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

過程設備綜合設計計算說明書 一、設計任務一、設計任務 1. 結構設計任務結構設計任務 完成原油分餾塔的總體結構設計， 繪圖工作量折合a1圖共計4.25張左右， 具體包括以下內容： 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. 設計計算內容設計計算內容 完成原油分餾塔設計計算說明書， 主要包括原油分餾塔主要受壓元件的壁 厚計算及相應的強度校核、穩(wěn)定性校核等內容。 二、設計條件二、設計條件 1. 塔體內徑 di=2000mm，塔高 h=49106mm； 2. 設計壓力 p=0.42mpa，設計溫度 t=390； 3. 設置地區(qū)：山東省東營市，基本風壓值 q0=480pa，地震設防烈度 8 度，場 地土類別 iii 類； 4. 塔內裝有 n=50 層浮閥塔盤；開有人孔 11 個，在人孔處安裝半圓形平臺 11 個，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處理、初鎦、常壓分餾和減壓分餾。本次課 程設計為常壓分餾部分。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。經分餾，在塔頂可得到低沸點汽油餾分，經冷凝和冷 卻到 30 40 時，一部分作為塔頂回流液，另一部分作為汽油產品。此外，還設有 12 個中段回流。在常壓塔中一般有 34 個側線，分別餾出煤油、輕柴油。側線產品是 按人們的不同需要而取的不同沸點范圍的產品，在不同的流程中并不相同。有的側線產 品僅為煤油和輕柴油，而重油為塔底產品；有的側線為煤油、輕柴油和重柴油，而塔底 產品為常壓渣油。 二、設計條件 二、設計條件 1. 塔體內徑 di=2000mm，塔高 h=49106mm； 2. 設計壓力 p=0.24+0.18=0.42mpa，設計溫度 t=375+15=390； 3. 設置地區(qū)： 山東省東營市， 基本風壓值 q0=480pa， 地震設防烈度 8 度， 場地土類別 iii 類； 4. 塔內裝有 n=50 層浮閥塔盤；開有人孔 11 個，在人孔處安裝半圓形平臺 11 個，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； 有關其他的工藝尺寸見常壓塔簡圖。 三、設備強度及穩(wěn)定性校核計算 三、設備強度及穩(wěn)定性校核計算 1. 選材說明 選材說明 根據工藝條件以及介質性質的要求，本設計為石油分餾工藝的常壓分餾階段，其 設計壓力pd =0.42mpa ，設計溫度為 td 390=，分餾介質為含酸含硫的原油，考 慮經過初餾等階段，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 采用復合鋼板，內筒采用具有較強抗腐蝕能力的 316l 不銹鋼（00cr17ni14mo2） ，外 筒采用 20r。其各段性質如下表： 性 質 名 稱 常溫下許用應力/mpa/mpa t 設計溫度下許用應力/mpa/mpa 20r 133 80.4 2 316l （00cr17ni14mo2） 118 89 q235b 113 2. 主要受壓元件壁厚計算 主要受壓元件壁厚計算 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 ： 但在實際生產過程中，由于存在塔板上熱和質的交換，故隨著高度，塔內壓力逐漸 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（標記尺寸為 16500mm）和第三段（標記尺寸為 12000mm）筒體（包括封頭）采用 20r+316l 復合鋼板，包括下封頭，厚度分別為（16+3） mm，(20+3)mm；對于裙座，不與塔內介質接觸，也不承受塔內的壓力，故不受壓力容器 用材的限制，宜選用較經濟的普通碳素結構鋼，采用 q235b,厚度根據經驗取 22mm。 項 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. 原油分餾塔質量載荷的計算 3. 原油分餾塔質量載荷的計算 【注】塔內構件浮閥塔盤的質量每 m 2質量為 75kg 計算 平臺質量按每 m 2為 150kg 計算 籠式扶梯質量按每 m 為 40kg 計算 段 號 質 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 塔殼和裙座質量 =10851.0+11879.8+13041.8+9801.1=45573.7kg 附屬件質量 = 0.25 =11393.4kg 內構件質量 =2 25075/411781.0kg 保溫層質量 =(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、扶梯質量（籠式扶梯單位質量 40kg/m） =12475.0kg m01 ma m02 m04 m 筒03 m01 4 物料質量 =900.6+1759.3+6534.5+4523.9=13718.3kg 水壓試驗時水的質量 =3333.5+37699.1+38955.7+51836.3=132015.1kg 塔器操作質量 = + + + + + =14711.6+24797.5+38020.1+28415.7=105944.9kg 塔器最大質量 = + + + + + =17335+60737.3+83321.9+62847.5=224241.7kg 塔器最小質量 = + 0.2 + + + =13811+21907.2+26584.7+20498.8=82801.7kg 4. 風載荷與風彎矩的計算 風載荷與風彎矩的計算 風壓沿塔高分若干段，一般每隔 10m 分成一段，同一段取相同的風壓值，且均勻分布 在設備的迎風面上，任一段風載可認為是集中在該段終點上的風壓力合力，任意第 i 段 承受的水平風力用公式 dl qf kk p eii i ii i0 2 =計算， 式中：dei為迎風面的有效直徑， f i 為風壓高度變化系數，q 0 為基本風壓值，li為計算段高度，k i 為體型系數，k i2 為 計算段的風振系數。將塔分為 6 段。如圖示其中 0-0 為裙座底部的計算截面，1-1 為裙座 人孔的 計算截面，2-2，3-3 為焊縫，是筒體的可能危險截面. 以 4-5 段為例計算風載。 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載荷如下表： 段 號 項 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 順風向風彎矩： 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 截面風彎矩 1-1 截面風彎矩 2-2 截面風彎矩 3-3 截面風彎矩 5. 地震彎矩計算 地震彎矩計算 發(fā)生破壞性地震時，在地震載荷作用下塔設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必須考慮其抗震能力。只有當地震烈度為八度以上時方考慮縱 向震動。根據設計條件，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對應與塔器基本固有周期 t1的地震影響系數。 查表有，塔設備變形為第一組，場地土地類型為類時，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 偏保守的認為各種彎矩都同時出現且位于設備的同一方向，在工程應用中，計算截 面處： mw+me mmax= me+0.25mw+me 兩者取較大值 ,水壓試驗時， 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 正常或停工檢修時 6852198.03 nm = 取 =6852198.03 nm 29664.6+0.256852198.031742714.1 nm 水壓試驗時 =0.36852198.032055659.41 nm 1-1 截面 正?；蛲９z修時 6582983.50 nm 28817.0+0.256582983.50=1674562.9 nm 取 =6582983.50 nm 水壓試驗時 =0.36582983.50=1974895.05 nm 2-2 截面 正?；蛲９z修時 5149653.91 nm 24249.7+0.255149653.91=1311663.2 nm 取 = 5149653.91 nm 水壓試驗時 =0.35149653.91=1544896.17 nm 3-3 截面 正常或停工檢修時 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 水壓試驗時 = =0.34929679.85=1478903.96 nm 如下表： 如下表： 彎 矩/ / nm 截 面 正?；驒z修時 水壓試驗時 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截面的強度與穩(wěn)定校核 原油分餾塔塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核 危險截面的位置，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 取 107.2mpa 水壓試驗時 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 計 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實際柔度 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 = = = = 液壓試驗時， 操作狀態(tài)下， 8.各種載荷引起的軸向應力的計算 8.各種載荷引起的軸向應力的計算 筒體應力計算及強度校核 驗算塔殼-截面處的穩(wěn)定和強度，如下表： 計算截面 - 塔殼有效厚度ei mm 20-4=16 計算截面以上操作質量 m0 kg 91233.3 計算截面橫截面積 a=diei mm 2 100531 計算截面斷面系數 z=d 2 iei /4 mm 3 5.010 7 計算截面最大彎矩 mmax nmm 3929679850 kb k t mpa 1.28096 1.285102 許用軸向拉應力=1.2 t mpa 1.2850.8586.7 操作壓力引起的軸向應力1=pcdi/(4si) mpa 12.5 重力引起的軸向應力2=m0g/a mpa 8.9 mmax引起的軸向應力3=mmax/z mpa 78.6 組合壓應力c=2+3cr mpa 8.9+78.6=87.496 組合拉應力t=1-2+3 mpa 12.5-8.9+78.6=82.286.7 9. 塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核 9. 塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核 = cr 許用軸向壓縮應力 12 ()() () () 校核通過。 校核： 風彎矩引起的軸向應力 軸向應力液壓試驗時重力引起的 力試驗壓力引起的軸向應 液柱靜壓 力試驗壓力引起的周向應 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=