第三章 結(jié)構(gòu)形式選擇及論證

第三章結(jié)構(gòu)型式的選擇及論證塔設備按內(nèi)件結(jié)構(gòu)可分為：板式塔，填料塔和轉(zhuǎn)盤塔等。板式塔是分級接觸型氣液傳質(zhì)設備，而且處理能力大，一般在常壓操作，比較適宜本設計采用，而填料塔真空操作時比較優(yōu)越，不符合設計條件。故本設計選用板式塔。板式塔主要塔型有浮閥塔，篩板塔及泡罩塔。1?泡罩塔泡罩塔的優(yōu)點是操作穩(wěn)定可靠；操作彈性大，在負荷變化范圍較大時仍能保持較高的效率，生產(chǎn)能力大，而且不易堵塞，能適應多種介質(zhì)。但是設備結(jié)構(gòu)復雜，造價高，安裝維修麻煩，不符合經(jīng)濟性能要求。2?篩板塔這種塔結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力也較大，但它的操作彈性小，氣流負荷變小時，就易泄漏，容易帶來危險；小孔易堵塞，不適宜處理粘性大的物料，所以煉油廠應用較少。3?浮閥塔浮閥塔除了具有處理能力大的特點外，還具有以下優(yōu)點：首先塔盤生產(chǎn)能力比圓形泡罩塔盤提高20－40％，而且能在教寬的范圍內(nèi)保持高的效率，起操作彈性為5－9，比篩板塔和泡罩塔大得多，符合本設計中500萬噸常壓塔的要求；其次是霧沫夾帶較少，塔板效率比泡罩塔高15％左右；第三是由于塔盤大多用不銹鋼制造，加之浮閥不停的浮動，所以不易積垢堵塞，故操作周期比泡罩塔長，清理也節(jié)省時間；此外浮閥結(jié)構(gòu)比較簡單，安裝容易，且節(jié)省材料，故費用較低。綜上所述，本設計中選用的塔型為浮閥塔。一、塔盤?封頭?裙座?法蘭?進出口結(jié)構(gòu)型式得選擇。＜一＞塔盤的結(jié)構(gòu)設計板式塔的塔盤分為溢流式和穿流式兩種。溢流式塔盤上有降液管，塔盤上的液層高度可通過溢流堰高度來控制，因此溢流式塔盤操作彈性大，且能保證一定的效率。穿流式塔盤上的氣液兩相同時，通過塔板的一些孔道流動，處理能力大，壓降小，但效率低及操作彈性小。故選用溢流式塔盤。1.塔盤

分塊式塔盤塔盤結(jié)構(gòu)有整塊式和15快式兩種。為了便于安裝，檢修，清洗，而將塔盤分成數(shù)塊，通過人孔送入塔內(nèi)，裝到焊在塔體內(nèi)壁的塔盤固定件上，這種結(jié)構(gòu)型式稱為分塊式塔盤。一般塔徑在800－900mm以上時，人可以在塔內(nèi)進行裝拆，可采用分塊時塔盤。對于大的塔盤，采用分塊式塔盤也具有剛性好，便于制造，裝拆方便等優(yōu)點。根據(jù)本設計的情況，選用分塊式塔盤。分塊式塔盤結(jié)構(gòu)型式有自身梁式，槽式和平板式。由于平板式塔盤制造方便，無需模具，可做成可拆結(jié)構(gòu)，故本設計常壓塔選用平板式塔盤，但必須在塔內(nèi)設置支承梁，緊固件。分塊式塔盤的支承結(jié)構(gòu)對于直徑較小的塔直徑(DNv2000mm)的塔，為了避免由于塔板的跨度過超過規(guī)定的范圍，在用焊在塔壁上的支持B亠亠亠亠亠亠亠亠亠亠亠亠(DN>2000mm),分塊式塔盤的支承結(jié)構(gòu)對于直徑較小的塔直徑(DNv2000mm)的塔，為了避免由于塔板的跨度過超過規(guī)定的范圍，在用焊在塔壁上的支持B亠亠亠亠亠亠亠亠亠亠亠亠(DN>2000mm),通常采大引起的剛用支承結(jié)構(gòu)采用支持圈支持塔盤的同時還盤的跨度以滿足剛度的要求。塔板與支持圈的上可拆連接圈來支承塔盤；對于大度不足，使塔盤的撓度，這樣可以縮短分塊塔2.塔盤上的溢流裝置塔盤上的溢流裝置主經(jīng)由降液管,受液盤,溢流堰,進口堰等腰三角形部件組成。液流型式單流型,液流從常駐液盤溢出,橫向渡過整個塔盤,進入降液管。單流型結(jié)構(gòu)簡單,液流行程長,有利于提高分離效率,但塔徑及流量過大時易造成氣液分布不均,因此不適合于本塔設備。雙流型,塔盤上的液流分成兩部分,各反向流過半個塔盤,借此降低液面落差。綜上所述,本塔設備的液流型式應選用雙溢流型。r筋板壓板'筋板雙溢流分塊式塔盤支承結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)的溢流堰板'兩側(cè)降.液板主梁一支座支持圈/中心降液板"塔盤板一支持板r筋板壓板'筋板雙溢流分塊式塔盤支承結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)的溢流堰板'兩側(cè)降.液板主梁一支座支持圈/中心降液板"塔盤板一支持板連鋼板槽接,////方降液管降液管結(jié)構(gòu)分塊式塔盤的降液管結(jié)構(gòu),分為可拆式和焊接固定式兩種。前者結(jié)構(gòu)要比后者復雜,但便于將零件送到塔外清理,且可對降液板進行校正調(diào)節(jié),適用于大流量或大直徑的塔設備。故本塔設備的降液選用可拆式降液管形式。常用的降液管形式有垂直式,傾斜式和階梯式,如圖所示:〔Q)垂直式(b)傾斜式〔Q)垂直式(b)傾斜式對于小直徑或負荷很小的塔盤,采用垂直式降液管可以簡化結(jié)構(gòu);當降液面積占塔盤面積的12%以上時,應該選用華僑式降液管,它的下部截面為上部截面的55%-60%,這樣可以擴大塔盤的有效面積,一般取降液板的傾斜角為10左右。故本塔設備的降液管形式選用傾斜式。受液盤受液盤的型式

受液盤的型式有平型及凹型兩種。當液體通過降液管與受液盤的壓力降大于25MM時,應該采用凹型受液盤。如圖所示:溢液堰的高度根據(jù)物料性質(zhì),勞動保護用品型,液相流量凹型受液盤對液體流向有緩沖作用,可降低塔盤入口的液封,使得液體平穩(wěn),有利于塔盤入口區(qū)更好的的鼓泡。故本塔設備的受液盤型式采用凹型,并選用可拆式。液封盤在塔或塔段最低一層塔盤的降液管末端應設液封盤,以保證降液管出口處的液封。液封盤上應該設排液孔以供停工時排液。溢流堰及進口堰溢流堰有保持塔盤板上一定的液層高度和促使液流均勻分布的作用。常見的溢流堰長度為:雙流型Lw=(0.5-0.7)Di。溢流堰的高度根據(jù)物料性質(zhì)，塔型，液相流量及塔板壓力確定。由于本塔設備采用凹型受液盤,故不設進口堰。折流檔板塔盤上容易發(fā)生液體短路的地方,如主梁上方,靠近壁厚處等,應該設置折流檔板,折流檔板的高度為溢流堰的兩倍,折流檔板的厚度不小于塔盤的厚度。折流檔板可制成可拆結(jié)構(gòu)或焊于塔盤上的固定結(jié)構(gòu)。本塔設備采用可拆式折流擋板。3塔盤上的緊固件塔盤上的緊固件是組裝分塊式塔盤的連接構(gòu)件,用于塔盤板及其與支持圈,支承板,受液盤或主梁之間的連接。螺紋連接緊固件?？捎糜谒P板之間及塔盤板與支持圈之間的連接,有上可拆,下可拆,及上,下均可拆三種類型。＜二＞封頭的結(jié)構(gòu)設計封頭的結(jié)構(gòu)設計要充分考慮其幾何特性,承載能力和制造技術,才能做出全面的評估。1封頭的結(jié)構(gòu)特征半球形封頭從承載能力來看，球形封頭可謂最理想的結(jié)構(gòu)形式，但從制造性能方面看，其缺點是深度大，當直徑較小時，整體沖壓成型較為困難；但當直徑大時，雖可采用分瓣沖壓技術但拼焊工作量較大。

錐形封頭錐形封頭的封頭并不理想，但在生產(chǎn)工藝應用中，錐形封頭有利于氣體均勻進出，并常作為不同直徑圓筒的過渡。平板封頭從承載能力來看,球形封頭可謂最理想的結(jié)構(gòu)形式,但從制造性能方面看,其缺點是深度大,當走私較小時,整體沖壓成型較為困難;但當直徑大時,雖可采用分瓣沖壓技術,但拼焊工作量較大。碟形封頭碟形封頭受力狀況不佳,但成型加工較方便。橢圓形封頭橢圓形封頭的結(jié)構(gòu)設計充分吸取了半球形封頭受力好和碟形封頭深度淺的優(yōu)點,同時滿足承載能力和制造性能的要求。無折邊球形封頭這種封頭結(jié)構(gòu)造型簡單，由于存在不連續(xù)應力，它只用在壓力不高的場合。這是結(jié)構(gòu)最簡單、制造最為容易的一種封頭形式，但其受力狀況最差，因此，對于同樣直徑和壓力的容器，采用平板封頭的厚度最大，材料耗費最多。綜上所述，從受力尾部分析，半球形最好，碟形、橢圓其次，錐形更次之，平板最差。從制造角度比較，平板最容易，錐形其次，碟形、橢圓更次之，而半球形最難。封頭的結(jié)構(gòu)選擇綜合考慮受力情況和封頭造價，可確定塔設備的上、下封頭均采用橢圓形封頭；由于上段圓筒變徑過渡處受力較小，且錐形封頭造價不高，故采用錐形封頭；而圓筒下部變徑過渡處受載荷較大，所以采用半球形封頭。V三〉裙座的結(jié)構(gòu)設計裙座為了便于制造，裙座一般為圓筒形，裙座直接焊在塔釜封頭上，焊接形式有搭接和對接兩種。如圖所示：搭接型式安裝方便，但受力較差，只適宜小塔或焊縫力較小的情況下采用，不符合本塔設備的設計。而對接型裙座筒體外徑與塔體相同，焊縫承受

壓縮載荷，受力情況比搭形式好，故本塔裙座焊接形式選用對接形式。為了避免焊縫重疊和水壓試驗時便于觀察裙座封頭，在拼接封頭焊接時，封頭拼接焊縫部位的裙座應開槽?；A環(huán)基礎環(huán)通常是一塊環(huán)形板，其大小決定于基礎的耐壓能力。地腳螺栓地腳螺栓是由筋板和壓板必須與裙座牢固焊接。當設計所需地腳螺栓較多時，筋板又以均勻布置，此時壓板可以制成整圓。當相鄰地腳螺栓的間距較大時，其間可以布置幾塊筋板。螺栓M24--30M36,42M48,56D130—3642,4854,60D236—4248,5460,68S134—2832,3640,46H300350400④人孔裙座上必須開設人孔，以方便檢修，人孔可以為圓形人孔，人孔直徑一般取Di=(400—600)mm,為檢修方便，一般取開孔中心高度H=(900—1000)mm。V四〉法蘭的結(jié)構(gòu)設計

1.法蘭類型按結(jié)構(gòu)形式分，標準法蘭基本類型分為三類整體法蘭這種法蘭的強度和剛度都較高，適用于壓力、溫度較高的場合，但它與殼體形成一整體，受力后會使容器或管道產(chǎn)生附加彎曲應力。筒體(b)筒體(c)筒體(b)筒體(c)活套法蘭活套法蘭的優(yōu)點是：形狀簡單，制造容易，安裝和更換方便；可采用與設備不同種類的材料，從而可以節(jié)省貴重金屬，但由于法蘭要承受全部載荷，其厚度要大一些。平焊法蘭這類法蘭的受力特性介于整體法蘭和活套法蘭之間，且結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，是中低壓容器或管道上最常用的法蘭，但適用溫度小于350°C，不適合本設計使用。(b)故本設計選用活套法蘭。2.壓緊面的選擇平面型密封面平面型密封面的密凹凸型密封面凹凸型密封面的優(yōu)直徑DNW800mm，.公稱壓力W1故本設計選用活套法蘭。2.壓緊面的選擇平面型密封面平面型密封面的密凹凸型密封面凹凸型密封面的優(yōu)直徑DNW800mm，.公稱壓力W1。6-6。榫槽型密封面TWt]封性能較差，一般適用壓力不高，介質(zhì)無毒主，非易燃易爆場合。...點是便于對中，能防」墊片被擠出,法蘭聯(lián)接。密封；適用于公稱這種密圭寸面安裝時便于對中而使墊片受力均勻，但結(jié)構(gòu)易燃易爆，有毒介質(zhì)以及壓力較高的場/平面型 5）凹凸面型造都比較復雜，適用于與綜合考慮密封性能和經(jīng)濟性能，確定本塔設備選用凹凸型及平面型密封面。3.墊片的選擇常用的墊片分為非金屬、金屬和組合墊片。非金屬墊片非金屬墊片的方要優(yōu)點是柔軟，耐腐蝕，價格便宜，但溫度和壓力性能差，多用于低壓容器或管道法蘭的密封。金屬墊片金屬墊片具有而高溫，耐高壓，耐油，耐腐蝕的特點，方要用于中、高溫和中、高壓的法蘭聯(lián)接。組合墊片組合墊片采用金屬與非金屬材料配合特制而成。金屬材料在外層，可耐高溫，耐腐蝕，非金屬材料在內(nèi)層，墊片有良好的彈性和回彈能力。按組合形式不同可為：全包密封墊；半包密封墊，圓環(huán)形密封墊。墊片的選擇應該根據(jù)溫度、壓力、介質(zhì)的腐蝕性能來確定，同時應該考慮兼顧價格低廉，制造容易，安裝更換方便等條件。由于本塔的處理介質(zhì)腐蝕較嚴重，故選用全包密封墊片。＜四＞進出口結(jié)構(gòu)形式的設計1.液體進料管回流管和流體進料管常見的結(jié)構(gòu)形式有直管進料和彎管進料管，如圖所示：回流管另一種較通用的形式為T形進料管，如圖所示：

其中A型的支管端敞開，它適用于塔徑2100mm的小塔；B型用于大塔，它的兩端封閉，管壁下方開設若干圓孔或條孔，這樣可沿整個堰長均勻供液。由于本塔塔徑大于2100mm，故選用B型T形進料管。2.氣液進料管在這種情況下，不僅要求進料均勻，且要求液體通過塔板時蒸氣能分離出來當然也可以用B型T形進料管，但支管上方應該開排氣孔，流體進料孔與垂直線成15°角，以免物料沖擊塔板。對于大直徑的塔，可設置切向進料口，為有得液體沉降，擋板應該做成緩和的坡度。因此，本塔設備的氣流進料管選用B型T形進料管。3.氣體進、出口管氣體進口管的選擇對于氣態(tài)進料口管，可安裝在塔板間的蒸氣空間內(nèi)，一般可將進氣管做成斜切口以改善氣體分布或彩較大管徑使其流速降低，達到氣體均勻分布的目的。圖A為最常用的氣體進料口管；圖B的氣體進料口管雖然復雜，但氣體分布較均勻在大塔中可供能者使用。本塔設備選用第二種氣體進料口管。氣體出口管氣體出口管如圖所示，圖中A是裝置在塔壁的氣體出口管，圖B是塔頂封頭上氣體出口管，其錐擋板有除沫的作用。(A) (B)4.釜液出口管釜液從塔底出口管流出時，會形成一個向下的旋渦，使塔釜液面不穩(wěn)定，且能帶走氣體，氣體進入泵內(nèi)交影響泵的正常操作，一般在塔釜出口管前應裝設防渦流擋板；當釜液不太清潔時，為防止釜內(nèi)嚳的臟物進入泵內(nèi)，應采用出口管伸入塔內(nèi)的結(jié)構(gòu)。二、平臺梯子的結(jié)構(gòu)形式1.平臺平臺的位置平臺必須通向所有出入孔，檢修孔和所有需要經(jīng)常檢查、維修以及操作售貨員應該注意的設備；平臺可作為存放設備和操作的場所；設在需要攜手前進和更換零件的部位；設在需要工作人員操作的部位；平臺高度和各層平臺間距規(guī)定底層平臺高度不得少于2m,各層平臺間距不得2m大于8m,故本塔設備每層平臺間距為8m,共設7層。平臺的寬度供人孔和手孔檢查操作平臺，不小于700mm；供修理塔盤的平臺寬度大于等于900mm；用于修理其它部件的平臺寬度大于等于760mm；連接平臺走道的寬度大于等于760mm；休息平臺的寬度1000mm。平臺的基本形式立式設備的平臺有環(huán)形平臺和條形平臺兩種基本形式，本塔設備選用環(huán)形平臺。2.梯子不經(jīng)常操作的梯子，可采用直梯。若用斜梯，則角度應該小于60°；直梯高度小于等于5m,當大于5m時設中間休息平臺，當直梯標高超過4m時，應該設安全籠；梯子至塔體保溫層外表面至少為200mm；當平臺距地面高度4m或平臺間距大于3m時，應該高設安全門。塔內(nèi)介質(zhì)為易燃易爆物料時，應該考慮平臺上人員的及時疏散和救火措施。綜上所述，本設計采用斜梯，角度為45°，寬度為760mm，梯高2m，塔碩采用籠式扶梯，并設安全門。3.人孔、手孔的設置人孔是安裝檢修人員進出塔內(nèi)的唯一通道，一般板式塔每隔10－20層塔板或5－10m塔段才設一人孔。板間距小的塔設備按塔板數(shù)考慮，板間距大的塔設備按塔的高度考慮。由于本塔設計壓力為0.2MPa,操作溫度為300°C且塔高為54853mm，塔板數(shù)為50,故設7個人孔。三塔頂，塔底與進料空間高度的確定塔頂空間的高度塔頂空間是塔頂?shù)谝粚铀宓剿斍芯€距離，其高度通常1.2-1.5m,是為氣流所攜帶的液滴提供一定的自由沉降的空間。原料進料段的高度原料進產(chǎn)段的高度取決于進產(chǎn)的結(jié)構(gòu)型式及介質(zhì)狀態(tài)。若為液相進料，應取與塔板間距相同或稍大的數(shù)值；若為氣相進料，則應根據(jù)進料型式?jīng)Q定。本塔設備為氣液混合進料，其高度為進料口上一級塔盤到下一級塔盤的高度。3塔底空間塔底空間是塔底第一塊塔板到塔底切線的距離，當進料沒有15分鐘的緩沖時間的容量時，塔底產(chǎn)品停留時間可取3-5分鐘，否則需15分鐘左右，但對塔徑是大的塔停留時間取3-5分鐘，對易燃易爆的介質(zhì)，塔底停留時間應該縮短1-1.5分鐘。4．塔板間距的確定塔板間距與以下因素有關：塔板間距小，則塔板的上升氣流中霧沫夾帶大，塔盤間距大，則塔盤的上升氣流中霧沫夾帶小，但總塔高度將增加；鼓泡性大的物料，塔板間距應大，反之應小；塔板間距大，操作彈性大，反之?。凰彘g距過小易淹塔，應該大于或等于塔盤降液管中清液層高度的1.7-2.5倍。另外，塔板間距還隨塔徑增大而增大，還要考慮安裝和檢修塔板所需的空間,如:有人孔處的塔板間距大于等于0.6m,因此，塔板間距的大小與處理能力，操作彈性及