LLL综合设计计算说明书

过程设备综合设计计算说明书一、设计任务1.结构设计任务完成原油分馏塔的总体结构设计，绘图工作量折合A1图共计4.25张左右，具体包括以下内容：⑴原油分馏塔总图1张A0加长；⑵原油分馏塔塔盘装配及零部件图2张A1。2.设计计算内容完成原油分馏塔设计计算说明书，主要包括原油分馏塔主要受压元件的壁厚计算及相应的强度校核、稳定性校核等内容。二、设计条件1.塔体内径Di=2000mm，塔高H=49106mm；2.设计压力p=0.42MPa，设计温度t=390℃；3.设置地区：山东省东营市，基本风压值q0=480Pa，地震设防烈度8度，场地土类别III类；4.塔内装有N=50层浮阀塔盘；开有人孔11个，在人孔处安装半圆形平台11个，平台宽度B=900mm，高度为1200mm；5.塔外保温层厚度为δs=140mm，保温层密度ρ2=350kg/m3；有关其他的工艺尺寸见常压塔简图。1一、概述石油分馏的工艺过程包括原油加工前的预处理、初镏、常压分馏和减压分馏。本次课程设计为常压分馏部分。用泵将从初馏塔底得到的拔顶油送入加热炉中加热到360℃～370℃后，再送入常压分馏塔中。经分馏，在塔顶可得到低沸点汽油馏分，经冷凝和冷却到30℃～40℃时，一部分作为塔顶回流液，另一部分作为汽油产品。此外，还设有1～2个中段回流。在常压塔中一般有3～4个侧线，分别馏出煤油、轻柴油。侧线产品是按人们的不同需要而取的不同沸点范围的产品，在不同的流程中并不相同。有的侧线产品仅为煤油和轻柴油，而重油为塔底产品；有的侧线为煤油、轻柴油和重柴油，而塔底产品为常压渣油。二、设计条件1.塔体内径Di=2000mm，塔高H=49106mm；2.设计压力p=0.24+0.18=0.42MPa，设计温度t=375℃+15℃=390℃；3.设置地区：山东省东营市，基本风压值q0=480Pa，地震设防烈度8度，场地土类别III类；4.塔内装有N=50层浮阀塔盘；开有人孔11个，在人孔处安装半圆形平台11个，平台宽度B=900mm，高度为1200mm；5.塔外保温层厚度为δs=140mm，保温层密度ρ2=350kg/m3；有关其他的工艺尺寸见常压塔简图。三、设备强度及稳定性校核计算1.选材说明根据工艺条件以及介质性质的要求，本设计为石油分馏工艺的常压分馏阶段，其设计压力Pd=0.42MPa，设计温度为Td℃390，分馏介质为含酸含硫的原油，考虑经过初馏等阶段，且存在液柱静压力和腐蚀，因此筒体的上部采用20R，中下部可采用复合钢板，内筒采用具有较强抗腐蚀能力的316L不锈钢（00Cr17Ni14Mo2），外筒采用20R。其各段性质如下表：性质名称常温下许用应力/Mpat设计温度下许用应力/Mpa20R13380.42316L（00Cr17Ni14Mo2）11889Q235B1132.主要受压元件壁厚计算10.4220006.16mm20.8580.40.422citcPDP（）第一段筒体：0.42200016.16mm20.8580.40.420.52K0.5citcPDP封头：20.4220006.16mm20.8580.40.422citcPDP（）第二段筒体：30.4220006.16mm20.8580.40.422citcPDP（）第三段筒体：0.42200016.16mm20.8580.40.420.52K0.5citcPDP封头：但在实际生产过程中，由于存在塔板上热和质的交换，故随着高度，塔内压力逐渐降低，塔顶压力最低，塔底加之液体静液柱压力，气压力最高；中间段居中。综上述，将装置分为三段：第一段（标记尺寸为12400mm）筒体采用20R，包括上封头和裙座短节，厚度为16mm；第二段（标记尺寸为16500mm）和第三段（标记尺寸为12000mm）筒体（包括封头）采用20R+316L复合钢板，包括下封头，厚度分别为（16+3）mm，(20+3)mm；对于裙座，不与塔内介质接触，也不承受塔内的压力，故不受压力容器用材的限制，宜选用较经济的普通碳素结构钢，采用Q235B,厚度根据经验取22mm。项目段号材料长度（mm）名义厚度（mm）第一段20R1240016n3第二段20R+316L1650016+3第三段20R+316L1200020+33.原油分馏塔质量载荷的计算【注】塔内构件浮阀塔盘的质量每m2质量为75kg计算平台质量按每m2为150kg计算笼式扶梯质量按每m为40kg计算段号质量Kg12345mma011466.49384.614849.716302.312251.4m02001413.76126.14241.2m03004146.05532.14038.1m0440025602628.83525.13361.1m050900.61759.36534.54523.9mw476.2304837699.151836.338955.7m01866.412845.224797.538020.128415.7mmax2342.614992.660737.383321.962847.5mmin1866.411944.621907.226584.720498.8塔壳和裙座质量=10851.0+11879.8+13041.8+9801.1=45573.7Kg附属件质量=0.25=11393.4Kg内构件质量=π×22×50×75/4＝11781.0Kg保温层质量=π×{[(2+2×0.016+2×0.14)2-(2+2×0.016)2]×12.4+[(2+2×0.019+2×0.14)2-(2+2×0.019)2]×16.5+[(2+2×0.023+2×0.14)2-(2+2×0.023)2]×12}×350/4=13716.2Kg平台、扶梯质量（笼式扶梯单位质量40Kg/m）=12475.0Kgm01mam02m04m筒03m014物料质量=900.6+1759.3+6534.5+4523.9=13718.3Kg水压试验时水的质量=3333.5+37699.1+38955.7+51836.3=132015.1Kg塔器操作质量=+++++=14711.6+24797.5+38020.1+28415.7=105944.9Kg塔器最大质量=+++++=17335+60737.3+83321.9+62847.5=224241.7Kg塔器最小质量=+0.2+++=13811+21907.2+26584.7+20498.8=82801.7Kg4.风载荷与风弯矩的计算风压沿塔高分若干段，一般每隔10m分成一段，同一段取相同的风压值，且均匀分布在设备的迎风面上，任一段风载可认为是集中在该段终点上的风压力合力，任意第i段承受的水平风力用公式DlqfkkpeiiiiIi02计算，式中：Dei为迎风面的有效直径，fi为风压高度变化系数，q0为基本风压值，li为计算段高度，kI为体型系数，ki2为计算段的风振系数。将塔分为6段。如图示其中0-0为裙座底部的计算截面，1-1为裙座人孔的计算截面，2-2，3-3为焊缝，是筒体的可能危险截面.以4-5段为例计算风载。DlqfkkpeI4404244式中，q0=480Pa，f4=1.5，l4=16500mm，kI=0.7，，可将塔设备作为等直径等厚度的理想塔体，其第一自振周期。m=105944.9/49.091=2158.2Kg/m,H=49.091m,E=200Gpa.I=πD3iδe/8=π×23×0.019/8=0.06m4，故对B类地面粗糙度，q1=q0=480Pa，则q1T12=480×1.832=1606.4N·s2/m2，查表有ξ=2.69，V4=0.84，相对高度h4t/H=36/49.091=0.73，为第一振型，m05mwm0mmaxmminmma01m02m03m04m05memma01m02m03m04memwmma01mem04m03m02fvz4441K24EImHT4179.1s83.11.79T110206.0091.492.2158114＝5故φz4=0.65.则1.25.173.084.069.21K24＝De4=D04+2δs3+K3+K4+d0+2δpi=2000+2×（16+3）+140×2+400+4×1200+273＝7791mm故P4=0.7×2.1×1.5×480×16.5×7.791＝136058.91N同样方法求得各段的风载荷如下表：段号项目123456塔段长度m0～11～6.46.4～7.247.2～19.419.4～35.935.9～49KI0.7ξ2.69Vi0.7200.7200.7200.7860.8380.865φzi0.0200.0320.0390.2260.6531.000fi1.0001.0001.0001.2371.5031.5201.0391.0621.0761.3862.1002.531q0/Pa480li/m1.0005.4000.84012.20016.50013.100Dei/m3.9173.2173.0176.7997.7917.785Pi/N1367.446198.81916.2338628.46136058.9186728.40顺风向风弯矩：fvizii1K2i)2()2()2(2121211lllplllpllplpMniiniiiiiiiiiiiw6⑴0-0截面风弯矩⑵1-1截面风弯矩⑶2-2截面风弯矩⑷3-3截面风弯矩5.地震弯矩计算发生破坏性地震时，在地震载荷作用下塔设备作为悬臂梁也会弯曲变形，故安装在七度及以上地震烈度时必须考虑其抗震能力。只有当地震烈度为八度以上时方考虑纵向震动。根据设计条件，只考虑水平地震力。)41410(17585.35.25.35.21hHHHMhmgIIEI式中，1对应与塔器基本固有周期T1的地震影响系数。查表有，塔设备变形为第一组，场地土地类型为Ⅲ类时，特性周期Tg=0.45sMN03.68521982.62.1684.04.514.8672825.81284.04.5191.136058684.04.5146.3862842.04.5123.9167.2181.61985.044.136700＝）（）（）（）（）（MwMN50.65829832.62.1684.04.54.8672825.81284.04.591.136058684.04.546.3862842.04.523.9167.281.619811＝）（）（）（）（MwMN91.51496532.62.1684.04.8672825.81284.091.136058684.046.3862842.023.91622＝）（）（）（MwMN85.39296792.62.164.8672825.81291.136058646.3862833＝）（）（Mwmax2TTgmax27已知T1=1.83s，即TgT15Tg，则地震弯矩⑴0-0截面地震弯矩HMmgEI100351623731.66N·M因设备高度大于20m，须考虑高振型的影响。1.251.25×23731.66＝29664.6N·M⑵1-1截面地震弯矩MEI1123053.62N·M28817.0N·M⑶2-2截面地震弯矩19399.80N·M24249.7N·M⑷3-3-截面地震弯矩18807.47N·M23509.3N·M6.最大弯矩偏保守的认为各种弯矩都同时出现且位于设备的同一方向，在工程应用中，计算截面处：Mw+MeMmax=ME+0.25Mw+Me两