毕业设计--500万吨年常减压装置常压汽提塔机械设计 精

第一章绪论

一设计任务、设计思想、设计特点

(一) 设计任务

500万吨/年常减压装置常压汽提塔机械设计

主要参数如下：

操作压力：0.07MPa 塔内直径：Φ1400/Φ1800

设计压力：0.24MPa 塔内塔盘数：24

最高操作温度：390℃保温层厚度：硅酸铝镁120/150㎜

塔总高：31675㎜容器类别：一类

塔基础高：4500㎜塔内介质平均密度：830Kg/m3

地震烈度：8度其他参数：参照茂石化四蒸馏

基本风压值：500Pa 建造场地类别：Ⅱ类

(二) 设计思想

1 根据GB《钢制压力容器》与JB《钢制塔式容器》等国家标准为基础进行设计。

2 满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。

3 满足经济上的要求，设计省热能和电能的消耗，减少设备与基础的费用，选择合适的回流比，节省冷却水，设计时要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。

4保证生产安全，保证塔设备具有一定的刚度和强度。设计中设计压力确定壁厚,再校核其他载荷作用下容器的应力,是容器有足够的腐蚀裕度。

5 采用某些高新技术（如：一脱三注）或应用某些工艺系统来降低原料的含硫量，减缓腐蚀，延长设备的使用寿命。

(三) 设计特点

1 塔设备是石油、化工、轻工、食品等工业部门中重要的设备之一，塔设备通过其内部的结构使气（汽）液两相或液液之间充分接触，进行质量传递和热量传递。通过塔设备完全的单元操作有：精流、吸收、解吸、萃取、冷却等。

2 塔的结构形式各异，但根据塔内件，一般可将塔分成板式塔和填料塔两大类，两者的基本结构可以概括为：塔体、内件、支座、附件等。

3 塔设备安置在室外，在风力作用下产生振动破坏，而必须做好防振工作，除外，塔设备还要承受介质正压力，重力载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷等，这些都会给塔体造成破坏，因此塔设备必须有足够的刚度和强度。

4 对于化工容器考虑腐蚀、设备疲劳、蠕变、振动以及技术的更新换代，本塔设计寿命为20—30年。由于本塔介质易燃易爆，故要求密封性能好。

二本设备所在装置的简单工艺流程和装置中的作用

(一) 工艺流程

1 常顶油气，水蒸气从塔顶挥发线出来，进入冷却器，经冷凝冷却器冷凝的油气进入容器，在容器里进行油、水、气分离。冷凝液由泵踌躇，一部分返回塔顶作冷回流，另一部分送至轻烃回收装置的吸收塔或碱洗后出装置。末冷凝的气体与初顶不凝气合并经初常顶油气冷凝器后去轻烃回收装置或去火炬。

2 常顶循环回流线自塔顶层馏出，由泵送去换热器，换热后返回塔内。

3 常一线自塔内馏出，进入气提塔上段，油气返回塔内，馏出油由泵抽出，经换热器材换热后，进入冷却器冷却至40—60℃后作煤油脱臭原料。

4 常一中自塔内馏出，由泵抽送至换热器换热后与初侧线合并返回塔内。

5 常二线自塔内馏出，进入气提塔中上段，油气返回塔内，馏出油由泵抽出，经换热器换热后，进入冷却器冷却至50—70℃，进入柴油电精制塔，再经柴油沉降罐，盐脱水罐后出装置。

6 常二中自塔内馏出，由泵抽送至换热器换热后返回塔内。

7 常三线自塔内馏出，进入气提塔中下段，油气返回塔内，馏出油由泵抽出，经换热器换热后，进入冷却器冷却至50—70℃，并作重柴油出装置，亦可经柴油电精制系统后作柴油出装置。

8 常四线自塔内馏出，进入气提塔下段，油气返回塔内，馏出油由泵抽出，经换热器换热后，进入冷却器材冷却后作催化料出装置。

9 过气化油自塔内抽出，返回塔内。

10 常底重油由泵抽出，进入加热炉加热至390℃后进入减压塔。

(二) 本设计在装置中的作用

在石油炼制过程中，用得最多的是分馏塔，也叫精馏塔。为了把低沸点得组分排除掉，故用到汽提塔，汽提塔又可将常压塔分出得低沸点组成分分成汽油、煤油及润滑油。

(三) 工艺流程图见下图：

三主要设计参数的确定和说明

(一) 设计压力

设计压力是指确定的容器，顶部的最高压力与相应的设计温度作为设计载荷条件，它的值不低于工作压力，稍高于最高工作压力。容器的最大工作压力是指在正常操作条件下容器可能出现的最高表压力。

本设计的设计压力为：0.24 MPa

(二) 设计温度

设计温度是指容器在工作过程中在相应设计压力下壳体壁或部件金属可能达到的最高温度和最低温度。设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度，对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可达到的最低温度。

本设计的设计温度为：390℃

(三) 焊缝系数

焊缝系数表示金属与母材的强度比值，反映容器强度受削弱的程度。大多数容器采用焊接结构。焊接时由于可能出现焊接缺陷，如未焊透、夹渣、气孔等。焊缝往往是容器强度比较薄弱的环节。因此在设计中用焊缝系数表示焊缝金属母材强度的比值。它的大小视焊缝接头形式和无损探伤的要求而定。具体按下表选择：

本设计焊缝系数Φ＝０.85

(四) 壁厚附加量

壁厚附加量由两部分组成：钢板或钢管厚度的负偏差C

１与腐蚀余量C

２

，按相应钢

板或钢管选取。当钢板厚度负偏差不超过0.25时，且不超过名义厚度的６％时，可取C

１

＝０，对于C

２当钢板为碳素钢或合金钢时，取C

２

不小于１mm，对于不锈钢，当介质的腐

蚀极微时，取C

２

=0。此外壁厚附加量不应计入加工制造的减薄量中去。压力容器元件的

加工制造减薄量由制造单位依据各自的加工工艺和加工能力自行选取。只要保证压力容器的实际厚度不小于名义厚度减去钢材壁厚负偏差就可以了。

(五) 许用应力

许用应力是容器壳体等受压元件的材料许用强度，取材料的极限强度除以相应的安全系数。根据我国标准《钢制压力容器》（GB150），钢板许用应力值由GB150表4-3查得：20R在390℃下的许用应力为87Mpa安全系数的选定对容器的安全性，先进性和经济性有着直接的关系。

充分考虑钢才的各方面特性，取筒体的安全系数为n

s

=1.5，地脚螺栓的安全系数为

n

s

=1.6。

第二章材料的选择和论证

塔设备是石油、化工等工业部门中最重要的设备之一，气液或液液两相在塔内充分接触，可达到相传热或传质的目的。

塔设备与其他化工设备一样，是置于室外的无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造，这是由于钢材具有足够的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也较成熟，在大型设备中优势明显。

钢板的选择一般要注意以下问题：各类钢板在不同厚度和热处理状态下，允许使用的介质、压力及温度范围。为节约不锈钢和降低成本，且厚度较厚时，可尽量选择不锈复合钢板或用碳钢的结构。

此外，选材的另一个方面就是考虑装置的腐蚀形态和材料的防腐性能。由于本塔的操作介质是高含硫原油，在加工过程中必然带来一系列严重的腐蚀问题。因此，以下是根据装置的压力、温度、介质腐蚀形态、防腐措施等方面对设备材料进行选择论证：

一考虑机械性能对设备材料进行选择论证

钢材应满足强度，延塑性和韧性的要求。机械强度是材料抵抗外力作用而避免产生屈服和断裂破坏的能力，它是决定钢材许用应力的依据。钢材级数的提高总是伴随着延塑性和冲击韧性的下降，对应力集中比较敏感，从而带来制造工艺的困难和防止脆性性能破坏性的下降，抵抗循环破坏的能力也差。延塑性是反映材料塑性变形的能力，一般是以钢材在断裂前塑性变形量的大小来计算。韧性是反映钢材延塑性和强度的综合指标，反映钢材在断裂破坏前吸收能量的能力。

二考虑腐蚀方面对设备材料进行选择论证

(一) 采用“一脱三注”工艺防腐措施

腐蚀理论与实践证明，充分脱除原油中盐类及减少水解后产生HN是控制三塔及凝气系统中的N离子关键步骤，是防止停汽时可能产生不锈钢应力开裂的有效措施，同时，它还可以脱镍、钒、钠离子，防止原油杂技对后部的二次加工生产催化剂中毒等不利影响。

“三注”措施即在三塔发挥线上设置注水、注氢和注缓蚀剂。

(二) 应用耐蚀材料

本筒体按加工高含硫原油选材，根据原油含硫腐蚀突出的特点，综合考虑材料的强度、刚度、防腐性能，膨胀系数以及使用温度、压力、厚度等方面因素，确定筒体和封头都选用20R+0Cr13不锈复合钢板。根据各种材料在使用性能上的区别，具体分析如下：

1 在强度方面，Q235-A符合要求，却不能满足其他性能要求16Mn强度高，但价钱昂贵，反而会提高成本，不符合经济性能。对于18-8钢，由于它的膨胀系数与20R 相差较大，在设计温度下使用易出现钢板脱层现象，故不用18-8钢，而0Cr13与20R 的膨胀系数较接近，采用。

2 衬里材料要求结构强度低，以降低施工难度，又因其易出现鼓泡，龟裂和渗漏现象，所以还是使用复合钢板较好，这样既节省了不锈钢，又有较高的结构强度和风度，且0Cr13的可焊性良好使设备方便。

3 采用防腐措施主要以抗高温硫和低温H2S+HCl腐蚀为主，易腐蚀部位用20R+0Cr13复合不锈钢板。

(三)优化结构设计

由于工艺防腐措施存在着很大的局限性,因此,除了合理地选择材料之外,还必须依靠合理的结构设计,可减少或防止腐蚀的产生。

三各主要部件材料的选择与论证

钢材要有良好的冶金质量，应该满足强度、塑性与韧性要求，而且有良好的可焊性和冷热加工性。选择材料时，还要考虑各钢材在不同厚度和热处理状态下允许使用的介质、压力、温度等，非压力容器用钢应该有条件的选用合适的钢材。

(一) 塔盘

塔盘材料的选用应该考虑材料的防腐性能，加工性能及耐热性能，故塔盘材料选用1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti不仅有足够的强度和刚度，还可以抵抗高温下的硫侵蚀，对本塔塔盘加工高含硫原油有很好的防腐作用。支承梁也用1Cr18Ni9Ti，属于耐热不锈钢。

(二) 裙座

由于裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因此不受压力容器用材所限，可以选用较经济的碳素结构钢。裙座的选材还应考虑到载荷、塔的操作条件，以及塔釜封头的材料等因素，在室外操作的塔还要考虑环境温度。

考虑到塔设备在常温下操作，而且必须有足够的强度以承受载荷作用，故选用

Q235-A,而Q235-A有缺口敏感及夹层等缺陷，因此仅能在常温操作且不是以风载或地震载荷确定裙座壁厚的场合。

而且因为塔釜封头材料为20R+0Cr13，考虑到操作条件、环境、温度等因素，塔体与裙座之间应有过渡段，由于塔体温度较高，裙座温度较低，但两者材料不同，为保证焊接质量，过渡段应选用与塔体相同的20R。

而地脚螺栓则选用Q235-A。

(三) 法兰

塔内介质为高含硫原油，腐蚀较严重，且操作温度较高，选用耐腐蚀的1Cr18Ni9Ti 作为法兰的材料。

(四) 其余部位选材

考虑到经济问题,及材料的加工性能及耐热,耐蚀性能,其他的盖板,垫板,筋板,环板均采用Q235-A钢,而补强圈,爬梯扶手,管嘴均采用1Cr18Ni9Ti。考虑到封头与筒体焊接在一起,为了保证各焊接性能,选各封头的材料为筒体的材料:20R + 0Cr13复合不锈钢板。

第三章结构型式的选择与论证

塔设备按内件结构可分为板式塔、填料塔和转盘塔等。由于板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便，在工业广泛应用，本设计也选用板式塔。

而板式塔是分级接触气液传质设备，种类繁多，主要塔型有浮阀，筛板及泡罩塔。

(一) 泡罩塔

泡罩塔操作稳定可靠，操作弹性大，在负荷变化范围较大时仍能保持较高的效率，生产能力大，气液比范围大，不易堵塞，能适应多种介质。但其结构复杂、造价高、安装维修麻烦以及气相压力降较大。

(二) 筛板塔

筛板塔结构简单，易于加工，造价约为泡罩塔60%，为浮阀80%左右，处理能力比泡罩塔大，塔板效率高，压降较低。但其安装水平度要求较高，易造成气液接触不匀，操作弹性小，而且小筛板容易堵塞。

(三) 浮阀塔

浮阀塔与50年代初期在工业上开始推广使用。浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点。它的处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增20％～40﹪。而接近于筛板塔，操作弹性大，一般约为5～9，比筛板，泡罩，的操作弹性要大得多。塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。气体压强降及液面落差较小。使用周期长，黏度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。构造简单，易于制造，故造价低，起制造费约为泡罩塔的60％～80％，而为筛板塔的120％～130％。

综合考虑后，本设计选用浮阀塔型。而浮阀

又可分为两类：分别是盘状浮阀，和条状浮阀。

考虑到盘状浮阀在操作过程中有时阀片会旋转或

卡死等现象，故采用条状浮阀，如右图:

一塔盘、封头、裙座、法兰、进出口结构型式的选择

(一) 塔盘结构形式的选择与论证

1 塔盘选择

板式塔塔盘可分为溢流式和穿流式两类。因为溢流式塔盘有降液管，塔盘上的液层高度可通过溢流堰高度来控制，因此溢流式塔盘操作弹性大，且可保证一定的效率，而穿流式塔盘的操作弹性效率较差，因此使用溢流式塔盘。

而对于溢流式塔盘又可以分为整块式

与分块式塔盘。一般塔径在800mm－900mm以

下时，为了便于安装与检修，建议采用整块

式塔盘；当塔径在800mm－900mm以上时，人

可以在塔内进行装拆，可采用分块式塔盘。

而本设塔径为1400mm与1800mm，因而采用分

块式塔盘。且其可再分为单流与双流塔盘。

综合以上各点，在本设计中对于1400mm

塔

径段采用分块式的单流型塔盘，对于1800mm

塔

径段采用分块式的双流型塔盘。结构图如右:

2 降液管

降液管是塔板间液体流动的通道，也是溢流液中夹带的气体得以分离的场所。降液管有圆形和弓形两种。圆形降液管的流通面积小，没有足够的空间分离溢流液中的气泡，气相夹带严重，塔板效率较低。由于泡沫分离不好，容易产生拦液，影响塔板的操作弹性，塔板面积的利用率也较低，因此除液体负荷很小的小塔以外，一般均推荐采用弓形降液管。

常用的降液管形式有垂直式，倾斜式和阶梯式，本设计采用倾斜式降液管。

各种形式降液管如下几图所示：

3 受液盘

为了保证降液管出口处液封，在塔盘上设置受液盘，

受液盘可分为凹形受液盘和平形受液盘。受液盘的型式对

侧线取出、降液管的液封和液体流入塔盘的均匀性都有影

响，考虑到以上因素，对于Φ800mm以上的大塔，一般采

用凹形受液盘，因为这种型式便于液体的侧线抽出；在液

流量较低仍可形成良好的液封；对改变液体的流向具有缓

冲作用。如右图为可拆式平形受液盘。

4 溢流堰

溢流堰的作用是维持板上有一定液层，并使液流均匀，除了个别情况（如很小的塔）外，在降液管前均应设置出口堰。单流型：lw =(0.6-0.8)D;双流型：lw =(0.5-0.7)D （D为塔盘直径）由于本塔设备采用凹形受液盘，故不设入口堰。

5 折流挡板

塔盘上容易发生液流短路的地方（如主梁上方，靠近塔壁处）应设置折流挡板。折流挡板的高度为溢流堰高度的2倍，折流挡板的厚度不小于塔盘板厚度。折流挡板可制成可拆结构或焊与塔盘上的固定结构。本设计采用可拆式折流挡板。

6 排液孔（泪孔）

板式塔在停止操作时，塔盘，受液盘，液封盘等均应能自行排净存液，否则就要开设排液孔。通常此孔都开在塔盘溢流堰附近，这在正常操作时对塔板效率的影响很小。此外，在塔板最低处，也应开设少量排液孔，是塔盘集液能完全排尽。

排液孔的直径及孔数，根据液体流动性及规定的排空时间而定。而排液孔一般取Φ8—Φ15mm，开孔数可按每m塔盘面积有1.0—3.0cm。对受液盘，封液盘则不论面积大

小，至少设一个Φ10mm的排液孔。

7 塔盘的紧固件

(1)螺纹紧固件螺纹紧固件可用于塔盘板

之间的连接，有上可拆，下可拆与上下均可拆三

种型式。如右图为上可拆连接：

(2)卡子适用于板式塔塔盘中下列零部件之间的连接：塔盘板与支撑圈的连接；受液盘与支撑圈、连接板的连接；密封盘与支撑圈、连接板的连接。

8 塔板的布置

整个塔板可分为如图可分为四个区域：

(1) 鼓泡区图中虚线以内的区域为鼓泡区。塔板上气、液接触构件（浮阀）设置在此区域内，故此区为气、液传质的有效区域。

(2) 溢流区降液管及受液盘所占的区域为溢流区。

(3) 破沫区鼓泡区与溢流区之间的区域为破沫区，

也称安定区。此区域内不装浮阀，在液体进入经液管之前，

设置这段不鼓泡的安定地带，以免液体大量夹带泡沫进入

经液管。

(4) 无效区无效区也称边缘区，因靠近塔壁的部分需要留出一圈边缘区域，以供支承塔板的边梁之用。

9 浮阀的数目与排列

浮阀塔的操作性能以板上所有浮阀处于刚刚全开时的情况为最好，这时塔板的压强降及板上液体的泄漏都比较小而操作弹性大。浮阀的开度与阀孔处气相的动压有关，而动压又取决与气体的速度与密度。

阀孔气速与每层板上的阀孔数N的关系如下：

N=4Vs/3.14×d2u0

式中：Vs—上升气体的流量，m3/s；

d—阀孔的直径，d=0.039m。

浮阀在塔板鼓泡区内的排列有正三角形与等腰三角形两种方式，按照阀孔中心联线与液流方向的关系，又有顺排与叉排之分，如图所示。叉排对气、液接触较好,故一般都采用叉排。一层板上的阀孔总面积与塔截面积之比称为开孔率,开孔率也是重塔气速和阀孔气速之比。塔板的工艺尺寸计算完毕,应该算塔板开孔率,对常压塔或减压塔开

孔率在10%—14%之间。

(二) 封头结构型式的选择与论证

封头的结构设计要充分考虑其几何特性，承载能力和制造技术，作出全面的评论。封头的型式主要有以下几种：

1半球形封头

这种封头的几何形状实际是半个球壳，有薄膜应力分析可知，其最大应力仅为同样直径圆筒筒体的一半，是各种封头中受力最好的一种；在相同容积中球形封头的表面积最小，因此最节省材料并广为应用。但从制造性能方面来看，其缺点是深度大，当直径较小时，整体冲压成型较难；当直径较大时，虽可采用分瓣冲压技术，但拼焊工作量较大。

2碟形封头

这种封头由三部分组成：球面、过渡段、圆筒直边段。在三部分的连接处造成了经线曲率发生突变，在过渡区边界上的不连续应力比内压薄膜应力大得多，故其受力状况不佳。但由于过渡段的存在降低了封头的深度，其成型加工还是比较方便的。

3椭圆形封头

这种封头是由半个椭球面和一圆筒直边段组成，其结构设计充分吸取了半球形封头受力好和碟形封头深度浅的优点，其应用最广泛。由于椭圆形封头几何特性造成的经线曲率平滑连续，故封头中的应力分布比较均匀。

4无折边封头

这种封头是部分球面封头与圆筒直接连接，其结构造型简单，由于球面与圆筒连接处曲率半径发生突变，而且两壳体因没有公切线而存在横向推力，所以产生相当大的不连续应力，所以这种封头只能用在压力不高的场合。

5锥形封头

锥形结构的封头强度并不理想，但在生产工艺应用中，锥形封头有利于气体的均匀进出，也有利于悬浮或固体颗粒等的排放，并常作为不同直径圆筒的过渡段，因此也是压力容器最常用的受压元件之一。

6平板封头

这是各种封头结构最简单、制造最容易的一种封头形式。因其承受横向载荷造成圆平板弯曲，受力状态最差，因此对于同样直径和压力的容器，采用平板封头的厚度最大，材料消耗最多。但由于制造最容易，在压力不高的场合仍可得到应用。

综合考虑受力情况和封头造价，根据工艺过程、承载能力、制造技术等方面进行安全、经济、可靠的综合分析，本设计的上、下封头均采用椭圆形封头；内封头用球面封头。

(三) 裙座结构形式的选择与论证

为了制造方便，裙座一般选用圆筒形，对直径小而细高的塔（当Dg≤1m，且H/Dg ＞25或Dg＞1m且H/Dg＞30）为了提高设备的稳定性及降低地脚螺栓和基础环支承面上的应力，可采用锥形裙座。裙座直接焊在塔釜封头上，焊接形式有搭接和对节两种。如图(a)与(b)所示：

1 裙座与塔体封头的连接

裙座直接焊在塔釜封头上,焊接形式有搭接和对接两种。如图所示: 图(b)为搭接型式,座体焊在塔体外侧,这种连接型式焊缝承受剪切载荷,受力情况较差,只是因为安装方便,才在一些小塔或焊缝受力较小的情况下采用。图(a)为对接型式,裙座筒体外径与塔体相同,焊缝承受压缩载荷,且使封头局部受载,为避免焊缝外应力集中,焊缝处应予以修磨,特别是低温塔及高寒地区的室外自支承塔,为了减少应力集中,不得采用加班费高焊缝的结构。对较高或细长的塔,焊缝应进行探伤检查,采用对接焊缝时,若裙座与封头等厚,封头切线至裙座顶之距离h可查有关设计规定。

本设计选用对接式焊缝。

2 地脚螺拴

地脚螺栓座是由筋板和压板组成如图所示：

地脚螺栓较多时,筋板可以均匀布置。如图(a)

所示,此时压板可以制成圈。当相邻地脚螺栓的间距

较大时,其间可布置几块筋板,如图(b)所示：

3 手孔和人孔

人孔是安装或检修人员进出塔器的唯一通道。人孔的位置应便于人员进入任何一层塔板,但由于设置人孔处的塔板间距要增大,且人孔设置过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求。所以,一般板式塔每隔10—20层塔板或5—10m塔板,才设置一个人孔。板间距小的塔按塔板数考虑,但在气液进出口等须经常维修清理的部位,应增设人孔,另外在塔顶和塔釜,也应各设置一个人孔。

在设置人孔处,塔板间距不得小于600mm,塔体上宜采用垂直吊盖人孔或回转盖人孔。人孔的选择应考虑设计压力,实验条件,设计温度,物料特性及安装环境等因素。人孔法兰的密封面形式及垫片用材,一般与塔的接管法兰相同,操作温度高于350℃,应采用对焊法兰人孔。人孔应用JB标准,按设计压力及公称直径选用,手孔是为小直径塔而设,以便于塔内部件的清理,检查或拆装。

4 排气孔

塔运行中可能有气体逸出,就会聚积在裙座与塔座封头之间的死角区中,它们或者是可燃的,或者是对设备有腐蚀作用的,并会危及进入裙座的检修人员,因此必须在裙座上部设置排气管或排气孔。当裙座上方设的防火层或保温层较厚时,排气管两端伸出裙座内外壁的长度应为敷设层厚度加50mm。当裙座上无敷设层时,可不用排气管而仅开设

=(50—100)mm,孔中心至封头切线距离排气孔,排气孔的数量和排气管相同。孔直径d

2

H=(130—300)mm。

(四) 法兰的结构型式选择与论证

1 法兰类型

由于生产操作的需要以及制造、安装、检修、和运输上的方便，压力容器经常要设计为可拆的结构。可拆联接型式很多，其中法兰联接最为普遍。为了保证容器正常而且安全的运行，可拆结构应满足以下几点：联接处密封可靠；有足够强度；能迅速并多次重复装拆；经济合理。

在法兰密封结构中，法兰为被联结件，其作用是将拧紧联接螺栓产生的压紧力传递到密封垫片上，并与密封垫片均匀地紧密接触，形成必要的密封条件。法兰联接结构是一个组合件，它由联接件、被联接件、和密封元件组成。由于操作条件，垫片材料和

结构型式的不同，法兰的受力也不同，加之安装与拆卸的考虑和使用场合各异，法兰按结构可以分为以下几种型式：

(1) 整体法兰 这类法兰通常带有一个锥形截面的颈脖。由于锥颈的作用，这种法兰的强度和刚度都较高，适用于压力、温度较高的重要场合。但是这类法兰与壳体形成一整体，法兰受力后会使容器产生附加弯曲应力。如下图所示：

(2) 活套法兰 这类法兰并不直接固定于壳体上,只是松套在凸缘或翻边上,故又称为自由法兰。活套法兰受力与整体法兰不同，它不会在容器或管子上产生附加弯曲应力。活套法兰的优点是：形状简单，制造方便，安装和更换方便；可以采用与设备不同种类的材料，从而可以节省贵重金属。但由于法兰要承受全部载荷，其厚度尺寸要大一些。如下图所示：

(3) 平焊法兰 这是中、低压容器或管道上最常用的法兰型式。这类法兰的受力特性介于整体法兰与活套法兰之间。这类法兰结构简单，加工方便。我国国家标准（GB150-89）《钢制压力容器》规定对于平焊法兰为简易起见，当满足下列条件时也可按活套法兰计算：δ0≤15mm ，D i /δ0≤300,p ≤2MPa,操作温度小于或等于370℃。其中

δ0——法兰颈部小端有效厚度，mm

D i ——法兰内直径，mm

综合考虑，本设计选用活套法兰。

2 法兰标准

法兰的使用极其广泛，按不同使用场合，使用要求，法兰的尺寸多种多样，为了便于成批生产，提高生产效率，降低成本，保证质量和便于互换，我国有关部门已制定了一系列法兰标准。法兰标准是根据不同的公称直径和不同的公称压力制定的。 3 法兰密封

一般说来，流体在密封口泄漏有两种途经：一是垫片泄漏，二是压紧面泄漏。其情况

在实际工作中，影响法兰联接密封的因素是多方面的，有正常因素也有不正常因素。从设计应考虑的影响因素分析，影响法兰密封的主要因素有：垫片性能；压紧面型式；螺栓预紧力；法兰刚度；操作条件等。其中最主要的是前两者，应从这两方面考虑。

4 压紧面选择

压紧面主要根据工艺条件、密封口径以及准备采用的垫片等进行选择。压紧面的几何尺寸和表面加工质量要求，必须与相应的垫片相配合。

在中、低压容器和管道中常用的法兰压紧面型式有三种：如图所示

(1) 平面型密封面

这类密封结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。但这种压紧面与垫片接触面积较大，预紧时，垫片容易被挤到压紧面两侧，不易压紧，所以所需压紧力较大，密封性能较差。一般适用于压力不高，介质无毒，非易燃易爆场合。

(2) 凹凸型密封面

这类压紧面是由一个凸面和一个凹面相配合组成。在凹面放置垫片，其优点是便于对中，能防止软质垫片被挤出，而且压紧面比平面型密封面窄，较易密封。使用于公称直径DN≤800mm ,公称压力PN≤1.6—6.4MPa的法兰联接。

(3) 榫槽型密封

这类压紧面是由一个榫面和一个槽面相配合组成，垫片放在槽内。由于垫片较窄，又受槽的阻力，不会被挤出，故此以上两种压紧面均易获得良好的密封效果。垫片较窄，压紧垫片所需的螺栓力较小，压力较高时，螺栓尺寸也不会过大。但是其结构与制造都比较复杂，更换垫片也较费事。凸面部分容易破坏，拆卸是要十分小心。这类密封面适用于易燃易爆、有毒介质，以及压力较高的重要场合。

本设计，压力并不太高，综合考虑后选用凹凸型密封面。

5 垫片选择

垫片是法兰连接的核心，密封效果的好坏主要取决与垫片的密封性能。在垫片选择时，应根据温度、压力及介质的腐蚀性确定垫片的材料，结构型式和尺寸。同时也应考

虑垫片的价格，制造容易，更换方便等条件。

常用垫片分为：非金属、金属、组合式垫片三种。

(1) 非金属垫片非金属垫片的优点主要是柔软、耐腐蚀、价格便宜，但耐温度和压力性能较差。多用于常、中温和中、低压容器的法兰密封。使用最多的是石棉、橡胶及合成树脂材料。

(2) 金属垫片金属垫片具有耐高温、耐高压、耐油、耐腐蚀等优点。金属垫片材料一般并不要求强度高，而是要求韧性。常用材料有软铝、铜、软钢、不锈钢、合金等。金属垫片的截面形状有平形、波形、齿形、八角形等。金属垫片主要用于中、高温和中、高压的法兰联接密封。

(3) 组合式垫片组合式垫片采用金属和非金属材料配合特制而成。一般是用不同材料的金属薄板把非金属材料包裹起来，压制而成。金属材料在外层，可耐高温、耐腐蚀，非金属材料在内层，使垫片具有良好的弹性和回弹能力。这样一来，组合后的垫片可满足高温、振动、温度波动、高压等工作状态下的密封要求。

综上所述可知，垫片的作用是封住压紧面之间的间隙，增大密封口阻力，阻止流体泄漏。因垫片与介质直接接触，所以，合理选用密封垫片，对法兰密封效果及法兰尺寸有很大影响。垫片选择应根据温度、压力，介质腐蚀性来确定，同时要考虑经济性，但是要全部满足是不可能的，具体选用时要从实际综合考虑。所以本设计选用金属垫片。（五）进出口结构形式设计

塔体上设置了各种接管，由于各类接管的设计要求不同，因此塔体上各种接管具有不同的结构特点。本设计的出口主要是指气体进、出口管，塔壁的侧线常油出口及塔底渣油出口。

1 气体进、出口管

对于气态进料口，可安装在塔板间的蒸气空间内，一般可将进气管做成斜切口以改善气体分布或采用较大管径使其流速降低。达到气体均匀分布的目的。其锥形挡板有除沫作用。

2 气液进料管

在这种情况下,不仅要求进料均匀,且要求液体通过塔板时蒸汽能分离出来,当然也用下图的T型进料管。但支管上方应开排气孔,液体进料孔与垂直线成15°夹角,以免物

料冲击塔板。

3 塔底渣油出口

釜液从塔底出口管流出时，会形成一个向下

的旋涡，使釜底液面不稳定，且能带走气体。如

果出口管路有泵，气体进入泵内，会影响泵的正

常运转。故一般在塔釜出口管前应装设防涡流挡

板。塔釜出口的防涡流挡板结构如右图所示：

二平台梯子结构形式的确定

（一）平台结构形式的确定

1 操作平台的设置及尺寸

(1) 操作平台应设置在人孔、手孔、塔顶吊柱液面计等需要经常检修和操作的地方。操作平台的的布置使得检修时不再需要另外设置脚手架和缆线。

(2) 布置在一起的塔，可将平台连接起来，造成联合平台。

(3) 平台下的地面往往是通道，所以低层平台的净空间高度不应小于 2.0m，各层平台之间的最小间距也不得小于2.0m。若无特殊要求层间距也不应大于8m。

(4) 操作平台的宽度应根据检修的需要而定，一般为0.8—1.2m，最小不得小于0.6m。

(5) 弧形平台的包角应依据工艺配管液面计接管及人孔等的位置而定。除塔顶外，一般设置全平台。

(6) 平台的内缘与塔壁之间应留有一定的间隙以便于进行设备的保温油漆工作。一般情况下无保温层的间隙为100mm。有保温层时，至保温层的表面的间隙为50mm.。

(7) 低温塔的平台，其焊在塔体上的连接板与平台连接件之间应垫以石棉或软木，以减少热交换与能量消耗。

(8) 支承平台的槽钢梁一般应沿平台外围同等分安排，有邻梁之间的最大间距不大于1.5m。

2 平台的载荷

平台的载荷应根据具体的使用情况确定，一般按最小均布载荷为2000pa，集中载荷为4000N考虑。对于在操作维修中有可能长期堆置重物的平台应作特殊考虑。

3 平台的材料

平台全部为钢结构，材料一般用A3F，当塔体材料采用不锈钢时，塔体上补板及平台连接板的材料应选与塔体一样。

4 铺板

平台铺板一般宜采用花纹钢板或钢板钢。若采用一般钢板时，须用模具在钢板上敲出圆形膨点且开排水孔。

(二) 梯子结构形式的确定

1 设置梯子的一般原则

(1) 不经常操作的平台，可采用直梯，若采用斜梯则角度应小于60°。

(2) 直梯高度一般不应超过5m，若超过5m时，应设中间休息平台，当直梯标高超过4m时，应设安全笼，从地面至安全笼第一圈的距离为2m—2.4m。

(3) 笼梯相邻护圈的间距为1.0m—1.3m，不得大于1.5m，以免失去安全作用。

(4) 梯子至塔体、保温层外表面的距离至少为200mm，当塔体上有加强圈时，则距离好须适当加大。

(5) 低温塔的梯子，其连接件及焊在塔上的连接板之间应垫以石棉或软木。

(6) 当平台距离地面高度大于4m或平台间大于3m时，梯子应设置安全门。

(7) 梯子的最底一级踏步应高出地面（或平台面）150—450mm，相邻的踏步之间的间距一般为300mm

(8) 塔内，如易燃易爆的物料，则应考虑到平台上人员及时疏散和救火的方便。

2 梯子的载荷

梯子的踏步应能承受1000N的短期集中载荷，整个梯子应能承受4500N的集中载荷，扶手在任意点应能承受任何方向作用的900N载荷。

3 梯子材料

梯子所有构件一般均采用A3F，当塔体为不绣钢时与塔体相焊的连接板应采用同种材料。高温操作的塔，连接板应与塔体完全焊透，焊缝应打磨光洁，以减少热应力的影响。

(三) 本次设计的平台和梯子的设置如下：

1 平台的设置

每个人孔的下方位置设置一层平台，每层平台的包角为180°，内径为1800mm的塔段上的平台的内径为2166mm，宽度为1m；内径为1400mm的塔段上的平台的内径为1744mm，宽度为1m。平台离人孔中心的距离为1m，平台主保温层表面的间隙为50mm。

2 梯子采用开式斜梯，角度为45°，宽为1m.

三塔顶、塔底与进料空间高度的确定

(一) 塔顶空间高度的确定

塔顶空间是塔顶第一块塔板到塔顶切线的距离，为了减少塔顶出口气体中携带液体量，塔顶空间一般取1.2—1.5m，以利于气体中的液滴自由沉降，本设计取塔顶高度为

1.5m。

(二) 塔底空间高度的确定

塔底空间是塔底第一块塔板到塔底切线的距离，当进料没有15min的缓冲时间的容量时，塔底产品的停留时间可取3—5min。否则需要15min左右。但对塔底产量大的塔，停留时间一般也是3—5min，对易结焦的介质，塔底停留时间应缩短，一般为1—1.5min.

(三) 进料空间高度的确定

原料进料段的高度，取决于进料的结构型式及介质状态。如果为液相进料，可取与塔板间距相同或稍大的数值。如果为气相进料，则可根据进料型式决定，一般进料管的大小均采用工艺管相同的直径。

四塔盘间距的确定

塔盘间距与以下因素有关：

雾沫夹滞：塔盘间距小，则塔盘的上开汽流中雾沫夹滞大，塔盘间距大，则塔盘的上开汽流中雾沫夹滞小，但将增加总塔高度。

物料起泡性：起泡性大的物料，塔盘间距应大，反之塔盘间距小。

操作弹性：塔盘的间距大，则塔的操作弹性大，塔盘的间距小，则塔的操作弹性小。

淹塔：塔盘间距过小，容易淹塔。一般塔盘间距大于或等于塔盘降液管中清液层高度的1.7—2.5倍。

安装与检修：在确定塔板间距时，需要考虑安装与检修塔板所需的空间，列在开有人孔的地方，塔板间距应不小于0.6m。因此，塔板间距的大小和处理能力、操作弹性、塔板效率、塔径有密切的关系。一般较大的塔板间距可采用较高的空塔速度，选择在一定的生产能力和操作条件下的塔径可小些，但塔高相对增加。对板数较多或放在室内的塔，可考虑较小的塔板间距，适当增加塔径以降低塔高。当塔内各段负荷不同时，也可考虑采用不同的塔板间距以适应相同的塔径。单从造价考虑，如果塔板数不多，塔板间距较大而塔径较小的塔，往往比较节省。

本设计的塔径已给定，根据塔径来确定塔板间距，且因为本设计要求塔的操作弹性比较大，因此应该选用比较大的塔板间距，具体数据如下：

Φ1400塔段塔板间距：500mm

Φ1800塔段塔板间距：600mm

五塔体简图与开孔一览表

塔体简图如右图:

开孔一览表如下: