50萬噸-年 常減壓及氧化瀝青裝置 常壓塔設(shè)計(jì) 2000X49106X16(含圖紙).pdf

過程設(shè)備綜合設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 一、設(shè)計(jì)任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù) 完成原油分餾塔的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 繪圖工作量折合a1圖共計(jì)4.25張左右， 具體包括以下內(nèi)容： 原油分餾塔總圖 1 張 a0 加長； 原油分餾塔塔盤裝配及零部件圖 2 張 a1。 2. 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容 完成原油分餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算說明書， 主要包括原油分餾塔主要受壓元件的壁 厚計(jì)算及相應(yīng)的強(qiáng)度校核、穩(wěn)定性校核等內(nèi)容。 二、設(shè)計(jì)條件二、設(shè)計(jì)條件 1. 塔體內(nèi)徑 di=2000mm，塔高 h=49106mm； 2. 設(shè)計(jì)壓力 p=0.42mpa，設(shè)計(jì)溫度 t=390； 3. 設(shè)置地區(qū)：山東省東營市，基本風(fēng)壓值 q0=480pa，地震設(shè)防烈度 8 度，場 地土類別 iii 類； 4. 塔內(nèi)裝有 n=50 層浮閥塔盤；開有人孔 11 個(gè)，在人孔處安裝半圓形平臺 11 個(gè)，平臺寬度 b=900mm，高度為 1200mm； 5. 塔外保溫層厚度為s=140mm，保溫層密度2=350kg/m3； 有關(guān)其他的工藝尺寸見常壓塔簡圖。 1 一、 概述 一、 概述 石油分餾的工藝過程包括原油加工前的預(yù)處理、初鎦、常壓分餾和減壓分餾。本次課 程設(shè)計(jì)為常壓分餾部分。用泵將從初餾塔底得到的拔頂油送入加熱爐中加熱到 360 370 后，再送入常壓分餾塔中。經(jīng)分餾，在塔頂可得到低沸點(diǎn)汽油餾分，經(jīng)冷凝和冷 卻到 30 40 時(shí)，一部分作為塔頂回流液，另一部分作為汽油產(chǎn)品。此外，還設(shè)有 12 個(gè)中段回流。在常壓塔中一般有 34 個(gè)側(cè)線，分別餾出煤油、輕柴油。側(cè)線產(chǎn)品是 按人們的不同需要而取的不同沸點(diǎn)范圍的產(chǎn)品，在不同的流程中并不相同。有的側(cè)線產(chǎn) 品僅為煤油和輕柴油，而重油為塔底產(chǎn)品；有的側(cè)線為煤油、輕柴油和重柴油，而塔底 產(chǎn)品為常壓渣油。 二、設(shè)計(jì)條件 二、設(shè)計(jì)條件 1. 塔體內(nèi)徑 di=2000mm，塔高 h=49106mm； 2. 設(shè)計(jì)壓力 p=0.24+0.18=0.42mpa，設(shè)計(jì)溫度 t=375+15=390； 3. 設(shè)置地區(qū)： 山東省東營市， 基本風(fēng)壓值 q0=480pa， 地震設(shè)防烈度 8 度， 場地土類別 iii 類； 4. 塔內(nèi)裝有 n=50 層浮閥塔盤；開有人孔 11 個(gè)，在人孔處安裝半圓形平臺 11 個(gè)，平臺 寬度 b=900mm，高度為 1200mm； 5. 塔外保溫層厚度為s=140mm，保溫層密度2=350kg/m 3； 有關(guān)其他的工藝尺寸見常壓塔簡圖。 三、設(shè)備強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核計(jì)算 三、設(shè)備強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核計(jì)算 1. 選材說明 選材說明 根據(jù)工藝條件以及介質(zhì)性質(zhì)的要求，本設(shè)計(jì)為石油分餾工藝的常壓分餾階段，其 設(shè)計(jì)壓力pd =0.42mpa ，設(shè)計(jì)溫度為 td 390=，分餾介質(zhì)為含酸含硫的原油，考 慮經(jīng)過初餾等階段，且存在液柱靜壓力和腐蝕，因此筒體的上部采用 20r，中下部可 采用復(fù)合鋼板，內(nèi)筒采用具有較強(qiáng)抗腐蝕能力的 316l 不銹鋼（00cr17ni14mo2） ，外 筒采用 20r。其各段性質(zhì)如下表： 性 質(zhì) 名 稱 常溫下許用應(yīng)力/mpa/mpa t 設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力/mpa/mpa 20r 133 80.4 2 316l （00cr17ni14mo2） 118 89 q235b 113 2. 主要受壓元件壁厚計(jì)算 主要受壓元件壁厚計(jì)算 1 0 .4 22 0 0 0 6 .1 6 m m 20 .8 58 0 .40 .4 2 2 ci t c p d p = （ ） 第 一 段 筒 體 ： 0 .4 22 0 0 01 6 .1 6 m m 20 .8 58 0 .40 .4 20 .5 2 k 0 .5 ci t c p d p = 封 頭 ： 2 0 .4 22 0 0 0 6 .1 6 m m 20 .8 58 0 .40 .4 2 2 ci t c p d p = （） 第 二 段 筒 體 ： 3 0 .4 22 0 0 0 6 .1 6 m m 20 .8 58 0 .40 .4 2 2 ci t c p d p = （ ） 第 三 段 筒 體 ： 0 .4 22 0 0 01 6 .1 6 m m 20 .8 58 0 .40 .4 20 .5 2 k 0 .5 ci t c p d p = 封 頭 ： 但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于存在塔板上熱和質(zhì)的交換，故隨著高度，塔內(nèi)壓力逐漸 降低，塔頂壓力最低，塔底加之液體靜液柱壓力，氣壓力最高；中間段居中。 綜上述，將裝置分為三段：第一段（標(biāo)記尺寸為 12400mm）筒體采用 20r，包括上封 頭和裙座短節(jié)，厚度為 16mm；第二段（標(biāo)記尺寸為 16500mm）和第三段（標(biāo)記尺寸為 12000mm）筒體（包括封頭）采用 20r+316l 復(fù)合鋼板，包括下封頭，厚度分別為（16+3） mm，(20+3)mm；對于裙座，不與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，也不承受塔內(nèi)的壓力，故不受壓力容器 用材的限制，宜選用較經(jīng)濟(jì)的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，采用 q235b,厚度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 22mm。 項(xiàng) 目 段 號 材 料 長 度 （mm） 名義厚度 （mm） 第一段 20r 12400 20r 12400 16 n 3 第二段 20r+316l 16500 20r+316l 16500 16+3 第三段 20r+316l 12000 20+3 3. 原油分餾塔質(zhì)量載荷的計(jì)算 3. 原油分餾塔質(zhì)量載荷的計(jì)算 【注】塔內(nèi)構(gòu)件浮閥塔盤的質(zhì)量每 m 2質(zhì)量為 75kg 計(jì)算 平臺質(zhì)量按每 m 2為 150kg 計(jì)算 籠式扶梯質(zhì)量按每 m 為 40kg 計(jì)算 段 號 質(zhì) 量 kg 1 2 3 4 5 mm a + 01 1466.4 9384.6 14849.7 16302.3 1466.4 9384.6 14849.7 16302.3 12251.4 m02 0 0 1413.7 6126.1 0 0 1413.7 6126.1 4241.2 m03 0 0 4146.0 5532.1 0 0 4146.0 5532.1 4038.1 m04 400 2560 2628.8 3525.1 400 2560 2628.8 3525.1 3361.1 m05 0 900.6 1759.3 6534.5 0 900.6 1759.3 6534.5 4523.9 mw 476.2 3048 37699.1 51836.3 476.2 3048 37699.1 51836.3 38955.7 m0 1866.4 12845.2 24797.5 38020.1 1866.4 12845.2 24797.5 38020.1 28415.7 mmax 2342.6 14992.6 60737.3 83321.9 2342.6 14992.6 60737.3 83321.9 62847.5 mmin 1866.4 11944.6 21907.2 26584.7 20498.8 塔殼和裙座質(zhì)量 =10851.0+11879.8+13041.8+9801.1=45573.7kg 附屬件質(zhì)量 = 0.25 =11393.4kg 內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 =2 25075/411781.0kg 保溫層質(zhì)量 =(2+20.016+20.14) 2-(2+20.016)212.4+(2+2 0.019+20.14) 2-(2+20.019)216.5+(2+2 0.023+20.14) 2-(2+20.023)212350/4 =13716.2kg 平臺、扶梯質(zhì)量（籠式扶梯單位質(zhì)量 40kg/m） =12475.0kg m01 ma m02 m04 m 筒03 m01 4 物料質(zhì)量 =900.6+1759.3+6534.5+4523.9=13718.3kg 水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量 =3333.5+37699.1+38955.7+51836.3=132015.1kg 塔器操作質(zhì)量 = + + + + + =14711.6+24797.5+38020.1+28415.7=105944.9kg 塔器最大質(zhì)量 = + + + + + =17335+60737.3+83321.9+62847.5=224241.7kg 塔器最小質(zhì)量 = + 0.2 + + + =13811+21907.2+26584.7+20498.8=82801.7kg 4. 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算 風(fēng)壓沿塔高分若干段，一般每隔 10m 分成一段，同一段取相同的風(fēng)壓值，且均勻分布 在設(shè)備的迎風(fēng)面上，任一段風(fēng)載可認(rèn)為是集中在該段終點(diǎn)上的風(fēng)壓力合力，任意第 i 段 承受的水平風(fēng)力用公式 dl qf kk p eii i ii i0 2 =計(jì)算， 式中：dei為迎風(fēng)面的有效直徑， f i 為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，q 0 為基本風(fēng)壓值，li為計(jì)算段高度，k i 為體型系數(shù)，k i2 為 計(jì)算段的風(fēng)振系數(shù)。將塔分為 6 段。如圖示其中 0-0 為裙座底部的計(jì)算截面，1-1 為裙座 人孔的 計(jì)算截面，2-2，3-3 為焊縫，是筒體的可能危險(xiǎn)截面. 以 4-5 段為例計(jì)算風(fēng)載。 dl qf kk p ei44 04 24 4 = 式中，q0=480pa，f4=1.5，l4=16500mm，ki=0.7， ， 可將塔設(shè)備作為等直徑等厚度的理想塔 體，其第一自振周期 。 m=105944.9/49.091=2158.2kg/m,h=49.091m,e=200gpa. i=d 3 ie/8=2 30.019/8=0.06m4，故 對 b 類地面粗糙度，q1=q0=480pa，則 q1t1 2=4801.832=1606.4ns2/m2， 查表有=2.69，v4=0.84，相對高度 h4t/h=36/49.091=0.73，為第一振型， m05 mw m0 mmax mmin mm a + 01m02 m03m04m05 me mm a + 01m02m03m04m emw mm a + 01mem 04m03 m02 f v z 4 4 4 1k24 += ei mh t 4 1 79.1= s83.11.79t1 10206.0 091.492.2158 11 4 = 5 故z4=0.65.則1 . 2 5 . 1 73. 084. 069. 2 1k24 += de4=d04+2s3+k3+k4+d0+2pi=2000+2（16+3）+1402+400+41200+2737791mm 故 p4=0.72.11.548016.57.791136058.91n 同樣方法求得各段的風(fēng)載荷如下表： 段 號 項(xiàng) 目 1 2 3 4 5 6 塔段長度 m 01 16.4 6.47.247.219.419.435.9 01 16.4 6.47.247.219.419.435.9 35.949 ki 0.7 2.69 vi 0.720 0.720 0.720 0.786 0.838 0.720 0.720 0.720 0.786 0.838 0.865 zi 0.020 0.032 0.039 0.226 0.653 0.020 0.032 0.039 0.226 0.653 1.000 fi 1.000 1.000 1.000 1.237 1.503 1.000 1.000 1.000 1.237 1.503 1.520 1.039 1.062 1.076 1.386 2.100 1.039 1.062 1.076 1.386 2.100 2.531 q0/pa 480 li/m 1.000 5.400 0.840 12.200 16.500 1.000 5.400 0.840 12.200 16.500 13.100 dei/m 3.917 3.217 3.017 6.799 7.791 3.917 3.217 3.017 6.799 7.791 7.785 pi/n 1367.44 6198.81 916.23 38628.46 136058.91 86728.40 順風(fēng)向風(fēng)彎矩： f v i zi i += 1 k2i ) 2 () 2 () 2 ( 2 1 2 1 2 1 1 l ll p l ll p l l p l p m n ii n i ii i i i i i i ii w + + += + + + + + + 6 0-0 截面風(fēng)彎矩 1-1 截面風(fēng)彎矩 2-2 截面風(fēng)彎矩 3-3 截面風(fēng)彎矩 5. 地震彎矩計(jì)算 地震彎矩計(jì)算 發(fā)生破壞性地震時(shí)，在地震載荷作用下塔設(shè)備作為懸臂梁也會彎曲變形，故安裝 在七度及以上地震烈度時(shí)必須考慮其抗震能力。只有當(dāng)?shù)卣鹆叶葹榘硕纫陨蠒r(shí)方考慮縱 向震動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)條件，只考慮水平地震力。 )41410( 175 8 5 . 35 . 25 . 3 5 . 2 1 hhh h m h mg ii ei += 式中，1對應(yīng)與塔器基本固有周期 t1的地震影響系數(shù)。 查表有，塔設(shè)備變形為第一組，場地土地類型為類時(shí)，特性周期 tg=0.45s mn03.6852198 2 .62 .1684. 04 . 514 .86728 25. 81284.04 .5191.136058684.04 .5146.38628 42. 04 .5123.9167 . 2181.61985 . 044.1367 00 + + += ）（ ）（）（ ）（）（ mw mn50.6582983 2 .62 .1684.04 .54 .86728 25.81284.04 .591.136058684.04 .546.38628 42.04 .523.9167 .281.6198 11 + + += ）（ ）（）（ ）（ mw mn91.5149653 2 . 62 .1684. 04 .86728 25. 81284. 091.136058684. 046.3862842. 023.916 22 + += ）（ ）（）（ mw mn85.3929679 2 . 62 .164 .8672825. 81291.136058646.38628 33 += ）（）（ mw max 2 = t tg max 2 7 已知 t1=1.83s，即 tgt15tg ，則 地震彎矩 0-0 截面地震彎矩 = hm mg ei1 00 35 16 23731.66 nm 因設(shè)備高度大于 20m，須考慮高振型的影響。 1.25 1.2523731.6629664.6 nm 1-1 截面地震彎矩 = mei 11 23053.62nm 28817.0 nm 2-2 截面地震彎矩 19399.80 nm 24249.7 nm 3-3-截面地震彎矩 18807.47 nm 23509.3 nm 6.最大彎矩 最大彎矩 偏保守的認(rèn)為各種彎矩都同時(shí)出現(xiàn)且位于設(shè)備的同一方向，在工程應(yīng)用中，計(jì)算截 面處： mw+me mmax= me+0.25mw+me 兩者取較大值 ,水壓試驗(yàn)時(shí)， 取最大彎矩為 0.3mw+me . max 45. 0 max 12 )5( 2 . 0tg t= 05.016.032.1 83.1 45.0 96.0 1 = = me 00 = mei 00 = me 11 = mei 22 = me 22 = mei 33 = me 22 8 0-0 截面 正?；蛲９z修時(shí) 6852198.03 nm = 取 =6852198.03 nm 29664.6+0.256852198.031742714.1 nm 水壓試驗(yàn)時(shí) =0.36852198.032055659.41 nm 1-1 截面 正常或停工檢修時(shí) 6582983.50 nm 28817.0+0.256582983.50=1674562.9 nm 取 =6582983.50 nm 水壓試驗(yàn)時(shí) =0.36582983.50=1974895.05 nm 2-2 截面 正?；蛲９z修時(shí) 5149653.91 nm 24249.7+0.255149653.91=1311663.2 nm 取 = 5149653.91 nm 水壓試驗(yàn)時(shí) =0.35149653.91=1544896.17 nm 3-3 截面 正?；蛲９z修時(shí) 4929679.85 nm 23509.3+ +0.254929679.85=1255929.3 nm 取 = 4929679.85 nm m 00 max m 00 max m 00 max = m 11 max m 11 max m 11 max = m 22 max m 22 max m 22 max = m 33 max m 33 max 9 水壓試驗(yàn)時(shí) = =0.34929679.85=1478903.96 nm 如下表： 如下表： 彎 矩/ / nm 截 面 正?；驒z修時(shí) 水壓試驗(yàn)時(shí) 0-0 6852198.036852198.03 2055659.41 1-1 6582983.506582983.50 1974895.05 2-2 5149653.915149653.91 1544896.17 3-3 3929679.85 1478903.96 7.原油分餾塔塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核 原油分餾塔塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核 危險(xiǎn)截面的位置，一般在裙座基底截面或人孔以及較大管線引出孔處。裙座按圓錐型 驗(yàn)算。 0-0 截面 002. 0 1000 22 094. 0094. 0 0 = ri e a ，查 gb150 圖 6-4 得 b=90mpa。 圓錐半頂角=arctan () = 9 . 4 5417400 200031805 . 0 則 正常操作時(shí) 取 107.2mpa 水壓試驗(yàn)時(shí) cos 2 b=129.1mpa 0.9rel=0.9225202.5mpa 取 129.1mpa m 33 max mpa2 .1079 . 4902 . 1kb coscos 22 = mpa t 6 .1351132 . 1k s = mmdz esiszb 38 2 2 10 3180 747.1 4 22 4 = = mmda esissb 25 10 2.2223180= 10 故 1-1 截面 人孔 lm=250mm,bm=500mm,m=8.5mm,dim=3000mm,m0 i-i=104279kg asm=dimes-(bm+2m)es-am =300022-2(500+28.5)22-22508.5=193097mm 2 zm=2eslm(dim/2) 2-( b m/2) 20.5=222250(3000/2)2-(500/2)20.5 =1.610 7mm zsm=d 2 imes/4-(bmdimes/2- zm)= 3000 222/4-2(500300011-1.6107) =1.510 8mm 穩(wěn) 定 性 校 核 ： 對q235-b ， 設(shè) 計(jì) 溫 度 下 ， e=1.7 10 11pa ， p=200mpa ， 則 92 200 7 . 1 10 10 6 1122 p = = p e s ,02. 5 9 . 2 28. 72l 應(yīng)力為材料的屈服極限喪失承載能力。其臨界 材料屈服破壞而故裙座的失效主要是因?qū)嶋H柔度 p i = = mpa2 .107mpa9 .39 2 .2 8 .96 .11771 747.1 10006852198.03 9 .4cos 1 cos 1 1010 58 0 00 max = + = + a m z m sbsb g mpa1 .129mpa8 .21 2 .2 8 .9224241.7 747.1 10002055659.41 9 .4cos 1 cos 1 1010 3 .0 58 max 00 = + = + a m z m sbsb w g mpa2 .107mpa4 .49 193097 8 .9104279 1.5 1000 6582983.50 9 .4cos 1 cos 1 10 8 0max = + = + a m z m sm ii sm ii g mpa1 .129mpa6 .24 193097 8 .9222576 1.5 10001974895.05 9 .4cos 1 cos 1 10 3 .0 8 max = + = + a m z m sm ii sm ii w g 11 mpa a mpampa a 3 .75 5 . 1 113 n mpa7 .14 )/4( 2055659.41 3 .75 5 . 1 113 n 49 )/4( 6852198.03 s 22 max s 22 max 22.044 w 22.044 w = = = = 液壓試驗(yàn)時(shí)， 操作狀態(tài)下， 8.各種載荷引起的軸向應(yīng)力的計(jì)算 8.各種載荷引起的軸向應(yīng)力的計(jì)算 筒體應(yīng)力計(jì)算及強(qiáng)度校核 驗(yàn)算塔殼-截面處的穩(wěn)定和強(qiáng)度，如下表： 計(jì)算截面 - 塔殼有效厚度ei mm 20-4=16 計(jì)算截面以上操作質(zhì)量 m0 kg 91233.3 計(jì)算截面橫截面積 a=diei mm 2 100531 計(jì)算截面斷面系數(shù) z=d 2 iei /4 mm 3 5.010 7 計(jì)算截面最大彎矩 mmax nmm 3929679850 kb k t mpa 1.28096 1.285102 許用軸向拉應(yīng)力=1.2 t mpa 1.2850.8586.7 操作壓力引起的軸向應(yīng)力1=pcdi/(4si) mpa 12.5 重力引起的軸向應(yīng)力2=m0g/a mpa 8.9 mmax引起的軸向應(yīng)力3=mmax/z mpa 78.6 組合壓應(yīng)力c=2+3cr mpa 8.9+78.6=87.496 組合拉應(yīng)力t=1-2+3 mpa 12.5-8.9+78.6=82.286.7 9. 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核 9. 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核 = cr 許用軸向壓縮應(yīng)力 12 ()() () () 校核通過。 校核： 風(fēng)彎矩引起的軸向應(yīng)力 軸向應(yīng)力液壓試驗(yàn)時(shí)重力引起的 力試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng) 液柱靜壓 力試驗(yàn)壓力引起的周向應(yīng) mpa mpampa mpak mpa i mpa g mpa mpa cr s ei eii ei i t ei ei d m d m d d 1 .264 .239 .126 .15 1 803 .364 .239 .12 7 .21585. 02352 . 19 . 09 . 036 4 .23 1620002000 3929679.853 . 04 2 3 . 04 9 .12 162000 8 . 9131947 6 .15 164 20004 . 025. 1 36 142 1420004 . 025. 1 2 3 2 32 33 w 3 22 t 2 1 i t 4 p p =+=+ =+=+ =|my|,故 ms=