典型设备设计说明书

目录

第1章 概述.......................................................................................................... 1

1.1设备选型设计说明及标准...................................................................... 1 1.2 化工生产中的常见设备......................................................................... 1 第2章.反应器的分类与设计............................................................................... 2

2.1反应器...................................................................................................... 2 2.2反应器的选型及分类.............................................................................. 2

2.2.1釜式反应器................................................................................... 2 2.2.2管式反应器................................................................................... 2 2.2.3固定床反应器............................................................................... 3 2.2.4流化床反应器............................................................................... 3 2.2.5反应器确定................................................................................... 4 2.3异构化反应器R401设计 ....................................................................... 4

2.3.1反应条件....................................................................................... 4 2.3.2主副反应....................................................................................... 5 2.3.3反应器的尺寸设计....................................................................... 5 2.4歧化反应器R201 .................................................................................... 7 第3章 塔的设计与校核...................................................................................... 9

3.1概述.......................................................................................................... 9 3.2塔型选择的一般原则............................................................................ 10 3.3塔盘的选择............................................................................................ 10 3.4浮阀塔的工艺计算................................................................................ 11

3.4.1塔径计算..................................................................................... 11 3.4.2塔高的估算................................................................................. 12 3.4.3溢流装置的设计......................................................................... 12 3.4.4浮阀的流体力学验算................................................................. 14 3.4.5 Cup-Tower塔的水力学校核 ..................................................... 18 3.5浮阀塔的机械计算及校核.................................................................... 20

3.5.1设计参数..................................................................................... 20 3.5.2已知设计条件............................................................................. 21 3.5.3按计算压力计算塔体及封头厚度............................................. 22 3.5.4塔设备质量载荷计算................................................................. 23

I

3.5.5风载荷与风弯矩的计算............................................................. 26

第4章 换热器选型及设计................................................................................ 40

4.1换热器概述............................................................................................ 40 4.2换热器选型............................................................................................ 40 4.3换热管规格选择.................................................................................... 41 4.4壳程数和台数........................................................................................ 42 4.5工艺条件的选择.................................................................................... 42 4.6 Exchanger Design and Rating设计结果 ............................................... 43 4.7换热器校核............................................................................................ 47 4.8换热器的安装........................................................................................ 59 4.9使用与维护............................................................................................ 60

4.9.1换热器的使用............................................................................. 60 4.9.2换热器的维护............................................................................. 60

第5章 泵的选型................................................................................................ 62

5.1工作原理................................................................................................ 62 5.2泵的选型原则........................................................................................ 63 5.3基本构造................................................................................................ 63 5.4离心泵的类型........................................................................................ 64 5.5工业装置对泵的要求............................................................................ 65 5.6离心泵主要参数.................................................................................... 66 5.7离心泵的工作点与流量调节................................................................ 67 5.8泵设备选型............................................................................................ 67 5.9泵的选型................................................................................................ 69 第6章 储罐的设计............................................................................................ 72

6.1储罐设计依据........................................................................................ 72 6.2罐的设计一般规定................................................................................ 72 6.3储罐类型确定........................................................................................ 72 6.4储罐的防护及其它................................................................................ 73 6.5储罐设计................................................................................................ 73

II

第1章 概述

1.1设备选型设计说明及标准

《石油化工塔型设备设计规范》SH3030-1997 《钢制压力容器》GB150-2011 《管壳式换热器》GB151-2012

《钢制管法兰类型与参数（II系列）》GB/T9112-2000 《管道等级号及管道材料等级表》HG20519.38-92 《管道仪表流程图管道编号及标注》HG20559.4-1993 《钢制管法兰》SH3406-1996

《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》 《化工工艺设计手册》

1.2 化工生产中的常见设备

（1）反应器

化学反应过程是化工生产流程中的中心环节，产品的附加价值主要是在反应单元。因此反应器的设计往往会占有很重要的地位。虽然反应单元的设备投资往往只占总设备投资的很小一部分，但却是化工生产流程中的中心环节。

（2）塔设备

塔设备是化工及石油化工生产中最重要的单元设备之一。化工生产过程概括的讲是由动量传递、质量传递、热量传递等过程组成。塔设备则是通过其内部设备结构使气液两相或液液两相之间充分接触，进行质量传递和热量传递。通过塔设备完成的单元操作有精馏、吸收、解析、萃取、洗涤、冷却及气体增湿等。

（3）换热器

换热器是用于物料之间进行热量传递的过程设备。通过这种设备使物料能打到指定的温度以满足工艺的要求。在目前大型化工及石油化工装置中，采用各种换热器的组合，就能充分合理地利用各种等级的能量，产品的单位的单位能耗降低，从而降低产品成本，以获得更好的经济效益。

（4）泵设备

离心泵是常用的液体输送设备，广泛应用于石化，化工，轻工等工业部门以及需要输送液体的其他部门。流体输送在生产过程中必不可少，因此离心泵是这些行业持续稳定生产必不可少的设备之一。

1

第2章.反应器的分类与设计

2.1反应器

化学反应过程是化工生产流程中的中心环节，产品的附加价值主要是在反应单元。因此反应器的设计往往会占有很重要的地位。虽然反应单元的设备投资往往只占总设备投资的很小一部分，但却是化工生产流程中的中心环节。反应器的设计主要包括以下几个部分：

（1）反应器选型； （2）寻找合适的反应条件；

（3）确定实现这些反应所需要的技术措施； （4）确定反应器尺寸； （5）确定催化剂的类型； （6）必要的控制手段。

2.2反应器的选型及分类

化学反应器按操作方式分可分为：间歇操作反应器、连续操作反应器和半连续操作反应器。按结构类型分可分为：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器和涓流床反应器等。每种反应器都有各自的特点，选型时需要结合反应本身特点，对其进行综合分析，最终做出合理的选择。下面分析四种反应器的优劣。

2.2.1釜式反应器

反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。

优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。 缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。

2.2.2管式反应器

①由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上

2

的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。

②管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。

③由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。 ④管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。

⑤和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。

⑥管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。用于加压反应尤为合适。

2.2.3固定床反应器

（1）固定床反应器的优点是

①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。

②催化剂机械损耗小。 ③结构简单。

（2）固定床反应器的缺点是

①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。

②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。

2.2.4流化床反应器

（1）流化床反应器的优点

①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达3280~16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。

②由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200~400𝑊/(m2∙k)]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。

③流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反

3

应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用。

（2）流化床反应器的缺点

①气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的转化率降低。因此流化床一般达不到固定床的转化率。

②催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。 ③由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。虽然流化床反应器存在着上述缺点，但优点是主要的。流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利。

2.2.5反应器确定

对于本工艺，由于放热量大，且温度对反应影响很大，优先考虑流化床和列管式固定床反应器。但是由于流化床催化剂的磨损非常严重，而且很容易形成气泡，影响气固接触，使得反应转化率降低。所以经过综合考虑我们选择固定床反应器作为二甲苯异构化反应器。它具有的优点是：床层压降下，可是循环气压缩机需要的负荷较小，对异构化这类压力敏感型反应极其重要。同时可以降低副反应的发生、提高反应转化率、负荷等优点。

2.3异构化反应器R401设计

2.3.1反应条件

二甲苯异构化反应器R401的作用是将含贫对二甲苯的C8芳烃在压力0.8～1.6MPa,温度370～420℃，及氢和RIC-200催化剂的作用下转化成对二甲苯浓度接**衡度的C8芳烃混合物。

表2-1 异构化反应器出料

Temperature oC Pressure kPa Vapor Frac 流量 MoleFlowkmol/hr

设计参数 400 1000 1 组成 C7H8 C8H10-01 C8H10-02 C8H10-03 进料 Mass Flow kg/hr 60098.274 26190.841 19708.477 65358.283 11329.275 出料 Mass Flow kg/hr 60523.7 18988.36 49597.99 40417.43 12067.73 15400.28 C8H10-04 4

Mass Flow kg/hr Volume Flow l/hr 能量 215255 8.62E+07 C8H16-01 H2 CH4 C2H6 4734.932 27256.036 429.0312 91.678 307.564 1749.076 5438.323 27210.68 469.059 128.768 313.533 Enthalpy MMBtu/hr 热负荷kW 2.3.2主副反应

C8H10-03→C8H10-02C8H10-03→C8H10-04 （2-1） C8H10-01+3H2→C8H16-01C8H16-01→3H2+C8H10-02 （2-2） C8H16-01→C8H10-04+3H2C8H16-01→C8H10-03+3H2 （2-3） 2C8H10-03→C7H8+C9H12-01C8H10-03+H2→C7H8+C H4 （2-4） C8H10-01+H2→C6H6+C2H6C8H10-04→C8H10-02

（2-5）

C8H10-02→C8H10-04 （2-5）

2.3.3反应器的尺寸设计

（1） 反应器设计条件见表2-2

表2-2反应器设计条件

反应器类型 进料温度℃ 反应温度℃ 设计温度℃ 总进料质量流量kg/h 进料状态 催化剂 径向固定床反应器 400 410 450 215254.96 气态 RIC-200 台数 进料压力kPa 反应压力kPa 设计压力kPa 总进料体积流量m3/h 质量空速h-1 堆密度kg/m3 2 1000 900 1100 8.62104 3.3 650～690 （2）反应器尺寸的计算

由于进料处理量较大，故采用两个径向固定床反应器并联， 由进料处理量可知单个反应器进料为107627.47kg/h

V=

107627.47kg/h59.95m3 13.3h6800.8查阅资料文献得：质量空速为3.3h-1 停留时间为0.303h

5

堆密度取680 装填系数取0.8

参考资料查阅数据得反应器尺寸结构见表2-2

表2-3反应器尺寸

反应器名称 反应器体积 反应器直径 反应器内管直径 高度 材料 壁厚 封头 异构化反应器（R401） 63.12m3 3600mm 630mm 6400mm 16MnR 32mm 标准椭圆形封头 32mm 人孔 回转盖带颈平焊法兰人孔 直径为 600mm，2 个 裙座 2750mm

二甲苯异构化反应器采用径向固定床反应器，从进料加热炉来的物料成蒸汽状态进入反应器顶部，经进口分配器导向后进入扇形管，然后径向通过催化剂床层进行异构化反应反应物汇入中心管有底部出口排出。

（1）反应器顶部折流挡板内装有密封催化剂和塌落催化剂，它使工艺气体向中心管流动，及防止工艺气体不通过催化剂而短路，密封催化剂的高度至少是中心管到折流板裙罩之距离的一半，除了密封催化剂之外还需装一部分塌落催化剂，目的是为了防止催化剂塌落时降低密封层厚度，造成反应物短路。

（2）扇形管紧贴在反应器内壁，底管放在反应器底部的支撑环上，扇形管顶部是开口的，让工艺气进入。工艺气通过扇形管分布在催化剂整个高度上，扇形管的开槽深度很小，不至让催化剂进入，在装催化剂时，注意不要使催化剂进入扇形管。

（3）离开扇形管的工艺气水平的通过催化剂床，进入中心管上的小孔。中心管竖直安装在反应器中心，贯穿整个催化剂床层，中心管上开孔的大小和多少，是通过精心设计而得出的，是通过催化剂床层的的工艺气能-得到最佳分布，中心管的开孔直径要比催化剂直径大。为了防止催化剂随工艺气一起进入中心管中

6

心管用约翰逊网裹住。网间距是1mm因此催化剂不能通过。

（4）中心管屏蔽。用于罩去中心管顶部部分长度防，止催化剂走短路。屏蔽的长度跟据催化剂的性能和运转负荷来决定的。

（5）中心管套。在反应器底部中央，焊接有一只中心管套将中心管插入套内其平均环向间隙为0.8mm±0.15mm,孔隙用石棉绳塞住,防止催化剂从中心管和管套件泄漏

图2-1 二甲苯异构化反应器

2.4歧化反应器R201

7

表2-4反应器设计参数

反应器类型 进料温度℃ 反应温度℃ 设计温度℃ 总进料质量流量kg/h 进料状态 催化剂 径向固定床反应器 400 390 420 257517.45 气态 HAT-099 台数 进料压力kPa 反应压力kPa 设计压力kPa 总进料体积流量m3/h 质量空速h-1 堆密度kg/m3 2 2000 2800 3000 1.034104 2.5 656.8

反应器尺寸的计算

由于进料处理量较大，故采用两个径向固定床反应器并联， 由进料处理量可知单个反应器进料为128758.725kg/h

V=

128758.47kg/h=98.0195m3 12.5h656.80.8

查阅资料文献得：质量空速为2.5h-1 停留时间为0.4h 空隙率取656.8 装填系数取0.8

参考资料查阅数据得反应器尺寸结构见表2-4

表2-4反应器设计参数

反应器名称 反应器体积 反应器直径 反应器内管直径 高度 材料 壁厚 封头 人孔 裙座高度 歧化反应器（R201） 104.7m3 4100mm 860mm 8300mm 16MnR 36mm 标准椭圆形封头 36mm 回转盖带颈平焊法兰人孔 直径为 600mm，2 个 2750mm

8

第3章 塔的设计与校核

3.1概述

塔设备是化工及石油化工生产中最重要的单元设备之一。化工生产过程概括的讲是由动量传递、质量传递、热量传递等过程组成。塔设备则是通过其内部设备结构使气液两相或液液两相之间充分接触，进行质量传递和热量传递。通过塔设备完成的单元操作有精馏、吸收、解析、萃取、洗涤、冷却及气体增湿等。

塔设备按其内件结构分成板式塔和填料塔。板式塔中设有一定数量的塔盘，气体从塔下不进入塔体，液体从塔顶部进入塔体，上升的气体和下降的液体在每层塔盘上进行气液传质。常用的塔盘有筛板、浮阀、泡罩塔盘。调料塔内装有一定高度的调料层，如所需调料层高度较高时，可将填料层分为几段。液体沿调料表面呈膜状向下流动。气体自下而上穿过填料层与膜状液体接触，进行质量传递。填料分为两类：散堆填料。散堆填料的材质主要有金属、塑料和陶瓷；规整填料的材质主要有金属薄板或网丝，以及塑料网丝。

表3-1 板式塔和填料塔比较

塔型项目 压降 空塔气速(生产能力) 塔效率 液-气比 持液量 安装、检修 材质 造价 板式塔 较大 较大 较稳定、效率较高 适用范围较大 较大 较容易 一般用金属材料 大直径时造价较低 填料塔 小尺寸填料，压降较大，大尺寸及规整填料，压降较小 小尺寸填料气速较小，大尺寸及规整填料气速较大 传统填料，效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高 对液体量有一定要求 较小 较难 金属及非金属材料均可 新型填料，投资较大

9

3.2塔型选择的一般原则

选择塔型时的考虑因素有：塔径；适用的物料性质；操作弹性；操作条件等因素。本项目所使用的重芳烃塔是分离邻二甲苯和C10芳烃混合物，故而气液比较大，所需要的塔径较大；并且塔内停滞液量较多，操作压力较高，则综合选择板式塔。

3.3塔盘的选择

（1）板式塔塔板的类型

塔板按照鼓泡元件分类，主要有泡罩型、筛孔型、浮阀型、斜孔型以及其他特殊类型的塔板。

（2）各种塔板类型的比较

表3-2 各种塔板类型的比较

塔板类型 缺点 塔板的结构比较复杂，造价比价高；压降大 优点 不易发生漏液，不易堵塞塔板；两相有比较长的接触时间，分离效率较好；操作弹性好 使用场合 使用与容易发生漏液和堵塞的情况 泡罩板 浮阀板 能在较宽的气体负荷下稳定阀的轻重对于效率以操作；气液接触时间较长，能及压降有较大的影响 提高传质效率；并且雾沫夹带少 操作范围较为狭窄，筛孔小，容易堵塞 结构简单、 塔板阻力小 压降小、处理量大 分离要求较高，负荷变化较大的场合 筛孔板 斜孔板 舌型板 浮动喷射板 结构简单，造价较低，维修、不适用于处理结焦和安装方便 粘度较大的场合 分离效率高；单板阻力小；生产能力大雾沫夹带少 操作弹性窄、效率低 浮板易脱落、效率较低 分离要求较低的闪蒸塔 分离要求较低的减压塔 下表6-7给出了几种主要塔板性能的量化比较

表3-3 几种主要塔板性能的量化比较

塔盘类型 泡罩板 塔板效率 1.0 处理能力 1.0 操作弹性 5 压降 1 结构 复杂 成本 1 10

筛板 浮阀板 舌型板 1.2~1.4 1.2~1.3 1.1~1.2 1.4 1.5 1.5 3 9 3 0.5 0.6 0.8 简单 一般 简单 0.4~0.5 0.7~0.9 0.5~0.6

从工艺角度看，本项目过程属于： a.非易起泡物系； b.轻微腐蚀性物系； c.较低粘度； d.气液流量大； e.塔径大；

生产过程需要较为稳定的操作；

结合工艺、经济、制造、安装检修等因素，本项目选用浮阀塔。

3.4浮阀塔的工艺计算

由AspenPlus得到的工艺参数，选择重芳烃塔T104为例计算，进行工艺设计。选取重芳烃塔上气液负荷最大，主要是气相负荷最大的第19块塔板作为计算依据，其参数如下：

表3-4 物性参数

气相流量m3/s 9.26 液相流量m3/s 0.016 气相密度kg/m3 2.12 液相密度kg/m3 796 表面张力N/m 0.018 3.4.1塔径计算

精馏段的液气体积流率

LsLMLM3600LM0.016m3/s VsVMVM3600VM9.26m3/s，

umaxLVLsLM，CVsVMV0.50.0167969.262.120.50.0335，

取板间距HT0.70m，板上液层高度hL0.06m，

HT-hL=0.7—0.06=0.64m，查史密斯关联图得C200.125，

11

CC20LM20umax0.1220.217.7360.125200.20.122，

792.22.162.162.33，

取安全系数为0.7，则空塔气速为u0.7umax1.63m/s，

D4Vs/=49.263.141.632.69m,圆整到2.8m。 塔截面积：AT42.826.15m2。

3.4.2塔高的估算

精馏段：Z精N精-1HT32-10.721.7m， 提留段：，Z提（N提-1）HT（20-1）0.713.3m 在进料板上方开孔：0.8m，

故总有效高度为Z总21.713.30.835.1m

3.4.3溢流装置的设计

1.因塔径D2.8m，可选用双溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。 （1）堰长lw：取lw0.6D0.62.81.68m。 （2）堰高hw：hlhwhow平直堰how2.485510.065m， 10001.68232.84LhE1000lw3取E1， 2则how去板上液层高度hl0.08m，则hw0.080.0650.054m。 （3）弓形降液管宽度Wd和截面积Af

Aflw1.62W0.05，d0.1，则 0.578。查图得ATDD2.8AF0.055.720.286m2，Wd0.12.80.28m，

停留时间AFHT0.3150.713.785s，降液管设计合理。 Lh0.01612

（4）降液管底隙高度

hoLh''，：液体通过降液管底隙时的流速，取uuoo0.15m/s， '3600lwuo则m。hwh00.0150.006m，设计合理。不采用进口堰，对800mm以上的大塔，采用凹形受液盘，深度为50m。

2．塔板布置

因D800mm，故塔板采用分块式。查得D2800mm时，塔板分为6块。采用F1型浮阀（重阀）。

取阀孔动能因子F010，据Fou0V得孔速u0F0v6.8m/s

每层塔板上的浮阀数NVs1140个。取破沫区宽度Ws100mm，

0.785d02u0无效区宽度Wc60mm。依下式计算塔板上的鼓泡区面积，即

2xAa2xR2x2Rarcsin

180RRD2.8Wc0.061.34m 22D2.8xWdWs0.280.11.22m

221.222

mAa21.221.3421.2221.342arcsin5.451801.34浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距t0.075m，可按下式估算排间距t'，即

A5.45t'a0.065mm

Nt11400.085考虑到各分块塔板的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用65mm，而应小于此值，故取t'60mm。按t75mm，t'65mm以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数1140个。按N1140重新核算孔速及阀孔动能因数：u06.8ms

F06.82.169.998

阀孔动能因数变化不大，仍在9-12范围内。 塔板开孔率=

u0.8481000012.500 u06.813

图3-1 塔板布置图

3.4.4浮阀的流体力学验算

气相通过浮阀塔板的压降hphchlh 干板阻力uoc73v因uouoc，故hc19.911.8250.175u06.89m/s 0.0352m液柱

l板上充气液层的阻力：本设备分离丙酮和水的混合液，即液相为碳氢化合物，可取充气系数o0.5。hlohL0.50.070.035m液柱

液体表面张力所造成的阻力很小，可忽略不计。则

hphchl0.03520.0350.0702m液柱，则 单板压降plghp0.07029.81792.2545.6Pa

淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清夜层高度，

HdHThW。HdhPhLhd。

前已算出hphchl0.02070.030.0702m液柱 液体通过降液管的压头损失：因不设进口堰，故

Lhd0.153s0.00154m液柱

lwh02板上液层高度前已选定为hL0.07m 则Hd0.07020.070.001540.142m

14

取0.5，又已选定HT0.7m

则HThw0.50.70.0540.377m 可见HdHThW，符合防止淹塔的要求。 雾沫夹带按下式计算泛点率，即

VS泛点率VLV1.36LSZL100%①

KCFAbVS及泛点率VLV100%②

0.78KCFAT邻二甲苯和C10芳烃属于正常系统，取物性系数K=1.0，又由图查得泛点负荷系数CF0.1式，得

Vs2.161.360.0162.24792.22.1677.800

1.00.15.578zLD2Wd2.24AbAT2AF5.578。将以上数值代入①

泛点率又按式②计算泛点率，得

2.16792.22.16100076.30 泛点率0010.15.5780.78VS根据两式计算出的泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足

eV0.1kg（液）/kg（气）的要求。

（4）塔板负荷性能图 ①雾沫夹带线依据式

VS泛点率VLV1.36LSZL100%

KCFAb按液泛率为80%计算如下：

Vs2.161.36Ls2.24792.22.168000

1.00.15.578整理得Vs8.9260.9Ls

15

由上式可知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个LS值，依上式算出相应的VS值列于下表中。据此可做出雾沫夹带线①。

表3-5 雾沫夹带线数据

LS(m3/s) VS(m3/s)

0.001 8.217

20.005 7.2097

LS②液泛线联立hphchlhhd0.153lhW0HdHThW得 HThWhPhLhdhchlhohLhd

2VuohlohLhWhLhOW 由上式确定液泛线。忽略式h，将式hc5.342LghOW2.84LSE1000lW23VS泛点率2oVLV100%代入上式，得

230.78KCFATLSVuHThW5.340.153lhL2gWo22.843600LS10hW1000ElW 因物系一定，塔板结构尺寸一定，则HT、hW、ho、lW、V、L、o、及

等均为定值，而u0和VS又有如下关系，即u0VS4

d02N式中阀孔数N与孔径d0亦为定值，因此可以将上式简化成VS与LS的如下关系式：

2s2sV20.358659L88.21L

23s在操作范围内任取若干个LS值，依上式算出相应的VS值列于下表中：

表3-6 液泛线数据

LS(m3/s) VS(m3/s)

0.000466 13.2

0.0008 25.1

0.00653 18.9

据表2-4中数据做出液泛线②。

③液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3～5s。以

5s作为液体在降液管中停留时间的下限，

16

即

3600AfHT5s，

LSHTAF0.70.286则Lsmax0.04m3/s

5求出上限液体流量LS值（常数）。在VS-LS图上液相负荷上限为与气体流量VS无关的竖直线③。

④漏液线对于F1型重阀，依FouoV5计算，则u05V，又知

VS4do2Nuo，则得以Fo5作为规定气体最小负荷的标准，则

s

VsminA0uom0.785nd02uom0.78511400.03924.215.73m3据此做出与与液体流量无关的水平漏液线④。

hOW0.006m作为液相负荷下限条件，依式⑤液相负荷下限线取堰上液层高度232.84LShOWE0.006，计算出LS的下限值， 1000lWLsmin4.7103m3/s

依此做出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖线⑤。

已知LS=0.016m3/s，VS=9.26m3/s，即操作点为（0.016，9.26），可知操作点在操作范围内。

图3-2 塔板负荷性能图

Vsmax2.25操作弹性

Vsmin

17

表3-7 设计结果一览表

项目 塔径,D/m 板间距HT,m 塔板形式 空塔气速u/(m/s)

堰长m 堰高m 板上液层高度m 降液管底隙高度m

浮阀个数 阀孔气速m/s

数值及说明

2.8 0.70

双溢流弓形降液管

0.848 1.68 0.065 0.08 0.095 1140 6.8

备注 分块式塔板

等腰三角形叉排

3.4.5 Cup-Tower塔的水力学校核

根据3.4.4设计参数对重芳烃塔进行了Cup-Tower塔的水力学校核 校核结果如下表3-8

表3-8重芳烃塔校核结果

塔板编号(实际) 塔板层数 塔内径，m 板间距，mm 液流程数 Ａd/Ａt,% 开孔率,% 堰长，mm 堰高，mm 底隙/侧隙，mm 降液管宽，mm 1—52 1 2.8 600 2 2.86 43. 1120/2799 30 15/15 117/58 18

受液盘宽，mm 受液盘深，mm 堰型 塔板形式 117/58 20 平堰 圆形浮阀

表3-9校核结果

塔板编号 溢流强度，m3/mh 停留时间，s 降液管液泛，% 阀孔动能因子，(m/s)(kg/m3)0.5 单位塔板压降，Pa 降液管内线速度,m/s 降液管底隙速度,m/s

1—52 25.69 6.61 39.49 4.97 452.89 0.09 0.48 塔板结构示意图

19

图3-3塔板结构示意图

3.5浮阀塔的机械计算及校核

3.5.1设计参数

表3-9 T104设计参数 设计参数及要求

工作压力/MPa 设计压力/MPa 工作温度/℃

0.12 0.2 178

塔体内径/mm 塔高/mm 设计寿命/a

2800 45095 10

20

设计温度/℃ 介质名称 介质密度/（kg/m3） 设计基本地震加速度 基本风压/（N/m2） 抗震设防烈度 场地类别 塔形 塔板数目/个 塔板间距/mm 地面粗糙度（类）

190 C9和C10 890 0.3g 400 8 Ⅱ 52 600 B

浮阀（泡罩）规格/个数 浮阀（泡罩）间距mm 保温材料厚度/mm 保温材料密度/（kg/m3） 塔盘上存留介质层高度/mm

壳体材料 内件材料 裙座材料 偏心质量/kg 偏心距/mm

— — 100 300 100 16MnR 06Cr19Ni10 Q235-B 4000 2000

3.5.2已知设计条件

表3-10重芳烃塔（T-102）设计条件

重芳烃塔（T-102）设计条件 塔体内径Di 塔体高度H 设计压力p 设计温度t 材料 2800mm 43535mm 0.2MPa 190℃ 16MnR  许用应力 塔 体 170MPa 170MPa 345MPa 2mm  设计温度下弹性模量E 常温屈服点s 厚度附加量C 塔体焊接接头系数 介质密度 塔盘数N

21

t0.85 890kg/m3 52

每块塔盘存留介质层高度hw 基本风压值q0 地震设防烈度 设计基本地震加速度 场地类型 地面粗糙度 偏心质量me 偏心距l 塔外保温层厚度s 保温材料密度2 材料 许用应力s 常温屈服点s 设计温度下弹性模量Es 厚度附加量Cs 人孔、平台数 材料 地 脚 螺 栓 许用应力bt 腐蚀裕量C2 个数n t100mm 400N/m3 8度 0.2g Ⅱ类 B类 400kg 2000mm 100mm 300kg/m3 Q235-B 133MPa 235MPa 2mm 裙 座 5 Q235-A 140MPa 3 40 3.5.3按计算压力计算塔体及封头厚度

（1）塔体厚度的计算

塔内液柱高度：h=1000+2100+765-600=3265mm=3.265m

液柱静压力：pH106gh1068009.83.2650.02559<0.05p（可忽略） 计算压力：

22

pcppH0.20.022590.22259MPaC2mm170MPa(参

t考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第311页,附表9-1)

Di2800mm，0.85

圆筒的计算厚度：pcDi2pct0.2225924001.85mm

21700.850.92259名义厚度：nC2.85212.85mm

圆整后取名义厚度：n16mm(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第99页,表4-13) 有效厚度：enC16214mm （2）封头厚度的计算

计算压力：pc0.2MPaC2mm170MPaDi2800mm0.85 封头的计算厚度：

tpcDi20.5pct0.228007.902mm

21700.850.50.095名义厚度：nC14.902mm 圆整后取名义厚度：n16mm 有效厚度：enC16214mm

3.5.4塔设备质量载荷计算

计算前先对塔进行分段，以地面为0-0截面，裙座人孔为1-1截面，塔低封头焊缝为2-2截面，塔板间第一个人孔为3-3截面，塔板间第二个人孔为4-4截面，塔板间第三个人孔为5-5截面，塔顶为6-6截面。

表3-10 塔体分段长度

0-1 1000

1-2 2060

2-3 8400

3-4 10500

4-5 10500

5-6 11075

1、筒体、圆筒、封头、裙座的质量 筒体质量：由Di2800mmn16mm，

查得单位筒体质量m1m1111kg/m(参考《化工设备机械基础课程设计书》，第二版，化学工业出版社，第11页,表D-1)

筒体高度：H1l3l4l5l676538710mm

m1H1m1m30710103111134118.8kg

封头质量：由Di2400mmn12mm，查得封头质量m2m603.9kg（参考

23

中华人民共和国行业标准JB/T4746-2002，附录BEHA椭圆形封头型式参数）

m22988.31976.6kg

裙座质量：由裙座高度为H3l1l2100020603060mm

m3H3m1m3.0611113399.66kg

塔总质量：

m01m1m2m326210.941207.81847.93429266.674kg

表3-11 塔体分段质量

0-1 701.467

1-2 2048.93

2-3 5190.89

3-4 7014.72

4-5 7014.72

5-6 7671.23

2、塔内构件的质量

筛板塔塔盘单位质量qN75kg/m2(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第237页,表8-1)

塔内构件的质量：m024Di2Nq0.7852.82527523042.24kg

表3-11 塔内构件分段质量

0-1 0

1-2 0

2-3 0

3-4 5788.08

4-5 5788.08

5-6 6048.18

3、保温层的质量

由DN2800mm，即DN2000mm则取直边h240mm(参考《化工设备机械基础课程设计指导书》第二版，化学工业出版社，第113页,表D-2)

查得封头容积V26002.5131m3V24001.9905m3（同上）

m'03(v2600v2400)2(2.51311.9905)300156.78kg

m0322'Di2n2sDi2nH022m034

22m030.7852.80.0320.22.80.03236.73002156.789037.845kg

表3-12 保温层分段质量

0-1 0

1-2 465.44

2-3 1672.01

24

3-4 2259.64

4-5 2259.64

5-6 2276.40

4、平台、扶梯的质量

查得平台单位质量qP150kg/m3笼式扶梯单位质量qF40kg/m2(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第237页,表8-1)

其中平台数n5，平台宽带为900mm，笼式扶梯高度为34.82m 平台、扶梯的质量：

m04122Di2n2s2BDi2n2snqPqFHF

4222m040.7852.80.0320.281.82.80.0320.280.541504034.824380.44kg

5、操作时物料的质量

取板上液层高度hw100mm，塔低液高度h02.47m，封头容V1.9905m3 操作时物料质量：m054Di2hwNh01V1

m050.7852.820.1522.478801.990588032370.63kg

表3-13 操作物料分段质量

0-1 0

1-2 2765.36

2-3 3168.888

3-4 16900.736

4-5 6865.924

5-6 7394.072

6、附件的质量

依照经验取ma0.25m010.2529267.677316.91kg

表3-14 附件分段质量

0-1 204.655

1-2 836.4525

2-3 129.2565

3-4 1680.3345

4-5 1378.736

5-6 1726.1675

7、充水的质量

mw2DiH0w2Vfw0.7852.8236.7100021.99051000169923.72kg 4表3-15 充水分段质量

0-1 0

1-2 3456.7

2-3 3961.11

3-4 51494.43

4-5 42251.84

5-6 49669.65

8、偏心质量

操作质量：m0m01m02m03m04m05mame174006.63kg

25

偏心质量：me4000kg

表3-16 偏心分段质量

0-1 0

1-2 1400

2-3 2600

表3-17 质量汇总表

塔体分段质量 塔内构件分段质量 温层分段质量 平台扶梯分段质量 操作物料分段质量 附件分段质量 充水分段质量 操作时分段质量 偏心分段质量 最大质量 最小质量

0-1 818.62 0 0 38 0 204.655 0

1-2 3345.81 0 223.44 114.8 2765.36

2-3 517.026 0 170.916 876.8868 3168.888

3-4 6721.338 6436.8 2221.91 1164.8868 16900.736 1680.3345 51494.43 35126.01

0

4-5 5514.944 6436.8 1823.11 1108.8868 6865.924 1378.736 42251.84 23128.4 0

5-6 6904.67 6931.94 2217.47 1100.8868 7394.072 1726.1675 49669.65 26275.21

0

3-4 0

4-5 0

5-6 0

836.4525 129.2565 3456.7

3961.11

1061.275 8685.863 7462.973

0

1400

2600

mmaxm01m02m03m04mwmame386288.55kg mminm010.2m02m03m04mame95382.3182kg

3.5.5风载荷与风弯矩的计算

1、风载荷的计算

032塔体外径：D0Di2n280283，2笼式扶梯宽度：mm

K3400mm，塔顶管线外径：d0320mm，温层厚度：s100mm

塔体各段长度li：

0-1 1000

1-2 2060

2-3 7400

3-4 10000

4-5 10000

5-6 10075

各段平台数n：

26

0-1 0

1-2 0

2-3 1

3-4 1

4-5 2

5-6 1

平台构件投影区面积：A90010009105mm2 0 0

操作平台当量宽度：K40-1 0

1-2 0

0 0

1 1 1 1

9105 9105 1.8106

9105

2Al02-3 243.24

3-4 230.769

4-5 230.769

5-6 224.159

各段有效直径/mm：DeiD0i2siK4d02pi

0-1 3724

1-2 3724

2-3 6724

3-4 3954.769

4-5 4005.25

5-6 3948.159

各截面到地面高度hit/m：

0-1 0.95

1-2 3.82

2-3 4.42

3-4 12.22

4-5 28.62

5-6 36.5

风压高度变化系数fi：由场地为B类(参考《化工设备机械基础课程设计指导书》第二版，化学工业出版社，第86页,表5-23)，查得

0-1 1.0

1-2 1.0

2-3 1.0

3-4 1.25

4-5 1.42

5-6 1.56

体系系数：K10.7 基本风压值：q0400N/m2 塔设备的自振周期：T190.33H

m0H1031.284s t3EeDi27

塔设备自震周期：q0T124000.58232135.63Ns2/m2

脉动增大系数：由q0T12135.63Ns2/m2，查得2.39(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第242页,表8-6)

脉动影响系数vi：(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第242页,表8-7)

0-1 0.72

1-2 0.72

2-3 0.72

3-4 0.79

4-5 0.83

5-6 0.85

由hitH得： 0-1 0.025

1-2 0.075

2-3 0.26

3-4 0.5

4-5 0.75

5-6 1

再由hitH，u1查得(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第242页,表8-8)

各段振型系数zi：

0-1 0.02

1-2 0.02

2-3 0.068

3-4 0.34

4-5 0.612

5-6 1.00

各段风振系数KZi：KZi10-1 1.034

1-2 1.00

vizifi

3-4 1.514

4-5 1.855

5-6 2.302

2-3 1.117

6各段风载荷:PiK1KZiq0filiDei10

0-1 873.5

1-2 1932.6

2-3 8944.8

3-4 29556.3

4-5 29556.3

5-6 39424.5

2、风弯矩的计算

00MwP1ll1lP2l12P6l1l2l3l4l562.81109(N²mm) 222 28

11MwP2lll2P3l23P6l2l3l4l562.52109(N²mm) 222l3llP4l34P6l3l4l562.32109(N²mm) 22222MwP3

0—0截面

1—1截面

2—2截面

2.81109

2.5.6地震弯矩的计算 1、地震载荷的计算 各段操作质量mi/kg:

0-1 1220

1-2 6412.1

2-3

2.52109 2.32109

3-4 39613.75

4-5 39613.75

5-6 34027.87

33442.75

各点距地面高度hi/mm:

0-1 500

1-2 2030

2-3 6760

3-4 15460

4-5 25460

5-6 35495

hi1.5/mm：

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

1.04104

9.16104 5.56105 1.92106 4.06106 6.69106

mihi1.5：

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

1.36107

5.86108 1.971010 7.611010 1.511011 2.281011

Amihi1.54.6341011,hi3:

i16 29

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6

1.072108

1.3571010 6.9931010 5.7591011 3.6671012 1.15971013

mihi3:

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

1.1381011

1.1791014

65.2191014 2.2031016 8.4811016 3.0471017

Bmihi32.291018

i1A/B3.982107 基本振型参与系数1k0-1

1-2

A1.5hi: B2-3 0.105

3-4 0.3022

4-5 0.76255

5-6 1.35587

4.141103

4.619102

阻尼比i=0.02 衰减指数0.90.05i0.050.020.90.975

0.5+5i0.5+50.020.05i0.050.0211.319

0.061.7i0.061.70.02阻尼调整系数212、地震弯矩的计算

地震综合影响系数：CZ0.5

地震影响系数最大值max0.24(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第239页,表8-2)

场地土的特征周期值Tg0.35(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第239页,表8-3)

Tg地震影响系数1：1T10.952max0.089

30

水平地震力F1k/N：F1k11kmkg

0-1 2.464

1-2 105.97

2-3 3363.1

3-4 13752.81

4-5 27155.62

5-6 41152.95

垂直地震影响系数vmax0.65max0.650.240.156 当量质量meq0.75m0113796.9kg

底面垂直地震力Fv00vmaxmeqg174150.22Nmihi：

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6.1105

62.07107 2.27108 6.12108 9.57108 1.21109

mh310iii19

174150.22

3109任意质量i处垂直地震力Fvi/N：

Fvimihimhk16mihikk0-1 35.38

1-2 754.07

2-3 13109.28

IIn3-4 35499.5

4-5 54641.35

5-6 70186.87

任意计算截面i处垂直地震力Fv0-0截面 174150.22

1-1截面 174114.84

Fvi

k12-2截面 173360.11

3-3截面 160251.49

4-4截面

5-5截面

由HD2665028009.5115，则

00底截面处地震弯矩ME1/Nmm：

00ME1161m0gH2.45109N﹒mm 3511截面处1—1地震弯矩ME1：

11ME181m0g10H3.514H2.5h4h3.52.37109N﹒mm 2.5175H 31

22截面处2—2地震弯矩ME1：

22ME181m0g10H3.514H2.5h4h3.52.2109N﹒mm 2.5175H2.5.7偏心弯矩的计算

偏心质量me4000kg偏心距l2000mm

偏心弯矩Memegl40009.8120007.848107N﹒mm 最大弯矩：

计算内容

iiMWMe iiiiME0.25MWMe ii最大弯矩Mmax/Nmm

0—0截面 1—1截面 2—2截面

1.128109 2.684109 2.684109

1.068109 2.552109 2.552109

8.8068108 2.153109 2.153109

最大弯矩取较大者，所以地震弯矩为最大弯矩。 2.5.8各种载荷引起的轴向应力

（1）计算压力引起的轴向应力 设计压力引起的轴向应力10—0截面

0

PDi0.2280015MPa 4ei4101—1截面

0

2—2截面

15

（2）操作质量引起的轴向应力 计算截面以上的操作质量m0ii/kg：

0—0截面 101739.7382

1—1截面 100678.4632

2—2截面 91992.6002

检查孔加强管长度lm160mm

检查孔加强管水平方向的最大宽度bm500mm 检查孔加强管厚度m16mm

Am2lmm2160165120

1-1截面处裙座筒体的截面积Asm：

32

Asm3.14Dimesbm2mmAm3.142800142(500216)14384088260mm2

00200m0g101739.73829.8110.961MPa Diei3.1428001011m0g100678.46329.8111.19MPa Asm8826022m0g91992.60029.819.91MPa Diei3.142800101122220—0截面 10.961

1—1截面 11.19

2—2截面 9.91

（3）最大弯矩引起的轴向应力

11截面处裙座筒体的截面系数Zm： Zm2eslmDimbm226321416014002505.270510mm 2222hh截面处的裙座壳的截面系数Zsm：

14Zsm0.785Dim2esbmDimesZm0.7852800214250028003.5705106224.066107mm3

003004Mmax42.68410965.6553MPa Di2ei3.14280021011Mmax2.55210968.07MPa 7Zsm6.06610224Mmax42.15310952.612MPa Di2ei3.1428002101132230—0截面 65.6553

1—1截面 68.07

2—2截面 52.612

2.5.9塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核

（1）截面的最大组合轴向拉应力校核

33

载荷组合系数：K1.2 系数A：A0.094e0.094107.83104 Ri1400t

t设计温度下的许用应力：16MnR170MPa

Q235B105MPa

系数B：16MnRB=118MPaQ235-BB=93MPa

(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第311页,附表9-1)

计算内容

0—0截面 105 111.6 126 107.1 111.6

1—1截面 105 111.6 126 107.1 111.6

2—2截面 170 141.6 204 173.4 141.6

t

KB K K

ttt

cr

圆筒最大组合压应力23： 对内压塔23cr（满足要求）

0—0截面 51.61

1—1截面 53.26

2—2截面 42.522

圆筒最大组合压应力123：

对内压塔123K（满足要求）

0—0截面 29.69

1—1截面 30.88

2—2截面 84.327

t2、塔体与裙座稳定性校核

塔体截面2-2上的最大组合轴向压应力

22max1222322

61.6259.9132.61284.327MPacrminKB,Kmin141.6,204141.6MPa满足要求

t 34

其中A0.0940.0947.83104 Rie1400/16塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力：

111111max2353.26MPa

11max53.26crminKB,Kmin111.6,126MPa

t满足要求 其中A0.0947.83104

Rises塔体截面0-0上的最大组合轴向压应力：

000000max2310.96140.655351.6163MPa

00max51.6163MPacrminKB,Kmin111.6,126111.6MPa

t满足要求

2.5.10塔体水压试验和吊装时的应力校核

1、水压试验时各种载荷引起的应力 试验介质密度：s1000kg/m3 液柱高度：Hw40.65m 液柱静压：sgHw0.26MPa

试验压力：pT1.25pt1.250.8511.0625MPa

试验压力和液柱静压力引起的环向应力：

TpTrsgHwDiei=(1.06250.4)(280014)=192.424MPa

2ei214试验压力引起的轴向啦应力：

T1pTDi1.06252800==77.031MPa 4ei414最大质量引起的轴向压应力： 截面处最大质量：

22mT215478.48821061.2759377.2025205040.011kg

35

T222mTg205040.0119.8122.089MPa Die3.14280010弯矩引起的轴向应力

T3224(0.3MwMe)4Di2e4(0.38.0221087.848107)19.32MPa 20.7852800142、水压试验时应力校核 筒体常温屈服点s=345MPa 2-2截面0.9sK372.6MPa

测压试验时：T192.424<0.9sK，满足要求 压力试验时圆筒最大组合应力：

T1T2T377.03122.08919.3274.262MPa 液压试验时：T1T2T374.2620.9Ks(满足要求)

T2T322.08919.3241.409cr(满足要求)

2.5.11基础环设计

1、裙座内径：Dis2800mm 裙座外径：Dos2800322832mm 基础环外径：D0b28323003132mm

基础环内径：Dib28323002532mm

11基础环伸出宽度：bDobDos31212832150mm

22相邻两筋板最大外侧间距：l200mm(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第251页,表8-11)

基础环面积：AbD42ob2Dib0.785(3132228322)2.732106mm2

基础环截面系数：

Zb4D4Dibob32Dob3.14(31324225324)1.814109mm3

3231322、基础环的动力校核

基础环材料的许用应力b140MPa 水压试验时压应力b1：

00Mmaxm0g2.684109101739.73829.81b11.845MPa

ZbAb1.8141092.732106 36

操作时压应力b2：

000.3MwMemmaxg0.31.051097.848107215478.48829.81b20.991MPa

ZbAb1.8141092.732106混凝土基础上的最大压力bmax：

取以上俩者较大的bmax1.845。选75号混凝土Ra3.5MPa

bmax1.845Ra3.5MPa，满足要求 3、基础环的厚度

b140MPa；C3mm

b11DobDos31322832140mm 22假设螺栓直径为M48，查得l160mm(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第251页,表8-11)

当b/l140/1600.88时，查得：(参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第250页,表8-10)

对X轴的弯矩：

Mx0.1482bmaxb20.14821.84514025359.2(N²mm)

对Y轴的弯矩：

My0.0848bmaxl20.08481.84516024005.27(N²mm) 取其中较大的值Ms5359.2(N²mm) 按有筋板时计算基础环厚度：

6Ms69359.2320.76mm

140bbC所以最后圆整到n22mm 2.5.12地脚螺栓设计

1、地脚螺栓的最大拉应力

000000MWMemmingME0.25MwMem0gBmax,

ZbAbZbAb其中

Me7.848107(N²mm)

mmin48800.3182kg

00ME2.343109(N²mm) 00Mw1.05109(N²mm)

37

m0101739.7382kg

Zb1.814109mm3 Ab2.732106mm2

00MWMemming1.05+2.3431048800.31829.81B11.695MPa 96ZbAb1.814102.732109B20000ME0.25MwMem0g ZbAb2.3430.251.050.07848109101739.749.811.176MPa

1.8141092.732106取以上两数中较大值B1.695MPa 2、地脚螺栓的螺纹小径

B0,选取地脚螺栓个数n=36个；bt147MPa；C23mm

4BAb41.6952.732106则d1C2333.38mm

nbt3.1440147圆整到48mm所以选取40M48的螺栓（参考《化工设备机械基础》第六版，大连理工大学出版社，第253页,表8-13） 2.5.13塔结构的设计

1、塔盘结构

塔盘在结构方面要有一定的刚度，以维持就水平；塔盘与塔壁之间应有一定的密封性，以避免弃、液短路；塔盘应便于制造、安装、维护，并且成本要低。

（1）塔盘

塔盘结构有整块式与分块式两种。塔径在800～900mm以下时，建议采用整块式塔盘，塔径在800～900mm以上时，一般选用分块式塔盘。

本塔直径为2800mm，故选用分块式塔盘。

在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很不方便。因此，当塔径在800～900mm以上时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整体圆筒，不分塔节。而塔盘系分成数块，通过人孔送进塔内，装到焊在塔内壁的塔盘固定件上。塔盘分块，应该使结构简单，装拆方便，有足够刚度，便于制造、安装和检修。一般采用自身梁式塔盘板，有时也采用槽式塔盘板。

这两种结构的特点是：

(1)结构简单，装拆方便。将塔盘板冲压折边，使其具有足够刚度，不但可

38

简化塔盘结构，而且可少耗钢材。

(2)制造方便，模具简单，能以通用模具压成不同长度的塔盘板。

分块塔盘板的长度L随塔径大小而异，最长可达2200mm。宽度由塔体人孔尺寸、塔盘板的结构强度及升气孔的排列情况等因素决定。例如，自身梁式塔盘板为60~80mm，槽式塔盘板为30mm。对于塔盘板厚，碳钢为3～4mm，不锈钢为2～3mm。

分块式塔盘之间的连接，根据人孔位置及检修要求，分为上可拆连接和上、下可拆连接两种。常用的紧固构件是螺栓和椭圆垫板。

塔盘板安放于焊在塔壁上的支持圈上。塔盘板与支持圈的连接一般用卡子。这种塔盘紧固方式虽然被普遍采用，但所用紧固构件加工量大，装拆麻烦，而且螺栓需用抗锈蚀材料。另一种紧固方式是用楔形紧固件，其特点是结构简单，装拆方便，不用特殊材料，成本低等。

2、塔盘的支撑

对于直径不大的塔（直径在2000mm一下），塔盘的支撑一般用焊在塔壁上的支持圈。支持圈一般用扁钢弯制成或将钢板切为圆弧焊成，有时也有用角钢。若塔盘版的跨度较小，本身强度足够，这不需要支撑梁。

本它直径为2800mm，选用扁钢弯制的支撑圈，加支撑梁。

39

第4章 换热器选型及设计

4.1换热器概述

换热器是用于物料之间进行热量传递的过程设备。通过这种设备使物料能打到指定的温度以满足工艺的要求。在目前大型化工及石油化工装置中，采用各种换热器的组合，就能充分合理地利用各种等级的能量，产品的单位的单位能耗降低，从而降低产品成本，以获得更好的经济效益。因而，在大型化工及石油化工生产过程中，换热器得到越来越广泛的应用。在工厂建设投资中，换热器所占比例也有明显提高，成为最重要的单元设备之一。换热器的用途很广泛，可用于各种不同换热过程，如加热、冷却、冷凝、蒸发等。而常用的换热器按设备结构可分为两大类，即板片式换热器和管壳式换热器。板片式换热器是有伴片和密封垫片组合而成。通常有波纹平板式、板翅式、螺旋板式和板壳式。管壳式换热器是由管子、壳体及管板组成的设备。通常有固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式。化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。

4.2换热器选型

换热器选型时需要考虑的因素很多，主要是流体的性质；压力、温度及允许压力降得范围；对清洗、维修的要求；材料价格；使用寿命等。换热器种类很多，按热量交换原理和方式，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。间壁式换热器有夹套式、管式和板式换热器。管壳式换热器又称列管式换热器，该类换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。列管式换热器可根据其结构特点，分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。各类换热器特性如下表6-18。

40

表4-1 各类换热器比较

分类 名称 特性 使用广泛；壳程不易清洗，管壳两物料温差大于60℃时应设膨胀节，最大使用温差不应大于60℃ 壳程易清洗；管壳两物料温差可大于120℃；内垫片易渗漏 优缺点同浮头式；造价高，不宜制造大直径设备 制造安装方便，造价较低；管程耐高压；结构不紧凑，管子不易更换，不易机械清洗 相对 费用 耗用金属kg/m³ 固定管板式 1 30 管壳式换热器 浮头式 调料函式 1.22 1.28 46 50 U形管式 1.01 36

列管换热器中常用的是固定管板式和浮头式两种。一般要根据物流的性质、流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修清洗等要素决定选用列管换热器的型式。从经济角度看，只要工艺条件允许，应该优先选用固定管板式换热器。但遇到以下两种情况时，应选用浮头式换热器。

（1）壳壁与管壁的温差超过70℃；壁温相差50~70℃。而壳程流体压力大于0.6MPa时，不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。

（2）壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计主要采用U型管式和固定管板式换热器。

4.3换热管规格选择

管子的外形：列管换热器的管子外形有光滑管和螺纹管两种。一般按光滑管设计。当壳程膜系数低，采取其他措施效果不显著时，可选用螺纹管，它能强化壳程的传热效果，减少结垢的影响。

管子的排列方式：相同壳径时，采用正三角形排列要比正方形排列可多排布管子，使单位传热面积的金属耗量降低。一般壳程流体不易结垢或可以进行化学清洗的场合下，推荐用正三角形排列。必须进行机械清洗的场合，则采用正方形排列。

管子直径：管径越小换热器越紧凑、越便宜。但是，管径越小换热器的压降

41

越大，为了满足允许的压力降一般选用Ф19mm的管子。对于易结垢的物料，为方便清洗，采用外径为25mm的管子。对于有气液两相流的工艺物流，一般选用较大的管径。直径小的管子可以承受更大的压力，而管壁较薄，有利传热；相同的壳径，可以排较多的小管子，使传热面积增大，单位传热面积的金属耗量降低。所以，在管程结垢不是很严重，又允许压力降较高的情况下，采用Φ19mm³2mm的管子是合理的。

管长：无相变换热时，管子较长，传热系数增加。在相同传热面时，采用长管管程数较少，压力降小，而且每平方米传热面的比价也低。但是，管子过长给制造带来困难。壳径较大的换热器采用较长的管子可降低单位传热面积的金属耗量，更为经济。因此，一般选用管长4~6m。对于大面积或无相变的换热器可以选用8~9m的管长。管心距：管心距小、设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大，一般选用范围为管外径的1.25~1.5倍。

上述情况，在选用标准系列设备或设计非定型设备时，结合任务的要求，作出适当的选择。

4.4壳程数和台数

换热器的壳径越大，传热面积也越大，单位传热面积的金属耗量程压力降比单壳程约增加越低。采用一台较大的换热器比采用多台小换热器更经济，阻力也更小，且便于操作管理。通常采用单壳程换热器。双壳程的隔板在制造和检修时都较困难，若把两个换热器的壳程串联起来使用，就相当于双壳程了，但壳程压力降比单壳程约增加6~8倍。只有壳程流量很小，采用最小板间距壳程流速仍很低，以致于壳程一侧流体成为主要的控制热阻，同时壳程又允许较大的压力降时，可考虑用两个换热器串联代替双壳程。

4.5工艺条件的选择

（1）温度

①冷却水的出口温度不宜高于60℃，以免结垢严重。

②高温端的温差不应小于20℃，低温端的温差不应小于5℃。当在两工艺物流之间进行换热时，低温端的温差不应小于20℃。

③在冷却或者冷凝工艺物流时，冷却剂的入口温度应高于工艺物流中易结冻组分的冰点，一般高5℃。

④在对反应物进行冷却时，为了控制反应，应维持反应物流和冷却剂之间 ⑤当冷凝带有惰性气体的工艺物料时，冷却剂的出口温度应低于工艺物料的

42

露点，一般低5℃。

⑥换热器的设计温度应高于最大使用温度，一般高15°C。 （2）压力降

增强工艺物流流速，可增大传热系数，使换热器结构紧凑，但增加流速将关系到换热器的压力降，磨蚀和振动破坏加剧等。压力降增加使动力消耗增强，因此，最大允许的压力降范围一般限制如表6-19

表6-23 允许的压力降范围

工艺物流的压力/Pa ＜9.8×104 9.8×104~16.7×104 ＞16.7×104 允许压力降△P/Pa 9.8×103 3.9×103~3.3×104 ＜9.8×104

①高温物流，一般走管程，除此有时为了节省保温层和减少壳体厚度，也可以使高温物流走壳程。

②较高压的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。 ③较粘的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。 ④腐蚀性较强的物流应位于管程。

⑤对压力降有特定要求的工艺物流，应位于管程，因管程的传热系数和压降计算误差小。

⑥较脏和易结垢的物流应走管程，以便清洗和控制结垢。若必须走壳程，则应采用正方形管子排列，并可用可拆式（浮头式、填料函式、U形管式）换热器。

⑦流量较少的物流应走壳程，因为在壳程易使物流成为湍流状态，从而增加传热系数。

⑧给热系数较小的物流，像气体，应走壳程，易于提高给热系数。

4.6 Exchanger Design and Rating设计结果

选取E501作为详细设计的模板。

表4-2 E501操作参数

参数 操作条件 壳程 管程 43

介质 质量流量/(kg/s) 进口温度/℃ 出口温度/℃ 进口压力/MPa 出口压力/MPa 甲苯 7.13 69 239.3 0.04 0.04 甲苯、对二甲苯 7.15 390 142 0.2 0.2

初步选定换热器的形式后，根据任务要求利用Aspen进行模拟计算，模拟出来的换热器工艺参数如图所示。

图4-1 换热器设计

44

图4-2 换热器设计

由以上结果的表格设计可以知道，软件的设计管子长度为2438mm，管数目为740，管子直径为19.05，管间距24.94，由此可得的所需要的换热面积为34.38平方米，空重为4023.6，由此软件默认的标准得到的花费是53546美元。考虑到换热面积的裕度值以及为保证完成换热的工艺要求，选取的裕度为50%，而后得到的换热面积为58.64平方米。依据《化工工艺设计手册》第三版的换热器标准件的参数，选取的标准换热器为：列管式换热器，管长2500mm，管径20*2，管子个数740，等腰三角形排列，换热面积为60平方米，公称压力为0.44Mpa，材料为碳钢，工称直径为762mm。此软件也可以对改设计的换热器进行初步的结果设计如下：

利用Aspen软件对换热器进行结构设计，模拟出来的结果见图6-7所示

45

图4-4 换热器E501结构图

46

图4-5 换热器列管示意图

4.7换热器校核

利用sw6-2011对换热器进行校核，校核结构如下：

表4-3 E501固定管板式换热器设计

固定管板换热器设计计算 计算单位 设计计算条件 壳程 设计压力ps 设计温度ts 壳程圆筒内径Di 材料名称 0.5 246 762 16MnDR MPa 辽宁工业大学GrandWay 管程 设计压力pt 设计温度tt 管箱圆筒内径Di 材料名称 2.5 426 762 Q345R MPa C C mm 简图 mm 47

计算内容 壳程圆筒校核计算 前端管箱圆筒校核计算 前端管箱封头(平盖)校核计算 后端管箱圆筒校核计算 后端管箱封头(平盖)校核计算 管箱法兰校核计算 开孔补强设计计算 管板校核计算 表4-4 前端管箱筒体计算

前端管箱筒体计算 计算所依据的标准 计算条件 计算压力Pc 设计温度t 内径Di 材料 试验温度许用应力 设计温度许用应力t 试验温度下屈服点s 钢板负偏差C1 腐蚀裕量C2 焊接接头系数

辽宁工业大学GrandWay 计算单位 GB150.3-2011 筒体简图 MPa C mm 2.50 426.00 762.00 Q345R(板材) 185.00 91.92 325.00 0.30 2.00 0.85 48

MPa MPa MPa mm mm

厚度及重量计算 计算厚度 有效厚度 名义厚度 重量 PcDi=2[]tP=12.39 ce=n-C1-C2=14.70 n=17.00 124.10 压力试验时应力校核 mm mm mm Kg 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过 的应力水平T 试验压力下 圆筒的应力 校核条件 校核结果 压力及应力计算 最大允许工作压力 设计温度下计算应力 t 校核条件 结论 [Pw]=t液压试验 PT=1.25P[]t=3.1000(或由用户输入) []MPa MPa MPa T0.90s=292.50 T=pT.(Die)=96.35 2e.TT 合格 2e[]t(Die)=2.95749 MPa MPa MPa Pc(Die)==66.05 2e78.13 t≥t 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格 表4-5 前端管箱封头计算

前端管箱封头计算 计算所依据的标准 计算条件 计算压力Pc 设计温度t 5.00 426.00 计算单位 辽宁工业大学GrandWay GB150.3-2011 椭圆封头简图 MPa C 49

内径Di 曲面深度hi 材料 设计温度许用应力t 试验温度许用应力 钢板负偏差C1 腐蚀裕量C2 焊接接头系数 762.00 381.00 mm mm Q245R(板材) 83.08 148.00 0.30 2.00 0.85 压力试验时应力校核 MPa MPa mm mm 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过的应力t 试验压力下封头的应力 校核条件 校核结果 []液压试验 PT=1.25Pc[]t=3.1000(或由用户输入) T0.90s=211.50 T=pT.(KDi0.5e)=48.17 2e.TT 合格 厚度及重量计算 MPa MPa MPa 形状系数 2K=12Di=0.5000 62hi计算厚度 有效厚度 最小厚度 名义厚度 结论 重量 h=2[]t0.5P=13.73 ceh=nh-C1-C2=14.70 min=3.00 nh=17.00 满足最小厚度要求 146.82 压力计算 KPcDimm mm mm mm Kg 最大允许工作压力 2[]te[Pw]=KDi0.5e=5.34613 MPa 50

结论 合格

表4-6 后端管箱筒体计算

后端管箱筒体计算 计算所依据的标准 计算条件 计算压力Pc 设计温度t 内径Di 材料 试验温度许用应力 设计温度许用应力t 试验温度下屈服点s 钢板负偏差C1 腐蚀裕量C2 焊接接头系数 2.50 426.00 762.00 MPa C mm 计算单位 辽宁工业大学GrandWay GB150.3-2011 筒体简图 Q345R(板材) 185.00 91.92 325.00 0.30 2.00 0.85 厚度及重量计算 MPa MPa MPa mm mm 计算厚度 有效厚度 名义厚度 重量 =2[]tP=12.39 ce=n-C1-C2=14.70 n=17.00 124.10 压力试验时应力校核 PcDimm mm mm Kg 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过 的应力水平T 试验压力下 圆筒的应力

[]液压试验 PT=1.25P[]t=3.1000(或由用户输入) T0.90s=292.50 T=pT.(Die)=96.35 2e.51

MPa MPa MPa

校核条件 校核结果 压力及应力计算 最大允许工作压力 设计温度下计算应力 t 校核条件 结论 [Pw]=tTT 合格 2e[]t(Die)=2.95749 MPa MPa MPa Pc(Die)==66.05 2e78.13 t≥t 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格

表4-7 后端管箱封头计算

后端管箱封头计算 计算所依据的标准 计算条件 计算压力Pc 设计温度t 内径Di 曲面深度hi 材料 设计温度许用应力t 试验温度许用应力 钢板负偏差C1 腐蚀裕量C2 焊接接头系数 5.00 426.00 762.00 381.00 Q245R(板材) 83.08 148.00 0.30 2.00 0.85 压力试验时应力校核 压力试验类型 试验压力值 []计算单位 辽宁工业大学GrandWay GB150.3-2011 椭圆封头简图 MPa C mm mm MPa MPa mm mm 液压试验 PT=1.25Pc[]t=3.1000(或由用户输入) MPa 52

压力试验允许通过的应力t 试验压力下封头的应力 校核条件 校核结果 T0.90s=211.50 T=pT.(KDi0.5e)=48.17 2e.TT 合格 厚度及重量计算 MPa MPa 形状系数 2DK=12i=0.5000 62hi计算厚度 有效厚度 最小厚度 名义厚度 结论 重量 h=2[]t0.5P=13.73 ceh=nh-C1-C2=14.70 min=3.00 nh=17.00 满足最小厚度要求 146.82 压力计算 KPcDimm mm mm mm Kg 最大允许工作压力 结论 2[]te[Pw]=KDi0.5e=5.34613 MPa 合格

表4-8 内压圆筒校核

内压圆筒校核 计算所依据的标准 计算条件 计算压力 Pc 设计温度 t 内径 Di 材料 试验温度许用应力 设计温度许用应力 试验温度下屈服点 钢板负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数 

计算单位 Grand Way 设计团队 GB 150.3-2011 筒体简图 0.85 MPa 246.00  C 762.00 mm 16MnDR ( 板材 ) 174.00 MPa 144.12 MPa 295.00 MPa 0.30 mm 3.00 mm 0.85 53

厚度及重量计算 计算厚度  = 2[]tP = 2.65 c有效厚度 名义厚度 重量 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过 的应力水平 T 试验压力下 圆筒的应力 校核条件 校核结果 压力及应力计算 最大允许工作压力 设计温度下计算应力 t 校核条件 结论 [Pw]= tPcDimm e =n - C1- C2= 13.70 n = 17.00 796.34 压力试验时应力校核 液压试验 PT = 1.25P [][]tmm mm Kg = 0.3500 (或由用户输入) MPa MPa T 0.90 s = 265.50 T = pT.(Die) = 11.66 MPa 2e. T T 合格 2e[]t(Die)= 4.32713 MPa MPa MPa Pc(Die)  = = 24.06 2e 122.50 t ≥t 合格

表4-9 开孔补强计算

开孔补强计算 计算单位 Grand Way 设计团队 计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔 简 图 MPa ℃ 接 管: N1, φ168³7.1 设 计 条 件 计算压力 pc 设计温度 壳体型式 壳体材料 名称及类型 壳体开孔处焊接接头系数φ 壳体内直径 Di 壳体开孔处名义厚度δn

2.85 426 圆形筒体 Q345R 板材 0.85 762 17 mm mm 54

壳体厚度负偏差 C1 壳体腐蚀裕量 C2 壳体材料许用应力[σ]t 0.3 2 91.92 mm mm MPa 0 mm 接管连接型式 mm mm mm 接管材料 名称及类型 补强圈材料名称 补强圈外径 补强圈厚度 插入式接管 20(GB6479) 管材 Q345R 310 14 0.3 91.92 1 2.716 0.8934 318.6 33.631 86 49 mm mm mm MPa mm mm mm mm2 mm2 接管轴线与筒体表面法线的夹角(°) 凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°) 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 接管厚度负偏差 C1t 接管材料许用应力[σ]t 非圆形开孔长直径 壳体计算厚度δ 补强圈强度削弱系数 frr 开孔补强计算直径 d 接管有效外伸长度 h1 开孔削弱所需的补强面积A 接管多余金属面积 A2 A1+A2+A3= 375 补强圈面积 A4 1945 237 80 1 2 0.75 82.12 159.3 14.156 1 159.3 33.631 2268 239 mm 补强圈厚度负偏差 C1r MPa 补强圈许用应力[σ]t mm 开孔长径与短径之比 mm mm 接管计算厚度δt 接管材料强度削弱系数 fr 补强区有效宽度 B 开 孔 补 强 计 算 mm 接管有效内伸长度 h2 mm2 壳体多余金属面积 A1 mm2 补强区内的焊缝面积 A3 A-(A1+A2+A3) mm2 ，小于A，需另加补强。 mm2 1893 mm2 结论: 合格

表4-10 开孔补强计算

开孔补强计算 计算单位 辽宁工业大学GrandWay 计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单孔 简图 2.85 MPa 55

接管:N3,φ168³7.1 设计条件 计算压力pc

设计温度 壳体型式 壳体材料 名称及类型 壳体开孔处焊接接头系数φ 壳体内直径Di 壳体开孔处名义厚度δn 壳体厚度负偏差C1 壳体腐蚀裕量C2 壳体材料许用应力[σ]t 426 ℃ 圆形筒体 Q345R 板材 0.85 762 17 0.3 2 91.92 mm mm mm mm MPa 0 mm mm mm mm 补强圈厚度 0.75 82.12 mm MPa 接管连接型式 接管材料 名称及类型 补强圈材料名称 补强圈外径 接管轴线与筒体表面法线的夹角(°) 凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°) 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 接管厚度负偏差C1t 接管材料许用应力[σ]t 237 80 1 2 插入式接管 20(GB6479) 管材 Q345R 310 14 0.3 91.92 mm mm mm MPa 补强圈厚度负偏差C1r 补强圈许用应力[σ]t 开孔补强计算 非圆形开孔长直径 壳体计算厚度δ 补强圈强度削弱系数frr 开孔补强计算直径d 接管有效外伸长度h1 开孔削弱所需的补强面积A 接管多余金属面积A2 159.3 14.156 1 159.3 33.631 2268 239 mm mm mm mm mm2 mm2 开孔长径与短径之比 接管计算厚度δt 接管材料强度削弱系数fr 补强区有效宽度B 接管有效内伸长度h2 壳体多余金属面积A1 补强区内的焊缝面积A3 1 2.716 0.8934 318.6 33.631 86 49 mm mm mm mm2 mm2 56

A1+A2+A3=375 补强圈面积A4 1945 mm2，小于A，需另加补强。 mm2 结论:合格 A-(A1+A2+A3) 1893 mm2

表4-11 开孔补强计算

开孔补强计算 计算单位 辽宁工业大学GrandWay 计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单孔 简图 0.85 246 圆形筒体 16MnDR 板材 0.85 762 17 0.3 3 t接管:N4,φ356³9.5 设计条件 计算压力pc 设计温度 壳体型式 壳体材料 名称及类型 壳体开孔处焊接接头系数φ 壳体内直径Di 壳体开孔处名义厚度δn 壳体厚度负偏差C1 壳体腐蚀裕量C2 壳体材料许用应力[σ] MPa ℃ mm mm mm mm MPa 0 mm mm mm mm 补强圈厚度 mm mm mm 补强圈厚度负偏差C1r 57

144.12 接管轴线与筒体表面法线的夹角(°) 凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°) 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 接管厚度负偏差C1t

228 80 1 2 0.95 接管连接型式 接管材料 名称及类型 补强圈材料名称 补强圈外径 插入式接管 20(GB6479) 管材 mm

接管材料许用应力[σ]t 118.12 MPa 补强圈许用应力[σ]t MPa 开孔补强计算 非圆形开孔长直径 壳体计算厚度δ 补强圈强度削弱系数frr 开孔补强计算直径d 接管有效外伸长度h1 开孔削弱所需的补强面积A 接管多余金属面积A2 A1+A2+A3=4753 补强圈面积A4 342.9 2.6528 0 342.9 57.075 916 925 mm mm mm mm mm2 mm2 开孔长径与短径之比 接管计算厚度δt 接管材料强度削弱系数fr 补强区有效宽度B 接管有效内伸长度h2 壳体多余金属面积A1 补强区内的焊缝面积A3 1 1.2169 0.8196 685.8 57.075 3762 67 mm mm mm mm2 mm2 mm2，大于A，不需另加补强。 mm2 结论:合格 A-(A1+A2+A3) mm2

表4-12 开孔补强计算

开孔补强计算 接管:N5,φ324³9.5 设计条件 计算压力pc 设计温度 壳体型式 壳体材料 名称及类型 壳体开孔处焊接接头系数φ 壳体内直径Di 壳体开孔处名义厚度δn 壳体厚度负偏差C1 0.85 246 MPa ℃ 计算单位 辽宁工业大学GrandWay 计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单孔 简图 圆形筒体 16MnDR 板材 0.85 762 17 0.3 mm mm mm 58

壳体腐蚀裕量C2 壳体材料许用应力[σ]t 3 144.12 mm MPa 0 mm mm mm 接管连接型式 接管材料 名称及类型 补强圈材料名称 补强圈外径 插入式接管 20(GB6479) 管材 mm mm mm MPa 接管轴线与筒体表面法线的夹角(°) 凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°) 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 接管厚度负偏差C1t 接管材料许用应力[σ]t 228 80 1 2 0.95 118.12 mm 补强圈厚度 mm 补强圈厚度负偏差C1r MPa 补强圈许用应力[σ]t 开孔补强计算 非圆形开孔长直径 壳体计算厚度δ 补强圈强度削弱系数frr 开孔补强计算直径d 接管有效外伸长度h1 开孔削弱所需的补强面积A 接管多余金属面积A2 A1+A2+A3=4366 补强圈面积A4 310.9 2.6528 0 310.9 54.347 831 891 mm mm mm mm 开孔长径与短径之比 接管计算厚度δt 接管材料强度削弱系数fr 补强区有效宽度B 接管有效内伸长度h2 1 1.1014 0.8196 621.8 54.347 3408 67 mm mm mm mm2 mm2 mm2 壳体多余金属面积A1 mm2 补强区内的焊缝面积A3 mm2，大于A，不需另加补强。 mm2 结论:合格 A-(A1+A2+A3) mm2 4.8换热器的安装

安装换热器的基础必须满足换热器不发生下沉，或使管道把过大的变形传到换热器的接管上。基础为混凝土基础，换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固的连接起来。在安装换热器之前应严格的进行基础质量的检查和验收工

59

作，主要项目如下：基础表面概况，基础标高，平面位置，形状和主要尺寸以及预留孔是否符合实际要求；地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全；放置垫铁的基础表面是否平整等。

基础验收完毕后，在安装换热器之前在基础上放垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好的接触。垫铁厚度可以调整，使换热器能达到设计的水平高度。垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性，并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中，斜垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧均应有垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。

换热器就位后需用水平仪对换热器找平，这样可使各接管都能在不受力的情况下连接管道。找平后，斜垫铁可与支座焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。当两个以上重叠式换热器安装时，应在下部换热器找正完毕，并且地脚螺栓充分固定后，再安装上部换热器。可抽管束换热器安装前应抽芯检查，清扫，抽管束时应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管。

根据换热器的形式，应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件（操作）清洗、维修的需要。固定管板式换热器的两端应留出足够的空间以便能抽出和更换管子。并且，用机械法清洗管内时两端都可以对管子进行刷洗操作。

4.9使用与维护

4.9.1换热器的使用

1、设备安装无误后，先打开冷侧循环的开路，并排净残余液体及空气，运行正常15-20分钟后，缓慢打开热侧阀门，并逐渐加大致额定开度。

2、可凝性空气介质运行初始阶段，应排净上下部的不凝气体；

3、检查冷凝液的液位高度，并进行相应调整，以保证其合适的液位范围。 4、运行过程中发现有局部换热管渗漏时，允许将其两端堵死，但被堵的管子数量不得超过管子总数的10%。

5、对于运行年限较长的设备应每年检测设备的整体等受压元件的壁厚，看其是否满足最小厚度要求，并确定能否继续运行。

4.9.2换热器的维护

1、对于介质易堵塞的换热器要定期检查，清理管中的污物及污垢等，以利热交换。

2、当换热效果下降时，便应进行清洗，其方法主要有人工及化学清洗两种

60

办法。化学清洗应请专业清洗人员进行，避免造成设备本体腐蚀。

3、设备停止运行时，排净所有介质及残物进行充氧密封等防腐处理。 4、当换热器为压力容器时，其维护、保养及安装运行、检修等均应符合“压力容器案例技术监察规程”及有关标准的规定。

61

第5章 泵的选型

离心泵是常用的液体输送设备，广泛应用于石化，化工，轻工等工业部门以及需要输送液体的其他部门。流体输送在生产过程中必不可少，因此离心泵是这些行业持续稳定生产必不可少的设备之一。

离心现象在生活中随处可见。比如雨伞上的水滴，当雨伞缓慢转动时，水滴会跟随雨伞转动，这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。但是如果雨伞转动加快，这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动，那么水滴将脱离雨伞向外缘运动。就象用一根绳子拉着石块做圆周运动，如果速度太快，绳子将会断开，石块将会飞出。离心泵便是根据这个原理制造的。现对离心泵的工作原理与结构组成作简要介绍。

5.1工作原理

离心泵的主要构件为叶轮和蜗壳（泵壳）。当叶轮旋转时，叶轮的吸入口处形成低压区，液体被吸入叶轮。液体进入叶轮后，一方面随叶轮旋转作圆周运动，同时沿叶轮叶片流动并在离心力的作用下作径向运动流向叶轮出口处。叶轮旋转时将能量传递给进入叶轮的液体，使液体产生速度能和压力能。打液体流出叶轮进入蜗壳时，因蜗壳的流道截面逐渐增大，使液体的速度能逐渐转变为压力能；流至蜗壳出口处时时液体的压力能变为最大值，这就是离心泵产生的总扬程。

离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用以升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。

62

5.2泵的选型原则

（1）使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。

（2）必须满足介质特性的要求。对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵对输送腐蚀性介质的泵，要求对流部件采用耐腐蚀性材料，如AFB不锈钢耐腐蚀泵，CQF工程塑料磁力驱动泵。对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封用采用清洁液体冲洗。

（3)机械方面可靠性高、噪声低、振动小。

（4）经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。 （5）离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。因此除以下情况外，应尽可能选用离心泵：

（1）有计量要求时，选用计量泵

（2）扬程要求很高，流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时，可选用往复泵，如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵。

（3）扬程很低,流量很大时,可选用轴流泵和混流泵。

（4）介质粘度较大（大于650~1000mm2/s）时，可考虑选用转子泵或往复泵（齿轮泵、螺杆泵）

（5）介质含气量75%，流量较小且粘度小于37.4mm2/s时，可选用旋涡泵。 （6）对启动频繁或灌泵不便的场合，应选用具有自吸性能的泵，如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、气动（电动）隔膜泵。

5.3基本构造

离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函。

（1）叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。

（2）泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。

（3）泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，

63

所以它是传递机械能的主要部件。

（4）轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3～3/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热。滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。太多油要沿泵轴渗出并且漂失，太少轴承又要过热烧坏造成事故！在水泵运行过程中轴承的温度最高在85℃一般运行在60℃左右，如果高了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）并及时处理。

（5）密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低。间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10mm之间为宜。

（6）填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空。当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管注水到水封圈内使填料冷却。保持水泵的正常运行。所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意。在运行600个小时左右就要对填料进行更换。

（7）轴向力平衡装置在离心泵运行过程中，由于液体是在低压下进入叶轮，而在高压下流出，使叶轮两侧所受压力不等，产生了指向入口方向的轴向推力，会引起转子发生轴向窜动，产生磨损和振动，因此应设置轴向推力轴承，以便平衡轴向力。

5.4离心泵的类型

按叶轮数目分类

（1）单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。

（2）多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。

按工作压力分类

（1）低压泵：压力低于100米水柱； （2）中压泵：压力在100~650米水柱之间； （3）高压泵：压力高于650米水柱。 按叶轮吸入方式分类

（1）单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口；

64

（2）双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它的流量比单吸式泵大一倍，可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。

按泵壳结合分类

（1）水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。 （2）垂直结合面泵：即结合面与轴心线相垂直。 按泵轴位置分类

（1）卧式泵：泵轴位于水平位置。 （2）立式泵：泵轴位于垂直位置。 按叶轮出方式分类

（1）蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳。 （2）导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流入出口管。

按安装高度分类

（1）自灌式离心泵：泵轴低于吸水池池面，启动时不需要灌水，可自动启动。

（2）吸入式离心泵（非自灌式离心泵）：泵轴高于吸水池池面。启动前，需要先用水

灌满泵壳和吸水管道，然后驱动电机，使叶轮高速旋转运动，水受到离心力作用被甩出叶轮，叶轮中心形成负压，吸水池中水在大气压作用下进入叶轮，又受到高速旋转的叶轮作用，被甩出叶轮进入压水管道。另外，根据用途也可进行分类，如油泵、水泵、凝结水泵、排灰泵、循环水泵等。

5.5工业装置对泵的要求

（1）必须满足流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量等工艺参数的要求； （2）必须满足介质特性的要求：

对输送易燃、易爆、有毒的贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如屏蔽泵、磁力驱动泵、隔膜泵。

对输送腐蚀性介质的泵，要求过流部件采用耐腐材料。如AFB不锈钢耐腐蚀泵，CQF公称塑料磁力驱动泵。对输送含固体介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时周蜂拥采用清洁液体冲洗。

对输送含固体颗粒介质的泵，要求过流部件采用耐磨材料，必要时轴封应采用清洁液体冲洗。

（3）必须满足现场的安装要求：

对安装在有腐蚀性气体存在场合的泵，要求采取防大气腐蚀的措施。

65

对安装在室外环境温度低于-20℃以下的泵，要求考虑泵的冷脆现象，采用耐低温材料。

对安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机。 对于要求每年一次大检修的工厂，泵的连续运转周期一般不应小于8000h。为适应3年一次的大检修的要求，API610（第8版）规定石油、重化学和气体工业用泵的连续运转周期至少为3年。

泵的设计寿命一般至少为10年。API610（第8版）规定石油、重化学和气体工业用离心泵的设计寿命至少为20年。

泵的设计、制造、检验应符合有关标准、规范的规定。 （4）机械方面可靠性高、噪声低、振动小；

（5）经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低； 离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点，因此应尽可能选用离心泵。但在有计量要求时，选用计量泵；此外扬程要求很高，流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时，可选用往复泵，如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵。

5.6离心泵主要参数

（1）离心泵功率与效率

H——泵的有效压头，即单位量液体在重力场中从泵获得的能量，m； Q——泵的实际流量，m³/h； Ρ——液体密度，Kg/m³；

N——泵的有效功率，即单位时间内液体从泵处获得的机械能，W。 有效功率可写成Ne=QHρg

由电机输入离心泵的功率称为泵的轴功率，以N表示。有效功率与轴功率之比定义为泵的总效率η，即η=Ne/N

（2）泵内损失

离心泵内的各种损失有： ①容积损失

由于泵的泄漏所造成的损失称为容积损失。无容积损失时泵的功率与有容积损失时泵的功率之比称为泵的容积效率。

②水力损失

流体流过叶轮、泵壳时，流速大小和方向的改变以及逆压强梯度的存在引起了环流和旋涡，造成了能量损失，这种损失称为水力损失。额定流量下离心泵的水力效率一般为0.8到0.9。

66

③机械损失

高速转动的叶轮与液体间的摩擦以及轴承、轴封等处的机械摩擦造成的损失称为机械损失。机械效率一般为0.96到0.99。

5.7离心泵的工作点与流量调节

（1）工作点

离心泵的特性曲线是泵本身固有的特性，它与外界使用情况无关。但是，一旦泵被安排在一定的管路系统中工作时，其实际工作情况就不仅与离心泵本身的特性有关，而且还取决于管路的工作特性。所以，要选好和用好离心泵，就还要同时考虑到管路的特性。在特定管路中输送液体时，管路所需压头He随着流量Qe的平方而变化。将此关系绘在坐标纸上即为相应管路特性曲线。

若将离心泵的特性曲线与其所在管路特性曲线绘于同一坐标纸上，如上图所示，此两线交点M称为泵的工作点。选泵时，要求工作点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又正好是离心泵所提供的，即Q=Qe，H=He。

（2）流量调节 1）改变阀门的开度

改变离心泵出口管线上的阀门开关，其实质是改变管路特性曲线。用阀门调节流量迅速方便，且流量可以连续变化，适合化工连续生产的特点。所以应用十分广泛。缺点是阀门关小时，阻力损失加大，能量消耗增多，不很经济。

2）改变泵的转速

改变泵的转速实质上是改变泵的特性曲线。这种调节方法需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到连续调节流量，故生产中较少采用。

5.8泵设备选型

本工艺中的泵多用来输送石油化工液体例如烃类。因此需要采用化工离心泵。化工离心泵是离心泵中的一种，其工作原理与其它离心泵并无太大区别。但由于化工生产对泵的特殊要求，化工离心泵与其它离心泵相比有以下几个特点：

(1)能适应化工工艺需要

泵在化工生产中，不但要输送液体物料并提供工艺要求的必要压力，还必须保证输送的物料量，在一定的化工单元操作中，要求泵的流量和扬程要稳定，保持泵高效率可靠运行。

(2)耐腐蚀

化工泵输送的介质，包括原料、反应中间物等往往多为腐蚀性介质。这就要

67

求泵的材料选择适当和合理，保证泵的安全、稳定、长寿命运转。

(3)耐高温、低温

化工泵输送的高温介质，有流程液体物料，也有反应过程所需要和产生的载热液体。例如：冷凝液泵、锅炉给水泵、导热油泵。化工泵输送的低温介质种类也很多，例如：液氧、液氮、甲烷等，泵的低温工作温度大都在一20~一10℃。

不管输送高温或低温的化工泵，选材和结构必须适当，必须有足够的强度，设计、制造的泵的零件能耐热冲击、热膨胀和低温冷变形、冷脆性等的影响。

(4)耐磨损、耐冲刷

由于化工泵输送的物流中含有悬浮固体颗粒，同时泵的叶轮、腔体也有的在高压高流速下工作，泵的零部件表面保护层被破坏，其寿命较短，所以必须提高化工泵的耐磨性、耐冲刷性，这就要求泵的材料选用耐磨的锰钢、陶瓷、铸铁等，选用耐冲刷的钛材、锰钢等。

(5)运行可靠

化工泵的运行可靠包括两个含义：一是长周期运行不出故障；二是运行中各种参数平稳。运行的可靠性对化工生产至关重要。若泵经常发生故障，不仅会造成经常停产，影响产量和经济效益，而且有时还可能造成化工系统的事故。化工泵转速的波动，会引起流量及泵出口压力的波动，使化工生产不能正常进行或系统中的反应受到影响，物料不能平衡，不仅造成浪费，甚至造成产品质量下降或使产品报废。

(6)无泄漏或少泄漏

化工泵输送的介质多数为易燃、易爆、有毒、有害的液体，一旦泄漏将严重污染环境，危及人身安全和职工的身心健康，更不符合无泄漏工厂和清洁文明工厂的要求，这就必须保证化工泵运行时不泄漏，在泵的密封上采用新技术、新材料，按规程操作，高质量检修。

(7)能输送临界状态的液体

临界状态的液体，当温度升高或压力降低时，往往会汽化。化工泵有时输送临界状态的液体，一旦液体在泵内汽化，则易于产生气蚀破坏，这就要求泵具有较高的抗气蚀性能。同时，液体的汽化，可能引起泵内动静部分的摩擦胶合，这就要求有关间隙取大一些。为了避免由于液体的汽化使机械密封、填料密封、迷宫密封等因干摩擦而破坏，这类化工泵必须有将泵内发生的气体充分排除的结构。

输送临界状态液体的泵，其轴封材料可采用自润滑性能较好的材料，如聚四氟乙烯、石墨等。对于轴封结构，除填料密封外，还可采用双端面机械密封或迷宫密封等。采用双端面机械密封时，两端面之间的空腔内，充以外来的密封液体；

68

采用迷宫密封时，可从外界引入具有一定压力的密封气体。密封液体或密封气体漏入泵内时，对泵送介质应该是无妨的，如果漏入大气也无害。如输送临界状态的液氦时，双端面机械密封的空腔内可用甲醇作密封液体；输送易汽化的液态烃时，迷宫密封中可引入氮气。

5.9泵的选型

本工艺涉及43个泵，通过智能选泵软件进行泵设备选型。根据工艺要求全部选用离心泵。以P109为例进行设计安装信息如图

典型泵P-109邻二甲苯成品泵设计结果如下图：

图5-1 P-109安装信息

通过智能选泵软件进行泵设备选型得到安装尺寸如图。

69

图5-2安装尺寸

根据工艺要求对流量和效率的调节计算得到工作曲线如图

图5-3

70

对于其它泵设备均按此过程进行计算选型在满足工作要求的条件下达到较好的使用效率。

详细泵设备见附录C

71

第6章 储罐的设计

6.1储罐设计依据

《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007-2007 《钢制球形储罐》GB12337-1998

《化工设备设计手册（上）》朱有庭，曲文海，于浦义主编化学工业出版社 《钢制压力容器》GB150-1998

6.2罐的设计一般规定

（1）罐区的布置应遵守下列规则： ①罐区的布置应结合液体物料的流动布置； ②原料罐区宜靠近厂区物料加工装置； ③成品罐区宜靠近装车区； ④宜利用压力使液体物料自行输送；

⑤性质相近或同一工段的物料储罐应尽量布置在一起。 （2）可燃液体的储存温度按以下原则确定： ①应高于可燃液体的凝固点，低于初馏点； ②应保证可燃气体的质量，减少损耗； ③应保证可燃液体的正常输送； ④应满足可燃液体的沉降脱水的要求；

⑤加有添加剂的可燃液体，其存储温度应满足添加剂的特殊要求； ⑥应合理利用热能；

⑦需加热储存的可燃液体储存温度应低于其自燃点；

⑧对一些性质特殊的液体化工品，确定的储存温度应能避免自聚物和氧化物的产生。

6.3储罐类型确定

（1）可燃液体储罐应采用钢制储罐； （2）液化烃常温储存应选用压力储罐；

（3）储存温度下饱和蒸气压大于或等于大气压的物料，应选用压力储罐； （4）储存温度下饱和蒸气压低于大气压的甲B和乙A类液体，应选用浮顶

72

罐或内浮顶罐，并应选用钢制浮舱式浮盘并采用二次密封装置，对于内浮顶罐应选用金属制浮舱式浮盘；

（5）有特殊储存需要的甲B，乙A类液体，可选用固定顶罐，但应采取限制罐内气体直接排入大气的措施；

（6）乙B和丙类液体，可选用固定顶罐； （7）酸类和碱类宜选用固定顶罐或卧罐； （8）液氨常温储存应选用压力储罐。

6.4储罐的防护及其它

（1）根据SH-3022的有关规定，采取防护措施；

（2）储罐消防，防雷，防静电接地，应符合GB-50160，GB-50074和其它有关标准的规定；

（3）乙类物料罐区附近应设置火灾报警自动按钮，信号应引至消防值班室或控制室；

（4）储罐内物料若容易发生自聚合，例如丁二烯、苯乙烯等，应采取防止自聚物产生的措施；

（5）储存易氧化物料，如裂解汽油，混合C5等，应采取氮气吹扫隔绝空气的措施；

（6）储存温度下饱和蒸气压大于或等于大气压的甲B类液体储罐和压力储罐应采取减少日晒升温的措施。

6.5储罐设计

1、产品储罐 （1）对二甲苯储罐

对二甲苯为25℃常压液态存储，为保证短期产品积累情况下能够正常运行，选择存储时间为15天，即360小时，体积流量94.33m³/h，装填系数为0.8。所需体积V=(94.33³360)/0.8=39462.5m³。选择10000m³圆筒形储罐4个，标准号为HG21502.1-92-235。

（2）邻二甲苯储罐

邻二甲苯在25℃常压存储，设计存储时间为15天，即360小时体积流量10.17m³/h，装填系数为0.8。则所需体积V=（10.17³360)/0.8=4576.5m³。选择5000m³圆筒形储罐标准号为HG21502.1-92-238。

（3）苯储罐

73

苯在25℃常压存储，设计存储时间为15天，即360小时，体积流量47.8m³/h，装填系数为0.8。则所需体积V=（47.8³360）/0.8=20510m³。选择10000m³圆筒形储罐2个，标准号为HG21502.1-92-241。

（4）重芳烃

重芳烃在25℃常压存储，设计存储时间为15天，即360小时，体积流量14.6m³/h，装填系数为0.8。则所需体积V=（14.6³360）/0.8=6570m³。选择10000m³圆筒形储罐，标准号为HG21502.1-92-241。

（5）不合格产品罐

刚开车产出的产品不合格，不还需要一个不合格产品储罐体积选1000m³。选择1000m³圆筒形储罐，标准号为HG21502.1-92-215。

2、原料储罐 （1）重整塔底油

重整塔底油为30℃加压液态存储，由于原料由总厂提供，选择存储时间为5天，即120小时，质量流量34492Kg/h，液态重整塔底油30℃密度：760Kg/m³，装填系数为0.8。所需体积V=（120³34492/760）/0.8=7395m³。选8000m³球形储罐。

（2）环丁砜装置抽出液

环丁砜装置抽出液为73℃常压液态存储，由于原料由总厂提供，选择存储时间为5天，即120小时，体积流量134.5m³/h，装填系数为0.8。所需体积V=（120³134.5）/0.8=20175m³。选择10000m³圆筒形储罐2个，标准号为HG21502.1-92-241。

(3)氢气

氢气为30℃加压存储，由于原料由外购买，考虑氢气的消耗量较小46kg/h，储存15天，即360h，液态氢的密度为70kg/m³，装填系数0.8。则所需体积V={（46³360）/70}/0.8=295.7m³。选择300m³球形储罐。

本厂涉及的储罐的设计要求如表6-35所示

表6-1本厂储罐的设计

产品 对二甲苯 邻二甲苯 苯 重芳烃

温度 ℃ 25 25 25 25 压力 Mpa 常压 常压 常压 常压 质量流量 kg/h 81250 8942.7 41737.05 5408 74

体积流量 m3/h 94.33 10.18 14.58 47.86 存放天数 D 15 15 15 15

不合格产品 原料 重整塔底油 环丁砜装置抽出液 氢气 解吸剂 产品 25 ℃ 185 73 25 185 温度 常压 Mpa 0.2 0.05 0.1 0.1 压力 -- kg/h 34491 110000 1814 45331 质量流量 -- m3/h 5940 134.46 2.33E+07 63.178 体积流量 1 D 5 5 3 3 存放天数

具体储罐设置方案请见初步设计说明书附录C。

75