综合设计计算说明书20R版4

过程设备综合设计计算说明书专业班级姓名学号时间一、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；1⑵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=0.24MPa，设计温度t=375℃；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；每块塔盘上存留介质层高度mm100hw，介质密度31800mkg；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1)塔体圆筒及封头材料的选取：由于工作介质的压力和温度都不是很高，选20R加工筒体和封头。但考虑到原油中含硫含酸，为避免腐蚀，在塔体的中段和底段采用20R+316L的复合板。裙座材料的选取：由于裙座的垫板、盖板、立筋板、底环板不与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。可选用较经济的普通碳素钢。在这里选用Q235-B。对于裙座筒体，考虑到风载荷和地震载荷以及材料的性能，上段选用20R，下段选用Q235-A。2.主要受压元件壁厚计算本部分应包括常压塔的主要筒体及椭圆封头等重要受压元件的壁厚计算，裙座厚度先按经验值取。21.筒体壁厚、封头壁厚（1）查表知，在390oC时，钢板厚度在16~36mm之间，20R的许用应力[]t=120.2Mpa焊接方式为双面焊对接接头，100%无损检测，则=1.0由公式，筒体壁厚0.4220005.242[]280.41.00.42citcpDmmp第一段腐蚀余量C2=4mm,第二三段腐蚀余量C2=0mm，压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25mm，因此使用该标准中钢板厚度超过5mm时，钢板厚度负偏差C1取0mm设计厚度25.2449.24dCmm名义厚度21CCn根据经验，将塔体分成三段，塔顶数第一段厚度为16mm的20R钢板，高度为12400m;第二段厚度为16+3（mm）的20R+316L复合板，高度为16500mm；第三段厚度为20+3（mm）的20R+316L复合板,高度为12000mm。有效厚度12enCC第一段e=16-4=12mm；第二段e=16+3-0=19mm；第三段e=20+3-0=23mm验证，钢板厚度的确在所选范围内。结果不需修正。（2）封头选用椭圆封头，因为其曲率变化平滑连续，应力分布较均匀，且其深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用最多的封头。选用22iihD的标准椭圆封头，此时K=1，其厚度计算公式为10.4220005.232[]0.5280.41.00.50.42citcKpDmmp上封头腐蚀余量C2=4mm,下封头腐蚀余量C2=0mm；钢板厚度负偏差C1=0mm设计厚度25.2349.23dCmm名义厚度21CCn根据筒体的厚度，上封头取厚度为16mm的20R，下封头选用20R+316L复合钢板，厚度为20+3mm；有效厚度12enCC3上封头e=16-4=12mm；下封头e=20+3=23mm；裙座壳厚度按经验取为22mm。验证，钢板厚度的确在所选范围内。结果不需修正。查《化工容器及设备简明设计手册》，曲面高度h=500mm,直边高度为40mm。3.原油分馏塔质量载荷的计算（1）塔体圆筒、封头、裙座质量m01圆筒质量：对于高度为12400mm，厚度为16mm的20R钢板：查《化工容器及设备简明设计手册》表13-1.5得，DN2000mm,壁厚16mm圆筒每米长质量为795Kg。对于高度为16500mm，厚度为16+3（mm）的20R+316L复合板：查《化工容器及设备简明设计手册》表13-1.5得，DN2000mm,壁厚19mm圆筒每米长质量为945Kg。对于高度为12000，厚度为20+3（mm）的20R+316L复合板：查《化工容器及设备简明设计手册》表13-1.5得，DN2000mm,壁厚23mm圆筒每米长质量为1147.5kg。所以39220.5kg121147.516.594512.4795m1封头质量：上封头：查《化工容器及设备简明设计手册》表13-2.2得，DN2000mm,壁厚16m的椭圆封头质量为588kg。下封头：查《化工容器及设备简明设计手册》表13-2.2得，DN2000mm,壁厚20+3mm的椭圆封头质量为746kg。所以1334kg746588m2裙座质量：裙座为圆锥形，上部内径为2000mm，下部内径为2600mm，壁厚为22mm，可等效为内径为2300mm的圆柱筒体。查《化工容器及设备简明设计手册》表13-1.5得，DN2300mm,壁厚22mm圆筒每米长质量为1251Kg3m7.412519257.4kg所以m01=m1+m2+m3=39220.5+1334+9257.4=49812Kg4塔内构件质量02m：2202iπmD75500.7852755011775kg4保温层质量03m：2203insin0203222222πm[(D2δ2δ)(D2δ)]Hρ2m40.785{[(220.01620.14)(220.016)]12.4350[(220.01920.14)(220.019)]16.5350[(220.02320.14)(220.023)]12350}24.49300.1435014149.5kg平台扶梯质量04m：2204insinspFF2222π1m[(D2δ2δ2B)(D2δ2δ)]nqqH4210.785[(220.01620.1420.9)(220.01620.14)]4150210.785[(220.01920.1420.9)(220.01920.14)]415020.785[(220.02320.1422120.9)(220.02320.14)]3150240489423kg操作时物料质量05m：205iw1f12πmDhρVρ40.7852(0.150+1.9)8001.125780018233.36oNhkg附件质量：按经验取附件质量为：a01m0.25m0.2549812=12453kg充水质量wm：52wi0wfw2πmDHρ2Vρ40.785240.9100021.12571000130677.4kg4.分段相关参数说明表1各塔段质量载荷列表段号0-11-22-33-44-5合计塔段长度/mm1000640012000165001320649106人孔与平台数0034411塔板数00626185001m1358.98760.51377015592.510446.149812am339.72161.13442.53898.12611.61245302m001413612342391177503m0220403655294364.514149.504m402562531.253388.223207.53942305m0900.5662806531.24521.618233.36wm01125.7376805181040061.7130677.40m1738.612298.1631472.7541062.0229390.33115961.86maxm1738.612523.362872.7586340.0264930.43228405.1minm1738.611397.624062.3529632.4221477.5388308.5全塔操作质量00102030405115961.36ammmmmmmkg全塔最小质量min010203040.288308.5ammmmmmkg水压试验时最大质量max01020304228405.1wammmmmmmkg【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5.风载荷与风弯矩的计算6已知基本风压值为480pa，场地土类别为Ⅲ类。自振周期计算：因为H/D=24.5515且H20m，所以必须考虑高振型影响。3333112111114.8()()10nnniiiiiihiHiHiTmsHEiIiEI其中hi--质心到地面的距离mm；Hi--第i段底截面到塔顶的距离mm；H--塔高49106mm；Ei--操作温度下的弹性模量Mpa；Ii—第i段的截面惯性矩单位4mm；对圆柱段，Ii=0.3933ieieiD,对圆锥段220.785ieifeiiefDDIiDDi；（其中，ieD为锥壳的大端内直径，fDi为锥壳的小端内直径）列表用Excel计算塔段0-11-22-33-44-5hi5004200134002765042503Hi4910648106417062970613206Ei192000192000166600166600166600Ii1.447e119.699e107.48e106.145e103.841e10结果T1=0.637s；22114800.637194.77qT根据自振周期1T查《JB/T4710-2005》表8-4得ξ2.04以2-3段为例计算风载荷3P：3h194000.395H49106t，查《JB/T4710-2005》表8-6得0.23Z3地面粗糙度为B类，距地高度19.4m，查《JB/T4710-2005》表8-3得风压高度变化系数1.25f3，查《JB/T4710-2005》表8-5表7-7.脉动影响系数79.03i所以风振系数33232.040.790.23111.2971.25iZiKf对于细长得圆柱形塔体结构，体形系数7.01K7笼式扶梯的当量宽度3K400mm，塔顶管线外径do=250mm，塔设备第三段保温层的厚度和管线保温层厚度s3p3δδ140mm操作平台的当量宽度540mm12000120090032lA2K04其中A为第I段操作平台构件的投影面积，m2设笼式扶梯与进出口布置成180则e3o3s3340p3DD2δKKd2δ20462140400540+25021403796mm所以2-3段为例计算风载荷3K123303e3KKfqlD0.71.2971.25480123.79624814NP以上述方法计算出各段风载荷，列表如下：计算段ilmm0q2m1Kiυφziξ2iKifithmm平台数4KmmeiDmmiP110004800.70.720.012.041.0151.0010000035241201.456264004800.70.720.042.041.0591.0074000032247340.2113120004800.70.790.232.041.2971.25194003540379624805.084165004800.70.850.652.041.7561.49359004523.63771.654722.915132064800.70.851.0