年產(chǎn)60萬噸對二甲苯項目設(shè)計計算書

XX石化年產(chǎn)60萬噸對二甲苯項目·設(shè)計計算書表5-14各塔板上的物性參數(shù)塔板序號液體溫度/℃氣體溫度/℃液體質(zhì)量流量/(kg/hr)氣體質(zhì)量流量/(kg/hr)液體體積流量/(m3/hr)氣體體積流量/(m3/hr)液體密度/(kg/m3)氣體密度/(kg/m3)液體粘度/cP氣體粘度/cP液體表面張力/(N/m)1140.8141.1684011121490.039.77756.853.190.22310.00890.01702141.1141.3683921121400.039.74756.833.200.22320.00890.01703141.3141.5683761121230.039.70756.773.210.22320.00890.01704141.5141.7683591121070.039.66756.683.220.22320.00890.01705141.7141.9683441120910.039.63756.573.230.22300.00890.01706141.9142.0683301120770.039.59756.453.250.22290.00890.01707142.0142.2683161120630.039.56756.313.260.22270.00890.01708142.2142.4683021120490.039.52756.173.270.22250.00890.01699142.4142.5682881120360.039.48756.023.280.22230.00890.016910142.5142.7682741120210.039.45755.873.290.22210.00890.016911142.7142.9682581120060.039.41755.713.300.22190.00890.016912142.9143.1682411119890.039.38755.553.320.22170.00890.016913143.1143.2682221119700.039.34755.403.330.22150.00890.016914143.2143.4682011119480.039.31755.243.340.22120.00890.016915143.4143.7681751119230.039.27755.083.350.22100.00890.016816143.7143.9681451118930.039.24754.923.360.22080.00890.016817143.9144.1681091118570.039.20754.763.380.22050.00890.016818144.1144.4680661118130.039.17754.613.390.22030.00890.016819144.4144.8680121117600.039.13754.463.400.22010.00890.016820144.8145.2679461116930.039.09754.323.410.21980.00890.016821145.2145.6678621116100.029.06754.203.420.21960.00890.016822145.6146.2677501114970.029.01754.113.440.21930.00890.016823146.2146.9675781113260.028.97754.083.450.21910.00890.016824146.9148.0672651110130.028.95754.173.450.21880.00890.016725147.9148.2105047952720.047.63754.473.470.21870.00890.016726148.2148.5105080953050.047.60754.483.480.21890.00890.016727148.5148.7105101953260.047.58754.523.490.21910.00890.0167續(xù)表塔板序號液體溫度/℃氣體溫度/℃液體質(zhì)量流量/(kg/hr)氣體質(zhì)量流量/(kg/hr)液體體積流量/(m3/hr)氣體體積流量/(m3/hr)液體密度/(kg/m3)氣體密度/(kg/m3)液體粘度/cP氣體粘度/cP液體表面張力/(N/m)28148.7149.0105116953400.047.56754.583.500.21930.00890.016729149.0149.3105126953510.047.54754.673.510.21960.00890.016730149.3149.5105134953590.047.51754.763.530.21990.00890.016731149.5149.8105141953650.047.49754.883.540.22020.00890.016732149.8150.1105146953710.047.47755.003.550.22060.00890.016733150.1150.4105151953750.047.45755.143.560.22090.00890.016734150.4150.7105155953790.047.43755.283.570.22130.00890.016735150.7151.0105158953830.047.40755.443.580.22170.00890.016736151.0151.3105162953860.047.38755.593.590.22220.00890.016737151.3151.7105164953890.047.36755.753.600.22260.00890.016638151.7152.0105166953900.047.34755.903.610.22300.00890.016639152.0152.4105165953900.047.32756.043.620.22330.00890.016640152.4152.8105160953840.047.30756.163.630.22370.00890.016641152.8153.3105146953710.047.27756.243.640.22390.00890.016642153.3154.1105119953430.047.25756.253.660.22400.00890.016643154.1155.1105074952980.047.22756.133.670.22380.00890.016644155.1156.7105014952380.047.18755.823.690.22310.00890.016645156.7158.9104970951950.047.13755.223.710.22170.00890.016646158.9162.0105026952500.047.09754.223.730.21930.00890.016647162.0165.9105305955300.047.04752.813.770.21570.00890.016648165.9170.2105872960970.047.00751.153.810.21110.00890.016449170.2174.8106574967990.046.97749.603.860.20610.00890.016250174.8180.1107037972610.046.92748.593.900.20110.00890.016051180.1180.1977500.000.00748.280.19530.0160XX石化年產(chǎn)60萬噸對二甲苯項目·設(shè)計計算書PAGE140PAGE塔徑計算塔板間距HT的選取與塔高、塔徑、物性性質(zhì)、分離效率、操作彈性以及塔的安裝、檢修等因素有關(guān)。設(shè)計時通常根據(jù)塔徑的大小，由表5-15列出的塔板間距的經(jīng)驗數(shù)值選取。表5-15塔板間距和塔徑的關(guān)系塔徑D，m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.02.0～2.4>2.4板間距HT，mm200～300300～350350～450450～600500～800≥800初選塔板間距HT=800mm板上液層高度hL=90mmHT-hL=710(mm)氣液兩相流動參數(shù)：Ls查史密斯關(guān)聯(lián)圖圖5-29史密斯關(guān)聯(lián)圖可查得：C20=0.140矯正到表面張力為0.017N/m時C=泛點氣速：u為避免霧沫夾帶及液泛的發(fā)生，一般情況，在此取安全系數(shù)0.7，QUOTEu'=0.7×uf=0.7×2.078=1.455m/s所以，初算塔徑D’=QUOTE4VSπu'=4×10.5圓整后取D=3000mm對應(yīng)板間距范圍為800mm，故滿足條件，假設(shè)成立。實際塔載面積QUOTEAT=πD24=實際空塔氣速Q(mào)UOTEu'=4VπD2=4×10.5塔徑的初步核算霧沫夾帶，取故堰長QUOTElw=0.6×2000=1800mmlw由《化工原理》(管國鋒編制)圖5-30查弓形降液管的參數(shù)，如圖5-30所示：由圖可知，圖5-30弓形降液管的幾何關(guān)系則弓形降液管面積：0.35325m2Wd=0.30m所以，1.564m/s又因為帶入數(shù)據(jù)可得0.027=0.1776m則霧沫夾帶量：QUOTE0.005717×(1.5640.8-0.1776)3.2因為0.064kg液/kg氣故在設(shè)計負荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。停留時間為降低氣泡夾帶，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時間以使氣體從液相中分離出，一般要求不應(yīng)小于3~5s，而對于高壓下操作的塔以及易起泡的物系，停留時間應(yīng)更長些，為此，必須進行校核。液體在降液管中停留時間：QUOTE0.8×0.353250.027=0.8×0.353250.027=10.47s>3s根據(jù)以上兩步核算的結(jié)果，可認為塔徑D=3000mm是合適的。塔板布置設(shè)計塔板結(jié)構(gòu)形式降液管主要有弓形、圓形和傾斜弓形三種?，F(xiàn)將不同降液管的對比列于表5-16：表5-16不同降液管的比較降液管形式弓形圓形傾斜弓形簡圖特點及適用條件堰與壁之間的全部截面區(qū)域均作為降液容積，適用于較大直徑的塔，塔板面積利用率較高。在弓形降液管內(nèi)另裝圓管作為降液管，適用于液量較小的情況。此形式有利于塔截面的充分利用，適用于大直徑的塔及氣液負荷較大的情況。綜合以上條件，選取弓形降液管。液體在塔板上的流動路徑是由降液管的布置方式?jīng)Q定的。常用的布置方式有以下幾種形式：U型流、單流型、雙流型、階梯流型。表5-17列出了溢流類型、塔徑、液體負荷之間的關(guān)系。

表5-17液體負荷與板上流型的關(guān)系塔徑(mm)液體流量(m3/h)U形流單流型雙流型階梯流型10007以下45以下14009以下70以下200011以下90以下90~160300011以下110以下110~200200~300400011以下110以下110~230230~350500011以下110以下110~250250~400600011以下110以下110~250250~450由于異構(gòu)物分離塔液體流量為97.8m3/h，而初步計算塔徑為3.0m，所以選擇單流型。堰及降液管設(shè)計堰的設(shè)計因為受液盤為凹形受液盤，所以沒有內(nèi)堰。QUOTE0.027×36001.82.5=0.027×36001.82.5=圖5-31液流收縮系數(shù)由《化工原理》(管國鋒編制)圖5-31液流收縮系數(shù)圖查得：E=1.06由弗朗西斯公式，堰上液層高度QUOTE0.00284×1.06×(0.027×36001.8)23由于，所以采用平堰。堰高0.09-0.043=0.047，圓整后得0.05m。所以板上清液層高度0.093m因為所以的假設(shè)合適。液面梯度Wd=0.1×3.0=0.30m則平均溢流寬度QUOTE1.8+32=1.8+32=2.4m液體流道長度Z1=D-2Wd=3.0-2×0.30=2.4m塔板上鼓泡層高度則液面梯度=QUOTE0.215(250×2.4+1000×0.225)2.5×0.2232×0.021×3600×2.4(100×2.4×0.225)3=0.000048液面梯度較小，可以忽略。降液管的設(shè)計降液管的面積Af=0.35325m2降液管管寬Wd=0.3m假設(shè)比少10mm則降液管底部距下一板的間距m孔布置篩孔按正三角形排列，取篩孔直徑d0=8mm，則孔中心距t=24mm查開孔面積與開孔區(qū)面積圖圖5-32開孔面積與開孔區(qū)面積得開孔率取外堰前的安定區(qū)Ws=0.07m邊緣區(qū)的寬度則3.2/2-(0.7+0.32)=1.21m3.2/2-0.05=1.55m1.21/1.55=0.781查開孔區(qū)面積圖圖5-33開孔區(qū)面積得Aa=6.3m2所以開孔面積0.63m2查篩孔數(shù)求取圖圖5-34篩孔數(shù)求取圖得n’=2000個/m2所以篩孔數(shù)12600個流體力學(xué)計算與校核干板壓降取板厚則3.2查干篩孔的流量系數(shù)圖圖5-35干篩孔的流量系數(shù)得0.73所以=0.0512QUOTE（100.63×0.73）23.2=0.102m塔板壓降氣相動能因數(shù)QUOTE10.50.633.210.50.633.2=28.39>17查有效液層阻力圖圖5-36有效液層阻力得液層有效阻力所以氣體通過塔板的總壓降0.154m液柱穩(wěn)定性校核QUOTE4×179810×756.18×0.0084×179810×756.18×0.008=0.001146m液柱=QUOTE4.4×0.734.4×0.73QUOTE（0.0056+0.13×0.07-0.001146）×756.183.2（0.0056+0.13×0.07-0.001146）=6.45m/s則12.50/3.87=1.94即在設(shè)計負荷下不會產(chǎn)生過量漏液。霧沫夾帶量校核0.0272/3=0.3165m則霧沫夾帶量=QUOTE0.005717×(1.5640.8-0.3165=0.01435kg液/kg氣<0.1kg液/kg氣所以符合要求。液泛校核QUOTE(0.0274×1.8×0.045)2(0.0270.09+0.00106+0.154=0.24506m液柱因為泡沫液的相對密度為所以QUOTE0.245060.50.245060.5-0.047=0.44312m液柱<HT所以不可能產(chǎn)生降液管內(nèi)液泛。負荷性能圖漏液線篩板塔的操作有一個下限氣速，當(dāng)氣速低于此點時，液體開始從篩孔中泄漏，稱為漏液點。板厚d0=0.008mQUOTE4×179810×756.18×0.0084×179810×756.18×0.008=0.001146m液柱因為0.00284×QUOTE1.06×(Lh1.8)231.06×所以又代入0.73×QUOTE(0.0056+0.13×0.09-0.001146)×756.183.2(0.0056+0.13×0.09-0.001146)×756.183.2計算得到6.45m/s=2.966m3/s過量霧沫夾帶線以為限，將各數(shù)據(jù)代入式得：QUOTE0.005717×(WG0.8-(0.047+0.479LS2/3)=0.1175+1.1975LS2/3VS=19.21-47.68LS2/3液相下限線因為1.06×QUOTE(LS×36001.8)2/3以作為規(guī)定的液相下限得0.001407m3/s液相上限線因為QUOTE0.8×0.35325LS0.8×0.35325LS以作為液體在降液管中停留時間的下限得0.05652m3/s液泛線為避免降液管液泛，應(yīng)滿足，其中，HT=0.8m=0.0512QUOTE(VS0.63×0.73)2=0.00102VS2 how=0.00284×1.06×QUOTE(LS×36001.8)2/3(0.479LS2/3QUOTE(LS4×1.8×0.045)2(LS將hp、hL、hd的計算式代入上式，整理得液泛線0.00102VS2+0.0052+3.28LS2+0.047+0.479LS2/3=0.8VS=QUOTE687.25-3215.68LS2-496.6LS根據(jù)各線的方程，作出如下篩板塔的負荷性能圖。圖5-37篩板塔負荷性能圖由圖可知，操作線位介五條曲線之間，且有一定操作彈性空間，設(shè)計合理?；旌隙妆椒蛛x塔的設(shè)計結(jié)果

表5-18混合二甲苯分離塔的設(shè)計結(jié)果項目名稱數(shù)值已知條件氣相流量V10.5m3/s氣相密度QUOTE3.2kg/m3液相流量L0.027m3/s液相密度QUOTE756.18kg/m3液體表面張力σ0.017N/m液體粘度μ0.2232cP設(shè)計結(jié)果塔型篩板塔徑D3.0m塔板間距HT0.8m溢流型式單溢流空塔氣速u01.485m/s堰型平堰堰長lw1.8m堰高hw0.05m板上清液層高度hL0.090m降液管底與板距離h00.04m孔徑d0.008m孔間距t0.024m開孔區(qū)邊緣與塔壁距離Wc0.05m開孔區(qū)邊緣與堰距離Ws0.08m孔數(shù)n12600開孔率Φ0.1開孔面積A00.33穩(wěn)定系數(shù)K1.82塔板壓降0.154m液柱降液管內(nèi)清液層高度Hd0.2450m液柱霧沫夾帶ev0.01435kg液/kg氣KG-TOWER在塔盤工藝結(jié)構(gòu)計算的運用KG-TOWER可以用來計算塔盤，在掌握了塔盤工藝結(jié)構(gòu)的具體計算步驟之后，可以通過軟件的便捷的計算方法來服務(wù)于本項目。輸入工藝參數(shù)將不同序號塔板的工藝參數(shù)輸進軟件內(nèi)，并設(shè)定每塊塔板的操作范圍在90%到105%之間，參數(shù)設(shè)置如下：圖5-38篩板塔物性參數(shù)輸入塔盤結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇塔盤類型為篩板塔，塔徑設(shè)定最初是根據(jù)Aspen模擬得到的塔徑進行的，當(dāng)設(shè)定塔徑之后，再設(shè)定其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，如溢流形式、開孔率大小、塔板間距、降液管寬度、溢流堰長、溢流堰高度、降液管底隙高度等參數(shù)，其最初設(shè)的依據(jù)是根據(jù)《設(shè)備設(shè)計全書一塔設(shè)備》的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計要求進行設(shè)計的，設(shè)定后，如果在左下腳出現(xiàn)警告時，說明設(shè)定的參數(shù)出問題，此時會提示哪些參數(shù)出問題，通過調(diào)整參數(shù)相對大小，使設(shè)定滿足要求。其設(shè)定如圖所示：圖5-39篩板塔板參數(shù)圖塔盤結(jié)構(gòu)如圖5-40所示：圖5-40篩板塔塔盤結(jié)構(gòu)圖以下分別為塔盤在操作負荷為90%、100%、105%下塔盤的液泛率，降液管液泛率，降液管持液量，降液管出口速度，干板壓降，總版壓降，氣相負荷因子，流強度，堰上液層高度，以及降液管停留時間等的設(shè)計結(jié)果。圖5-41操作負荷為90%時的結(jié)果圖5-42操作負荷為100%時的結(jié)果圖5-43操作負荷為105%時的結(jié)果其設(shè)計結(jié)果如圖所示：圖5-44第2塊板設(shè)計報告圖5-45第2塊板設(shè)計結(jié)果圖5-46第28塊板設(shè)計報告圖5-47第28塊板設(shè)計結(jié)果圖5-48第50塊板設(shè)計報告圖5-49第50塊板設(shè)計結(jié)果通過比較軟件計算出來的結(jié)果和手算結(jié)果還可以得到以下結(jié)論：KG-TOWER計算結(jié)果和詳細設(shè)計計算結(jié)果都能夠滿足工藝要求，在設(shè)定結(jié)果參數(shù)時，KG-TOWER調(diào)整起來比較方便，通過反復(fù)調(diào)整可獲得較合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)，保證塔盤的操作彈性。KG-TOWER可以用于不同類型的塔板，計算方便，便于塔盤選型。塔機械工程設(shè)計塔高的計算實際塔板數(shù)N：經(jīng)計算可得實際塔盤數(shù)為51。塔頂空間高HD：塔頂空間高度的作用時安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液體自由沉降，減少塔頂出口氣中的液滴夾帶，空間高度一般取1.0~1.5m，這里取=1m。塔板間距HT：由上面計算可知HT=0.8m。開設(shè)人孔的板間距：設(shè)有人孔的上下兩塔板間距應(yīng)大于等于800mm，這里取HT=800mm。人孔數(shù)：取8塊板設(shè)置一個人孔，實際塔板51塊，所以開7個人孔(包括塔頂和塔底人孔數(shù))。進料段空間高度：進料段高度取決于進料口結(jié)構(gòu)形式和物料狀態(tài)，一般要比大，取=1000mm。塔底空間高度HB：塔底空間高度具有貯存槽的作用，塔底釜液最好能在塔底有10~15min的儲量，以保證塔底料液不至排完。對于塔底產(chǎn)量較大的塔，塔底容量可取小些，取2~5min的儲量。提取Aspen數(shù)據(jù)塔底料液出口體積流量V=14.4，塔徑D=3.0m，t=15min0.51m綜上可知塔筒體高度41.7m裙座高度筒體高度大于10m，塔徑1.9m>1m，所以采用圓柱形裙座：封頭高度封頭選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4746-2002，知h=40mm，H=750mm。接管的計算塔頂蒸汽接管取塔頂蒸汽流速，提取Aspen數(shù)據(jù)V=3827m3/h，則管徑0.520m圓整后選取管子規(guī)格為Φmm實際流速19.5m/s進料管取進料管液體流速為，液相體積流量為V=0.021m3/s，則進料管0.129m圓整后管徑Φ125×3mm實際流速1.7m/s塔底出料管徑，液相體積流量V=0.004m3/s=0.058圓整后取管子規(guī)格Φ65×2.5mm=1.2m/s塔體和封頭選材精餾塔內(nèi)操作壓力為120kPa，最低操作溫度為140.8，從耐腐蝕性選取Q345R做為塔體和封頭的材料。封頭壁厚計算這里采用SW6-2011進行塔的封頭強度計算，封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，輸入?yún)?shù)如下：

表5-19上封頭數(shù)據(jù)輸入內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計算計算單位中航一集團航空動力控制系統(tǒng)研究所計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力Pc0.22MPa設(shè)計溫度t200.00C內(nèi)徑Di3200.00mm曲面深度hi800.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力t183.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C23.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值PT=1.25Pc=0.1375(或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力tT0.90s=310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力T==38.63MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K==1.0000計算厚度h==1.92mm有效厚度eh=nh-C1-C2=5.70mm最小厚度min=4.80mm名義厚度nh=9.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量791.41Kg壓力計算最大允許工作壓力[Pw]==0.65136MPa結(jié)論合格

表5-20下封頭數(shù)據(jù)輸入內(nèi)筒下封頭內(nèi)壓計算計算單位中航一集團航空動力控制系統(tǒng)研究所計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力Pc0.22MPa設(shè)計溫度t200.00C內(nèi)徑Di3200.00mm曲面深度hi800.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力t183.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C23.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值PT=1.25Pc=0.1375(或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力tT0.90s=310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力T==38.63MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K==1.0000計算厚度h==1.92mm有效厚度eh=nh-C1-C2=5.70mm最小厚度min=4.80mm名義厚度nh=9.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量791.41Kg壓力計算最大允許工作壓力[Pw]==0.65136MPa結(jié)論合格5.5.5塔設(shè)備選型一覽表表5-21塔設(shè)備選型一覽表設(shè)備位號設(shè)備名稱類型尺寸/mm設(shè)計壓力/MPa封頭形式設(shè)計溫度/℃材料

篩孔直徑/mm篩孔數(shù)目/個保溫層T0101輕烴汽提塔篩板塔Φ1500×5000×60.55標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭200Q345R82874復(fù)合硅酸鹽巖棉Φ4500×7500×1030482T0102苯分離塔篩板塔Φ4400×39100×120.11標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭110Q345R882134復(fù)合硅酸鹽巖棉T0103甲苯分離塔篩板塔Φ8500×33320×140.11標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭150Q345R8102740復(fù)合硅酸鹽巖棉T0201C7分離塔篩板塔Φ3500×12700×90.11標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭200Q345R819560復(fù)合硅酸鹽巖棉Φ7800×20100×1287690T0202C10分離塔篩板塔Φ4000×17000×100.11標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭250Q345R824560復(fù)合硅酸鹽巖棉Φ5000×20900×1241234T0203C9分離塔篩板塔Φ3300×42150×70.17標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭200Q345R816570復(fù)合硅酸鹽巖棉T0401晶體逆流洗滌塔洗滌塔Φ3000×7200×70.11標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭40Q345RT0402分隔壁塔篩板塔Φ1400×42200×70.1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭150Q345R82984復(fù)合硅酸鹽巖棉Φ900×13000×712255.6反應(yīng)器5.6.1概述化學(xué)反應(yīng)器是將反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的裝置，是化工生產(chǎn)及相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于化學(xué)反應(yīng)種類繁多，機理各異，因此，為了適應(yīng)不同反應(yīng)的需要，化學(xué)反應(yīng)器的類型和結(jié)構(gòu)也必然差異很大。反應(yīng)器的性能優(yōu)良與否，不僅直接影響化學(xué)反應(yīng)本身，而且影響原料的預(yù)處理和產(chǎn)物的分離，因而，反應(yīng)器設(shè)計過程中需要考慮的工藝和工程因素應(yīng)該是多方面的。反應(yīng)器設(shè)計的主要任務(wù)首先是選擇反應(yīng)器的型式和操作方法，然后根據(jù)反應(yīng)和物料的特點，計算所需的加料速度、操作條件(溫度、壓力、組成等)及反應(yīng)器體積，并以此確定反應(yīng)器主要構(gòu)件的尺寸，同時還應(yīng)考慮經(jīng)濟的合理性和環(huán)境保護等方面的要求。5.6.2類型與特性反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。表5-22部分反應(yīng)器特性型式適用的反應(yīng)優(yōu)缺點管式氣相；液相返混小，所需反應(yīng)器容積較小，比傳熱面大；但對慢速反應(yīng)，管要很長，壓降大釜式液相；液-液相；液-固相適用性大，操作彈性大，連續(xù)操作時溫度、濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一，但高轉(zhuǎn)化率時，反應(yīng)容積大固定床氣-固(催化或非催化)相返混小，高轉(zhuǎn)化率時催化劑用量少，催化劑不易磨損；傳熱控溫不易，催化劑裝卸麻煩流化床氣-固(催化或非催化)相；特別是催化劑失活很快的反應(yīng)傳熱好，溫度均勻，易控制，催化劑有效系數(shù)大；粒子輸送容易，但磨耗大；床內(nèi)返混大，對高轉(zhuǎn)化率不利，操作條件限制較大5.6.3設(shè)計要點在反應(yīng)器設(shè)計時，除了通常說的要符合“合理、先進、安全、經(jīng)濟”的原則，在落實到具體問題時，要考慮到下列的設(shè)計要點：保證物料轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時間滿足物料和反應(yīng)的熱傳遞要求設(shè)計適當(dāng)?shù)臄嚢杵骱皖愃谱饔玫臋C構(gòu)注意材質(zhì)選用和機械加工要求5.6.4設(shè)計示例——混合二甲苯異構(gòu)化膜反應(yīng)器該反應(yīng)器的停留時間為1.75s，物流的體積流率V為7.707m3/s，由此可得：反應(yīng)體積=停留時間×體積流率=1.75×7.707=13.5()該體積為催化劑的體積，取催化劑的填裝空隙率為0.45，由此可得反應(yīng)器的體積V0=13.5/(1-0.45)=24.55()。反應(yīng)管采用正三角形排列，列管間距t=1.368d0a=(1/6)×(12n-3)0.5-0.5式中，d0為列管的外徑，n為列管數(shù)，b為六邊形層數(shù)，e為最外層列管到殼體的距離，D為反應(yīng)器的殼體直徑；帶入數(shù)據(jù)可得：t=1.368×0.032=0.043776(m)a=1/6×(12×4233-3)0.5-0.5=37b=2×37+1=75e=1.1d0=1.1×0.032=0.0352(m)D=t(75-1)+2×0.0352=3.3(m)L=4.5+4.5×0.45=6.5(m)h=0.25×3.3+0.04=0.865(m)H=6.5+0.865×2=8.23(m)故反應(yīng)器的直徑為3.3m，催化劑的填充高度為4.5m，管長L為6.5m，考慮封頭的高度h為0.865m，可得反應(yīng)器的長度H為8.23m。5.6.5基于FLUENT軟件的異構(gòu)化膜反應(yīng)器進口段模擬分析FLUENT是一款用于計算流體流動和傳熱問題的軟件。FLUENT是通用的CFD軟件，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流體的流動。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而能達到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解算的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型，使FLUENT在層流和湍流、傳熱、化學(xué)反應(yīng)、多相流、多孔介質(zhì)等方面有廣泛應(yīng)用。FLUENT是當(dāng)下處于世界領(lǐng)先地位的商業(yè)CFD軟件包之一，主要由GAMBIT、Tgrid、Fliters、FLUENT幾部分組成，其中GAMBIT、Tgrid、Fliters是前處理器——模擬對象的幾何建模以及網(wǎng)格生成；FLUENT是一個求解器并且本身還附帶著強大的后處理功能。FLUENT求解步驟：(1)確定幾何形狀，生成計算網(wǎng)格。解決具有復(fù)雜外形的流動，用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格比較好，其包括三角形、四邊形、四面體、六面體、金字塔形網(wǎng)格，另外也可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，它允許用戶根據(jù)解的具體情況對網(wǎng)格進行修改(粗化/細化)。(2)在建立幾何模型、生成網(wǎng)格和定義邊界條件后，導(dǎo)入到FLUENT中。(3)選擇求解器(2D或3D)。FLUENT2D：二維單精度求解器。FLUENT3D：三維單精度求解器。FLUENT2ddp：二維雙精度求解器。FLUENT3ddp：三維雙精度求解器。(4)檢查網(wǎng)格和單位。(5)選擇求解的方程：層流或湍流(或無粘流)，化學(xué)組分或化學(xué)反應(yīng)，傳熱模型等。確定其他需要的模型，如：風(fēng)扇、熱交換器、多孔介質(zhì)等模型。(6)定義流體的材料物性。(7)定義邊界類型和邊界條件。(8)確定條件計算控制參數(shù)。(9)進行流場初始化。(10)求解計算(Iterating)。(11)保存計算結(jié)果(數(shù)據(jù)文件)。(12)進行后處理等。經(jīng)過分析本項目對反應(yīng)器做如下如下建模：圖5-50反應(yīng)器建模建立幾何模型、生成網(wǎng)格和定義邊界條件后，導(dǎo)入到FLUENT中。從以下幾個方面對反應(yīng)器進行分析與優(yōu)化：5.6.5.1進料方式對反應(yīng)器的性能影響反應(yīng)器的進料方式主要有兩種，徑向進料和切向進料。本項目借助FLUENT軟件對兩種情況下的反應(yīng)器進口段的速度分布進行了分析。流場分布如圖5-51~圖5-54所示：圖5-51徑向進料速度矢量分布圖圖5-52徑向進料速度分布云圖圖5-53切向進料速度矢量分布圖圖5-54切向進料速度分布云圖從圖5-51~圖5-54中可以看出切向進口的流體分布要比徑向進口的流體分布均勻。形成這種結(jié)果的原因是因為在徑向進口中，流體流動的路徑只是整個反應(yīng)器管箱的直徑，沿著進口直徑方向兩側(cè)的區(qū)域大多是靠擴散來得到分布，而非靠壓頭來強迫流動。在切向進口中，流體流動的路徑是整個反應(yīng)器管箱的周長，流動路徑比較長，沿著管箱內(nèi)壁的一些區(qū)域是流體流動的主體，但是在中心區(qū)域，效果欠佳。整體來看切向進料的各種指標(biāo)均比徑向進料要好，所以在本項目推薦使用切向進料，并在基礎(chǔ)上做出進一步的優(yōu)化。5.6.5.2內(nèi)增設(shè)導(dǎo)流板導(dǎo)流板設(shè)計如下：圖5-55導(dǎo)流板安裝位置圖5-56導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)簡圖增設(shè)導(dǎo)流板后反應(yīng)器流動與無導(dǎo)流板反應(yīng)器流動對比：圖5-57增設(shè)導(dǎo)流板反應(yīng)器速度矢量分布圖圖5-58未增設(shè)導(dǎo)流板反應(yīng)器速度矢量分布圖從圖5-57、圖5-58對比中可以看出，增設(shè)導(dǎo)流板的情況下流場分布已經(jīng)相對很均勻了，而且這種導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，不會對管板和布管產(chǎn)生很大的影響。最終本項目采用此方案對反應(yīng)器進行優(yōu)化。5.6.6反應(yīng)器選型一覽表表5-23反應(yīng)器選型一覽表設(shè)備位號設(shè)備名稱封頭形式類型尺寸/mm數(shù)量/臺設(shè)計溫度/℃設(shè)計壓力/MPa材料保溫層R0101甲苯擇形歧化反應(yīng)器標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭固定床反應(yīng)器DN=3100L=926014601.815CrMoR需要保溫R0201烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭固定床反應(yīng)器DN=4100L=122301380315CrMoR需要保溫R0301異構(gòu)化膜反應(yīng)器標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭列管式固定床反應(yīng)器DN=3300L=70001300106Cr19Ni10需要保溫5.7儲罐5.7.1概述儲罐主要用于存儲在化工生產(chǎn)中的原料、中間體或產(chǎn)品等，儲罐是化工生產(chǎn)中最為常見的設(shè)備。儲罐容器的設(shè)計要根據(jù)所儲存的物料的性質(zhì)、使用目的、運輸條件、現(xiàn)場安裝條件、安全可靠程度和經(jīng)濟性等原則選用其材質(zhì)和大體型式。5.7.2分類儲罐根據(jù)形狀來劃分，有方形儲罐、圓筒形儲罐、球形儲罐和特殊形(如橢圓或半橢圓形)儲罐。5.7.3選型示例——粗對二甲苯中間罐選擇立式橢圓形封頭容器(P≤4MPa)，粗對二甲苯產(chǎn)品的流率為0.031m3/s，則取粗對二甲苯中間罐的停留時間為5min，取安全系數(shù)為0.8，則計算得到粗對二甲苯中間罐的容積為V0=(V×t)/ε=(0.031×300)/0.8=11.6(m3)查標(biāo)準(zhǔn)選擇儲罐的體積為12m3儲罐的尺寸為DN=2000mm，H=3200mm儲罐的封頭尺寸為曲面高度H1=500mm，直邊高度H2=40mm儲罐的總高度H=4280mm5.7.4儲罐選型一覽表表5-24儲罐選型一覽表設(shè)備位號設(shè)備名稱類型數(shù)量尺寸/mm封頭形式介質(zhì)設(shè)計壓力/MPa設(shè)計溫度/℃材料保溫防腐V0101甲苯進料緩沖罐臥式1DN=2800L=15200標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭氫氣、苯、甲苯等1.2595.5Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0102產(chǎn)物混合緩沖罐臥式1DN=3000L=15200標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭苯、甲苯、對二甲苯等1.6286.2Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0103輕烴閃蒸罐立式1DN=3000L=3900標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭苯、甲苯、對二甲苯等1.540.00Cr18Ni9不需要保溫外層涂防腐層V0104輕烴塔回流罐臥式1DN=2800L=12000標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭氫氣、甲烷、乙烷等0.5137.8Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0105苯塔回流罐臥式1DN=2400L=6200標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭苯、甲苯等0.180.4Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0106甲苯塔回流罐臥式1DN=2200L=5800標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭苯、甲苯、二甲苯等0.1111.3Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0201進料緩沖罐臥式1DN=2800L=15200標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭輕烴、苯、甲苯等1.4102.1Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0202C7閃蒸罐立式1DN=2500L=3410標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭輕烴、二甲苯、C10等1.540.00Cr18Ni9不需要保溫外層涂防腐層V0203C7回流罐臥式1DN=3000L=13200標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭苯、甲苯等0.15118Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0204C9回流罐臥式1DN=1800L=3400標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭甲苯、二甲苯、C10等0.1151.8Q345R不需要保溫外層涂防腐層續(xù)表設(shè)備位號設(shè)備名稱類型數(shù)量尺寸/mm封頭形式介質(zhì)設(shè)計壓力/MPa設(shè)計溫度/℃材料保溫防腐V0205C9塔頂回流罐立式拱頂罐1DN=8250L=8240拱高908__甲苯、二甲苯等0.1141.3Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0301緩沖罐臥式1DN=2800L=9400標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭甲苯、二甲苯等0.1300Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0401結(jié)晶器進料緩沖罐立式1DN=1800L=3400標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭二甲苯、C9、乙苯等0.1100.4Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0403晶體熔融罐平底錐蓋1DN=3600H=4800標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭二甲苯、C9、乙苯等0.15Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0404甲苯回流罐臥式1DN=800L=1800標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭甲苯0.11150Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0405二甲苯中間罐臥式1DN=600L=1600標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭二甲苯0.11150Q345R不需要保溫外層涂防腐層V0501對二甲苯儲罐立式拱頂罐2DN=15780L=11370拱高1721__甲苯1.225Q235A不需要保溫外層涂防腐層V0502甲苯儲罐立式拱頂罐2DN=15780L=11370拱高1721__重芳烴1.225Q235A不需要保溫外層涂防腐層V0503重芳烴儲罐立式拱頂罐2DN=13500L=11500拱高1468__對二甲苯1.225Q235A不需要保溫外層涂防腐層V0504苯儲罐立式拱頂罐1DN=8250L=8250拱高887__苯0.180Q235A.F不需要保溫外層涂防腐層5.8氣液分離器5.8.1概述氣液分離器的作用是將氣液兩相通過重力的作用進行氣液的分離。5.8.2設(shè)計步驟氣體流速()的確定氣體流速對分離效率是一個重要因素。如果流速太大，氣體在絲網(wǎng)的上部將把液滴破碎，并帶出絲網(wǎng)，形成“液泛”狀態(tài)，如果氣速太低，由于達不到湍流狀態(tài)，使許多液滴穿過絲網(wǎng)而沒有與網(wǎng)接觸，降低了絲網(wǎng)的效率。氣速對分離效率的影響見圖5-59：圖5-59分離效率與氣速的關(guān)系圖計算方法式中為與絲網(wǎng)自由橫截面積相關(guān)的氣體流速，、為分別為液體和氣體的密度，為常數(shù)，通常尺寸設(shè)計絲網(wǎng)的直徑為式中為絲網(wǎng)自由截面積上的氣體流速，為絲網(wǎng)直徑，其余符號意義同前。由于安裝的原因(如支承環(huán)約為)，容器直徑須比絲網(wǎng)直徑至少大l00mm，由圖2.5.1-2可以快速求出絲網(wǎng)直徑高度容器高度分為氣體空間高度和液體高度(指設(shè)備的圓柱體部分)。低液位()和高液位()之間的距離由下式計算：式中—容器直徑，；—液體流量，；—停留時間，；—低液位和高液位之間的距離，；液體的停留時間(以分計)是用鄰近控制點之間的停留時間來表示的，停留時間應(yīng)根據(jù)工藝操作要求確定。氣體空間高度的尺寸見圖5-60所示。絲網(wǎng)直徑與容器直徑有很大差別時，尺寸數(shù)據(jù)要從分離的角度來確定。圖5-60立式絲網(wǎng)分離器接管直徑入口管徑兩相混合物的人口接管的直徑應(yīng)符合下式要求式中——接管內(nèi)兩相流速，；——氣相密度，；由此導(dǎo)出式中——接管直徑，;——液體體積流量，；——氣體體積流量，；其余符號意義同前。由接管直徑的確定圖可以快速求出接管直徑，圖如下圖5-61接管直徑確定圖出口管徑液體、氣體的出口接管的直徑，不得小于連接管道的直徑。液體出口接管可以用小于等于lm/s的流速來設(shè)計。氣體出口流速取決于氣體密度，密度小時，最大出口流速。密度大時，選用較小的氣體出口流速。任何情況下，較小的氣體出口流速有利于分離。絲網(wǎng)裝配除考慮經(jīng)濟因素外，還應(yīng)考慮工作溫度、容器材料以及絲網(wǎng)本身的耐久性。采用聚丙烯或聚乙烯絲網(wǎng)時，應(yīng)注意產(chǎn)生碳氫化合物的影響；采用聚四氟乙烯或不銹鋼絲網(wǎng)時應(yīng)考慮其受溫度的限制；鋁制容器內(nèi)不能采用蒙乃爾絲網(wǎng)；在有水滴存在的條件下，鋼制容器內(nèi)不能采用鋁制絲網(wǎng)。5.8.3設(shè)計示例——輕烴閃蒸罐輕烴閃蒸罐的進料物流信息為：ρ計算可得u則DG=0.0118×(32796/2.02)0.5=2.39(m)故選擇直徑D=2500mm立式絲網(wǎng)分離器的總長度為：H0=(900+2150+0.31)900+0.1D+HL+250+(625+40)×2HL=(324×6/60)/(47.1×2.52)=0.11(m)代入數(shù)據(jù)可得選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，曲面高度為625mm，直邊高度為40mm計算可知：ρGuGL2=2.4242×102=242.42(Pa)＜1500Pa由圖可讀出DP=700mm根據(jù)AspenPlus的數(shù)據(jù)計算可知VL=0.09×3600=324(m3/h) VG=9.1169×3600=32820.84(m3/h)由此導(dǎo)出DP＞3.02×10-3×(VL+VG)0.5×ρG0.25=0.69故入口管的直徑為700mm5.8.4加氫分離罐筒體與封頭的校核這里采用SW6-2011進行分離罐的強度計算，封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，校核數(shù)據(jù)如下：表5-25內(nèi)壓橢圓上封頭校核內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計算計算單位中航一集團航空動力控制系統(tǒng)研究所計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力Pc1.54MPa設(shè)計溫度t40.00C內(nèi)徑Di3000.00mm曲面深度hi750.00mm材料S30408(板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力t137.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力137.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值PT=1.25Pc=1.8750(或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力tT0.90s=184.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力T==159.37MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K==1.0000計算厚度h==16.91mm有效厚度eh=nh-C1-C2=17.70mm最小厚度min=4.50mm名義厚度nh=19.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量1484.61Kg壓力計算最大允許工作壓力[Pw]==1.61185MPa結(jié)論合格

表5-26內(nèi)壓橢圓下封頭校核內(nèi)筒下封頭內(nèi)壓計算計算單位中航一集團航空動力控制系統(tǒng)研究所計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力Pc1.54MPa設(shè)計溫度t40.00C內(nèi)徑Di3000.00mm曲面深度hi750.00mm材料S30408(板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力t137.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力137.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值PT=1.25Pc=1.8750(或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力tT0.90s=184.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力T==159.37MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K==1.0000計算厚度h==16.91mm有效厚度eh=nh-C1-C2=17.70mm最小厚度min=4.50mm名義厚度nh=19.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量1484.61Kg壓力計算最大允許工作壓力[Pw]==1.61185MPa結(jié)論合格5.8.5氣液分離器選型一覽表表5-27氣液分離器選型一覽表設(shè)備位號設(shè)備名稱類型數(shù)量尺寸/mm封頭形式介質(zhì)設(shè)計壓力/MPa設(shè)計溫度/℃材料保溫防腐V0103輕烴閃蒸罐立式1DN=3000L=3900標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭苯、甲苯、對二甲苯等1.540.00Cr18Ni9不需要保溫外層涂防腐層V0202C7閃蒸罐立式1DN=2500L=3410標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭輕烴、二甲苯、C10等1.540.00Cr18Ni9不需要保溫外層涂防腐層5.9加熱爐選型一覽表表5-28加熱爐選型一覽表設(shè)備位號名稱型號數(shù)量出口壓力/MPa出口溫度/℃操作設(shè)計操作設(shè)計F0101擇形歧化進料加熱爐MOV-80-ETS11.82.5460500F0201烷基轉(zhuǎn)移進料加熱爐MOV-105-ETS134380420第六章配管設(shè)計6.1設(shè)計依據(jù)《石油化工金屬管道布置設(shè)計規(guī)范》SH3012-2011《化工、石油化工管架、管墩設(shè)計規(guī)定》HG/T20670-2000《化工裝置管道布置設(shè)計規(guī)定》HG/T20549-1998《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》GB50251-2003《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》GB50253-2003《石油化工配管工程設(shè)計圖例》SH/T3052-2004《石油化工非埋地管道設(shè)計通則》SH/T3039-2003《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》1996年國家勞動部頒發(fā)《防止靜電事故通用導(dǎo)則》GB12158-20066.3設(shè)備配管6.3.1管道設(shè)計管徑確定一般要求：管道直徑的設(shè)計應(yīng)滿足工藝對管道的要求，其流通能力應(yīng)按正常生產(chǎn)條件下介質(zhì)的最大流量考慮，其最大壓力降應(yīng)不超過工藝允許值，其流速應(yīng)位于根據(jù)介質(zhì)的特性所確定的安全流速的范圍內(nèi)。綜合權(quán)衡建設(shè)投資和操作費用。一套石油化工裝置的管道投資一般占裝置投資20%左右。因此，在確定管徑時，應(yīng)綜合權(quán)衡投資和操作費用兩種因素，取其最佳值。操作情況不同流體按其性質(zhì)、狀態(tài)和操作要求的不同，應(yīng)選用不同的流速。粘度較高的液體，摩擦阻力較大，應(yīng)選較低拐漣，允許壓力降較小的管道。為了防止因介質(zhì)流速過高而引起管道沖蝕、磨損、振動和噪聲等現(xiàn)象，液體流速一般不宜超過4m/s;氣體流速一般不超過其臨界速度的85%，真空下最大不超100m/s;含有固體物質(zhì)的流體，其流速不應(yīng)過低，以免固體沉積在管內(nèi)而堵塞管道，但也不宜太高，以免加速管道的磨損或沖蝕。同一介質(zhì)在不同管徑的情況下，雖然流速和管長相同，但管道的壓力降卻可能相差較大。因此，在設(shè)計管道時，如允許壓力降相同，小流率介質(zhì)應(yīng)選用較小流速，大流率介質(zhì)可選用較高流速。確定管徑后，應(yīng)選用符合管材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，對工藝用管道，不推薦選用DN32，DN65和DN125管子。不可壓縮流體的管徑計算：流體常用流速范圍在流體的輸送中，流速的選擇直接影響到管徑的確定和流體輸送設(shè)備的選擇。管徑小，流速大，壓力降大，動力消耗增大;反之，則管路建設(shè)費用增加。因此必須合理選擇流速使管路設(shè)計優(yōu)化。管徑確定的依據(jù)管徑的確定主要根據(jù)輸送流體的種類和工藝要求，選定流體流速后，通過計算或算圖來確定。對于化工廠一般距離較短，直徑較小的管路，其管徑在流速選定后，由下式計算：式中：d——管道直徑(mm)；V——管路流體的流量(m3/s);U——流體選用的流速(m/s)。管路壓降計算在工程設(shè)計中，根據(jù)化工工藝要求，為將系統(tǒng)的總壓降控制在合理及經(jīng)濟的范圍內(nèi)，必須計算或校核管路系統(tǒng)的流體阻力。在一般的壓力下，壓力對液體密度的影響很小，即使在高達35MPa的壓力下，密度的變化仍然很小。因此，液體可視為不可壓縮流體。氣體密度隨壓力的變化而變化，流體在管路中的壓降與下列因素有關(guān)：管路形式，即簡單管路還是復(fù)雜管路;管壁的粗糙度，管壁的粗糙度有絕對粗糙度(ε)和相對粗糙度。粗糙度數(shù)據(jù)可由手冊查得。流體流動形態(tài)流體在管內(nèi)流動可分為滯流或湍流，可由Re數(shù)決定，然后選擇不同的壓降公式進行計算。當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法是將管件和閥門等折算成相當(dāng)?shù)墓艿乐惫荛L度，然后將直管長度與當(dāng)量長度一并計算摩擦壓力降。阻力系數(shù)法阻力系數(shù)法按下式計算：式中：——流體流經(jīng)管件或閥門的壓力降，kPa；——阻力系數(shù)，無因次。管路閥門和管件的選擇在化工管路中，為滿足生產(chǎn)工藝和安裝檢修需要，管路上安裝的各種閥門、管件都是管路中必不可少的組成部分。閥門及附件選擇不當(dāng)，會使管路發(fā)生損壞和泄漏，給化工生產(chǎn)造成嚴重影響，甚至要進行緊急停車處理。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，管路的檢修70%以上是閥門及附件的維修。因此閥門和管件的選擇與管子一樣重要。選擇時的原則為：根據(jù)輸送介質(zhì)的溫度和壓力等工藝條件，確定閥門及管件的溫度壓力等級。一般為了確保安全生產(chǎn)，閥門與管件要比管道高一等級。根據(jù)介質(zhì)的特點進行選擇，如腐蝕性、有無固體、有無結(jié)晶析出、粘度以及是否產(chǎn)生相變等。在選擇閥門時，要考慮閥門整體的適應(yīng)性，即要求構(gòu)成閥門的各部件都要滿足工藝要求。選用閥門及管件時，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，避免非標(biāo)準(zhǔn)件，以保證質(zhì)量及供貨來源充足。根據(jù)工藝要求選擇閥門，一般調(diào)節(jié)流量可選用截止閥;閘閥密封性較好，流體阻力較小，也廣泛用于調(diào)節(jié)流量，尤其是大口徑管路更為適用;對含懸浮固體或有結(jié)晶析出的、用于一次投料和卸料的，旋塞閥比較合適;針形閥用于儀表和分析儀器的場合。根據(jù)介質(zhì)的溫度、壓力及流量選擇減壓閥及安全閥。合理選擇疏水器，主要根據(jù)冷凝水排放情況進行選擇。管路所用的法蘭及墊片材質(zhì)根據(jù)介質(zhì)特性及操作溫度、壓力選擇。管路絕熱設(shè)計絕熱的功能絕熱是保溫與保冷的統(tǒng)稱。為了防止生產(chǎn)過程中設(shè)備和管道向周圍環(huán)境散發(fā)或吸收熱量而進行的絕熱工程，已成為生產(chǎn)和建設(shè)過程中不可缺少的一項工程。用絕熱減少設(shè)備、管道及其附件的熱(冷)量損失。保證操作人員安全，改善勞動條件，防止?fàn)C傷和減少熱量散發(fā)到操作區(qū)。在長距離輸送介質(zhì)時，用絕熱來控制熱量損失，以滿足生產(chǎn)上所需要的溫度。冬季，用保溫來延緩或防止設(shè)備、管道內(nèi)液體的凍結(jié)。當(dāng)設(shè)備、管道內(nèi)的介質(zhì)溫度低于周圍空氣露點溫度時，采用絕熱可防止設(shè)備、管道的表面結(jié)露。用耐火材料絕熱可提高設(shè)備的防火等級。對工藝設(shè)備或爐窯采取絕熱措施，不但可減少熱量損失，而且可以提高生產(chǎn)能力。絕熱結(jié)構(gòu)絕熱結(jié)構(gòu)是保溫結(jié)構(gòu)和保冷結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。為減少散熱損失，在設(shè)備或管道表面上覆蓋的絕熱材料、以絕熱層和保護層為主體及其支承、固定的附件構(gòu)成、夕統(tǒng)一體，稱為絕熱結(jié)構(gòu)。絕熱層絕熱層是利用保溫材料的優(yōu)良絕熱性能，增加熱阻，從而達到減少散熱的目的，是絕熱結(jié)構(gòu)的主要組成部分。防潮層防潮層的作用是抗蒸汽滲透性好，防潮、防水力強。保護層保護層是利用保護層材料的強度、韌性和致密性等以保護保溫層免受外力和雨水的侵襲，從而達到延長保溫層的使用年限的目的，并使保溫結(jié)構(gòu)外形整潔、美觀。6.3.2管道布置管道布置原則管道布置設(shè)計首先必須符合管道儀表流程圖(PID)的設(shè)計要求和有關(guān)行業(yè)、國家的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，保證安全生產(chǎn)及便利操作。管道布置設(shè)計應(yīng)根據(jù)具體的生產(chǎn)特點，結(jié)合設(shè)備布置、建筑物與構(gòu)筑物情況等進行綜合考慮，對裝置所有管道(即生產(chǎn)系統(tǒng)管道、輔助系統(tǒng)管道、采暖通風(fēng)管路等)全盤規(guī)劃，各安其位。裝置內(nèi)管道平面布置圖按所選定的比例不能在一張圖紙上繪制完成時，應(yīng)將裝置分區(qū)進行管道布置設(shè)計，每一區(qū)的范圍以使該區(qū)的管道平面布置圖能在一張圖紙上繪制完成為原則。為了便于施工安裝、生產(chǎn)操作、檢查維修，管道應(yīng)盡可能架空敷設(shè)，必要時(如離心泵的吸人管道不可能架空時)，也可埋地或管溝敷設(shè)。埋地敷設(shè)的優(yōu)點是利用地下空間。使地面以上空間較為簡潔，并不需支承措施，其缺點是對管道有較強的腐蝕，檢查和維修困難，在車行道處有時需特別處理以承受大的載荷。低點排液不便及易凝油品凝固在管內(nèi)時處理困難，帶隔熱層的管道很難保持其良好的隔熱功能等，故只有在架空敷設(shè)不可能時，才予以采用。管溝敷設(shè)可充分利用地下空間，并提供了較方便的檢查維修條件，還可敷設(shè)有隔熱層的高溫、易凝介質(zhì)或腐蝕性介質(zhì)的管道;但其費用高，占地面積大，需設(shè)排水點，易積聚或串入油氣，增加不安全因素，污物清理困難等。埋地管道頂與路面的距離不小于0.6m，并應(yīng)在凍土深度以下。管道布置應(yīng)成列平行敷設(shè)。盡量走直線少拐彎(因作自然補償、方便安裝、檢修、操作除外)，少交叉以減少管架的數(shù)量，節(jié)省管架材料，達到整齊美觀便于施工安裝。對有腐蝕性物料的管道，應(yīng)布置在平列管道的下方或外側(cè)，易燃、易爆、有毒和有腐蝕性物料的管道不應(yīng)敷設(shè)在生活間、樓梯和走廊處，并應(yīng)配置安全閥、防爆片、阻火器、水封等防火、防爆設(shè)施。放空管應(yīng)引至室外指定地點或高出屋面2m以上。冷熱管道盡量分開布置，不得已時，熱管在上，冷管在下。其保溫層外表面的間距，上下并行時一般不應(yīng)小于0.5m;交叉排列時，不應(yīng)小于0.25m。設(shè)備間的管道連接，應(yīng)盡可能地短而直，尤其用合金鋼的管道和工藝要求壓降小的管道，如泵的進口管道、加熱爐的出口管道、真空管道等，同時要有一定的柔性，以減少人工補償和由熱脹位移所產(chǎn)生的力和力矩。當(dāng)管道改變標(biāo)高或走向時，應(yīng)避免管道形成積聚氣體的“氣袋”或液體的“口袋”U和“盲腸”。如不可避免時應(yīng)于高點設(shè)排氣閥，低點設(shè)排液閥。高點排氣口最小管徑為DN15，低點排液口最小管徑為DN20(主管為DN15時，排液口DN15)。高粘度介質(zhì)的排氣、排液口最小管徑為DN25。氣體管的高點排氣口可不設(shè)閥門，采用螺紋管帽或法蘭蓋封閉。除管廊上的管道外，DN≤25的管道可不設(shè)高點排氣口。有毒及易燃易爆液體管道的排放點不得接入下水道，應(yīng)接入封閉系統(tǒng)。比空氣重的氣體的放空點應(yīng)考慮對操作環(huán)境的影響及人身安全的防護。從水平的氣體主管上引接支管時，應(yīng)從主管的頂部接出。管道布置不應(yīng)擋門、擋窗。應(yīng)避免通過電動機、配電盤、儀表盤的上空，在有吊車的情況下，管道布置應(yīng)不妨礙吊車工作。在建筑物安裝孔的區(qū)域也不應(yīng)布置管道。管道連接由于管法蘭處易泄漏，故生產(chǎn)管道除與設(shè)備接口和閥門法蘭、特殊管件連接處采用法蘭連接外，其他均采用對焊連接住(DN≤40的用承插焊連接或卡套連接)。采用成型無縫管件〔彎頭、異徑管、三通)時，不宜直接與平焊法蘭焊接(可與對焊法蘭直接焊接)，其間要加一段直管，直管長度一般不小于其公稱直徑。最小不得低于100mm。管道對接焊口的中心與彎管起彎點的距離不應(yīng)小于管外徑，且不小于100mm。管道上兩相鄰對接焊縫間的凈距應(yīng)不小于3倍管壁厚，短管凈長度應(yīng)不小于5倍管壁厚，且不小于50mm。對于DN大于或等于50m的管道，兩焊縫間的凈距離應(yīng)不小于100mm。管道的環(huán)焊縫不應(yīng)在管托范圍內(nèi)。焊縫邊緣與支架邊緣間的凈距離應(yīng)大于焊縫寬度的5倍，且不小于100mm。不宜在管道焊縫及其邊緣上開孔與接管。鋼板卷焊的管縱向焊縫應(yīng)置于易檢修和觀察位置，且不宜在水平管底部。對有加固環(huán)或支撐環(huán)的管子，加固環(huán)或支撐環(huán)的對接縫應(yīng)與管子的縱向焊縫錯開，且不小于100mm。坡度要求管道平面敷設(shè)應(yīng)有坡度，坡度方向一般均沿著物料流動方向，但也有與物料流動方向相反的(根據(jù)工藝要求確定)。坡度一般為1/100～5/1000。輸送物料粘度越大，其管道坡度也越大。含固體結(jié)晶的物料管道的坡度可至5/100左右。埋地管道及敷設(shè)在地溝中的管道，在停止生產(chǎn)時，其積存物料不考慮放盡者，可不考慮敷設(shè)坡度。常用物料管道的坡度如下：

表6-1常用物料管道坡度表物料蒸汽蒸汽冷凝水清水冷凍水生產(chǎn)廢水壓縮空氣N2真空坡度5/10003/10003/10003/10001/10004/10003/1000當(dāng)管道敷設(shè)采用低管架時，其管底標(biāo)高不小于0.3m;采用中管架時，不小于2m;采用高管架時，當(dāng)排管下不布置機泵，其最下層管道一般不低于3.2m。，而布置機泵一般不低于4m。上下兩層排管的標(biāo)高差可取1～1.4m。當(dāng)管道通過廠區(qū)道路時，一般高度不小于4m;通過廠區(qū)鐵路時，則不小于6m。管道間凈距應(yīng)滿足管子焊接、隔熱層及組成件安裝維修的要求兩管道上最突出部分之間的凈距，中低壓管道不應(yīng)小于30mm，高壓管道不應(yīng)小于70mm。管道突出部分或管道隔熱層外壁的最突出部分，距管架或框架的支柱、建筑物墻壁的凈距不應(yīng)小于100mm。并應(yīng)考慮擰緊法蘭螺栓所需的空間。無法蘭不隔熱管道間距應(yīng)滿足管道焊接及檢修的要求，一般不小于50mm，有側(cè)向位移的管道應(yīng)道當(dāng)加大管道間的凈距。當(dāng)管道穿越屋面、樓板、平臺及墻壁時，一般應(yīng)加套管保護，套管直徑應(yīng)不妨礙管道的熱脹，并大于保溫后的直徑或法蘭直徑;低壓常溫管道可不加套管。一般閥門的布置原則閥門應(yīng)設(shè)在容易操作、便于安裝、維修的地方。成排管道(如進出口裝置的管道)上的閥門應(yīng)集中布置，有利于設(shè)置操作平臺及梯子。消火栓或消防用的閥門，應(yīng)設(shè)在發(fā)生火災(zāi)時能安全接近的位置。閥門應(yīng)設(shè)在熱位移小的地方。閥門上有旁路線或偏置的傳動部件時(如齒輪傳動閥)，應(yīng)為旁路或偏置部件留有足夠的安裝和操作空間。埋地管道的閥門要設(shè)在閥門井內(nèi)，并留有維修的空間。立管上閥門的閥桿中心線的安裝高度宜在地面或平臺以上0.7～1.6m的范圍，DN40及以下閥門可布置在2m高度以下。位置過高過低時應(yīng)設(shè)平臺或操縱裝置，如鏈輪或伸長桿等以便于操作。極少數(shù)不經(jīng)常操作的閥，且其操作高度離地面不大于2.5m，又不便另設(shè)永久性平臺時，應(yīng)用便攜梯或移動式平臺使人能夠操作。閥門的閥桿不應(yīng)向下垂直或傾斜安裝。布置在操作平臺周圍的閥門手輪中心距操作平臺邊緣不宜大于400mm，當(dāng)閥桿和手輪伸入平臺上方且高度小于2m時，應(yīng)使其不影響操作人員的操作和通行安全。閥門相鄰布置時，手輪間的凈距不宜小于100mm。安裝在管溝或閥門井內(nèi)經(jīng)常操作的閥門，當(dāng)手輪低于蓋板以下300mm時，應(yīng)加裝伸長桿，使其在蓋板下100mm以內(nèi)。非金屬管道的布置應(yīng)有足夠的管道柔性或有效的熱補償措施，以防因膨脹(或收縮)或管架和管端的位移造成泄漏或損壞，應(yīng)采取有效的防靜電措施;露天敷設(shè)時，應(yīng)有防老化措施;在有火災(zāi)危險的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)為其設(shè)置適當(dāng)?shù)陌踩雷o措施。非金屬襯里管道的布置應(yīng)特別注意非金屬材料的特性與金屬材料之間的差異，使膨脹(或收縮)及其他位移產(chǎn)生的應(yīng)力降到最小，每一板管線都應(yīng)在三維坐標(biāo)系的至少一個方向上設(shè)置一個尺寸調(diào)整管段，以保證安裝準(zhǔn)確。非金屬襯里管不宜用于真空管道。6.3.3常見設(shè)備的配管塔設(shè)備塔的管道布置應(yīng)從塔頂部到底部自上而下進行規(guī)劃，并且應(yīng)首先考慮塔頂和大直徑的管道的位置和自流管道的走向，再布置壓力管道和一般管道，最后考慮塔底和小直徑管道。塔上的接管應(yīng)位于靠管廊一側(cè)布置，沿塔布置的主管應(yīng)盡量靠近塔，穿過平臺處管道保溫層不得與平臺圈構(gòu)件相碰。同時也不應(yīng)與其他平臺的梁相碰。塔頂管道一般有塔頂氣、放空和安全閥出口管道，塔頂放空管道一般安裝在塔頂氣管道最高處水平管段的頂部，并應(yīng)符合防火規(guī)范的要求。塔頂氣管一般管徑較大，應(yīng)盡可能短的布置，要“步步低”，不宜出現(xiàn)袋形管，且具有一定的柔性。塔頂為兩級冷凝時，其管道布置應(yīng)使冷凝液逐級自流，塔頂氣總管與冷凝器入口支管應(yīng)對稱布置。當(dāng)塔頂壓力用熱旁路控制時，熱旁路管應(yīng)保溫，盡量短，其調(diào)節(jié)閥安裝在回流罐上部，且管道不得出現(xiàn)“袋形”。每一根沿塔管道都需在上部設(shè)承重支架，并在適當(dāng)位置設(shè)導(dǎo)向支架，以免管嘴受力過大。塔體側(cè)面管道一般有回流、進料、側(cè)線抽出、汽提蒸汽、再沸器入口和返回管道等。為使閥門關(guān)閉后無積液，上述管道上的閥門宜直接與塔體管口相接，進(出)料管道在同一角度有兩個以上的進〔出)料開口時，管道應(yīng)考慮一定的柔性。塔底的操作溫度一般較高，因此在設(shè)計塔底管道時，其柔性應(yīng)滿足規(guī)范要求;尤其是塔底抽出管道和泵相連時，管道應(yīng)短且少拐彎，還需有足夠的柔性以減少泵嘴受力。塔底抽出線應(yīng)引至塔裙或底座外，塔裙座內(nèi)不應(yīng)設(shè)置法蘭、閥門、儀表接頭等部件。塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上不得有“袋形”，應(yīng)是“步步低”，以免塔底泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。抽出管上的隔斷閥應(yīng)盡量靠近塔體，并便于操作。塔的管口方位應(yīng)滿足塔內(nèi)件工作原理及結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計時應(yīng)考慮設(shè)備內(nèi)件整體結(jié)構(gòu)的相對方位與管口方位同時確定。對于有塔板的塔，人孔宜布置在與塔板溢流堰平行的塔直徑上，條件不允許時可以不平行，但人孔與溢流堰在水平方向的凈距離應(yīng)大于50mm。液位計接口可通過根部閥與液位計直接連接，也可通過根部閥與液位計連通管連接。不得把液位計接口布置在進料口的對面，除非進料口有內(nèi)擋板保護。與塔直連的外浮簡式液位控制接管應(yīng)加擋板。液位計、液位控制浮筒、報警器等設(shè)施常位于塔平臺內(nèi)或局部平臺端部，以便于維修。壓力計接口應(yīng)布置在塔的氣相區(qū)內(nèi)，使壓力計讀數(shù)不受液位壓頭的影響。氣相取樣口和測溫口應(yīng)避開塔板降液槽的氣相區(qū)。液相取樣口和測溫口應(yīng)設(shè)在降液管區(qū)域的塔板持液層內(nèi)。對于易結(jié)晶的液相取樣管應(yīng)坡向塔板。塔頂部吊柱的定位應(yīng)使旋轉(zhuǎn)時可到達平臺外起吊點上方，以及平臺內(nèi)所有人孔的位置，并與梯子的設(shè)置統(tǒng)一布置。在事故時，人孔蓋板順利關(guān)閉的方向與入疏散的方向應(yīng)一致，使之不受阻擋。應(yīng)和應(yīng)力分析工程師一起確定塔上固定支架和導(dǎo)向支架的位置，以便向設(shè)備專業(yè)工程師提出荷載條件。沿塔敷設(shè)的兩根或多根管道的承重支架，管徑較大時其位置要錯開。確定承重架位置時，應(yīng)使作用在管接口上的荷載最小。容器容器底部排出管道沿墻敷設(shè)離墻距離可以小些，以節(jié)省占地面積，設(shè)備間距要求大些，以便操作人員能進入切換閥門。排出管在設(shè)備前引出。設(shè)備間距離及設(shè)備離墻距離均可以小些，排出管通過閥門后一般應(yīng)立即引至地下，使管道走地溝或樓面下。排出管在設(shè)備底中心引出，適用于設(shè)備底離地面較高，有足夠距離可以安裝和操作閥門，這樣敷設(shè)高度短，占地面積小，布置緊湊，但限于設(shè)備直徑不宜過大，否則開啟閥門不方便。進入容器的管道為對稱安裝，適用于需設(shè)置操作平臺、開關(guān)閥門的設(shè)備。進入容器的管道敷設(shè)在設(shè)備前部，適用于能站在地(樓)面上操作閥門的設(shè)備。站在地面上操作較高設(shè)備進入管的敷設(shè)方法。臥式槽的進出料口位置應(yīng)分別在兩端，一般進料在頂部、出料在底部。泵泵體不宜承受進出口管道和閥門的重量，故進泵前和出泵后的管道必須設(shè)支架，盡可能做到泵移走時不設(shè)臨時支架。吸入管道應(yīng)盡可能短，少拐彎，并避免突然縮小管徑。吸入管道的直徑不應(yīng)小于能的吸入口。當(dāng)泵的吸入口為水平方向時，吸入管道上應(yīng)配置偏心異徑管，管頂取平，以免形成氣袋。當(dāng)吸入口為垂直方向時，可配置同心異徑管。泵的排出管上均設(shè)止回閥，防止泵停時物料倒沖。止回閥應(yīng)設(shè)在切斷閥之前，停車后將切斷閥關(guān)閉，以免止回閥閥板長期受壓損壞。懸臂式離心泵的吸入口配管應(yīng)給予拆修葉輪的方便。往復(fù)泵、漩渦泵、齒輪泵一般在排出管上(切斷閥前)設(shè)安全閥(齒輪泵一般隨帶安全閥)，防止因超壓發(fā)生事故。安全閥排出管與吸入管連通。蒸汽往復(fù)泵的排汽管應(yīng)少拐彎，不設(shè)閥門，在可能積聚冷凝水的部位設(shè)排放管，放空量大的還要裝設(shè)消聲器，乏氣應(yīng)排至戶外適宜地點，進汽管應(yīng)在進汽閥前設(shè)冷凝水排放管，防止水擊汽缸。蒸汽往復(fù)泵，計量泵、非金屬泵的吸入口須設(shè)過濾器，避免雜物進入泵內(nèi)。換熱器管殼式換熱器的管道布置管殼式換熱器工藝管道布置應(yīng)注意冷熱物流的流向，一般被加熱介質(zhì)(冷流)應(yīng)由上而下，被冷凝或被冷卻介質(zhì)(熱流)應(yīng)由上而下。換熱器管道的布置應(yīng)方便操作和不妨礙設(shè)備的檢修，并為此創(chuàng)造必要的條件。管道布置不應(yīng)影響設(shè)備的抽芯(管束或內(nèi)管)。管道和閥門的布置，不應(yīng)妨礙設(shè)備的法蘭和閥門自身法蘭的拆卸或安裝。本廠考慮到管殼式換熱器的實際大小、擺放位置、以及相應(yīng)配管的大小，管程流體管道為左右流向，殼程流體從側(cè)面進出。立式熱虹吸再沸器配管①沸器的降液管和升汽管在熱脹許用應(yīng)力范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能短而直，減少彎頭數(shù)量，以減少壓降。②避免系統(tǒng)產(chǎn)生壓降，液體就會開始閃蒸，產(chǎn)生氣液兩相流體流動，影響控制和測量儀表的操作和精度。在布置飽和一體管道時，基本原則是使壓力降最小，并在測量或控制儀表前不出現(xiàn)垂直上升管段。本工藝立式熱虹吸再沸器被加熱介質(zhì)的流向為由下而上。壓縮機離心式壓縮機殼體有兩種基本形式：垂直剖分型用于高壓；水平剖分型用于低壓或中壓。垂直剖分型壓縮機前面不得有管道及其他障礙物，水平剖分型壓縮機上部不得有管道和其它障礙物。如