摘 要

本文主要围绕延迟焦化装置中大型焦化塔设计进行展开，首先对大型焦化塔操作条件、作用、工艺过程和材料进行了介绍，对研究热点—裙座连接结构的热应力问题进行探讨，对常规设计中四种裙座连接结构进行对比后通过改进裙座连接结构来减小裙座热应力并强化裙座结构。

根据工艺要求并结合焦化塔特殊的操作条件对焦化塔结构进行材料选取，随后对结构进行了设计。在考虑各种载荷的影响下，主要考虑风载荷和地震载荷，对所设计的结构进行强度校核，确定并计算出了各个危险截面的最大弯矩，分别对各个危险截面进行校核；根据最大弯矩并对裙座底部、裙座与壳体连接焊缝、地脚螺栓座及其附件以及对筒体进行各项应力的校核。最后对于裙座结构进行了ANSYS有限元分析，得出了裙座在此操作阶段的温度场分布。

关键词：焦化塔；裙座；热应力；温度场

Structural Design of Large-Scale Coking Tower

Abstract

The design of large-scale coking tower is concentrated on this dissertation. First, the operation conditions，functions of large-scale coking tower, the current situation faced and the hot issues of research—the thermal stress of skirts are introduced in this dissertation. After comparing the four connection structures in conventional design, the improvement of skirts structure based on conventional design was introduced to improve skirts performance.

According to the process requirements and the special operating conditions of the coking tower, the material of the coking tower was selected and the structure was designed, considering the influence of wind load and seismic load, the maximum bending moment of each dangerous section was determined and calculated, and the dangerous sections, bottom of skirt, anchor bolts ,shell and the welding seam of the body connection were checked; Finally, ANSYS finite element analysis was carried out for the skirt structure, and the temperature field distribution of the skirt in this operation stage was obtained.

Key Words: Coking tower; Skirts; Thermal stress; Temperature field

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2研究内容 1

第二章 焦化塔裙座热应力问题 3

2.1国内外研究现状 3

2.2规范裙座连接结构 4

2.2.1规范中裙座结构和特点 4

2.2.2基本类型的比较 4

2.3优化裙座设计和改善措施 5

2.3.1裙座焊接结构优化 5

2.4裙座整体结构的优化 7

2.4.1设置热箱结构 7

2.4.2裙座上开设膨胀缝 8

2.5小结 9

第三章 焦化塔结构设计 10

3.1结构介绍 10

3.1.1设计参数 10

3.1.2总体结构介绍 10

3.2结构设计 11

3.2.1筒体 11

3.2.2封头 11

3.2.3裙座 12

3.2.4隔气室 13

3.2.5开口和检查孔 13

3.2.6地脚螺栓座 14

3.3附件 15

3.3.1吊耳 15

3.3.2保温层 15

3.3.3开孔和接管 15

3.3.4热电偶 15

3.4设备材料选择 16

3.4.1结构材料汇总 16

3.4.2材料的性质 16

第四章 焦化塔强度设计计算 17

4.1基本结构设计计算 17

4.1.1筒体 17

4.1.2封头 18

4.2塔设备的载荷分析 20

4.2.1质量载荷 21

4.2.2偏心载荷 22

4.2.3地震载荷 22

4.2.4风载荷 27

4.2.5最大弯矩 33

4.3塔壳的轴向应力校核 34

4.3.1正常操作时塔壳的轴向应力校核 34

4.3.2耐压试验时应力校核 36

4.4裙座壳轴向应力校核 38

4.4.1操作时裙座壳底截面校核 38

4.4.2耐压试验时裙座底截面校核 39

4.5地脚螺栓座 39

4.5.1基础环厚度计算 39

4.5.2地脚螺栓设计计算 41

4.5.3筋板 42

4.5.4盖板 43

4.6裙座与塔壳连接焊缝校核 43

4.7开孔补强 44

4.7.1排焦口B1 44

4.7.2油气出口B2 44

4.7.3安全阀口Y1 45

4.7.4除焦口M1 45

第五章 焦化塔裙座ANSYS有限元分析 46

5.1裙座有限元模型的建立 46

5.1.1计算模型 46

5.1.2 ANSYS模型 46

5.2网格划分和材料性质 47

5.2.1网格划分 47

5.2.3材料性质 48

5.3加载求解 48

5.3.1加载 48

5.3.2求解 49

第六章 工程项目经济性评价 51

6.1 焦化塔经济性评价 51

6.1.1 选材 52

6.1.2 强度计算 52

6.2 焦化塔装置的投资估算 52

6.2.1 单元设备价格估算 52

6.2.2 总投资估算 52

参考文献 54

致谢 56

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

对于石油化工行业，从原料到产品经过的一系列的化学或物理变化，各种复杂的反应条件都需要设备的支持，可见没有过程设备便无法完成工艺的过程，对过程设备的要求也逐渐在使用寿命、设计优化、新材料等方面提出了更高的要求。

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