脱硫塔设计学毕业设计

二二 一一 一一 年年 六六 月月 本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书学校代码：学校代码： 1012810128学学 号：号： 题题 目目：脱脱硫硫塔塔设设计计学学生生姓姓名名 ：学学 院院 ： 化化 工工 学学 院院系系 别别： 过过 控控 系系专专 业业： 过过 程程 装装 备备 与与 控控 制制 工工 程程班班 级级： 过过 控控指指导导教教师师 ： 摘要脱硫塔是化工设备中的重要设备，是对工业废气进行脱硫处理的设备。是一种脱硫效率高，压力损失较低兼能除尘的脱硫设备，脱硫塔是运用旋流技术、射流技术、压力雾化技术和文丘里管技术，以碱性液为载体，将烟气中的尘、二氧化硫、碳氢化合物等有害物质从烟气中分离出来，吸收沉降，最后达到净化烟气的目的。该脱硫塔选用填料塔作为其塔型，填料塔的基本特点是结构简单，压降降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。其内部基本结构有除沫器、液体分布器、液体再分布器、漩涡喷头、支承板及填料压板。该脱硫塔在设计的过程中参考GB150-1998 钢制压力容器 、 化工容器及设备简明设计手册 、 JBT4710-2005 钢制塔式容器等标准。该脱硫塔的设计包括塔内件的选取、设计方案、设计计算等内容，在过程中，通过查资料、数据的计算等一系列方法，整合设计所需资料及数据。经过老师的不断指点与自己的不断修改完善，最终形成本次设计。关键词：脱硫塔 填料塔 Abstract Desulfurization tower is an important equipment chemical equipment, is the industrial waste gas desulfurization process equipment.Is a high desulfurization efficiency, lower pressure loss and to dust desulfurization equipment, desulfurization tower is the use of hydrocyclone technology, jet technology, pressure atomization technology and Venturi tube technology to alkaline solution as the carrier, the flue gas of dust, sulfur dioxide, hydrocarbons and other harmful substances separated from the flue gas to absorb the settlement, the final purpose of purifying the flue gas. The desulfurization tower used as tower packing tower, packed tower of the basic features of simple structure, drop down a small, mass transfer efficiency, ease of use of corrosion-resistant materials and so o .The basic structure of the internal demister, liquid distributors, liquid re-distributor, the vortex nozzle, bearing plates and filler plate. The desulfurization tower in the design process of reference GB150-1998 steel pressure vessel, chemical containers and equipment Concise Design Manual, JBT4710-2005 steel tower container and other standards.The desulfurization tower design includes the selection of tower parts, design, design calculations, etc., in the process, through the information search, data calculation and a series of methods to integrate information and data required for the design.The teachers constantly pointing with their constantly revised and improved, culminating in this design.Keywords: desulfurization tower packing tower 目录图标清单图标清单.1 1绪论绪论.3 3符号说明符号说明.4 4第一章第一章 设计方案的确定设计方案的确定.9 91.1 设备性能 .91.2 设备技术特性 .91.3 填料塔的选型和结构设计 .91.3.1 筒体的选型.91.3.2 封头的选型 .91.3.3 裙座的选型 .101.3.4 人孔的选取 .111.3.5 接管的选取 .121.3.6 接管法兰的选取 .131.3.7 填料的选择 .161.3.8 除沫器的选择 .171.3.9 填料支承装置 .181.3.10 填料的液体分布器 .191.3.11 填料的液体再分布器 .201.3.12 填料压板 .21第二章第二章 筒体及封头的设计筒体及封头的设计.23232.1 选择材料 .232.1.1 受压元件.232.1.2 非受压元件.232.2.设计技术参数.232.3 筒体厚度的计算 .242.4 封头厚度的计算 .25 2.5 裙座的厚度计算 .262.6 水压试验及强度校核 .26第三章第三章 设备承受的各种载荷设备承受的各种载荷.28283.1 塔的质量载荷计算 .283.1.1 塔体圆筒、封头、裙座质量.2801m3.1.2 塔内件如塔盘或填料的质量.2902m3.1.3 保温材料的质量.2903m3.1.4 操作平台及扶梯的质量.2904m3.1.5 操作时物料的质量.3005m3.1.6 塔附件如人孔、接管、法兰等质量.31am3.1.7 水压试验时充水的质量.31wm3.1.9 塔设备在正常操作时的质量.310m3.1.10 塔设备在水压试验时的最大质量.32maxm3.1.11 塔设备在停工检修时的最小质量.32minm32 风载荷的计算 .333.2.1 水平风力的计算.333.2.2 风弯矩的计算.363.3 塔的自振周期的计算 .383.4 地震载荷的计算 .383.4.1 水平地震力的计算 .383.4.2 垂直地震力的计算 .413.4.3 地震弯矩的计算 .423.5 各种载荷引起的轴向力 .433.5.1 设计压力引起的轴向应力.4313.5.2 操作质量引起的轴向压应力.442 3.5.3 最大弯矩引起的轴向应力.4533.6 塔体与裙座的危险截面的强度校核与稳定性校核 .463.6.1 塔体与裙座的强度校核 .463.6.2 塔体与裙座的稳定性校核.463.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核 .493.7.1 水压试验时应力校核 .503.7.2 吊装时应力校核 .513.8 基础环的设计 .513.8.1 基础环的结构尺寸 .513.8.2 基础环的应力校核 .523.8.3 基础环的厚度 .533.9 地脚螺栓的计算 .543.9.1 地脚螺栓的最大拉应力 .543.9.2 地脚螺栓根径.55第四章第四章 开孔不强计算开孔不强计算.56564.1 不需要另行补强的最大开孔直径 .564.2 补强型式，选用如下形式： .564.3 补强设计计算 .574.3.1 圆筒上人孔补强计算.57500DNmm4.3.2 筒体上卸料口补强计算 .59250DNmm4.3.3 筒体上气体进口接管补强计算 .61200DNmm4.3.4 封头上接管补强计算 .64200DNmm4.3.5 筒体上接管补强计算 .6670DNmm结论结论.6969参考文献参考文献.7070谢辞谢辞.7171 1图标清单类型图号 图示名称图 1-1封头结构示意图图 1-2裙座的焊接形式图 1-3人孔的形式图 1-4弯管结构示意图图 1-5法兰结构示意图图 1-6平垫圈图 1-7上装式丝网除沫器图 1-8支承板结构示意图图 1-9水平引入管排管式喷淋器图 1-10梁型式再分布器图 1-11床层限制板图 3-1风载荷图 3-2塔各分段高度图 3-3风弯矩计算简图图 3-4任意高度处的集中质量khkm图 3-5地震载荷附图图 3-6基础环的结构尺寸表 1-1封头结构尺寸表 1-2人孔结构表表 1-3接管尺寸表 1-4弯管结构尺寸表 1-5密封面结构尺寸表 1-6接管法兰尺寸表 1-7垫片型式选用表表 1-8垫片尺寸附表表 1-9螺栓/螺母的选用 2表 1-10螺栓长度和质量表 1-11紧固件用平垫圈尺寸表 1-12陶瓷拉西环填料的特性数据表 1-13陶瓷矩鞍填料的特性数据表 1-14上装式丝网除沫器基本参数表 1-15支承板形式尺寸表 1-16支承板结构尺寸表 1-17支承板特性表 1-18排管式喷淋器的设计参考数据表 1-19梁型再分布器设计参数表 1-20填料塔附属结构表 3-1平台扶梯质量表 3-2塔设备质量计算结果汇总表 3-3塔各段风载荷表 3-4塔体各段集中质量表 3-5塔体各段水平地震力表 3-6塔体各段垂直地震力表 3-7各危险截面强度校核与稳定性校核表 4-1不另行补强接管最小厚度附表表 4-2补强形式 3绪论毕业设计是我们在校期间的一个重要课程，它既是对我们大学四年所学知识的一次全面应用。又对我们毕业后的工作打下了良好基础。通过毕业设计，我们初步把我们所学的理论知识应用到实践中。过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛。是化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，一些高新技术领域，如航空航天技术、先进能源技术、先进防御技术等也离不开过程设备。20 世纪 80 年代初以来，随着我国经济持续迅速发展，城市化进程加快，人口不断增加，煤炭消耗量逐年以 39%的递增率大幅度增加，我国大气环境受到了严重污染，其中以 SO2 和烟尘污染最为严重，成为世界上大气环境污染最严重的国家。通过对大气环境中污染物来源分析表明，我国大气污染属于煤烟型污染，其中 SO2 和烟尘等污染物主要是由煤炭燃烧产生的。煤炭燃烧排放的 SO2 和烟尘，分别占 SO2 总排放量的 90%和烟尘总排放量的 70%，煤炭燃烧排放的 CO2，占 CO2 总排入量的 85%，而燃煤工业锅炉排放的 CO2，占煤炭燃烧排放量的 30%。可见，控制煤炭燃烧 SO2 和烟尘的排放量，对控制我国大气污染具有重要的意义。脱硫塔主要是吸收 SO2,其工作原理是含烟尘及硫氧化物的烟气通过进口烟道进入筒体，含有离子的碱性吸收液分别从滤泡除尘脱硫塔上中下部由螺旋喷嘴喷出，形成与烟气成逆向的多排高速雾化水幕。增加了烟尘硫氧化物与水的碰撞概率，并充分利用雾化液滴的速度来造成很高的气液相对速度。以保证除尘器的除尘和脱硫效果，同时气体经过筛板上的液层产生鼓泡作用，增加了气液传质的表面积和湍动状态。提高了传质效率，二氧化硫与碱液发生气液传质，从而进一步提高了脱循环硫除尘器的效果。脱硫生成物随水流到脱硫塔底部。从溢流孔排走，在筒体底部设有水槽以防止烟气从底部泄漏。脱硫塔废水由底部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和再生使用，净化后的气体通过筒体上部经除沫器除雾后排出，从而达到除尘脱硫目的。 4符号说明计算厚度，；mm设计厚度，；dmm名义厚度，；nmm 有筋板时基础环的厚度，；bmm有效厚度，；emm第 计算段容器的有效壁厚，；eiimm 筋板厚度，；gmm 有筋板时基础环的厚度，；bmm接管名义厚度，；ntmm接管计算厚度，；tmm补强圈厚度，；mm接管有效厚度，；etmm裙座的厚度，；smm 重力加速度，；gkgN / 焊接接头系数； 厚度附加强，；Cmm 钢板负偏差，；1Cmm 腐蚀裕量，；2Cmm 材料的弹性模量；E 5公称直径,；DNmm 开孔直径,；dmm垫板上地脚螺栓孔直径 ,；2dmm 人孔直径 mm；id 筒体的内径，；iDmm 塔设备第 段迎风面的有效直径，；eiDimm 设备各计算段的外径，；oiDmm 基础环的外径，；obDmm基础环的内径，；ibDmm 设计压力，；PMPa 液柱静压力，；LPMPa计算压力，；CPMPa水压试验压力， ；TPMPa第 i 段风载荷 N；iP塔体圆筒、封头、裙座质量，；01mkg塔内件如塔盘或填料的质量，；02mkg保温材料的质量，；03mkg扶梯与平台的质量，；04mkg操作时物料的质量，；05mkg水压试验时充水的质量，；wmkg 偏心载荷，；emkg设备在正常操作时的最大质量，；0mkg 6 塔设备在水压试验时的最大质量，；maxmkg塔设备在停工检修时的最小质量，；minmkg距地面高度处的集中质量，；kmkhkg 设备的当量质量，；eqmkg风压高度变化系数；if 各地区的基本风压，；0qPa载荷组合系数；K塔的体型系数；1K塔设备各计算段的风振系数；ziK笼式扶梯的当量宽度，；3Km 操作平台的当量宽度，；4Km 脉动增大系数； 第 段的脉动影响系数；ii 第 段的体型系数；zii 塔顶管线外径；0d 塔的自震周期，；1Ts 各类产地的自震周期，；gTs 地震影响系数； 第一振型的地震影响系数；1综合影响系数；zC 基本阵型参与系数；1k 地震影响系数的最大值；max 7 计算截面距地面的距离 ,；ihiimm在截面 i-i 处的基本振型水平地震力，；iFN 塔任意质点 处得垂直地震力，；iivFiN 垂直地震影响系数的最大值；maxv 裙座半锥角；截面 i-i 处地震弯矩，；IIEIMN mm设备任意截面 I-I 的风弯矩，；IIWMN mm偏心弯矩，；eMN mm设备最大弯矩，；maxMN mm容器任意截面 I-I 最大弯矩，；1 1maxMN mm 裙座底部截面的截面系数，；sbZ3mm 裙座底部截面积，2；sbAmm裙座开孔设人孔处得截面系数，；smZ3mm裙座开孔设人孔处的截面积，2；smAmm试验温度下材料的许用应力，； MPa材料在设计温度下的许用应力，； tMPa水压试验时的许用应力，；tMPa材料的屈服强度，；sMPa内压计算压力在筒体内引起的轴向压力，；1MPa操作物料时质量载荷在筒体内引起的轴向力，；2i iMPa最大弯矩在筒体内引起的轴向力，；3i iMPa最大组合轴向压应力，；maxi iMPa 8裙座材料在设计温度下的许用应力，； stMPa基础环的截面系数，；bZ3mm基础环的面积，2；bAmm混凝土基础的许用应力，；aRMPa一地脚螺栓个数；n地脚螺栓螺纹根径；1dmm强度削弱系数；rf开孔削弱所需的补强面积，2；Amm外侧有效高度，；1hmm内侧有效高度，；2hmm多余金属面积，2；1Amm接管多余金属面积，2；2Amm接管处焊缝面积，2；3Amm有效补强面积，2；eAmm所需另行补强面积，2；4Amm 9第一章 设计方案的确定1.1 设备性能 将烟气中的二氧化硫等有害物质从烟气中分离出来，吸收沉降最后达到净化烟气的目的。1.2 设备技术特性 工作压力：2.9、工作介质：水煤气 ADA 溶液、工作温度：、MPaC45喷淋量：180、设计风压：、地震烈度：8 级Pa5001.3 填料塔的选型和结构设计1.3.1 筒体的选型 选择圆柱形筒体，圆柱形是最常见的一种压力容器结构形式。具有结构简单、易于制造、便于在内部装设附件等优点。而是目前制造和使用最多的一种筒体形式，它采用钢板在大型卷板机上卷成圆筒，经焊接纵焊缝成为筒节，然后与封头或端部法兰组装焊接成容器。所以选择单层式卷焊式结构。1.3.2 封头的选型 根据所给条件选择标准椭圆形封头，由此可知： 由化工容22/iihD器及设备简明设计手册表 13-5 知： 。结构如下图所示：1k 10图 1-1 封头结构示意图 由 JB/T4737-95 知：表 1-1 封头结构尺寸：公称直径DN曲面高度ih直边高度2h内表面积2/mFi容积3/mV2100525405.031.361.3.3 裙座的选型塔体常采用裙座支承，裙座形式根据承受载荷情况不同，可分为圆筒形和圆锥形两类。圆筒形裙座制造方便、经济上合理，故广泛应用。又因为、但，所以不需要设置较多的地脚螺栓及足够大承载面积1DNm/30H DN 的基础环。此时，圆筒形裙座的结构尺寸可以满足地脚螺栓的合理布置。因采用圆筒形裙座。结构：圆筒形裙座由裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、引出管通道等组成。 其中筒体与裙座的焊接形式选如取下结构： 11图 1-2 裙座的焊接形式1.3.4 人孔的选取根据已知条件，由化工容器及设备简明设计手册及公称2151495HG压力选择回转盖带劲对焊法兰人孔，人孔选用 Q345R。人孔尺寸由化工容器及设备简明设计手册表 23-1-13 得所选人孔结构表如下：表 1-2 人孔结构表密封面型式公称压力PN 公称压力DNwdsdD1D1H2Hb凹凸面MFM型4.0500530 14495755670290135621b2bABL0d螺柱数量螺母数量螺柱直径长度总质量kg556043022530030204039 225M413人孔的型式： 12图 1-3 人孔的形式1.3.51.3.5 接管的选取接管的选取 根据工艺条件，选取接管材料为号钢, 20 号钢20.查HG20553-1993 化工配管用无缝及焊接钢管尺寸 147( 16)tMPamm系列表 4.1.1 得：Ia本设备的接管尺寸按其公称尺寸的不同列表如下表 1-3 接管尺寸壁厚和理论重量公称直径 DN40schAB外径mmmm/kg m151/221.32.91.3280388.95.611.502008219.18.041.6525010273.08.857.33根据GB150 钢制压力容器中相关规定： 13 ()2ttieDe而接管都符合规定 所以满足要求其中各类接管中的弯管选择如下：图 1-4 弯管结构示意图 根据 GBT124592005 钢制对焊无缝管件知：表 1-4 弯管结构尺寸公称尺寸mm中心面至端面 Amm801142003051.3.6 接管法兰的选取(1) 法兰及密封面的选取：由HGT2059220635-2009 钢制管法兰、垫片和紧固件表 3-2-2 及该设备公称压力选取（WN） ，密封面型式选取突面（RF） 。其带颈对焊法兰结构尺寸按图 8.2.3 和表 8.2.3-4 规定：图 1-5 法兰结构示意图根据 HG/T205922009 选择密封面尺寸如下： 14表 1-5 密封面结构尺寸d公称尺寸DN密封面公称尺寸151288025820031225040本设备的接管法兰尺寸按其公称尺寸的不同列表如下表 1-6 接管法兰尺寸连接尺寸公称尺寸DN钢管外径法兰焊端外径1AA 类法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th1521.3956514412M8088.920016018816M200219.1375320301227M250273450385331230 2M续上表续上表法兰颈公称尺寸DN法兰厚度CNA 类S 1HR法兰高度H1516322.0643880241053.212858200342446.3161088250383067.11812105（2）选择管法兰垫片 15由HG/T20641-2009表 3.0.2 选用垫片形式表 1-7 垫片型式选用表垫片型式公称压力PN公称尺寸DN最高使用温度密封面型式密封面的表面粗糙度aRm法兰型式非石棉纤维橡胶板40102000290凹面/凸面3.212.5带颈对焊法兰 由 HG/T 20606-2009 表 4.0.2-3 得凹凸面垫片尺寸 表 1-8 垫片尺寸 mm公称尺寸DN垫片内径1D垫片外径2D垫片厚度T15223980891202002202592502733121.5(3)管法兰紧固件选取由HG/T20641-2009表 3.0.3-1 查螺栓/螺母的选用表 1-9 螺栓/螺母的选用螺栓/螺母型式标准规格材料紧固件强度公称压力等级使用温度oC全螺纹螺柱型六角螺母（粗牙、细牙）HG/T 20613M10M330 r18 i19CN低160PN196800 16由HG/T20613-2009表 5.0.7-1 选凹面/凸面时螺柱长度代号ZRL由HG/T20641-2009表 5.0.7-12 查法兰配用螺柱长度和质量表 1-10 螺柱长度和质量螺柱公称尺寸DN螺纹数量n（个）（）ZRLmm质量 kg15M124705680M16895152200M2712145667250M3012155868质量为每 1000 件的近似质量紧固件用平垫圈由HG/T20641-2009附录 A 选用平垫圈 A 级（GB/T 97.2）300HV图 1-6 平垫圈表 1-11 紧固件用平垫圈尺寸dM12M16M27M301d131728312d24305056h2.53441.3.7 填料的选择填料是填料塔的核心内件，它为气液两相接触进行传质和换热提供了表面， 17与塔的其它内件共同决定了填料塔的性能。由塔设备本脱硫塔选择陶瓷拉西环填料和陶瓷矩鞍填料。拉西环是一个外径和高度相等的空心圆柱体，它的空隙率比碎石等物状填充物大，且内外表面都可用作气液接触面，其结构简单、价格便宜，故广泛应用。由塔设备表 5-1 知的特征数据（乱堆）表 1-12 陶瓷拉西环填料的特性数据公称尺寸mm外径 高mm壁厚mm堆积个数个3/m堆积密度3/kg m5050 504.56000457比表面积23/mm空隙率33/mm干填料因子1/m湿填料因子1/m9381177220为了防止拉西环乱堆造成堵塞，在填料底层铺一层整砌的陶瓷矩鞍填料，其相互重叠的部分较少、空隙率较大，故填料表面利用率高。由塔设备表 5-16 知陶瓷矩鞍填料的特征数据（整砌）表 1-13 陶瓷矩鞍填料的特性数据公称尺寸mm外径 高mm壁厚mm堆积个数个3/m堆积密度3/kg m5075 4558710538比表面积23/mm空隙率33/mm干填料因子1/m湿填料因子1/m1030.782216122 1.3.8 除沫器的选择 当塔内操作气速较大时，会出现塔顶沫夹带。这不但造成物料的流失， 18也使塔的效率降低，同时还可能造成环境的污染。为了避免这种情况，需在塔顶设置除沫装置，从而减少液体的夹带损失。确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。常用的除沫器装置有丝网除沫器、折流板除沫器以及旋流板除沫器。丝网除沫器由于其比表面积大、空隙率大、结构简单、使用方便、压降小以及除沫效率高等优点，广泛应用于填料塔的除沫装置中。根据塔设备选择，由塔设备表 8-6 知其基本参数：表 1-14 上装式丝网除沫器基本参数主要外形尺寸mm公称直径DNH1H2HD质量kg10036017620001504101900204注：为丝网除沫器的有效直径，根据支承件的结构确定D 丝网的质量是 SP 型气液过滤网网块的质量其结构尺寸见下图图 1-7 上装式丝网除沫器1.3.9 填料支承装置填料的支承装置安装在填料层德底部，其作用是支承操作时填料层的重量；保证足够的开孔率，使气液两相能自由通过。因此不仅要求支承装置具有足够的强度和刚度，而且要求结构简单、便于安装。由塔设备填料支承装置所述，选择梁型气体喷射式支承板作为本脱硫 19塔的支承装置，其是目前性能最优的大塔支承板。由塔设备表 5-49，支承板波形尺寸（）mm表 1-15 支承板形式尺寸塔径波形波形尺寸bHt9004000300 300300支承板结构尺寸见塔设备表 5-50 知：表 1-16 支承板结构尺寸塔径支承板外径支承板分块数支承板梁数支承圈宽度支承圈厚度2100206075014其结构形式见图 5-41图 1-8 支承板结构示意图支承板结构尺寸见塔设备表 5-51 知：表 1-17 支承板的特性支承板允许载荷，N塔径 DNmm自由截面%碳钢不锈钢 202100102890901075601.3.10 填料的液体分布器液体分布器安装于填料上部，它将液相加料及回流液均匀地分布到填料的表面上，形成液体的初始分布。由塔设备液体分布装置和塔径选择排管式喷淋器，本塔采用的是液体由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。其结构见图 5-19图 1-9 水平引入管排管式喷淋器查表塔设备5-40 得排管式喷淋器的设计参考数据表 1-18 排管式喷淋器的设计参考数据塔径 DNmm主管直径mm支管排数排管外缘直径mm最大体积流量3/mh200010061940781.3.11 填料的液体再分布器当液体沿填料层向下流动时，具有流向塔壁而形成“壁流”的倾向。结果造成液体分布不均匀，降低传质效率。严重时使塔中心的填料不能被液体湿润而形成“干堆” 。为此，必须将填料分段，在各段填料之间需要将上一段填料下来的液体收集再分布。液体再分布装置的结构设计与液体分布装置相同，但需配备适宜的液体收集装置。由塔设备液体再分布装置，选梁型再分布器，其适用于以上1200mm的大塔。为了便于制造安装，设计成可拆结构，整个再分布器由多条梁型构件 21拼装而成。梁型再分布器的操作弹性为 4，它的设计参数见表 5-57.表 1-19 梁型再分布器设计参数塔径 DNmm盘外径 1Dmm螺栓圆直径 2Dmm分块数升气管数液体负荷范围3/mh2000197518351969.0-340结构见塔设备图 5-48图 1-10 梁型再分布器1.3.12 填料压板填料塔在大压力降下操作，由于气体冲击和负荷波动，如果没有填料压板或床层限制器。将会发生以下情况：对于填料压板：填料层顶部的填料将发生移动，跳跃或撞击，严重时会使填料破碎。-由塔设备填料压板，选择床层限制板，其结构见图 5-54. 22图 1-11 床层限制板床层限制板与压板结构类似，但重量较轻，一般为左右。床层限2300/N m制板必须固定于塔壁，否则将失去作用。当塔径时，则限制板外径1200Dmm比塔的内径小。 2538mm表 1-20 填料塔附属结构类别形式结构特点适用范围优缺点简图液体分布器冲击式喷淋器液体直接由管口流出， 冲击到下设的反射板后被分散洒落应用较少优点：结构简单、便宜、易于安装缺点：喷淋不均匀液体流向塔壁使大塔中的顶部填料无效 23第二章 筒体及封头的设计2.1 选择材料2.1.1 受压元件根据设计温度、设计压力、介质特性和操作特点及CTC 45MPaP9 . 2材料的强度、塑性、韧性、制造性能和与介质相容性，选用 Q345R 低合金钢为本脱硫塔筒体和封头的材料。2.1.2 非受压元件接管、法兰等非受压元件选用 20 号钢。其中根据设计所需要求人孔、裙座、补强圈选用 Q345R、地脚螺栓选用30CrMoA.2.2.设计技术参数设计压力MPaP9 . 2设计温度CTC 45设计风压3/500MN地震烈度 8 级水压试验时，液柱静压力： （2-1）gHPL式中：水的密度，；3/mkg 重力加速度，；gkgN / 塔体总高，；Hm 293605652285002封筒总HHH 24 MPagHPL3 . 0360.2981. 91000总液柱静压力设计压力的 5%，故计入计算压力中，则3 . 0LP计算压力MPaPPC1933 . 01 . 12.3 筒体厚度的计算查 GB150 许用应力表得 Q345R 在时的的许用应力， （C45 MPat185） 。1636mm筒体的计算厚度： （2-2） CtiCpDP2式中： 计算压力，；CPMPa 筒体的计算厚度，；mm 筒体的内径，；iDmm 材料在设计温度下的许用应力，； tMPa 焊接接头系数， 焊接接头采用 V 坡口双面焊接，采用局部无损检测，由焊接接头系数表查得。85. 0 C 为厚度附加量，为厚度负偏差，根据化工容器及设21CCC1C备简明设计手册表 114 得钢板厚度为时，。为腐蚀裕825mmC8 . 012C量，对于低合金钢不小于，取。2Cmm1mmC22 mmpDPCtiC52.2119. 385. 01852210019. 32设计厚度mmCd52.23252.212名义厚度mmCdn31.248 . 052.231圆整后取名义厚度mmn26 25则有效厚度mmCne2 .238 . 226检查当时，Q345R 的许用应力没有变化，取名义厚mmn26 MPat185度。mmn262.4 封头厚度的计算 查 GB150 许用应力表得 Q345R 在时的的许用应力（C45 MPat185） 。1636封头的计算厚度： （2-3） CtiCpDP5 . 02式中： 计算压力，；CPMPa 封头的计算厚度，；mm 封头的内径，；iDmm 材料在设计温度下的许用应力，； tMPa 焊接接头系数， 焊接接头采用 V 坡口双面焊接，采用局部无损检测，由焊接接头系数表查得。85. 0 C 为厚度附加量，为厚度负偏差，根据化工容器及设21CCC1C备简明设计手册表 114 得钢板厚度为时，。为腐蚀825mmmmC8 . 012C裕量，对于低合金钢不小于，取。2Cmm1mmC22 mmpDPCtiC41.2119. 35 . 085. 01852210019. 35 . 02设计厚度mmCd41.23241.212名义厚度mmCdn21.248 . 041.231圆整后取名义厚度mmn26 26则有效厚度mmCne2 .238 . 226检查当时，Q345R 的许用应力没有变化，且其有mmn26 MPat185效厚度不小于封头内径的 0.15%，即。故该标准椭圆形0.15%3.15eiDmm封头取其名义厚度。mmn262.5 裙座的厚度计算由于筒体内径与筒体封头外径相等，焊缝必须采用全溶透的连续焊，裙座的厚度与筒体的厚度相同，为。26mm2.6 水压试验及强度校核对于内压容器：试验压力按下式计算 （2-4） 1.25TtPP取水压试验时液体温度为20 C式中： 液压试验压力；TP 设计压力P 试验温度下材料的许用应力，时 Q345R 的 20 C； 185MPa 设计温度下材料的许用应力，时 Q345R 的 t45 C； 185tMPa所以 1.251.25 3.193.99TtPPMPa水压试验应力校核公式 （2-5）()()0.92TieTsPrHDe 式中 试验压力下圆筒应力，；TMPa 27 耐压试验压力，当设计考虑液体静压力时，应当加上液体静压力；TP 筒体有效厚度，；emm 筒体屈服强度，查化工容器及设备简明设计手册对于sQ345R：；325sMPa 不等式左边：()()2(3.990.3)(210023.2)2 23.2196.3TieTPrHDeMPa不等式右边：0.90.9 325 0.85248.63sMPa 由上可见： 故水压试验合格。0.9Ts 28第三章 设备承受的各种载荷3.1 塔的质量载荷计算塔设备的质量载荷包括：塔体圆筒、封头、裙座质量；塔内件如塔盘或01m填料的质量；保温材料的质量；操作平台及扶梯的质量；操作时物02m03m04m料的质量；塔附件如人孔、接管、法兰等质量；水压试验时充水的质量05mam；偏心载荷；wmem3.1.1 塔体圆筒、封头、裙座质量01m （3-1）裙封筒mmmm201 ：筒体高 28.5筒mm eihDm筒 31085. 70232. 05 .281 . 214. 3 kg82.35405 ：选用标准椭圆形封头，查压力容器设计手册表查得，当封m422、时mmDN2100mmn26kgm.61026封 kgm.22053.6102622封 ：取高度为查化工容器及设备简明设计手册表知低合金裙mm65. 117钢 Q345R 的密度。33/1085. 7mkg 裙座的mmDni2152262210022100 eihDm裙 31085. 7016. 065. 1152. 214. 3 29 kg38.1400故裙封筒mmmm20182.3540538.14002 .2053kg4 .388593.1.2 塔内件如塔盘或填料的质量02m构件质量取设备内填料质量的 110%填料选陶瓷拉西环乱堆，密度为。陶瓷矩鞍形5 . 450503/457mkg整砌，密度为。根据塔的条件设置填料整体高度为，545753/538mkgm3 .10其中陶瓷矩鞍形；拉西环；mh06. 11 . 048. 048. 02mh24. 906. 13 .101陶瓷拉西环 ： 3212199.311 . 2424. 94mhDVikgVm9.2146184579.93111拉陶瓷矩鞍形 ： 322227.631 . 246.014mhDVikgVm4.219747.6353822陶 )( 1 . 102陶拉mmmkg79.18251)24.197429.14618( 1 . 13.1.3 保温材料的质量03m由于设备操作温度故不设保温层，所以=0C 5003m3.1.4 操作平台及扶梯的质量04m查化工容器及设备简明设计手册表知所选平台、扶梯质量：116表 3-1 平台、扶梯质量 （3-2）03m扶平mm名称钢制平台mkg /笼式扶梯mkg /质量15040 30 人孔、进料口、上封头需设置平台。进料口设置平台，上封头设置C180全平台，五个人孔设置五个平台，以 7 个全平台计算。平台离塔体间隙为 100，平台宽 B 为、高为的双横档平台。mmm1m2 . 1 22)21 . 022(21 . 0222niniDBDS）（平 22)21 . 02026. 021 . 2(14. 3)21 . 0212026. 021 . 2(14. 3 35. 488.14 253.10m kgSm8.1110583.51071507150平平扶梯下一级踏高出地面 0.45，上一级到封头。mkgm118845. 065. 1.52840）（扶故03m扶平mmkg18.12246118818.110583.1.5 操作时物料的质量05m （3-3）rVwrVm2105式中： 各吸收段处的体积，；1V3m 塔内液体持液量，；w填料液体33/25. 0mmw 工作介质密度，；ADA 溶液的r3/mkg3/1200mkgr 塔釜积液量，；4V 3m22+4iVVh D封 液面距封头焊缝接头的距离，； hmmh55. 1 封头容积，；查化工容器及设备简明设计手册封V3m得954735/JB36.31mV封2232+1.361.55 2.16.7144iVVh Dm封2312.110.335.664Vm 31所以： 0535.66 0.25 12006.71 120018751.17mkg3.1.6 塔附件如人孔、接管、法兰等质量am010.250.25 38859.409714.85ammkg3.1.7 水压试验时充水的质量wm （3-4）224wimD r HV r水封水式中： 塔德内径，；iD m 筒体总高，；H m28.5Hm 封头容积，；V封3m36.31mV封 水密度，；r 水3/kg m31000/rkg m水所以：3.1.8 偏心载荷em0em 3.1.9 塔设备在正常操作时的质量0m (3-6)0010203040538859.40 18251.780 12246.18 18751.179714.85097823.39aemmmmmmmmkg3.1.10 塔设备在水压试验时的最大质量maxmmax0102030438859.40 18251.780 12246.18 101382.739714.850180454.94waemmmmmmmmkg (3-7)22242.11000 28.52 1.36 10004101382.73wimD r HV rkg 水封水 323.1.11 塔设备在停工检修时的最小质量minm (3-8)min010203040.238859.400.2 18251.780 12246.189714.85064470.79aemmmmmmmkg综上所述，塔设备质量计算结果汇总如下表 3-2塔体圆筒、封头、裙座质量01m38859.40kg塔内件如塔盘或填料的质量02m18251.79kg保温材料的质量03m12246.18kg操作平台及扶梯的质量04m18751.17kg操作时物料的质量05m18751.17kg塔附件如人孔、接管、法兰等质量am9714.85kg水压试验时充水的质量wm101382.73kg偏心载荷em0kg塔设备在正常操作时的质量0m97823.39kg塔设备在水压试验时的最大质量maxm180454.94kg塔设备在停工检修时的最小质量minm64470.79kg 3332 风载荷的计算图 3-1 风载荷3.2.1 水平风力的计算查化工容器及设备简明设计手册表 16-8 得呼和浩特设计风压为500MPa,将塔分段载荷计算，分段高度见下图： 图 3-2 分段高度塔设备中第 段的水平力iiP 34 （3-9）612010iii ieiPK K q f l DN式中：- 第 段的水平力，N;iPi - 体型系数，在同样的风速条件下，风压在不同体型的结构表面1K亦不相同，对于细长的圆柱形塔体结构，体型系数；7 . 01=K - 塔在第 段的风振系数；ziKi1iziziivKf 其中- 脉动增大系数，其值按过程设备设计表 7-6 确定。；085. 2= - 第 段的脉动影响系数，其值按过程设备设计表 7-7 确ivi定； - 第 段的振型系数，其值按过程设备设计表 7-8 确定；zii - 风压高度变化系数，其值按过程设备设计表 7-5 确定；if - 各地区的地区风压，；0q2/mN - 塔设备各计算段的高度变化，；ilmm - 塔设备第 段迎风面有效直径，；设笼式扶梯与进口布置成eiDim,按下式计算。C180pssioieidKKDD22034+= 其中：- 设备各计算段的外径，；oiDmm。mmDoi21522622100=+= - 塔顶管线外径，；。0dmmmmd2190= 35 - 笼式扶梯的当量高度，当无确定数据时，取3K。mmK4003= - 塔设备各计算段的保温层的厚度，；sim - 管式保温层厚度，；psmm - 操作平台的当量宽度，；4Kmm042hAK= 其中：- 第 段内操作平台构件的投影面积，；Ai2m - 操作平台所在计算段的塔的高度，；0hm根据塔的结构，分别计算塔的六个截面的风载荷，以第一计算段为例计算水平风力:1P其中： 72. 01=v11=f10.02ZmmDoi2152=0si=0ps=04=K12.1 0.72 0.02111.031izizivKf pssioieidKKDD22034+= 0219400002152+= mm2773=所以：612010iii ieiPK K q f l DN 60.7 1.03 1 500 650 2773 10 650=用以上方法计算出各段风载荷，列于下表 3-3计算段12345 A2m0010.53010.53 36 ilmm650100085401000010000 0q2/mN5005005005005001K0.70.70.70.70.72.12.12.12.12.1ziK1.031.031.261.712.18if1111.251.420.65 ithm0.651.6510.19020.19030.190平台数00106 4Kmm00246602106 eiDmm27732773523927734879zi0.020.020.1710.5380.97iv0.720720.720.790.82iP6501000197311659637226因该塔 H30，但，故不考虑横风向风振。 、m153 .14/iDH 373.2.2 风弯矩的计算图 3-3 风弯矩计算简图塔设备任意截面 I-I 的风弯矩按下式计算（3-111211()()()2222IIiiinwiiiiiiniillllMPPlPllP ll10）式中：- 第 I-I 截面的风弯矩，；IIwMNmm - 第 I-I 截面的风压力，N；iP - 第 I-I 截面的高度，；ilmm故 0-0 截面风弯矩：0 031241213124123551234()()()2222()2wllllMPP lP llP llllP llll 38650100085406501000(650) 19731(650 1000)222100001000016596(650 10008540)377226(650 10008540 10000)22 211250 1150000 1168075202520932409377229409103 . 1Nmm 1-1 截面风弯矩：1 135242324235234()()()2222wllllMPP lP llP lll1000854010000100019731(1000)16596(10008540)22210000377226(10008540 10000)29500000 1039823702413058409135260401.26 10 Nmm2-2 截面风弯矩：2 2354343534( )()()222wlllMPP lP ll98540100001000019731()16596(8540)377226(8540 10000)222842513702247098408763000401.19 10 Nmm3.3 塔的自振周期的计算 由化工容器及设备简明设计手册知：等直径、等厚度容器的基本自振周期为： （3-11）301390.3310teim HTHED式中： 容器的内径，；iD mm 塔的总高，；H m +40=28500 16505654030755HHHHmm裙筒封 塔设备正常操作时的质量，；0m kg097823.39mkg 39 低合金钢弹性模量，；E MPa 由化工容器及设备简明设计手册表 7-1 利用线性分布得Q345R 在时45 C52.05 10EMPa 塔体有效厚度，；emm23.2emm 所以： 3013390.331023.2 2100teim HTHED =0.723s3.4 地震载荷的计算3.4.1 水平地震力的计算 任意高度（见下图）处的集中质量引起的基本振型水平地震力按式khkm（）计算：图 3-4 任意高度处的集中质量khkm （3-12）111kZkkFCm g式中： 距离地面高度处得集中质量，；km khkg 40表 3-4 塔体各段集中质量段号12345 khmm32511505920151902519001m552187510609124231242302m00070881116403m0000004m8401935416866605m01632642241546543am222341291134093409km7823888218772749042205 地震影响系数，由设备自振周期 T 确定 第一振型时的地震影响系数，即对应于设备基本自振周期的11T值，按查取。1TT0.9max()gTT 各类场地土的特征周期， ；gT s 由化工容器及设备简明设计手册表 16-2 选择如下场地土近震中硬场地土0.3 综合影响系数，取ZC 0.5ZC 基本振型参与系数1k1.51.51131nkiiikniiihmhmh 41 地震影响系数的最大值，按化工容器及设备简明设计max手册表 16-3 查得当设计地震烈度为 8 级时。max0.45 计算截面 I-I 距地面的高度ih 其中：0.910.3()0.450.20.723 1.51.51 1131 11kkh m hm h所以：1110.5 0.2 276 9.8270.48kZkkFCm g 1.51.51.53321 1221 1221.51.533()/()(782 3253888 1150 )/(782 3253888 1150 )1.0325kkhm hm hm hm h 2120.5 0.2 1.0325 3888 9.83934kZkkFCm g同上可得塔体各段水平地震力，列表如下：表 3-5 塔体各段水平地震力段号123451k11.03251.02961.07531.30311kF76639342207428969538973.4.2 垂直地震力的计算设计烈度 8 级的塔设备应考虑上下两个方向的垂直地震的作用，塔设备底截面处垂直地震力按式计算 （3-13）0 0maxVveqFm g式中： 垂直地震影响系数的最大值，取；maxvmaxmax0.65v 塔设备的当量质量，；取eqm kg00.75eqmm 42 塔设备在正常操作时的质量，；0m kg097823.39mkg所以： 0 0maxVveqFm g 0.65 0.45 0.75 97823.39 9.8210308.06任意质量 i 处得垂直地震力：0 01(1.2.3)IIiivvnkkkmhFFinm h所以： 1 10 01 11 1210308.06vvm hFFm h 2 20 0221 122()3888 1150210308.06(782 3253888 1150)198997vvm hFFm hm h同上可得塔体各段垂直地震力，列表如下表 3-6 塔体各段垂直地震力段号12345kh325115059201519025190 i ivFN210308198997202905159147138448 433.4.3 地震弯矩的计算图 3-5 地震载荷根据化工容器及设备简明设计手册知由于该脱硫塔热情容器（等径、等壁厚）的高径比，但，须考虑振型/28500/210013.5715iH D 20Hmm影响，在进行稳定或其它验算时，所取的地震弯矩值可取计算值的 1.25 倍。即；其中1.25IIIIEEIMM30755Hmm总设备截面 0-0 的地震弯矩 （3-14）1091635160.5 0.2 97823.39 9.81 30755351.35 10ZMCm gHNmm0-0EI0 00 0991.251.25 1.35 101.69 10EEIMMNmm设备截面 1-1 的地震弯矩 441 13.52.53.5102.53.52.53.52.51614138(10144)3-151758 0.5 0.2 97823.39 9.8(10 3075514 307553254 325)175 30755766932.32(5.1 107.55 102.482.903 10zEICm gMHHhhH （）9910 )1.33 10 Nmm1 11 1991.251.25 1.33 101.66 10EEIMMNmm设备截面 2-2 的地震弯矩2 23.52.53.5102.53.52.53.52.51615138(10144)-1758 0.5 0.2 97823.39 9.8(10 3075514 3075511504 1150)175 30755766932.32(5.1 102.6 102.903 10zEICm gMHHhhH （316）1192.06 10 )1.29 10 Nmm2 22 2991.251.25 1.28 101.60 10EEIMMNmm3.5 各种载荷引起的轴向力3.5.1 设计压力引起的轴向应力1 （3-17）13.19 210072.1944 23.