中国石化工程建设有限公司 北京 100101
摘要：吸附塔是催化裂化装置（FCC）烟气活性焦干法净化技术的核心设备，该设备采用两级错流床结构，设置有气室与料室。本文结合圆筒形固体料仓和矩形容器的设计原理及相关标准，比较了两种容器的受力状况及结构特点，对吸附塔的设计提出了一种相对简单的建模与可行的计算方法。
关键词：活性焦干法净化技术；吸附塔；固体料仓；矩形容器
Study on general calculation of adsorption tower of flue gas dry purification technology by activated coke in FCC unit
HAN Jian
（Sinopec Engineering Incorporation，Beijng，100101）
Abstract: The adsorption tower is the core equipment of the fluid catalytic cracking（FCC） unit 's flue gas dry purification technology by activated coke. The equipment adopts a two-stage cross-flow bed structure and is provided with a gas chamber and a coke chamber. According to the design standards and principles of silo for solid material and rectangular vessel, and the paper analyzed and compared the structure and stress status of rectangular solid silos and rectangular vessels for liquid, and proposed a relatively simple modelling and computing method for adsorption tower.
key words: flue gas dry purification technology by activated coke；adsorption tower；silo for solidmaterial；rectangular vessel
催化裂化装置的活性焦干法净化技术具有多污染物协同治理、无二次污染物等优点，适用于催化裂化装置的烟气净化。吸附塔作为活性焦干法净化技术的核心设备，设计及计算方法无具体的标准参照，以下就吸附塔的结构和物料对其受力状况进行分析,并提出简化建模以及常规计算方法。
1.工艺流程及设计条件
吸附塔为两级错流结构：待处理烟气由进气室进入，经过格栅结构进入料室，料室内填充活性焦，烟气通过活性焦一级料层，进入过渡气室，再经过格栅结构进入活性焦二级料层，最终达标烟气由排气室排出。吸附塔的设计温度为300℃,设计压力为13kPa/-6kPa（烟气）,材质选用碳钢,塔中活性焦的密度为700kg/m³,摩擦角为30°,介质与壳体的磨擦系数为0.1。
2.计算模型的建立
如图1所示，吸附塔整体为矩形结构，吸附塔的内部分为气室与料室，呈轴对称布置，分为上下两层，每层料室下部均匀设置5个料斗，料斗为矩形结构。上下两层料室由料斗连接，料室内为活性焦料层。料室的结构虽然不复杂，但计算模型很难建立，为了计算简便可行，做以下四点假设：
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图1结构示意图
①由于物料特性及工艺流程，将料室看作装满固体松散物料的料仓。
②物料均匀分布且料室内设置有隔板，横向排列的每个料斗所受物料的作用力相同。
③涉及料室的壁板强度计算时，只考虑料位所产生的作用力，对风载荷、地震载荷等
作用力，由计算框架钢结构时考虑，本文不做描述。
④料室的设计压力为零。
依据以上四点假设，吸附塔的料室可以看作由多个矩形料仓组成，料室的设计以矩形料仓为模型进行计算。
3.计算方法的研究
NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器》与NB/T47003.2-2009《固体料仓》两个标准分别对静液压力状态下的矩形容器及储存固体松散物料的圆筒形容器有详细的设计方法的阐述,但对于矩形固体料仓的计算及设计并无具体的标准可以参考。下面比较分析上述两个标准中不同介质对不同截面器壁的受力,对承装固体物料的矩形容器提出一种常规设计计算方法。
3.1不同介质（液体或固体）对器壁作用力的比较
用于储存液体的容器因为其介质的物理特性，对器壁所产生的作用力为液体自身的压力且任意截面上不同方向的作用力都是一样的，即为计算截面I-I以上部分的液体所产生的液柱静压力，其值为ρghI-I（hI-I为I-I截面以上液体高度）。
因松散的固体物料会在自然状态下存在一定的堆积形态,所以物料对料仓的圆筒及锥体在任意I-I及a-a截面处产生的作用力（如图2所示）：PvI-I为对圆筒壁的垂直方向的应力；PhI-I为对圆筒壁水平方向的应力以及流动的固体物料对器壁产生的摩擦力FfI-I；对锥壳壁上有垂直方向的应力Pva-a，水平方向应力Pha-a，法向应力Pna-a。
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图2固体物料对器壁受力简图
松散固体物料对矩形料仓直壁板及斜壁板在任意截面所产生的作用力与《固体料仓》中描述的物料对圆筒壁及锥壳壁在任意截面所产生的作用力一致。其中物料在矩形料仓的任意截面对直壁板产生的水平压应力与对斜壁板产生的法向压应力为该设备的壳体的强度及刚度的主要校核应力。
3.2矩形料仓受物料作用力的计算及应力校核
3.2.1应用《固体料仓》的计算方法进行计算校核
采用等截面积转换的方法，将所计算的料仓的矩形截面等面积转化为圆形截面，得出当量直径DSi-i，用于替代NB/T47003.2-2009《固体料仓》中计算物料对圆筒壁的作用力的计算公式中的参数Dii-i以及物料对锥壳壁的作用力的计算公式中的参数DZ1a-a，从而计算出固体物料对设备任意截面的直壁板与斜壁板产生的应力。依据《固体料仓》的计算方法,校核所选取截面的应力,直至选取的壳体厚度满足要求。
3.2.2应用《钢制焊接常压容器》中矩形容器的计算方法进行计算校核
将标准NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器》的对矩形容器的设计所需的各计算公式中的ρghI-I替换成本文3.2.1中所描述的计算方法所得出的固体物料对直壁板的水平压应力Phi-i以及斜壁板的法向压应力Pni-i，通过替换后的计算公式分别计算直壁板与斜壁板在各个截面处的载荷、惯性矩、壁板的计算厚度及挠度并校核应力直至满足要求。
4.结语
本文依据吸附塔的结构特点与物料特性提出假设，有效的将吸附塔的计算模型简化为矩形料仓，并对不同介质作用于不同截面容器的受力分析进行比较，提出了一种适用于吸附塔的常规计算方法：采用等截面积转换的方法，将矩形料仓转化成适用于NB/T47003.2-2009《固体料仓》的计算模型；并利用NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器》矩形容器的计算方法进行计算校核。
参考文献
[1]NB/T47003.1-2009，钢制焊接常压容器[S]
[2]NB/T47003.2-2009，固体料仓[S]