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1、摘要加氢裂化是能耗较大的装置，随着炼油厂原油的劣质化，原料蜡油密度变重，硫氮含量增加，使得反应温度越来越高，循环氢量增加，燃料气中压蒸汽的消耗也随之增大。对加氢裂化装置能源消耗情况进行深入分析，找出节约能源消耗的措施，合理利用加氢裂化产品，是非常有意义的。随着加氢裂化和加氢脱硫等工艺不断改进，加氢裂化装置制造技术的完善。，通过增设热高压分离器，解决了增加换热器压降问题。本设计介绍了课题选择的依据、课题的国内外研究现状、课题的主要内容及拟采取的方法、设计的难点与解决方法、设计要求和设计参数，对压力容器的筒体、封头、密封装置和焊接结构等进行了设计。对筒体、封头进行水压试验校核计算，达到符合要求。最
2、后经过对所设计的高压分离器的制造和损伤分析得到了在各个环节注意事项，难点及解决办法。 通过查阅相关资料、方案论证完成了本热高压分离器的综合设计，达到了设计任务书提出的性能指标要求。关键词：加氢裂化；热高压分离器；压力容器；焊接结构；密封装置AbstractHydrocracking is a device of large energy consumption, with the poor quality of crude oil refineries, gas oil density of heavier materials, sulfur and nitrogen content incr
3、eased, the reaction temperature is getting higher and increased circulating hydrogen, fuel gas pressure steam consumption also increased. Of the hydrocracking unit energy consumption in-depth analysis to identify energy saving measures, rational use of hydrocracking products, it is very meaningful.
4、With the hydrocracking and hydrodesulfurization processes continue to improve, hydrocracking unit manufacturing technology improved. , By adding the hot high pressure separator, to solve the problem of increasing pressure drop heat exchanger.This design introduces the subject of selection according
5、to the subject on the current status of the main issues and proposed approach, the design of the difficulties and solutions, design requirements and design parameters on the pressure vessel cylinder, head, Mi Feng equipment and welding structure is designed. On the cylinder, head to check water pres
6、sure test basis, to meet the requirement. Thanks to the designed high-pressure separator manufacturing and injuries were in various aspects of attention, difficulties and solutions.Through access to relevant information, the program demonstrated the completion of this hot high pressure separator int
7、egrated design, the design task to raise the performance index of the book.Keywords: hydrocracking; hot high pressure separator; pressure vessel; welded structure; seal目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1加氢裂化技术的发展背景和发展历程11.2加氢裂化技术在工业中的应用现状和发展前景21.3加氢裂化技术的重要性及在炼油工业中的地位3第2章 加氢裂化工艺与流程52.1工艺流程52.1.1 加氢裂化装置工艺流程162
8、.1.2 加氢装置工艺流程272.1.3 加氢装置流程38第3章 主体结构计算103.1 高压分离器常用材料103.2工艺尺寸计算113.2.1筒体D、H的计算113.2.2 确定壁厚123.2.3厚度附加量123.2.4焊接系数123.2.5选取名义厚度133.2.6 有效厚度133.2.7 最小壁厚校核133.2.8球形封头按仅受内压计算133.2.9有效厚度143.2.10水压试验时筒体应力校核143.2.11水压试验时封头应力校核143.3厚壁圆筒应力计算143.3.1内压作用下的应力计算143.3.2温差应力计算15第4章 组合应力计算及强度校核184.1 水平地震力184.1.1等
9、直径、等壁厚的塔设备184.2 地震弯矩计算184.3 高压分离器的强度计算194.4外壁当量组合应力校核204.5质量载荷计算204.5.1塔体和裙座的质量204.5.2人孔、法兰、接管等附属件质量214.5.3内构件质量214.5.4保温材料质量214.5.5充水质量21第5章 设备附件及焊接结构225.1法兰设计225.1.1 法兰的结构与类型225.1.2 法兰的密封面及尺寸225.2风载荷风弯矩计算235.2.1风载荷235.2.2风弯矩235.2.3裙座基础环设计255.3塔体底部拉压强度及轴向稳定性验算275.3.1塔体座即（-截面）的各项轴向应力计算275.3.2塔体底部（-截
10、面）抗压强度及轴向稳定性条件275.4裙座的强度及稳定性验算275.4.1裙座底部（0-0）截面轴向应力计算275.4.2裙座底部（0-0）截面强度及轴向稳定性校核285.5 全螺纹螺柱的选取285.5.1螺母的选取295.5.2金属环垫的选取29第6章 高压分离器制造及损伤机理分析33结论35参考文献36致谢37第1章 绪 论1.1加氢裂化技术的发展背景和发展历程加氢裂化技术源于第二次世界大战以前德国出现的“煤和煤焦油的高压加氢液化技术”，这种被称为古典加氢的技术采用三段工艺流程。第一段是煤糊的悬浮床（反应压力70MPa）液相加氢，生产汽油、中间馏分油和重油1926年实现工业化；第二段是以硫
11、化钨为催化剂的气相加氢，脱除中间馏分油的硫、氮化合物，1931年首次工业应用；第三段是以硫化钨-HF活化白土为催化剂的加氢裂化，在压力22MPa、温度400420、空速0.64h-1的条件下，将精制后的中间馏分油转化为汽油和柴油，1937年工业应用。1942年采用硫化钨-硫化镍-氧化铝催化剂的加氢裂化技术实现工业化，完善了老式三段加氢技术的第三段，并在德国得到广泛应用。第二次世界大战以后，中东原油产量提高，采用高效分子筛的硫化催化裂化急速得到发展，为转化重减压馏分油生产汽油提供了。更经济的手段，使人们对反应压力高、空速低消耗氢气多的煤及焦油高压加氢生产液体燃料失去了兴趣，老式加氢技术的发展几近
12、停止。尽管如此，在加氢工艺与工程设计、催化剂配方设计和高压设备制造技术等方面，古典加氢都为现代加氢裂化技术的开发和应用奠定了基础。加氢裂化在炼油中是能耗较大的装置，尤其是随着炼油厂加工原油的劣质化，原料蜡油密度变重，硫氮含量增加，使得反应温度越来越高，循环氢量增加，燃料气中压蒸汽的消耗也随之增大。对加氢裂化装置能源消耗情况进行深入分析，找出节约能源消耗的措施，合理利用加氢裂化产品，装置将发挥更好的经济效益，同时对加氢裂化技术的发展也具有促进意义。加氢裂化装置经济效益主要表现为对电、蒸汽燃料、氢气的节约、热量交换、操作优化。产品综合利用加氢裂化装置节能的重点。加氢裂化装置是生产优质产品的重要石油
13、炼制工艺，其进料范围很宽，操作模式多，氮该工艺需要消耗大量的氢气，加氢裂化装置根据不同原料及转化深度，以及产品方案不同，氢耗量为320380Nm3。新氢化进料。据经济核算可知，氢气成本约占装置生产总成本的8%，仅次于原料蜡油。故欲提高加氢裂化的效益，关键之一是降低氢气成本。对氢耗进行分析，有助于更好的降低成本，同时利于石化装置优化配置，特别是对制氢装置开车负荷优化。提高经济效益具有重要意义。装置氢耗包括化学氢耗、溶解氢耗与泄露氢耗。化学氢耗为化学反应所消耗氢气，约占总耗氢的85%左右，它与催化剂性质，催化剂使用时间、原料及产品方案有关，一般当催化剂品种一定，随着催化剂使用时间而增加，所以运行末
14、期比初期要增加15%左右。催化剂稳定性好，增加爱的幅度就小，对产品选择性与质量影响就小。装置溶解氢耗主要是指高分带入低分的氢气量，它是被溶解液带走。泄露氢耗包括装置静密封点泄露、K3012密封方面的工作，可以达到敬爱那个地成本增加装置整体效益的目的。（1）氢气消耗的高低，直接关系到加氢裂化装置的运行成本。控制好原料性质，平衡好产品收率，各组分的清晰分割，热高分温度的上限操作，装置的高负荷运行，有利于降低目前加氢裂化装置的氢耗。（2）加氢裂化装置要做好阻垢剂的加注工作，以减轻甚至避免原料油换热器结垢。（3）加氢裂化装置主要考虑对P3204、P3212、P3213.增加变频系统，达到节约电消耗的目
15、的。（4）采用低品位能量代高品位能量，合理利用好轻重石脑油的低品位能量，达到节能的目的。（5）加氢裂化轻、重石脑油。柴油和尾油的综合利用对增加装置效益意义很大。（6）做好加氢裂化装置的优化操作，能够实现装置的低能运行。加氢裂化工艺因其原料适应范围广，产品情节，加工灵活，已成为21世纪炼油的核心技术。在炼油工业中，采用高温高压加氢精制技术已有近半个世纪的历史。随着加氢裂化和加氢脱硫等工艺的改进，轻质油品需求量的增加，重质原料油的裂解精制，防止大气污染等的需要，该项工艺技术在不断进步，带动了加氢精制装置和加氢裂化装置中的核心设备-加氢反应器制造技术的改进提高和材料的更新换代。1.2加氢裂化技术在工
16、业中的应用现状和发展前景目前，重油高压加氢裂化技术主要有固定床、沸腾床、移动床和悬浮床加氢裂化等几种。从应用情况来看，固定床加氢裂化约占83%，沸腾床加氢裂化约占15%，移动床加氢裂化约占2%，悬浮床加氢裂化还处在工业应用的初级阶段。（1）固定床加氢裂化。固定床加氢裂化是指反应器内装有固定不动的催化剂，原料从反应器上部送入，反应后的产品从反应器的下部流出，反应物料自上而下通过床层。固定床加氢裂化技术有很多种，以联合油品公司、UOP公司、雪弗隆公司的技术应用较多。（2）沸腾床加氢裂化。沸腾床加氢裂化是指反应器中催化剂与重油构成流体流动的特征，重油从反应器下部送入，自下向上流动，催化剂处于运动状态
17、，好像沸腾液体。沸腾床加氢裂化技术主要有氢-油法加氢裂化过程、LC-Fining法加氢裂化过程以及抚顺石油化工研究院的技术等。循环设备，采用沸腾床自循环；采用微球催化剂；使用具有独特性能的三相分离器，解决了催化剂在沸腾床运转中的损失难题。（3）移动床加氢裂化。移动床加氢裂化是指反应器中催化剂自反应器上部连续加入，并自上而下移动，反应物与催化剂常呈逆流流动。移动床加氢裂化技术主要是壳牌公司的Hycon工艺，于1989年在荷兰的佩尼斯炼油厂建成了第一套工业装置，其处理能力为125万t/a。该过程是一种加氢脱金属和加氢脱硫等多种功能的加氢裂化工艺，其原料一般为减压渣油，实际转化率达60%以上。该工艺
18、与沸腾床加氢工艺相比，Hycon过程轻质油收率高、产品质量好，尤其是催化剂活性利用率高，这主要是因为料仓式移动床催化剂呈先进先出的活塞流状态而使装置排出的催化剂失活率基本相同，沸腾床过程排出的催化剂由于呈返混状态仍含30%以上的较高活性的催化剂。由于该过程采用并流式移动床操作，其催化剂用量和催化剂活性利用率可能不如采用逆流式移动床操作的OCR和Hyvahl过程。（4）悬浮床加氢裂化。悬浮床加氢裂化是指待裂化的渣油与细粉状添加物或催化剂形成悬浮液，在高温、高压和高空速下进行的重油加氢裂化技术。其典型的悬浮床加氢裂化有VCC、Canmet、HDH、SOC、Aurabon、MRH和Microcat等
19、过程。德国维巴(Veba)石油公司根据煤液化和重油加氢技术的经验开发成功了VCC过程，含液相加氢和气相加氢两个过程。1983年Veba建成了一套1t/hr的中试装置，1987年博特罗普炼油厂将一套煤液化装置改成VCC工业装置。该过程可加工各种减压渣油，转化率在95%以上，加入少量粉末状添加物可使反应平稳进行，且产品质量好。我国从1964年开始沸腾床加氢裂化技术的开发，抚顺石油化工研究院曾用3L和5L的沸腾床反应器进行了国内几种减压渣油的研究，均取得了较好的研究结果。最近该院沸腾床加氢裂化技术的研究取得了突破性进展，主要有反应器未采用高压热油内外1.3加氢裂化技术的重要性及在炼油工业中的地位在2
20、1世纪中叶以前石油仍然是世界范围的重要能源。但是，随着原油的不断开采，轻质石油资源越来越少，原油逐渐向高硫含量、高金属含量以及重质化方向发展。另一方面，从上世纪80年代开始，尤其是90年代后，油品市场呈现着轻质馏分油的需求持续增加、油品质量要求日益严格的趋势。面对原油不断的重质化发展及杂质含量特别是硫含量和金属含量不断增加的趋势，如何将它们转化成所需要的轻质燃料油已经成为我国炼油工业的重要课题。从对油品的加工工艺从有无氢气参与反应来讲，可以分为临氢工艺和非临氢工艺。非临氢工艺加工得到的轻质油产品收率和质量都不很高。随着原油的不断劣质化及环保要求的不断提高，采用非临氢工艺将很难完全解决由此导致的
21、对下游过程的影响和环保问题。采用加氢技术既能脱除油品中的杂质，又能提高产品的氢含量，产品质量好、价值高，加氢过程作为一种油品轻质化的成熟、有效的加工手段而越来越得到重视。加氢技术在炼油工业中的地位目前世界范围内加氢总能力占原油总处理量的50左右（其中加氢精制45，加氢裂化5）。日本加氢总能力约占原油加工总量的89，居世界首位（其中加氢精制86，加氢裂化3），其次是德国约占80（其中加氢精制75，加氢裂化5），美国居第三位，约占74（其中加氢精制65，加氢裂化9）。这些数据充分显示了目前加氢技术在现代炼油企业中的重要地位，同时还可以看出加氢技术的主流是加氢精制技术。在我国，加氢能力尚不足原油加工
22、总能力的20，远低于世界平均水平。这一现状也制约了我国成品油产品分布的均衡，同时也制约了产品油质量的提高。随着国内对轻质油品需求量的不断提高以及环保要求的日益严格，加氢工艺在我国正在迅速发展。第2章 加氢裂化工艺与流程2.1工艺流程原料先进入装置缓冲罐，再经反应进料泵升压后与产品柴油换热。混入氢气后与反应器流出的反应产物换热，再经加氢炉加热到反应要求的温度后进如反应器。反应产物先与混氢原料换热，再与高压分离器出来的生成油换热后，依次经注水、空冷、水冷后进入高压分离器。流程设计是加氢工程设计中的一个十分重要方面。由于加氢技术应用有多种形式，加氢装置流程多种多样，但简观之，这些流程大同小异，组成单
23、元类同（主要包括反应系统、反应产物换热、分离系统和循环氢系统）。细论之，由于功能差异和具体安排，在具体流程和组合上也有很多差异和各自特点。可以根据这些流程的工艺目的和特点将其分为四类进行叙述和讨论： 加氢处理或精制（Hydrotreating）装置流程，包括重整原料预加氢，石脑油和加氢脱硫，石脑油和烯烃和芳烃加氢饱和，煤油和柴油加氢脱硫，催化裂化原料的预加氢，润滑油加氢补充精制脱色和渣油加氢脱硫。 加氢裂化装置流程，包括馏分油加氢改质（Upgrading），渣油加氢改质，润滑油基础油生产，加氢裂化和缓和中压加氢裂化等。 固定床渣油加氢改制装置流程，包括膨胀床渣油和加氢改质流程。 润滑油加氢组合
24、工艺流程换热其他加氢装置的联合等。2.1.1 加氢裂化装置工艺流程12-1-1加氢裂化装置工艺流程示意11原料油缓冲罐；2滤后原料油缓冲罐；3原料油过滤器；4反应进料加热炉；5精制反应器；6裂化反应器；7热高压分离器； 8热低压分离器；9冷高压分离器；1O冷低压分离器；l1循环氢脱硫塔；12循环氢人口分液罐；13循环氢压缩机；14新氢压缩机；15脱硫化氢塔；16脱硫化氢塔底重沸炉；17分馏进料加热炉；18产品分馏塔；19柴油侧线汽提塔；2O石脑油分馏塔；22分馏塔顶回流罐；21石脑油分馏塔顶回流罐；23脱硫化氢塔顶回流罐；24吸收脱吸塔；25石脑油稳定塔；26稳定塔顶回流罐加氢处理装置，此处泛
25、指石脑油、煤油、柴油、VGO、润滑油、蜡油等的加氢处理，主要作用是加氢脱除硫、氧、氮等杂质后和烯烃、芳烃的饱和等，不要求轻质化功能或者说轻质化的程度较小。其目的是为了满足产品质量指标要求或下游装置对进料的需要，此类工艺流程较相似。该装置设计流程简单，能耗很低，几个突出的特点是： 反应器设中间急冷箱，但正常运行时不使用，只是在事故情况时使用。催化剂活性较高，反应器入口温度较低，整个反应器温升85,不打冷氢，反应热全部利用。 不设冷低压分离器，冷高压分离器出来的生成油直接换热后去汽提塔。 汽提塔在压力下操作，塔顶产品气体由于带压，可以直接去脱硫后利用，减少了低压瓦斯处理的麻烦。 尽管汽提塔加压操作
26、会引起塔底油温度的升高，但由于换热流程合理，反应炉安全升温在28范围内，依靠换热就满足了汽提塔所需热源，因此能耗很低。 氢油比较低，为 300/L。因此循环氢压缩机气量较小，能耗低，且与新氢机组成联合机组，投资减少。2.1.2 加氢装置工艺流程2该流程描述的是炼油厂焦化汽柴油加氢精制装置。原料经高压泵升压后送反应产物换热器换热，与换热后的氢气混合后经加热炉加热到要求的反应温度后进入反应器。反应器设中间急冷。反应产物先经氢气换热，再依次与原料换热、氢气换热、生成油换热，最终经冷却后入冷高压分离器。循环氢经脱硫、压缩后返回系统，一部分作为循环氢循环使用，另一部分作冷氢。酸性水送酸性水汽提装置，生成
27、油去冷低压分离器，闪蒸出的气体送气体脱硫装置。冷低压分离器出来的生成油经与反应产物换热后去脱丁烷塔，脱丁烷塔顶部产品气体送气体脱硫装置，由于装置产气量少，所以不考虑回收C4。脱丁烷塔底设重沸炉，脱丁烷塔底油送分馏塔，分馏塔底设重沸炉。分馏塔底产品为加氢柴油，经换热冷却后送出装置。该流程与流程1的差异在于： 由于冷高压分离器压力较高，溶解的轻烃及气体较多，故冷低压分离器。 由于原料中石脑油含量高，产品石脑油量大，一般应在分馏塔之前脱去H2S和轻烃。2-1-2加氢裂化装置工艺流程示意22.1.3 加氢装置流程3原料经过滤、脱氧塔脱氧后进原料缓冲罐。然后用反应进料泵送经产品换热、反应产物换热，再经加
28、热炉加热后去反应器。氧气经与反应产物换热后，不经加热炉，而是与加热炉出来的油混合（称炉后混氢）后如反应器。反应器不设冷氢。反应产物经氢气换热，原料换热后进入热（温）高压分离器。热高压分离器出来的气体，经与冷高压分离器出来的液体换热后，再经冷却进冷高压分离器。冷高压分离器排出的氢气去氢气系统。酸性水排出装置。冷高分排出的液体经与热高分换热后去H2S汽提塔。热高分排出的液体直接去H2S汽提塔。汽提塔顶气体经冷却后进H2S分离罐，并分去酸气和酸水。石脑油送出装置和部分返回H2S汽提塔回流。H2S汽提塔底为产品，经与反应进料换热、冷却后送出装置。该装置流程设计有以下特点： 采用炉后混氢，加热炉只加热原
29、料油，不走氢气。这种流程的依据是原料较轻，反应器入口温度不高，氢油比小，炉子不容易结焦，加热炉管材质要求可降低，以节约投资。 采用热高压分离器，以满足H2S汽提所需要温度和热量，并降低能耗。 H2S汽提塔不设重沸炉 原料没有脱氧塔，用氢气汽提，以减少原料系统的结焦。2-1-3加氢裂化装置工艺流程示意3综合以上流程考虑选用流程1作为该设计的工艺流程。第3章 主体结构计算综合以上材料的性能、用途、特点的比较，选择2Cr-1Mo作为筒体封头材料，选择0Cr18Ni10Ti作为其它附件的主要材料。设计参数： 工作压力：15.7Mpa 设备容积：40m 设计温度：250 设计寿命：15年 工作介质：油、
30、H2、H2S、NH3 设计地区：大庆3.1 高压分离器常用材料1、Q235-B，强度、塑性韧性以及焊接性能等方面都很好，可满足钢结构强度要求，应用广泛。用途：制造各种薄钢板、钢筋、型条钢、中厚钢、铆钉以及机械零件，如拉杆、齿轮、螺栓、钩子、套环、轴、销钉和信步强度要求不高的渗碳件、焊接件等。2、20号钢（低碳钢）:良好冲压和焊接性能。 用途:常用于受力不大，而塑性、韧性较高的零件。如焊接器皿螺钉、杆件、轴套等，又可用于制造经渗碳后，表面耐磨、心部有良好韧性的摩擦片。故，排气管选用20号钢。3、35CrMo（合金调质钢）:用于制造重载荷、耐冲击和具有良好综合应力性能的零件。用途:通常用作调质件、
31、也可用在高、中频表面淬火，低温回火后，用于高载荷下工作的重要结构件，特别是受冲击振动、弯曲、扭转载荷的机件中 ，如主轴，大电机轴、曲轴、锤杆等。故，全螺纹螺柱、主螺栓用35CrMo。4、16Mn（低合金高强度结构钢）：此碳素结构钢具有较高强度、韧性，同时具有良好的焊接性能，冷、热压力加工性能和耐腐蚀性，部分钢件还具有较低的脆性转变温度，而其生产工艺与碳素结构钢类似，其中有的合金元素具有良好的使用价值和经济价值。故，法兰、出口管、90弯头、N3口接管、人孔法兰、N2口法兰接管、液位计法兰口接管选用16Mn。5、20R（优质低碳钢）：塑性、韧性相当好，焊接性能也非常好，一般较薄板材焊接不需预热，用
32、于温度在-20到475的器皿中。故，引出孔选用20R。6、16MnR（低合金高强度钢钢板）：具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能、以及低温冲击韧性。主要用于-20400温度范围内，16MnR较20R强度更好，并且16MnR的可焊性是几种低合金压力容器专用钢中最好的。故，上、下封头，预焊环板、裙座筒体、裙座出入孔、垫板、管板、筋板、基础环应选用16MnR。7、30CrMo：具有高强度高柔韧性的钢，在淬火回火或正火后使用，在500一下具有高温强度，一般用于制造介质温度不大于480的双头螺栓、螺柱，以及介质温度不大于510的螺母。故，螺母选用30CrMo材料。8、0Cr13(不锈耐酸钢)：在弱
33、腐蚀介质（如盐水、硝酸及某些浓度不高的有机酸、食品介质）中具有良好的耐腐蚀性。还具有良好的塑性、韧性和冷变形能力和良好的焊接性能。常用作金属密封垫和齿形组合垫片。故，八角垫应选用0Cr13。9、2Cr-1Mo是世界各国最普遍实用的低合金热强钢，广泛用于石油化工设备、火力、核能发电设备中的各种受热面管和高压容器。该钢 对热处理不敏感，易于在大截面上得到均匀的性能，且有较高的持久塑性和良好的焊接性能。3.2工艺尺寸计算3.2.1筒体D、H的计算首先按照单层厚壁圆筒设计，已知VN=40m3 ,.估算D、H.由 计算求得D=2580mm，H=7740mm考虑封头、直边的容积计算：求得：R mm，D=2
34、400 mm代入：于是 h=7100mm故,合理得 h=7100mm D=2400mm3.2.2 确定壁厚压力容器壁厚的工程计算公式：其中 S筒体壁厚，mm P设计压力，一般P=（1.05-1.15）Pmax（最大工作压力），MPa D筒体内径，mm 设计温度材料的许用应力，MPa 焊接系数 C厚度附加量，mm3.2.3厚度附加量工程上当设计压力小于35MPa时，K1.2时，高压容器的计算壁厚按弹性失效准则的中径公式计算。C-壁厚附加量包括钢板厚度偏差C1，腐蚀欲度C2以及钢板在加工和热处理过程中损失的厚度C3当负偏差C1小于设计厚度6%.且小于0.25mm时可以不计总体上腐蚀欲度选择6mm3
35、.2.4焊接系数焊接采用全焊透式双面对焊且100%无损探伤，据下表：表3-1-1焊接系数选择表焊接形式无损探伤局部无损探伤未经无损探伤双面焊透对接1.000.850.70单面焊对接（有垫板）0.900.800.65单面焊对接（无垫板）0.700.60综合考虑，焊接系数取1.0。3.2.5选取名义厚度由于筒体材料为16Mn（HIC）IN，可查表得=159MPa，计算设计压力P=16.5MPa，Di=2400mm。故 =134mm设计中考虑铸造过程中的磨损所以应增加壁厚，故圆整后取S=150mm 3.2.6 有效厚度 Se=S-C=150-3=147mm3.2.7 最小壁厚校核容器最小壁厚要求：按
36、强度计算公式计算所得壁厚，在压力很低时可能很薄，当考虑容器的刚度要求以及工艺制造中的困难，根据实际经验情况总结出，当碳素钢内径时，应使。代入得，故合格。3.2.8球形封头按仅受内压计算 t=mm td =t+C2 =63.92+3=66.92mm67mm考虑到封头与筒体的焊接，取tn =80mm (最小) K=温度和压力组合作用时，外壁热应力Mpa外壁组合应力=Mpat =163MP e 2t=2163=326Mpa 合格3.2.9有效厚度te=t-c=80-3=77mm3.2.10水压试验时筒体应力校核筒体水压试验校核PT =1.25Pte=120-6=114mm 合格3.2.11水压试验时
37、封头应力校核 合格3.3厚壁圆筒应力计算3.3.1内压作用下的应力计算表3-3-1单层厚壁容器在内压作用下筒壁应力应力任意半径r处内表面r=Ri处外表面r=R0处-Pi0其中，k为外径与内径之比，于是求 在任意半径处 = 内表面r=Ri处 =Mpa 外表面r=R0处 =0求 在任意半径r处 = 内表面r=Ri处 =129.09MPa 外表面r=Ri处 =113.39MPa 求 在任意半径处 =56.72MPa内表面r=Ri处 =56.72MPa外表面r=R0处 =56.72Mpa3.3.2温差应力计算表3-3-2单层厚壁圆筒中的温差应力温差应力任意半径r处内表面处外表面处径向应00周向应力轴向
38、应力其中 Pt= 求 在任意半径处 = =内表面处 =0外表面处 =0求 任意半径处 =内表面处 =-187MPa外表面处 =153MPa求 任意半径处 = =内表面处 =-187MPa外表面处 =153MPa第4章 组合应力计算及强度校核4.1 水平地震力4.1.1等直径、等壁厚的塔设备 选择设计抗震防裂度为6的进行计算，故取=0.04，估算m为100000kg.=当 时，82827100=58000N=58KN当 时，828271002=29000N=29KN4.2 地震弯矩计算 当 H/D10,而且是等壁厚、等直径的塔设备塔底截面处产生地震弯矩计算公式： 当 时， 当 时, 故，所在任意
39、截面a-a处产生地震弯矩为： 塔底总地震弯矩为：故塔底任意截面a-a处总地震弯矩为：=4.3 高压分离器的强度计算圆筒形壳体在轴向载荷作用下，临界压应力的理论式为：其中：s筒体壁厚，mm R圆筒中间面半径，mm对于钢材，取u=0.3，故：=15750MPa由内压引起轴向应力：式中 p设计压力，取绝对值，MPa故：塔体横截面积 F=塔体抗截面系数w=4.4外壁当量组合应力校核内壁温度高于外壁温度，故在温度和压力组合作用下外壁更危险，故校核当量外壁组合应力：有，当设计温度在20150时，取，MPa ，u=0.3。故 = 故符合设计要求。因为是内壁温度大于外壁，故在温度和压力组合作用下外壁趋于危险校
40、核操作时外壁的强.已知设备尺寸，设置地区的基本风压值，抗震防裂度为6度，设计压力16.5Mpa，设计温度250，焊接系数为1.0，腐蚀裕度3mm，地面粗糙度级别为B。保温厚度90mm4.5质量载荷计算4.5.1塔体和裙座的质量=130000kg4.5.2人孔、法兰、接管等附属件质量4.5.3内构件质量 4.5.4保温材料质量 4.5.5充水质量 塔的操作质量 塔的最大质量塔的最小质量第5章 设备附件及焊接结构5.1法兰设计法兰材料选用0Cr18Ni10Ti，在温度为250F的许用应力，其常温强度指标。5.1.1 法兰的结构与类型法兰选取长颈对焊法兰。长颈对焊法兰是用根部增厚的颈取代了乙型平焊法
41、兰中的短节，从而更有效地增大了法兰的整体刚度，由于去掉了乙型法兰中法兰盘与短节的焊缝，所以也消除了可能发生的焊接变形及可能存在的焊接残余应力。5.1.2 法兰的密封面及尺寸法兰的密封面根据装置高温、高压的性质，且介质为毒性，具有较强的腐蚀性，综合考虑选取法兰密封面为带颈对焊法兰。由于设计压力，所以选取法兰公称压力。根据HG/T20592-2009中表3.1.4管法兰类型和适用范围查得法兰公称直径。图5-1-1带颈对焊法兰5.2风载荷风弯矩计算5.2.1风载荷沿塔高分为5段，塔底部裙座、人孔处截面的风弯矩为 式中 K1体型系数，迎风面为圆柱体的塔体，K1=0.7 风振系数，当塔高H20m，取=1
42、.70 风压高度变化系数，取1.00 ， 取2.0m5.2.2风弯矩水平风力在任意截面I-I处的风弯矩： 最大风弯矩在塔底截面0-0处： =141116850Nm故6.2.2风弯矩塔体底部截面I-I处的风弯矩： = =2194.58+6583.74+10972.9+15961.93=35713.145=35713103Nmm最大风弯矩在塔底截面0-0处： =55761.835103Nm-截面风弯矩： =2194.58+6583.74+11401.375=20177.695103Nmm因大庆市地震烈度低于7级故可不考虑地震载荷。即最大弯矩位于塔底截面0-0处。该塔为风弯矩控制=5.58107 N
43、mm5.2.3裙座基础环设计1、基础环内外径的确定基础环设计材料16MnR基础环内径 Dib=Dis-(160400)=2700-224=2476mm基础环外径 Dob=Dos+（160400）=2700+224=2924mm2、基础环截面系数 ZB=3、基础环截面积 Ab=4、基础环厚度 b=在地脚螺栓间设置筋板，其最大间距据查钢制化工容器结构设计规定有取其中最大值即根据钢制化工容器结构设计规定可知，有筋板时基础环厚度=20.4不小于16mm，且C2=2mm。故取=23mm5、 地脚螺栓承受的最大拉应力= =两者中最大值，可忽略=0.9Mpa =0.91Mpa取=0.9Mpa对于低碳钢地脚螺
44、栓C2=3mm， 选材Q-235Ad1=28.5+3=31.5mm每个地脚螺栓所受拉应力F=选取M33地脚螺栓20个5.3塔体底部拉压强度及轴向稳定性验算5.3.1塔体座即（-截面）的各项轴向应力计算5.3.2塔体底部（-截面）抗压强度及轴向稳定性条件塔体底部（-截面）的抗压强度校核满足抗压强度条件5.4裙座的强度及稳定性验算5.4.1裙座底部（0-0）截面轴向应力计算裙座厚度操作时全塔质量引起的压应力风载荷引起的0-0截面弯曲应力5.4.2裙座底部（0-0）截面强度及轴向稳定性校核裙座采用16。即裙座出现失稳，材料已达到弹性极限。因此强度是主要制约因素。因此满足强度及地面稳定性要求。5.5 全螺纹螺柱的选取（公称压力25MP）:：全螺纹螺柱规格选M24 材料 35CrMoA (温度-100+500时选用)5.5.1螺母的选取（公称压力25MP）选细牙M52x3 性能等级8级 材料30CrMo (温度-100+500时选用)注：带颈对焊法兰与钢管连接的焊接接头和坡口尺寸应符合下图，如带颈对焊法兰的直边段厚度超过与其对接的钢管壁厚1mm以上时，法兰的直边段应在内径处削薄，削薄段的斜度应小于等于1：3 5.5.2金属环垫的选取按截面形状分为八角垫和椭圆型金属环垫 材料 0Cr13 代号410 最大硬度值（HB）
