常减压精馏塔机械设计

常减压精馏塔机械设计DN4200/DN3000 减压塔机械设计摘要本设计是对工艺设计中的常滴油精馏塔进行设计，设计过程主要依据GB150-1998《钢制压力容器》标准和JB/T4710-2005《钢制塔式容器》标准进行设计计算的。

该减压塔采用的是变径板式塔结构，并采用单溢流型塔盘与泡罩塔盘，操作介质为常底油。

精馏塔是目前石油化工领域应用的最多的塔设备。

在说明部分中，主要介绍塔设备在石油化工生产中的作用、地位、发展现状、特点以及分类，优先选用板式塔的条件，以及舌型塔盘和泡罩塔盘的结构和优缺点，同时又对塔的材料选择，筒体和封头的选用进行了说明和论述。

接下来又介绍了塔的附属构件结构，对筒体、裙座、封头、吊柱、地脚螺栓座、基础换班、筋板的选用进行了介绍并且校核了他们的强度，同时也对裙座与通体的连接方式与结构进行了说明。

在计算部分主要是针对塔体的筒体、封头的材料选择、壁厚的选取进行了计算，还有稳定性的校核。

对自振周期、地震载荷、风载荷进行了计算，同事又进行了该筒体的轴向强度以及稳定性的校核，全做的设计计算及其校核，地脚螺栓座的设计及其强度校核、筋板、盖板及开孔补强的设计计算校核。

最后经过计算以及强度校核，设计出合理的减压精馏塔的结构，并绘制出图纸。

关键词:筒体、封头、强度、校核。

1 说明部分1.1 前言在石油炼化厂的生产装置中，气-液和液-液 2 相直接接触进行传质传热的工艺很多。

例如，精馏、吸收、解吸、萃取和气体增湿等。

这些公益大多数都在塔内完成。

因此，塔设备的性能对炼油、化工装置的生产能力、产品质量与消耗指标以及三废处理以及环境保护等各个方面都有较大影响。

据统计，在石油炼化厂中，塔设备的投资额占到总投资额的 10-20，塔设备消耗的钢材量占总投资刚才量的 25-30。

塔设备之所以被大量采用，是因为它可以为气-液之间的传质传热提供了适宜的条件。

这些条件除了维持一定的塔内压力、温度、气液流量以外，一些特定的塔内件还从结构上保证了上升气体和下降气体的充分接触时间、空间和表面积，从而能够达到较理想的传质、传热效果。

塔设备作为气-液或者液-液接触并且传质传热的设备已经有很悠久的历史。

随着生产的发展对塔设备的研究的深化和成熟，塔设备也应当变得日益广泛，已经成为十分重要的单元设备。

主要用于传质传热的的塔设备，首先给气-液或液-液 2 相的接触提供了必要的条件，从而可以获得高效的传质传热的效果。

此外，为了满足生产需要，塔设备还有满足以下几个需求条件: 生产能力大，效率高，产品质量好。

在较大的气-液或者液-液的复合作用下，不至于发生过量的雾沫夹带、拦液或者液泛等破坏正常操作的现象。

1.操作稳定、弹性大。

当气-液或者液-液的复合较有较大的波动的时候，塔的操作依然可以保持稳定和高的传质传热效率。

2.流体的流动阻力要尽量小。

流体流经通过塔内件的阻力降低。

阻力降低的塔内件可以提高空塔速度，降低能量消耗，对于负压操作，较小的阻力压降有利于准确维持系统的真空度，进而提高产品效率。

3.结构简单，材料消耗量尽量小，制造与安装比较容易。

4.耐腐蚀且不易堵塞，开工周期长，且操作方便，检修也方便。

5.选材合理。

塔设备的选材要综合考虑其塔设备的工作介质特性，操作条件以及经济特性方面的要求。

6.安全可靠。

要确保塔设备各个受力构件有足够的刚度、强度以及相应的稳定性，满足生产的正常运转。

1.2 塔设备的概述1.2.1 常减压蒸馏装置在石油化工生产中的地位和作用塔设备是石油炼化炼制、化工、医药、能源、环境保护等职能部门的一种重要的单元操作设备。

他的作用是给塔内的气-液或者液-液之间的充分接触时间进而达到相互传质传热的目的提供的必须的空间。

在塔设备里面我们将常可以见到的单元操作有如下:精馏、吸收、解吸和萃取。

除此之外，工作气体的冷却和回收，气体的湿法净制和干燥，以及一些兼有气液 2 相的传质和传热的增、减湿度等等相关的工艺过程。

塔设备的应用范围非常广大，其设备的投资量占据整个工艺设备费用的较大比例，在石油化工炼制和化工生产中，塔设备的性能对所制造产品的产量、质量、生产能力等各个方面都具有重大影响。

因此，塔设备的研究和设计在石油炼化和化工生产领域都受到较大重视。

在石油炼制、化工生产的过程中，常常要将一些奇台或者业态的混合物分离成为较纯净的物质，这样的过程通常要依靠精馏、吸收或者萃取的方法来实现。

这些生产过程通常叫做物质分离过程和物质传递过程，他们大多数是要在塔内完成的。

塔设备的类型很多，用途很广泛，是完成石油化工炼制过程以及其他化工生产过程的重要场所。

塔设备一般都具有较为庞大的外形，塔直径最大可达 10多米，高度可达数十米，金属质量可达数百万吨、一般露天安装。

在化工生产厂和石油炼化厂里面，由于石油炼化厂工艺和化工生产工艺的不约捌渌僮魈跫牟煌塔设备内部的结构形式和选用材料也不同。

这样对它的工艺性能，对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗量，以及环保方面，都有重要影响。

在石油炼化和化工生产的装置中，塔设备的投资占到整个投资的 25-30，塔设备所消耗的钢材量在各类工艺中所占据的量也比较大。

例如:250 万吨的常减压炼油装置中的刚才消耗量占到 62.4，在年生产600000-1200000吨的催化裂化装置中占据的比例为 48.9。

因此，塔设备的设计研究对石油炼化、化工生产等工业发展起着至关重要的作用。

目前的石油炼化厂里面应用最多的塔设备有如下几种:分馏塔和精馏塔。

例如常减压装置的常压分馏塔、减压分馏塔可以将原油分离出汽油、柴油、煤油、润滑油等;铂重整装置的分馏塔可以将苯类的混合物分为如下:苯、甲苯、二甲苯等;烷基化装置中的丙烷分馏塔可以将液态烃分流为丙烷-丙烯，异丁烷等相关的分流馏分。

1.2.2 常减压蒸馏装置的工艺流程以及减压塔在装置中的作用所谓的工艺流程就是一个生产装置的设备(如:塔设备、反应器设备、加热炉设备、泵体设备)等按照工艺管线生产的内在联系进而形成的有机组合。

目前的石油炼化厂中的最常用的原油蒸馏过程是两段气化流程和三段气化流程。

两段气化流程包括以下两个部分:常压蒸馏过程减压蒸馏过程。

三段气化整流过程包括以下三个过程:原油初馏过程、常压蒸馏过程和减压蒸馏过程。

常压蒸馏过程是否采用 2 段气化流程应根据具体条件来对有关因素进行分析，如果原油所轻馏分多，则原油经过一系列的热交换过后，温度上升，轻馏分气化，容易造成管路中巨大的压力降，其结果是原油泵出口压力升高，换热器耐压能力也增大。

另外，原油脱盐、脱水能力也不好，进入换热系统以后，尽管原油中轻馏分含量不高，水分的汽化也会造成管路中相当可观的压降。

当加工含 S原油时，在温度位于 160 度-180 度的条件下，某些含 S 的化合物会释放出 H 2 S ，原油中的盐可释放出 Hcl，造成蒸馏塔顶部气象流出管线与冷凝等低温位的严重腐蚀。

采用两段气化蒸馏流程时，这些现象都会出现，都会给操作带来困难，影响到产品的产率，因此大型的石油炼化过程均会采用气化流程。

常压蒸馏是石油加工的“龙头装置”，后续二次加工装置的原料，及产品都是由常减压蒸馏装置提供。

常减压蒸馏主要是通过精馏过程，在常压和减压的条件下，根据各组分相对挥发度的不同，在塔盘上汽液两相进行逆向接触、传质传热，经过多次汽化和多次冷凝，将原油中的汽、煤、柴馏分切割出来，生产合格的汽油、煤油、柴油及蜡油及渣油等。

常减压蒸馏装置包括以下三大部分: 1.原油预处理。

采用加入化学物质和高压电场的联合作用下的化学方法除去原油中多余含有的水分和盐类。

2.常压蒸馏。

原油在加热炉内被加热到 370 度左右，送入常压蒸馏塔下蒸馏出较低沸点的柴油，残余的叫做重油。

3.减压蒸馏。

常压重油再经过加热炉加热到 410 度左右，进入减压蒸馏塔在8.799KMPA 下蒸馏，蒸馏出润滑油，残余的油就叫做渣油。

常减压蒸馏操作安全技术: 1认真巡回检查。

及时发现和消除炉、塔、贮槽等设备管线的跑、冒、滴、漏。

禁止乱排乱放各种油品和可燃气体，防止火灾发生。

2常减压蒸馏过程中许多高温油品一旦泄漏，遇空气会立即自燃着火，火灾危险很大。

造成热油跑料着火的原因主要有: ?法兰垫刺开跑料; ?年久腐蚀漏油; ?液面计、热电偶套管等漏油着火; ?原油含水多，塔内压力过高，安全阀起跳喷油着火; ?减压操作不当，空气进入减压塔内引起火灾爆炸; ?压力过大，造成爆炸着火; ?压力和真空度剧烈变化引起漏油等。

3火灾现场处理方法: ?初期火灾可用蒸汽或石棉布扑盖火源，或用干粉灭火器灭火; ?减压塔火灾要向塔内吹人蒸汽，恢复常压。

不允许在负压系统管线上动火堵漏; ?火势大时要立即通知消防队灭火。

并紧急停车，将塔内油抽空。

4加热炉结焦处理加热炉内油品温度高、油晶轻、组分复杂。

如果加热炉进料量和炉温度控制不当，或仪表温度测量指示、仪表流量控制指示不准，都会导致炉管结焦。

炉管结焦不仅影响传热，严重时还会堵塞以致烧毁炉管，爆炸着火。

尤其是常压炉分四路进料，加热后又合为一路去常压塔;减压炉分两路进料，加热后也合为一路去减压塔。

如果各支路的进料量不平衡，易局部超温而加快炉管结焦。

针对加热炉的这些特点，操作中应特别注意以下问题: ?加热炉各支路进料量均衡，严防偏烧。

如各支路间进料量不平衡，有的支路就会因进料量少，减缓或停止管内油品流动，使炉管局部超温结焦，烧坏炉管。

?平衡好各塔底液面，稳定加热炉的进料流量。

?不论是正常停车，还是异常情况下的紧急停车，加热炉进料降量时要维护局部循环，必须保证炉管内的油品流动，以防炉管结焦烧坏。

?正常停炉要严格按规定程序进行，同时应特别注意控制加热炉的原油降量速度和降温速度;加热炉停止进油之后仍要改为热循环，并注意维持三塔液面平衡;常压炉降温至250?，减压炉降温至230?时，炉子全部熄火。

炉膛温度降到200?时，自然通风降温;加热炉熄火后继续冷循环降温到90?时开始退油。

?加热炉紧急停车时也应该注意:熄火后要向炉膛吹入适当蒸汽，尽量保证炉膛温度不要下降太快;减压塔恢复常压时，末级抽真空器放空阀要关闭，严防空气倒入减压塔;尽快退走设备内存油，但要尽量维护局部循环，防止超温超压。

5加热炉回火炉子回火是发生操作事故的主要原因之一。

加热炉回火原因主要有如下几个方面: 1燃料油大量喷入炉内或瓦斯带油。

2烟道气挡板开度过小，降低了炉子抽力，烟气排不出去。

3炉子超负荷运行，烟气来不及排放。

4升温点火时瓦斯阀门不严，瓦斯窜入炉内，造成炉膛爆炸着火。

加热炉回火时首先要及时打开炉子垂直挡板，然后熄火，待查明回火原因，处理后重新点火。

1.2.3 塔设备的总体结构的说明及其相应简图 1塔体: 塔体就是塔设备的外壳，常见的塔体外壳有等径塔设备、等厚度圆筒以及上下封头组成。