使填料内部的流道更为合理，促进了液滴群的分散聚合在分散循环，还通过0.2至0.3的低级的高径比，使填料在乱堆时也能体现一定程度的有序排列的特点，从而有效地控制两项的非理想的流动。有助于提高处理能力和传质效率。 实验研究和工业应用表明，这两种填料用于底界面张力体系的液-液萃取是性能明显优于Pall环，Intalox鞍等国外引进的新型填料。5.3计算部分 5.3.1设计数据及设计依据标准 本塔设备的设计参数及数据见表5-3.1设计数据表。 所依据的标准就是GB150钢制压力容器和JB/T470-2005钢制塔式容器 表5-3.1设计数据表设计压力0.28MPa最高设计压力0.1MPa容器类别一类设计温度220腐蚀裕度3mm全容器161m5.3.2筒体的设计计算及强度校核 筒体的材料选择为Q345R。此塔体的设计温度为220。通过查GB150-1998钢制压力容器得到，at=20=170MPa,at=275=164.4MPa,ReL=315MPa,腐蚀裕量C2=3，焊接接头系数=1.0 初选设计压力Pc=0.28MPa 筒体的计算厚度为：