27万吨年丙烷资源化利用项目3-1典型设备选型计算说明书.pdf
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1、石化公司27万吨/年丙烷资源化利用项目典型设备选型计算说明书目录第一章塔设备选型.11.1 塔设备选型设计依据.11.2 设计要求.11.3 塔设备简介.11.3.1 板式塔.21.3.2 填料塔.41.3.3 塔设备选型原则.71.4 塔结构设计（以T0201为例）.101.4.1 塔体结构设计.101.4.2 塔盘结构具体设计.131.4.3 塔盘结构校核.171.5 塔机械结构计算与校核.231.5.1 重接触塔塔高的确定.231.5.2 接管设计.241.5.3 塔体机械强度校核.251.6 塔体计算与校核小结.391.7 新型复合塔板的使用.401.8 塔设备选型一览表.42第二章换
2、热器选型.432.1 换热器选型设计依据.432.2 换热器类型简介.432.3 换热器选用原则.452.3.1 基本要求.452.3.2 介质流程.462.3.3 终端温差.462.3.4 流速选择.472.3.5 压力降.47石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书2.3.6 传热膜系数.472.3.7 污垢系数.482.3.8 换热管.482.4 换热器型号表示方法.502.5 换热器选型示例（以E0409为例）.512.5.1 选型用软件一览.512.5.2 工艺参数确定.512.5.3 换热器结构参数的确定.532.5.4 换热器结构校核.592.6 换热器机械强度
3、校核.622.7 换热器计算与校核小结.842.8 换热器选型一览表.842.9“洁能芯”的使用.882.9.1“洁能芯”使用背景.882.9.2“洁能芯”结构原理.892.9.3“洁能芯”作用原理.902.9.4 总结.90第三章气液分离器选型.923.1 设计依据.923.2 气液分离器分类.923.3 设计目标.923.4 设计过程（以V0412为例）.923.4.1 气液分离器工艺参数.923.4.2 类型选择.933.4.3 尺寸设计.933.5 气液分离器选型一览表.104第四章泵选型.1064.1 泵类型和特点.1064.2 泵选型原则.107Onefzie.ce 团队石化27万
4、吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书4.3 泵选型示例.1104.3.1 具体选型（以P0302为例）.1114.4 选型结果一览表.115第五章 压缩机选型.1175.1 压缩机分类.1175.2 压缩机适用范围.1185.3 压缩机选型.1185.3.1 压缩机工艺参数.1185.3.2 选型结果.119第六章储罐选型.1206.1 选型依据.1206.2 储罐类型.1206.3 储罐系列.1206.4 产品储罐选型.1226.4.1 丙烯.1226.4.2 丁烷储罐.1226.4.3 稳定轻烧储罐.1236.5 回流罐选型.1246.5.1 T0202 回流罐.1246.5.
5、2 T0203 回流罐.1246.5.3 T0204 回流罐.1256.5.4 T0402 回流罐.1256.5.5 T0502 回流罐.1256.6 储罐选型一览表.126第七章缓冲罐选型.1277.1 气体进料缓冲罐.1277.1.1 原料性质.1277.1.2 反应器进料缓冲罐.127inOnefzie.ce 团队石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书7.2 缓冲罐选型一览表128IVOnefzie.ce 团队第一章塔设备选型1.1塔设备选型设计依据 化 工 设 备设计全书一 一 塔 设 备 固 定 式压力容器GB 150-2011 设 备 及 管 道 保 温 设 计
6、 导 则 GB 8175-2008 压 力 容 器 封 头 GB/T 25198-2010 石 油 化 工 塔 器 设 计 规 范 SHT 3098-2011 钢 制 化 工 容 器 结 构 设 计 规 定 HG/T 20853-2011 工 艺 系 统 工 程 设 计 技 术 规 范 HG/T 20570-1995 塔 顶 吊 柱 HG/T 21639-2005 常 压 人 孔 HG 21515-20141.2设计要求（1）分离效率高,达到一定分离程度所需塔的高度低;（2）生 产 能 力大,单位塔截面积处理量大;（3）操作弹性大,对 一 定 的 塔 器，操 作 时 气 液 流 量 的 变 化
7、 会 影 响 分 离 效 率。若 将 分 离 效 率 最 高 时 的 气 液 负 荷 作 为 最 佳 负 荷 点，可把分离效率比最高效率下降15%的 最 大 负 荷 与 最 小 负 荷 之 比 称 为 操 作 弹 性，易于稳定操作;（4）气 体 阻 力 小 可 使 气 体 的 输 送 功 率 消 耗 小。对 真 空 精 储 来 说，降低塔器对 气 流 的 阻 力 可 减 小 塔 顶、塔 底 间 的 压 差，降 低 塔 底 操 作 的 压 强，从而可降低塔底 溶 液 泡 点，降 低 对 塔 釜 加 热 剂 的 要 求，还可防止塔底物料的分解;（5）结 构 简 单，设 备 取 材 面 广 便 于
8、加 工 制 造 与 维 修，价 格 低 廉，适 用 面 广。1.3塔设备简介可 以 从 不 同 的 角 度 对 塔 设 备 进 行 分 类。例 如：按 操 作 压 力 分 为 加 压 塔、常压1Ocefriece 团火石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书塔和减压塔；按单元操作分为精储塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔；也有按塔釜形式分类的，但是长期以来最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔。填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层中逆向连续接触。它具有结构简单、压力降小、易于用
9、耐腐蚀非金属材料制造等优点，对于气体吸收、真空蒸储以及处理腐蚀性流体的操作，颇为适用。当塔径增大时，引起气液分布不均、接触不良等，造成效率下降，即称为放大效应。同时，填料塔还有重量大、造价高、清理维修麻烦、填料损耗大等缺点，以致使填料塔在很长时期以来不及板式塔使用广泛。但是随着新型高效填料的出现，流体分布技术的改进，填料塔的效率有所提高，放大效应也在逐步得以解决。板式塔是分级式接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前国内外实际使用的情况，主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射塔、等等。1.3.1板式塔板式塔是在塔内有多层塔板，传热传质过程基本上在每层塔板上进行，塔板的形状、塔板结构
10、或塔板上气液两相的表现，就成了命名这些塔的依据，诸如筛板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹形板塔、泡罩塔、浮阀塔、喷射板塔、波纹传流塔、浮动喷射塔。下面简单介绍一下几种常见的板式塔性能。浮阀塔生产能力大，弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构较简单，是新发展的一种塔。目前很多专家正力图对此改进提高，不断有新的浮阀类型出现。泡罩塔泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气液接触有充分的保证，操作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且加工较复杂，应用逐渐减少。筛板塔筛板塔是一种有降液管、板形式结构最简单的板式塔，孔径一般为48mm,制造方便，处理量大，清洗、更换、修理均较容易，但操作范围较小，
11、适用于清Onefzie.ce 团队2石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书洁的物料，以免堵塞。波纹穿流板塔波纹穿流板塔是一种新型板式塔，气液两相在板上穿流通过，没有降液管，加工方便，生产能力大，雾沫夹带小，压降小，除污容易且不易堵塞，甚至在除尘、中和、洗涤等方面应用更为广泛。国内常用浮阀有3 种：F 1 型、V-4型 和 T 型。三种浮阀中，F 1 型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用，我国已有颁布标准（JB1118-68）。F 1 型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2mm钢板冲成，阀质量约3 3 g,轻阀用厚度1.5mm钢板冲成，质量约25g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性
12、好，但气体阻力大。一般采用重阀，只有要求压降很小的场合，如真空精偏时才使用轻阀。3 种阀的主要尺寸见下表：表1-1三种阀主要尺寸F l型（重阀）V-4型T型筛孔直径/mm393939阀片直径/mm484850阀片厚度/mm21.52最大开度/mm8.58.58静止开度/mm2.52.51.0-2.0阀片质量/mm32-3435-2630-32表1-2各类塔板性能量化比较溢流式穿流式指标F形浮阀十字架形浮阀条形浮阀筛板舌形板浮动喷射塔板圆形泡罩条形泡罩S形泡罩栅板筛孔板波纹板高液体和气体负荷，低444444213444555233333233弹性（稳定操作）555334434112压力降2333
13、24000433雾沫夹带量334343112444分离效率554433434444单位设备体积的处理量444444213444制造费用334443213553材料消耗444454223554Onefzie.ce 团队3石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书安装和拆修434443113553维修333333213554污垢物料对操作的影响232123100244注：o不好；1尚可；2合适；3较满意；4很好；5最好1.3.2填料塔填料塔是一个圆筒塔体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上、液相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面上进行，因此，填料的选择是填料塔的关键。填料的种
14、类很多，许多研究者还在不断地试图改进填料，填料塔的命名也以填料名称为依据，如金属鲍尔环塔、波网填料塔。常用的填料还有拉西环填料、鲍尔环填料、矩鞍形填料、阶梯形填料、波纹填料、波 网（丝网）填料、螺旋环填料、十字环填料等。填料塔制造方便，结构简单，便于采用耐腐蚀材料，特别适用于塔径较小的情况，使用金属材料省，一次投资较少，塔高相对较低。表 1-3填料分类与名称填料类型填料名称b力 拉西环形环形开孔环形拉西环，十字环，内螺旋环鲍尔环，改进型鲍尔环，阶梯环散装填料鞍形弧鞍形，矩鞍形，改进矩鞍形环鞍形金属环矩鞍形，金属双弧形，纳特环其他新型塑料球形，花环形，麦勒环形垂直波纹型波纹型水平波纹型网波纹型，
15、板波纹型Spraypak,Panapak规整填料珊格形Glitsch Grid非波纹型 板片形压延金属板，多孔金属板绕圈形古德洛形，Hyperfil1.3.2.1散装填料Onefzie.ce 团队4石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书(2)(3)(1)矩鞍填料：属于乱堆敞开式填料鲍尔环：是在拉西环壁面上开一层或两层长方形小窗图 1-3钢环鲍尔环图 1-4瓷环鲍尔环(4)金属环矩鞍：1 977年由美国诺顿公司开发成功，它结合了鲍尔环的空隙大和矩鞍填料流体均布性好的优点，是目前应用最广的一种散装填料可用金属、陶瓷做成图 1-5金属矩鞍环宴 信图 1-6特纳环（5）阶梯环卜 力
16、 热.片 田图 1-7阶梯环1.3.2.2规整填料目前常用的规整填料为波纹填料，其基本类型有丝网形和孔板形两大类，均5Onefzie.ce 团队石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书是20世纪60年代以后发展起来的新型规整填料，主要是由平行丝网波纹片或（开孔）板波纹片平行（波纹）、垂直排列组装而成，盘 高 约40300mm,具有以下特点：填料由丝网或（开孔）板组成，材 料 细（或薄），孔隙率大，力 口 之 排 歹U规整，因而气流通过能力大，压降小。能适用于高真空及精密精储塔器。由于丝 网（或开孔）板波纹材料细（或薄），比表面积大，又能从选材（或加工）上确保液体能在网体或板面
17、上形成稳定薄液层，使填料表面润湿率提高、避免沟流现象，从而提高传质效率。气液两相在填料中不断呈Z形 曲 线 运 动（如图）、液体分布良好、充分混合、无积液死角，因而放大效应很小。适用于大直径塔设备。图 1-8 丝网型 图 1-9孔板型近年来波纹填料发展较快，有逐步取代其他填料及部分板式塔的倾向，但造价、安装要求较高，因而受到某种程度的影响。波纹填料的几何特征参数见下：表 1-4常见波纹填料名称类型材料比表面积a（m2/m3）水力直径dN/mm倾角0/孔隙率/%密度/(kg/m3)AX250153095125丝网波纹金属丝网BX不锈钢5007.53090250填料CY70054585350塑料丝
18、网BX聚丙烯/聚丙脂4507.53085120125Y/125X125-45/3098.5100金属薄板250Y/250X不锈钢、碳钢、铝等2501545/3097200Mellapak350Y/350X350-45/3095280板波纹500Y/500X500-45/3093400填料塑料薄板125Y聚丙烯、聚偏氯乙烯125-4598.537.5Mellapak250Y25015459775陶瓷薄片Karapak BX陶瓷45063075550Melladur250-45-Onefzie.ce 团队6石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书表 1-5 工业常用波纹填料性能以
19、及应用范围填料气体负荷每块理论板压每米填料滞留量操作压力填料适用范围类型F/(m/s)-(kg/m3)0-5降/Pa(mmHg)理论板数/%/Pa(mbar)AX2.5 3.5约 40(约 0.3)2.52IO?1()3(1-1000)要求处理量与理论板不多的蒸储BX22.440(0.3)541()2 1()5(1-1000)终敏性，难分离物系的真空精储，含有机物废气处理CY1.32.467(0.5)1065X103-105(50-1000)同位素分离，要求大量理论板的有机物蒸储，限制高度的塔塑料丝网波 纹BX2-2.4约 60(约 0.45)约5815102-105(1-1000)低温(10
20、4机物蒸储，常压和高压吸收(解吸)，250Y(100)改造填料塔及部分板式塔，重水最终分离装置，用作静态混合单元IOMXIO5(1-5000)高温或有腐蚀性介质的蒸储与吸Kerapak1.7-2.053 107(0.4 0.8)4 58 15收，热交换器、除雾器、催化剂载体等1.3.3塔设备选型原则13.3.1填料塔与板式塔相比较表 L 6 填料塔和板式塔相比较项目填料塔板式塔散堆填料规整填料空塔气速稍小大比散堆填料大压降小更小一般比填料塔大塔效率小塔效率高高，对大直径无放大效应较稳定，效率较高液气比对液体喷淋量有一定要求范围大适应范围大持液量较小较小较大材质可用非金属耐腐蚀材料适应各类材料金
21、属材料造价小塔较低较板式塔高大直径塔较低安装检修较困难适中较容易Onefzie.ce 团队7石化2 7万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书1.3.3.2塔形式选用依据塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节。选择时考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能，以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。与物性有关的因素（1）易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛；（2）具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换；（3）具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起
22、分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型；（4）黏性较大的物系，可以选用大尺寸填料，板式塔的传质效率较差；（5）含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用填料；（6）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔板上积有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。与操作条件有关的因素（1）若气相传质阻力大（即气相控制系统。如低黏度液体的蒸储，空气增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制 的 系 统（如 水 洗C 0 2）,宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气相在液层中鼓泡；
23、（2）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷；（3）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合；（4）液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大时宜用板式塔。其他因素（1）对于多数情况，塔径小于8 0 0 m m时，不宜采用板式塔，宜用填料塔。Onefzie.ce 团队8石化2 7 万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书对于大塔径，对加压或常压操作过程，应优先选用板式塔；
24、对减压操作过程，宜采用新型填料；（2）一般填料塔比板式塔重；（3）大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位面积计算的价格，随塔径增大而减小。塔设备的选型可以依照下列顺序：表 1-7 塔型选用顺序表考虑因素选择顺序塔径8 0 0 m m 以下，填料塔大塔径，板式塔填料塔具有腐蚀性的原料穿流式筛板塔喷流型塔大孔径筛板塔穿流式塔污浊液体喷流式塔浮阀塔泡罩塔浮阀塔操作弹性泡罩塔筛板塔填料塔导向筛板真空操作网孔筛板筛板浮阀塔板多降液管筛板塔填料塔大液气比喷射型塔浮阀塔筛板塔存在两液相的场合穿流式塔填料塔Onefzie.ce 团队9石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型
25、计算说明书1.4塔结构设计（以T0201为例）表1-8设计所用软件名称用途Aspen Plus V8.6初步估算CUP-TOWER塔盘结构设计KG-TOWER塔盘水力学校核SW6-2011机械强度设计与校核由于重接触塔气相负荷较大，且存在一定的液气比波动性，因此综合考虑，我们选用筛板塔作为重接触塔型式。1.4.1塔体结构设计在 Aspen Plus的Sizing and Rating中选择Traying Sizing进行板式塔设计得到表1-9的设计结果。表 1-9 T0201 Traying Sizing ResultTraying Sizing ResultSection starting
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