开题报告芳烃联合装置重芳烃塔结构强度设计.doc

本科毕业设计（论文）开题报告

题 目：芳烃联合装置重芳烃塔结构强度设计
学生姓名： 张雪玲
院 （系）： 机械工程学院
专业班级： 装备1004
指导教师： 李晓红
完成时间： 2014年3月10日

1.课题的目的及意义
目的：
1）通过对重芳烃塔的设计和优化，了解混合烃的特性、国内外生产概况、
生产工艺流程及其研究进展以及生产过程中的安全问题和废水处理问题。
2）对塔设备结构强度进行优化，以保证其较高的安全性。
3）对塔设备结构强度的优化，可以排除生产过程中的安全隐患，使生产更加安全，降低对环境的污染。
意义：
压力容器往往在高温、高压、低温、高真空、强腐蚀等苛刻条件下工作的，是一种具有潜在泄露、爆炸危险的特种设备。由于设计寿命较长，在使用期间，除受到压力、重量等静载荷作用外，还可能受到风载荷、地震载荷、冲击载荷等动载荷的作用。
由于选材不当、材料误用、材料缺陷、材质劣化、介质腐蚀、制造缺陷、设计失误、缺陷漏检等原因，压力容器比较容易发生事故。
因此，塔设备的结构强度设计在保证设备的安全性方面显得尤为重要。
2.近年来国内外研究历史现状
塔式容器是直立设备中的一种，它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到传质及传热的目的。在化工、炼油、医药、石化、轻纺、石油天然气等行业的蒸馏、吸收、解吸、萃取及气体的洗涤、冷却、增湿、干燥的单元操作中得到广泛的应用，是生产中最重要的设备之一。
进入新世纪的十多年来，中国的压力容器设计、制造与维护能力和水平都有
了很大的进步与提高。从设计方面来说，20世纪50年代以来，压力容器出现了大型化、高参数和选用高强度材料的趋势。设计思想也由传统的防止容器发生弹性失效，发展成为针对不同失效形式的多种设计准则，并形成了常规设计和分析设计两个自成体系、相互独立的设计方法，最近还出现了基于断裂力学设计方法。
常规设计又称“按规则设计”，以区别于分析设计。常规设计只考虑单一的最大载荷工况，按一次施加的静力载荷处理，不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永久载荷，因而不涉及容器的疲劳寿命问题。
压力容器设计的基本要求，集中体现在安全性和经济性上。安全是前提，经济是目标，在确保安全的前提下应尽可能做到经济。安全性主要是指结构完整性和密封性。经济性包括高的效率、原材料的节省、经济的制造方法、低的操作和维修费用等。
当然，充分保证安全并不等于保守，不必要采用过厚的厚度，不仅浪费材料，
而且原材料和焊接质量难以保证，反而会影响容器的安全性。
保证经济性就必须要考虑材料的选择。
我国已形成以GB 150.1 ～ .4—2011《压力容器》为核心的不同品种、材料系列产品和零部件标准体系，覆盖范围与国外标准BS 5500 ，JIS B8270，ASME－Ⅷ－Ⅰ，AD 规范，CODAP 等相当。
从设备用材料来说，十年来，我国压力容器用材料的进步突出表现为：（1）压力容器用材料的品种牌号快速增加；（2）压力容器用材料的纯净化程度不断提升；（3）压力容器用材料的标准和实物性能水平同步提高。
在合并和修改GB713—1997《锅炉用钢板》和GB 6654—1996《压力容器用钢板》的基础上制订了GB 713—2008《锅炉和压力容器用钢板》，该标准于2008 年9月1日实施。GB713—2008 标准扩大了钢板厚度、宽度范围，取消了钢板的性能和可焊性差的15MnVR 和15MnVNR，加入了14Cr1MoR 和12Cr2Mo1R，降低了各牌号的S，P含量，提高了各牌号的V 型冲击功指标，钢板的厚度允许偏差按GB/T 709—2006中的B类偏差(0.30mm) 。
修订了GB 3531—1996《低温压力容器用低合金钢钢板》，GB 3531—2008《低温压力容器用低合金钢钢板》，自2009年12月1日实施。GB 3531—2008 标准扩大了钢板厚度范围，降低了各牌号的S 含量，S 含量均由不大于0． 015%降低为均不大于0.012%，提高了各牌号的V 型冲击功指标，各牌号的V 型冲击功KV2指标由不小于27 J 提高到不小于34 J，与原标准一样列入了16MnDR，15MnNiDR 和09MnNiDR 计3 个牌号。钢板的厚度允许偏差按 GB /T 709—2006 中的B类偏差(0.30mm) ，双方协议也可按GB /T 709—2006 中的C 类偏差(0mm) 。制订了GB 19189—2003《压力容器用调质高强度钢板》， 共列入了07MnCrMoVR，07MnNiMoVDR 和12MnNiVR 计3个牌号。修订了GB 19189—2003，GB 19189—2011《压力容器用调质高强度钢板》自2012年2月1日实施。GB 19189—2011 标准扩大了钢板厚度范围，最小厚度由12mm 扩展为10mm，新增加了－50℃用07MnNiMoDR 牌号，降低了各牌号的P，S 含量，提高了各牌号的V 型冲击功指标，各牌号的V 型冲击功KV2指标由不小于47 J 提高到不小于80 J，经供需双方协议，对厚度大于36 mm 的钢板可在厚度1/2 处增加一组冲击试样，钢板的厚度允许偏差按GB /T 709—2006中的B 类偏差(0.30mm) ，双方协议也可按GB/T 709—2006中的C类偏差(0mm) 。
制订了GB 24511—2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》，该标准于2010 年6 月1 日实施。标准中共列入了17个钢号，其中铁素体型钢号3个，奥氏体－ 铁素体型钢号3个，奥氏体型钢号11个，比GB 150—1998《钢制压力容器》中所列钢号增加了6个。标准中钢号按GB /T 20878—2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》同时列出了统一数字代号和牌号( 如S30408 /06Cr19Ni10) 。
GB 150.2—2011《压力容器第2 部分: 材料》中附录A( 规范性附录) 材料的补充规定中列入了钢板标准中没有但在压力容器行业使用的12Cr2Mo1VR，15MnNiNbDR，08Ni3DR 和06Ni9DR等4 个牌号。该4 个牌号均是近十年研制使用的压力容器钢板。12Cr2Mo1VR 为厚壁加氢反应器用2.25Cr－1Mo－0.30V( 钢中加入了0.25% ～0.35%V) 钢，其标准抗拉强度大于等于590 MPa。15MnNiNbDR 为低温压力容器用低合金钢，其标准抗拉强度大于等于530 MPa，最低使用温度为－50℃。08Ni3DR 为低温压力容器用低合金钢，其标准抗拉强度大于等于490 MPa，最低使用温度为－100℃，该钢板为含3.25%～3.70% Ni 的3.5Ni 钢板。06Ni9DR 为低温压力容器用低合金钢，其标准抗拉强度大于等于680 MPa，最低使用温度为－196℃，该钢板为含8.50%～10.00% Ni的9Ni 钢板。
2012 年7 月21 日，国家标准化管理委员会发布15 号公告，批准发布GB 713—2008《锅炉和压力容器用钢板》第1 号修改单，该修改单于2012 年10 月1 日起实施。加入了17MnNiVNbR和12Cr2Mo1VR。17MnNiVNbR 为压力容器用低合金钢，其标准抗拉强度大于等于590 MPa，最低使用温度为－ 20 ℃。降低了各牌号的S，P 含量，提高了各牌号的V 型冲击功指标。
2012 年7 月21 日，国家标准化管理委员会发布16 号公告，批准发布GB 3531—2008《低温压力容器用低合金钢钢板》第1 号修改单，该修改单于2012 年10 月1 日起实施。加入－50℃用低温压力容器用低合金钢15MnNiNbDR。降低了各牌号的S，P 含量，提高了各牌号的V 型冲击功指标。
压力容器的设计手段也在不断更新，压力容器的常规设计已基本实现计算机辅助设计，有专门的软件开发商从事设计软件开发，并提供后续技术服务，不断升级更新。目前普遍使用的设计软件，如SW6、LANSYS、通用基于风险与寿命的计算机辅助设计系统等在使用过程中不断得到补充和完善。
3.预期目标
本设计力求保证塔的结构强度及安全性能等，希望在保证其安全性能的基础上能优化其工作性能。同时，对塔设备结构强度的优化，可以排除生产过程中的安全隐患，使生产更加安全，降低对环境的污染。
4.论文写作的阶段性目标
本论文完成的时间是2014/2/24至2014/6/13，为更好的完成论文，将分为以下几个阶段来完成。
1、 第1—3周：查阅相关文献资料，了解该设备工艺过程，完成开题报告。并完成英文科技文献翻译。
2、 第4—14周：完成所有设计，包括图纸、设计说明等。
其中，第4—6周：完成塔的主体结构设计，包括结构设计、选材，包括塔筒体、封头等结构形式以及厚度确定，强度及稳定性校核。
第7—8周：完成零部件设计，包括开孔、接管、法兰、裙座等附件的选型、材料和强度及稳定性校核。
第9—10周：完成塔主体部分制造工艺及检验方案设计。
第11—13周：完成制图，包括总装备图、零部件图合计6张A1。
第14周：完成设计说明书。
3、第15—17周：准备答辩。
5.主要参考资料
[1] 郑津洋.压力容器设计技术进展. 石油化工设备,1998.3，第27卷第2期；
[2] 宋继红.特种设备安全监察法规标准体系［J］.压力容器，2006；
[3]谢铁军，寿比南，王晓雷，等．TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》释义［M］.北京:新华出版社，2009；
[4] 寿比南，杨国义，徐锋，等．GB 150—2011《压力容器》释义［M］.北京: 新华出版社，2012；
[5] 秦叔经． 过程设备强度计算软件包SW6 － 98 介绍［J］．化工设备设计，1998；
[6]现代化工.重芳烃分离填料塔结构研究与工业应用，2004年12月第24卷第12期；
[7] 郑津洋，缪存坚，寿比南.轻型化——压力容器的发展方向.北京：中国特种设备检测研究院；
[8]中华人民共和国化工行业标准.钢制化工容器材料选用规定.中华人民共和国工业和信息化部发布；
[9]陆明万，寿比男，杨国义.压力容器应力分析设计方法的进展和评述.北京：中国特种设备检测研究院；
[10] 丁窘果, 郑津洋, 沈祖凤.化工容器及设备设计1.杭州:浙江大学出版社, 1996；
[11] 苏文献, 郑津洋, 陈志平. 欧盟压力容器分析设计标准简介[ J]. 压力容器, 2002；
[12] JB 4732—1995, 钢制压力容器——分析设计标准[ S].

指导教师意见：

指导教师签字：
年 月 日

7