1.3.5 塔设备强度设计和稳定校核
塔体除承受塔内介质的压力外,还承受着各种重量、管道推程、偏心载荷和地震载荷等多重载荷的联合作用。因此,单纯根据设计压力确定的塔体壁厚,不足以保证塔设备的安全运行,尚需按各种工况下,对多重载荷的联合作用进行验算,以确保塔设备有足够的强度和稳定性。塔设备的强度设计和稳定校核通常包括下列内容:
按设计压力确定塔体壁厚;根据塔设备的设置地区,并按照安装、正常操作、停工、水压试验等各种工况状态,计算塔体在多重载荷联合作用下的组合轴向应力。通过调整塔体壁厚,使组合轴向应力满足强度和稳定条件;按上述工况下的载荷,计算基础环、地脚螺栓座和地脚螺栓;按上述同样条件,计算设备法兰的当量设计压力;计算由管道或悬挂重物引起的塔体局部应力;塔设备的内外附件强度计算。[1]
1.3.6 辅助装置及附件
(1) 除沫器
除沫器的作用是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。除沫器的形式一般是根据所分离液滴的直径、要求的捕沫效率及给定的压力降来确定。先进的涂抹装置是丝网涂抹器,它适用于纯净的气体,可分离>5um的液滴,其效率可达99%
(2) 裙座
裙座的选材应考虑到载荷、塔的操作条件,以及塔釜封头的材料等因素,对于在室外操作的塔,还得考虑环境温度。裙座一般选用圆筒形。
(3) 人孔和手孔
人孔和手孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。
(4) 吊柱和吊耳
对于较高的室外无框架的整体塔,在塔顶设置吊柱,对补充和更换填料,安装和拆卸内件,是既方便又经济的一项设施。吊耳操作简单可靠,且较灵活。[1]
2 材料选择和结构设计
2.1筒体、封头材料的确定
已知内径3m,高30m的浮阀塔。其设计条件:介质:烃类;密度760 kg/m3;设计温度 (顶180℃、底360℃);设计压力0.45MPa;塔板数:43。设置于上海地区,基本风压为550N/m2。
塔体是塔设备的外壳,由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成,塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外,还应考虑风力、地震、偏心载荷的强度和刚度问题,以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响。本设备设计压力为0.45MPa,设计温度为180℃,介质为烃类,是有毒有害,易燃易爆物质。根据该设计条件、材料的焊接性能、加工工艺性能以及经济合理性,在符合《GB150-1998钢制压力容器》和《HG20581-1998钢制化工容器材料选用规定》的规定下,所供选择的主要有16MnR和Q-235等,由于16MnR的屈服极限较Q-235高30%-40%,而价格只贵10%,所以选用16MnR钢板做为圆筒和封头材料。16MnR是普通低合金钢,作为压力容器的专用钢板,它也是中国压力容器行业使用量最多的钢板,具有良好的综合力学性能和制造工艺性能,主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器。
2.2 内压圆筒设计与计算
圆筒是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。同时圆筒又分为单层式和组合式,组合式又可分为多层包扎式、热套式、绕板式等。根据工艺要求选择多层包扎式圆筒。多层包扎式圆筒是目前世界上应用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式圆筒结构。为了避免裂纹沿厚度方向扩展,各层板间的纵向焊缝应该相互错开75度角。多层包扎式圆筒制造工艺简单,不需要大型复杂的加工设备;与单层式圆筒相比安全可靠性高,层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力,减少了脆性破坏的可能性,同时包扎预应力可有效改善圆筒的应力分布;对介质的适应性强,可由介质的特性选择合适的材料。但多层包扎式圆筒制造工序多、周期长、效率低、钢板材料利用率低,尤其是筒节间对接的环焊缝对容器的制造质量和安全有显著的影响。根据工艺,没有特殊的要求,所以选择单层式。
在设计温度T=180℃下,取设计压力P=0.45MPa,对圆筒厚度进行设计计算:
(1) 根据设计压力和静液柱压力确定计算压力:
塔内液柱高度h仅考虑塔底至液封盘液面高度:h=1.4m静液柱压力:
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