毕业设计--脱硫塔设计说明书

本科毕业设计说明书

题 目：脱硫塔设计 学生姓名：

学 院：化工学院 系 别：过控系

专 业：过程装备与控制工程 班 级： 指导教师：

二 〇 一 一 年 六 月

摘要

脱硫塔是化工设备中的重要设备，是对工业废气进行脱硫处理的设备。是一种脱硫效率高，压力损失较低兼能除尘的脱硫设备，脱硫塔是运用旋流技术、射流技术、压力雾化技术和文丘里管技术，以碱性液为载体，将烟气中的尘、二氧化硫、碳氢化合物等有害物质从烟气中分离出来，吸收沉降，最后达到净化烟气的目的。

该脱硫塔选用填料塔作为其塔型，填料塔的基本特点是结构简单，压降降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。其内部基本结构有除沫器、液体分布器、液体再分布器、漩涡喷头、支承板及填料压板。

该脱硫塔在设计的过程中参考《GB150-1998钢制压力容器》 、《化工容器及设备简明设计手册》 、《JBT4710-2005钢制塔式容器》等标准。该脱硫塔的设计包括塔内件的选取、设计方案、设计计算等内容，在过程中，通过查资料、数据的计算等一系列方法，整合设计所需资料及数据。经过老师的不断指点与自己的不断修改完善，最终形成本次设计。

关键词：脱硫塔 填料塔

Abstract

Desulfurization tower is an important equipment chemical equipment, is

the industrial waste gas desulfurization process equipment.Is a high desulfurization efficiency, lower pressure loss and to dust desulfurization equipment, desulfurization tower is the use of hydrocyclone technology, jet technology, pressure atomization technology and Venturi tube technology to alkaline solution as the carrier, the flue gas of dust, sulfur dioxide, hydrocarbons and other harmful substances separated from the flue gas to absorb the settlement, the final purpose of purifying the flue gas.

The desulfurization tower used as tower packing tower, packed tower of the basic features of simple structure, drop down a small, mass transfer efficiency, ease of use of corrosion-resistant materials and so o .The basic structure of the internal demister, liquid distributors, liquid re-distributor, the vortex nozzle, bearing plates and filler plate.

The desulfurization tower in the design process of reference \"GB150-1998

steel pressure vessel\\"chemical containers and equipment Concise Design Manual\\"JBT4710-2005 steel tower container\" and other standards.The desulfurization tower design includes the selection of tower parts, design, design calculations, etc., in the process, through the information search, data calculation and a series of methods to integrate information and data required for the design.The teacher's constantly pointing with their constantly revised and improved, culminating in this design. Keywords: desulfurization tower packing tower

目录

图标清单 .......................................... 错误!未定义书签。 绪论 .............................................. 错误!未定义书签。 符号说明 .......................................... 错误!未定义书签。 第一章 设计方案的确定 ............................. 错误!未定义书签。 1.1 设备性能 ...................................... 错误!未定义书签。 1.2 设备技术特性 .................................. 错误!未定义书签。 1.3 填料塔的选型和结构设计 ........................ 错误!未定义书签。 1.3.1筒体的选型................................. 错误!未定义书签。 1.3.2 封头的选型 ................................ 错误!未定义书签。 1.3.3 裙座的选型 ................................ 错误!未定义书签。 1.3.4 人孔的选取 ................................ 错误!未定义书签。 1.3.5 接管的选取 ................................ 错误!未定义书签。 1.3.6 接管法兰的选取 ............................ 错误!未定义书签。 1.3.7 填料的选择 ................................ 错误!未定义书签。 1.3.8 除沫器的选择 .............................. 错误!未定义书签。 1.3.9 填料支承装置 .............................. 错误!未定义书签。 1.3.10 填料的液体分布器 ......................... 错误!未定义书签。 1.3.11 填料的液体再分布器 ....................... 错误!未定义书签。 1.3.12 填料压板 ................................. 错误!未定义书签。 第二章 筒体及封头的设计 ........................... 错误!未定义书签。 2.1选择材料 ...................................... 错误!未定义书签。 2.1.1受压元件................................... 错误!未定义书签。 2.1.2非受压元件................................. 错误!未定义书签。 2.2.设计技术参数 .................................. 错误!未定义书签。 2.3筒体厚度的计算 ................................ 错误!未定义书签。 2.4封头厚度的计算 ................................ 错误!未定义书签。

2.5裙座的厚度计算 ................................ 错误!未定义书签。 2.6 水压试验及强度校核 ............................ 错误!未定义书签。 第三章 设备承受的各种载荷 ......................... 错误!未定义书签。 3.1塔的质量载荷计算 .............................. 错误!未定义书签。 3.1.1 塔体圆筒、封头、裙座质量m01 ............... 错误!未定义书签。 3.1.2 塔内件如塔盘或填料的质量m02 ............... 错误!未定义书签。 3.1.3 保温材料的质量m03 ......................... 错误!未定义书签。 3.1.4操作平台及扶梯的质量m04 ................... 错误!未定义书签。 3.1.5 操作时物料的质量m05 ....................... 错误!未定义书签。 3.1.6 塔附件如人孔、接管、法兰等质量ma ......... 错误!未定义书签。 3.1.7水压试验时充水的质量mw .................... 错误!未定义书签。 3.1.9 塔设备在正常操作时的质量

m0 ............... 错误!未定义书签。

mmaxmmin3.1.10 塔设备在水压试验时的最大质量3.1.11 塔设备在停工检修时的最小质量

......... 错误!未定义书签。 ......... 错误!未定义书签。

3．2风载荷的计算 ................................. 错误!未定义书签。 3.2.1水平风力的计算............................. 错误!未定义书签。 3.2.2风弯矩的计算............................... 错误!未定义书签。 3.3 塔的自振周期的计算 ............................ 错误!未定义书签。 3.4 地震载荷的计算 ................................ 错误!未定义书签。 3.4.1 水平地震力的计算 .......................... 错误!未定义书签。 3.4.2 垂直地震力的计算 .......................... 错误!未定义书签。 3.4.3 地震弯矩的计算 ............................ 错误!未定义书签。 3.5 各种载荷引起的轴向力 .......................... 错误!未定义书签。 3.5.1 设计压力引起的轴向应力

1 .................. 错误!未定义书签。

3.5.2 操作质量引起的轴向压应力

2................ 错误!未定义书签。

3.5.3 最大弯矩引起的轴向应力

3.................. 错误!未定义书签。

3.6 塔体与裙座的危险截面的强度校核与稳定性校核 .... 错误!未定义书签。 3.6.1 塔体与裙座的强度校核 ...................... 错误!未定义书签。 3.6.2塔体与裙座的稳定性校核..................... 错误!未定义书签。 3.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核 ................ 错误!未定义书签。 3.7.1 水压试验时应力校核 ........................ 错误!未定义书签。 3.7.2 吊装时应力校核 ............................ 错误!未定义书签。 3.8 基础环的设计 .................................. 错误!未定义书签。 3.8.1 基础环的结构尺寸 .......................... 错误!未定义书签。 3.8.2 基础环的应力校核 .......................... 错误!未定义书签。 3.8.3 基础环的厚度 .............................. 错误!未定义书签。 3.9 地脚螺栓的计算 ................................ 错误!未定义书签。 3.9.1 地脚螺栓的最大拉应力 ...................... 错误!未定义书签。 3.9.2地脚螺栓根径............................... 错误!未定义书签。 第四章 开孔不强计算 ............................... 错误!未定义书签。 4.1 不需要另行补强的最大开孔直径 .................. 错误!未定义书签。 4.2 补强型式，选用如下形式： ...................... 错误!未定义书签。 4.3 补强设计计算 .................................. 错误!未定义书签。 4.3.1 圆筒上人孔DN500mm补强计算............. 错误!未定义书签。 4.3.2 筒体上卸料口DN250mm补强计算 .......... 错误!未定义书签。 4.3.3 筒体上气体进口接管DN200mm补强计算 .... 错误!未定义书签。 4.3.4 封头上接管DN200mm补强计算 ............ 错误!未定义书签。 4.3.5 筒体上接管DN70mm补强计算 ............. 错误!未定义书签。 结论 .............................................. 错误!未定义书签。 参考文献 .......................................... 错误!未定义书签。 谢辞 .............................................. 错误!未定义书签。

图标清单

类型 图号 图1-1 图1-2 图1-3 图1-4 图1-5 图1-6 图1-7 附 图 图1-8 图1-9 图1-10 图1-11 图3-1 图3-2 图3-3 图3-4 图3-5 图3-6 表1-1 表1-2 附 表 表1-3 表1-4 表1-5 表1-6 表1-7 表1-8 表1-9

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图示名称 封头结构示意图 裙座的焊接形式 人孔的形式 弯管结构示意图 法兰结构示意图 平垫圈 上装式丝网除沫器 支承板结构示意图 水平引入管排管式喷淋器 梁型式再分布器 床层限制板 风载荷 塔各分段高度 风弯矩计算简图 任意高度hk处的集中质量mk 地震载荷 基础环的结构尺寸 封头结构尺寸 人孔结构表 接管尺寸 弯管结构尺寸 密封面结构尺寸 接管法兰尺寸 垫片型式选用表 垫片尺寸 螺栓/螺母的选用

表1-10 表1-11 表1-12 表1-13 表1-14 表1-15 表1-16 表1-17 附 表 表1-18 表1-19 表1-20 表3-1 表3-2 表3-3 表3-4 表3-5 表3-6 表3-7 表4-1 表4-2 螺栓长度和质量 紧固件用平垫圈尺寸 陶瓷拉西环填料的特性数据 陶瓷矩鞍填料的特性数据 上装式丝网除沫器基本参数 支承板形式尺寸 支承板结构尺寸 支承板特性 排管式喷淋器的设计参考数据 梁型再分布器设计参数 填料塔附属结构 平台扶梯质量 塔设备质量计算结果汇总 塔各段风载荷 塔体各段集中质量 塔体各段水平地震力 塔体各段垂直地震力 各危险截面强度校核与稳定性校核 不另行补强接管最小厚度 补强形式 2

绪论

毕业设计是我们在校期间的一个重要课程，它既是对我们大学四年所学知识的一次全面应用。又对我们毕业后的工作打下了良好基础。通过毕业设计，我们初步把我们所学的理论知识应用到实践中。过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛。是化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，一些高新技术领域，如航空航天技术、先进能源技术、先进防御技术等也离不开过程设备。

20世纪80年代初以来，随着我国经济持续迅速发展，城市化进程加快，人口不断增加，煤炭消耗量逐年以3～9%的递增率大幅度增加，我国大气环境受到了严重污染，其中以SO2和烟尘污染最为严重，成为世界上大气环境污染最严重的国家。通过对大气环境中污染物来源分析表明，我国大气污染属于煤烟型污染，其中SO2和烟尘等污染物主要是由煤炭燃烧产生的。煤炭燃烧排放的SO2和烟尘，分别占SO2总排放量的90%和烟尘总排放量的70%，煤炭燃烧排放的CO2，占CO2总排入量的85%，而燃煤工业锅炉排放的CO2，占煤炭燃烧排放量的30%。可见，控制煤炭燃烧SO2和烟尘的排放量，对控制我国大气污染具有重要的意义。

脱硫塔主要是吸收SO2,其工作原理是含烟尘及硫氧化物的烟气通过进口烟道进入筒体，含有离子的碱性吸收液分别从滤泡除尘脱硫塔上中下部由螺旋喷嘴喷出，形成与烟气成逆向的多排高速雾化水幕。增加了烟尘硫氧化物与水的碰撞概率，并充分利用雾化液滴的速度来造成很高的气液相对速度。以保证除尘器的除尘和脱硫效果，同时气体经过筛板上的液层产生鼓泡作用，增加了气液传质的表面积和湍动状态。提高了传质效率，二氧化硫与碱液发生气液传质，从而进一步提高了脱循环硫除尘器的效果。脱硫生成物随水流到脱硫塔底部。从溢流孔排走，在筒体底部设有水槽以防止烟气从底部泄漏。脱硫塔废水由底部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和再生使用，净化后的气体通过筒体上部经除沫器除雾后排出，从而达到除尘脱硫目的。

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符号说明

——计算厚度，mm； d——设计厚度，mm； n——名义厚度，mm；

b——有筋板时基础环的厚度，mm；

e——有效厚度，mm；

ei——第i计算段容器的有效壁厚，mm； g——筋板厚度，mm；

b——有筋板时基础环的厚度，mm；

nt——接管名义厚度，mm； t——接管计算厚度，mm；

——补强圈厚度，mm； et——接管有效厚度，mm； s——裙座的厚度，mm； g——重力加速度，N/kg； ——焊接接头系数； C——厚度附加强，mm； C1——钢板负偏差，mm； C2——腐蚀裕量，mm； E——材料的弹性模量；

DN——公称直径,mm； d——开孔直径,mm；

d2——垫板上地脚螺栓孔直径,mm；

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di——人孔直径mm； Di——筒体的内径，mm；

Dei——塔设备第i段迎风面的有效直径，mm； Doi——设备各计算段的外径，mm； Dob——基础环的外径，mm；

Dib——基础环的内径，mm；

P——设计压力，MPa； PL——液柱静压力，MPa；

PC——计算压力，MPa； PT——水压试验压力，MPa ； Pi——第i段风载荷N；

m01——塔体圆筒、封头、裙座质量，kg； m02——塔内件如塔盘或填料的质量，kg；

m03——保温材料的质量，kg； m04——扶梯与平台的质量，kg； m05——操作时物料的质量，kg； mw——水压试验时充水的质量，kg；

me——偏心载荷，kg；

m0——设备在正常操作时的最大质量，kg；

mmax——塔设备在水压试验时的最大质量，kg；

mmin——塔设备在停工检修时的最小质量，kg； mk——距地面高度hk处的集中质量，kg；

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meq——设备的当量质量，kg；

fi——风压高度变化系数；

q0——各地区的基本风压，Pa；

K—载荷组合系数；

K1——塔的体型系数；

Kzi——塔设备各计算段的风振系数； K3——笼式扶梯的当量宽度，m；

K4——操作平台的当量宽度，m； ——脉动增大系数； i——第i段的脉动影响系数； zi——第i段的体型系数； d0——塔顶管线外径； T1——塔的自震周期，s； Tg——各类产地的自震周期，s； ——地震影响系数；

1——第一振型的地震影响系数；

Cz——综合影响系数；

k1——基本阵型参与系数； max——地震影响系数的最大值； hi——计算截面ii距地面的距离,mm；

Fi——在截面i-i处的基本振型水平地震力， Fiiv——塔任意质点i处得垂直地震力，N； vmax——垂直地震影响系数的最大值；

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N；

——裙座半锥角；

II——截面i-i处地震弯矩，Nmm； MEIII——设备任意截面I-I的风弯矩，Nmm； MWMe——偏心弯矩，Nmm；

Mmax——设备最大弯矩，Nmm；

11——容器任意截面I-I最大弯矩，Nmm； Mmax Zsb——裙座底部截面的截面系数，mm3； Asb——裙座底部截面积，mm2；

Zsm——裙座开孔设人孔处得截面系数，mm3；

Asm——裙座开孔设人孔处的截面积，mm2；

——试验温度下材料的许用应力，MPa； ——材料在设计温度下的许用应力，MPa；

t——水压试验时的许用应力，MPa；

t

s——材料的屈服强度，MPa；

1——内压计算压力在筒体内引起的轴向压力，MPa；

ii——操作物料时质量载荷在筒体内引起的轴向力，MPa； 2ii——最大弯矩在筒体内引起的轴向力，MPa； 3iimax——最大组合轴向压应力，MPa；

t——裙座材料在设计温度下的许用应力，MPa；

Zb——基础环的截面系数，mm3； Ab——基础环的面积，mm2； Ras——混凝土基础的许用应力，MPa；

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n—一地脚螺栓个数；

d1——地脚螺栓螺纹根径mm； fr——强度削弱系数；

2

A——开孔削弱所需的补强面积，mm；

h1——外侧有效高度，mm； h2——内侧有效高度，mm； A1——多余金属面积，mm；

2

A2——接管多余金属面积，mm；

2

A3——接管处焊缝面积，mm2； Ae——有效补强面积，mm2；

A4——所需另行补强面积，mm；

2

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第一章 设计方案的确定

1.1 设备性能

将烟气中的二氧化硫等有害物质从烟气中分离出来，吸收沉降最后达到净

化烟气的目的。

1.2 设备技术特性

工作压力：2.9MPa、工作介质：水煤气 ADA溶液、工作温度：45C、喷淋量：180、设计风压：500Pa、地震烈度：8级

1.3 填料塔的选型和结构设计

1.3.1筒体的选型

选择圆柱形筒体，圆柱形是最常见的一种压力容器结构形式。具有结构简单、易于制造、便于在内部装设附件等优点。而是目前制造和使用最多的一种筒体形式，它采用钢板在大型卷板机上卷成圆筒，经焊接纵焊缝成为筒节，然后与封头或端部法兰组装焊接成容器。所以选择单层式卷焊式结构。

1.3.2 封头的选型

根据所给条件选择标准椭圆形封头，由此可知：Di/2hi2 由《化工容器及设备简明设计手册》表13-5 知：k1 。结构如下图所示：

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图1-1 封头结构示意图

由JB/T4737-95知：

表1-1 封头结构尺寸：

公称直径 DN 2100 曲面高度 hi 直边高度 h2 内表面积 容积 V/m3 Fi/m2 5.03 525 40 1.36 1.3.3 裙座的选型

塔体常采用裙座支承，裙座形式根据承受载荷情况不同，可分为圆筒形和圆锥形两类。圆筒形裙座制造方便、经济上合理，故广泛应用。又因为DN1m、但H/DN30，所以不需要设置较多的地脚螺栓及足够大承载面积的基础环。此时，圆筒形裙座的结构尺寸可以满足地脚螺栓的合理布置。因采用圆筒形裙座。

结构：圆筒形裙座由裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、引出管通道等组成。

其中筒体与裙座的焊接形式选如取下结构：

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图1-2 裙座的焊接形式

1.3.4 人孔的选取

根据已知条件，由《化工容器及设备简明设计手册》HG2151495及公称压力选择回转盖带劲对焊法兰人孔，人孔选用Q345R。 人孔尺寸

由《化工容器及设备简明设计手册》表23-1-13得所选人孔结构表如下：

表1-2 人孔结构表

密封面型式 凹凸面 公称压力PN 公称压力DN dws d D D1 H1 H2 b MFM型 4.0 500 53014 495 755 670 290 135 62 b1 b2 A B L d0 螺柱螺母螺柱直径长度 总质量kg 数量 数量 20 40 55 60 430 225 300 30 M39225 413 人孔的型式：

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图1-3 人孔的形式

1.3.5 接管的选取

根据工艺条件，选取接管材料为20号钢, 20号钢

t《HG20553-1993化工配管用无缝及焊接钢管尺寸》Ia147MPa(16mm).查

系列表4.1.1得：

本设备的接管尺寸按其公称尺寸的不同列表如下

表1-3 接管尺寸

公称直径 DN A 15 80 200 250 B 外径 壁厚和理论重量 sch40 mm 1/2 3 8 10 21.3 88.9 219.1 273.0 mm 2.9 5.6 8.0 8.8 kg/m 1.32 11.50 41.65 57.33 根据《GB150钢制压力容器》中相关规定：

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t(Die)t 2e而接管都符合规定 所以满足要求 其中各类接管中的弯管选择如下：

图1-4 弯管结构示意图

根据GBT12459—2005钢制对焊无缝管件知：

表1-4弯管结构尺寸

公称尺寸mm 80 200 中心面至端面Amm 114 305 1.3.6 接管法兰的选取

(1) 法兰及密封面的选取：

由《HGT2059220635-2009钢制管法兰、垫片和紧固件》表3-2-2 及该设备公称压力选取（WN），密封面型式选取突面（RF）。

其带颈对焊法兰结构尺寸按图8.2.3和表8.2.3-4规定：

图1-5法兰结构示意图

根据HG/T20592—2009选择密封面尺寸如下：

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表1-5密封面结构尺寸

公称尺寸 DN 15 80 200 250 本设备的接管法兰尺寸按其公称尺寸的不同列表如下

表1-6 接管法兰尺寸

钢管外径 公称尺寸 法兰焊端DN 外径A1 A类 15 80 200 250 续上表

法兰颈 公称尺寸 法兰厚度 DN C N A类 32 105 244 306 S H1  d 密封面公称尺寸 128 258 312 40 连接尺寸 法兰外径 D 95 200 375 450 螺栓孔中心圆直径K 65 160 320 385 螺栓孔 直径 L 14 18 30 33 螺栓孔 数量 螺栓 Th n 4 8 12 12 21.3 88.9 219.1 273 M12 M16 M27 M302  2.0 3.2 6.3 7.1 R 法兰高度 H 38 58 88 105 15 80 200 250 16 24 34 38 6 12 16 18 4 8 10 12 （2）选择管法兰垫片

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由《HG/T20641-2009》表3.0.2选用垫片形式

表1-7 垫片型式选用表

密封面的垫片型式 公称压力 PN 公称尺寸DN 最高使用温度 密封面型式 表面粗糙度Ram法兰型式 带颈对焊法兰 非石棉纤维橡胶板 40 102000 290 凹面/凸面 3.212.5 由HG/T 20606-2009表4.0.2-3得凹凸面垫片尺寸 表1-8 垫片尺寸 mm 公称尺寸 DN 15 80 200 250 垫片内径D1垫片外径 D2垫片厚度 T 22 89 220 273 39 120 259 312 1.5 (3)管法兰紧固件选取

由[HG/T20641-2009]表3.0.3-1查螺栓/螺母的选用

表1-9 螺栓/螺母的选用

螺栓/螺母 型式 全螺纹螺柱Ⅱ型六角螺母（粗牙、细牙）

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紧固材料 件强使用温公称压力等级 度 o标准 规格 度 C HG/T 20613 196M10M33 0Cr18Ni19 低 PN160 800

由[HG/T20613-2009]表5.0.7-1选凹面/凸面时螺柱长度代号LZR 由[HG/T20641-2009]表5.0.7-12 查法兰配用螺柱长度和质量

表1-10 螺柱长度和质量

公称尺寸 DN 15 80 200 250 M12 M16 M27 M30 螺纹 数量 n（个） 4 8 12 12 螺柱 LZR（mm） 质量kg 56 152 667 868 70 95 145 155 质量为每1000件的近似质量 紧固件用平垫圈

由[HG/T20641-2009]附录A选用平垫圈A级（GB/T 97.2）300HV

图1-6 平垫圈

表1-11 紧固件用平垫圈尺寸

d d1d2M12 13 24 2.5 M16 17 30 3 M27 28 50 4 M30 31 56 4 h 1.3.7 填料的选择

填料是填料塔的核心内件，它为气液两相接触进行传质和换热提供了表面，

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与塔的其它内件共同决定了填料塔的性能。

由《塔设备》本脱硫塔选择陶瓷拉西环填料和陶瓷矩鞍填料。

拉西环是一个外径和高度相等的空心圆柱体，它的空隙率比碎石等物状填充物大，且内外表面都可用作气液接触面，其结构简单、价格便宜，故广泛应用。

由《塔设备》表5-1知的特征数据（乱堆）

表1-12 陶瓷拉西环填料的特性数据

公称尺寸外径高 壁厚 堆积个数 个/m3 6000 堆积密度 kg/m3 mm 50 比表面积 m2/m3 mm 5050 空隙率 m3/m3 mm 4.5 457 干填料因子 湿填料因子 1/m 177 1/m 220 93 81 为了防止拉西环乱堆造成堵塞，在填料底层铺一层整砌的陶瓷矩鞍填料，其相互重叠的部分较少、空隙率较大，故填料表面利用率高。

由《塔设备》表5-16知陶瓷矩鞍填料的特征数据（整砌）

表1-13 陶瓷矩鞍填料的特性数据

公称尺寸外径高 壁厚 堆积个数 个/m3 8710 堆积密度 kg/m3 mm 50 比表面积 m2/m3 mm 7545 空隙率 m3/m3 mm 5 538 干填料因子 湿填料因子 1/m 216 1/m 122 103 0.782 1.3.8 除沫器的选择

当塔内操作气速较大时，会出现塔顶沫夹带。这不但造成物料的流失，也使塔的效率降低，同时还可能造成环境的污染。为了避免这种情况，需在塔顶设置除沫装置，从而减少液体的夹带损失。确保气体的纯度，保证后续设备的正

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常操作。

常用的除沫器装置有丝网除沫器、折流板除沫器以及旋流板除沫器。 丝网除沫器由于其比表面积大、空隙率大、结构简单、使用方便、压降小以及除沫效率高等优点，广泛应用于填料塔的除沫装置中。

根据《塔设备》选择，由《塔设备》表8-6知其基本参数：

表1-14上装式丝网除沫器基本参数

公称直径 DN 2000 主要外形尺寸mm H 100 150 H1 H2 D 1900 质量kg 176 204 360 410 注：D为丝网除沫器的有效直径，根据支承件的结构确定 丝网的质量是SP型气液过滤网网块的质量

其结构尺寸见下图

图1-7 上装式丝网除沫器

1.3.9 填料支承装置

填料的支承装置安装在填料层德底部，其作用是支承操作时填料层的重量； 保证足够的开孔率，使气液两相能自由通过。因此不仅要求支承装置具有足够的强度和刚度，而且要求结构简单、便于安装。

由《塔设备》填料支承装置所述，选择梁型气体喷射式支承板作为本脱硫塔 的支承装置，其是目前性能最优的大塔支承板。

由《塔设备》表5-49，支承板波形尺寸（mm）

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表1-15 支承板形式尺寸

塔径 波形 波形尺寸 bH t 9004000 300300 300 支承板结构尺寸见《塔设备》表5-50知：

表1-16支承板结构尺寸

塔径 2100 支承板 外径 2060 支承板 分块数 7 支承板 梁数 支承圈 宽度 50 支承圈 厚度 14 其结构形式见图5-41

图1-8支承板结构示意图

支承板结构尺寸见《塔设备》表5-51知：

表1-17支承板的特性

塔径DN 自由截面 % 102 支承板允许载荷，N 碳钢 89090 不锈钢 107560 mm 2100 1.3.10 填料的液体分布器

液体分布器安装于填料上部，它将液相加料及回流液均匀地分布到填料的表

19

面上，形成液体的初始分布。

由《塔设备》液体分布装置和塔径选择排管式喷淋器，本塔采用的是液体由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。

其结构见图5-19

图1-9 水平引入管排管式喷淋器

查表《塔设备》5-40 得排管式喷淋器的设计参考数据

表1-18 排管式喷淋器的设计参考数据

塔径DN 主管直径 支管排数 6 排管外缘直径 最大体积流量 mm 2000 mm 100 mm 1940 m3/h 78 1.3.11 填料的液体再分布器

当液体沿填料层向下流动时，具有流向塔壁而形成“壁流”的倾向。结果造成液体分布不均匀，降低传质效率。严重时使塔中心的填料不能被液体湿润而形成“干堆”。为此，必须将填料分段，在各段填料之间需要将上一段填料下来的液体收集再分布。液体再分布装置的结构设计与液体分布装置相同，但需配备适宜的液体收集装置。

由《塔设备》液体再分布装置，选梁型再分布器，其适用于1200mm以上的大塔。为了便于制造安装，设计成可拆结构，整个再分布器由多条梁型构件拼装而成。

梁型再分布器的操作弹性为4，它的设计参数见表5-57.

20

表1-19梁型再分布器设计参数

塔径DN 盘外径 D1 mm 螺栓圆直径 D2 mm 液体负荷范围 分块数 19 升气管数 6 m3/h mm 2000 1975 1835 9.0-340 结构见《塔设备》图5-48

图1-10 梁型再分布器

1.3.12 填料压板

填料塔在大压力降下操作，由于气体冲击和负荷波动，如果没有填料压板或床层限制器。将会发生以下情况：

对于填料压板：填料层顶部的填料将发生移动，跳跃或撞击，严重时会使填料破碎。--------------------------------

由《塔设备》填料压板，选择床层限制板，其结构见图5-54.

图1-11 床层限制板

21

床层限制板与压板结构类似，但重量较轻，一般为300N/m2左右。床层限制板必须固定于塔壁，否则将失去作用。当塔径D1200mm时，则限制板外径比塔的内径小2538mm。

表1-20填料塔附属结构

类别 形式 结构特点 适用范围 优缺点 优点：结构简液体直接由液体分布冲击式喷淋器 器 管口流出， 冲击到下设的反射板后被分散洒落 应用较少 单、便宜、易于安装 缺点：喷淋不均匀液体流向塔壁使大塔中的顶部填料无效

简图

22

第二章 筒体及封头的设计

2.1选择材料

2.1.1受压元件

根据设计温度TC45C、设计压力P2.9MPa、介质特性和操作特点及材料的强度、塑性、韧性、制造性能和与介质相容性，选用Q345R低合金钢为本脱硫塔筒体和封头的材料。

2.1.2非受压元件

接管、法兰等非受压元件选用20号钢。

其中根据设计所需要求人孔、裙座、补强圈选用Q345R、地脚螺栓选用30CrMoA.

2.2.设计技术参数

设计压力P2.9MPa 设计温度TC45C 设计风压500N/M3 地震烈度8级

水压试验时，液柱静压力：

PLgH （2-1）

式中：水的密度，kg/m3； g重力加速度，N/kg； H塔体总高，m；

H总H筒2H封28500256529360

23

PLgH总10009.8129.3600.3MPa

液柱静压力PL0.3>设计压力的5%，故计入计算压力中，则 计算压力PC1.1P0.3319MPa

2.3筒体厚度的计算

查GB150许用应力表得Q345R在45C时的的许用应力t185MPa，（1636mm）。

筒体的计算厚度：

PCDit2pC （2-2）

式中：PC 计算压力，MPa；  筒体的计算厚度，mm； Di 筒体的内径，mm；

材料在设计温度下的许用应力，MPa；

t  焊接接头系数， 焊接接头采用V坡口双面焊接，采用局部无损检测，由焊接接头系数表查得0.85。

C 为厚度附加量，CC1C2，C1为厚度负偏差，根据《化工容器及设备简明设计手册》表114得钢板厚度为825时，C10.8mm。C2为腐蚀裕量，对于低合金钢C2不小于1mm，取C22mm。

PCDi3.19210021.52mm t2pC21850.853.19设计厚度dC221.52223.52mm 名义厚度ndC123.520.824.31mm 圆整后取名义厚度n26mm

24

则有效厚度enC262.823.2mm

检查当n26mm时，Q345R的许用应力t185MPa没有变化，取名义厚度

n26mm。

2.4封头厚度的计算

查GB150许用应力表得Q345R在45C时的的许用应力t185MPa（1636）。

封头的计算厚度：

PCDi （2-3） t20.5pC式中：PC 计算压力，MPa；  封头的计算厚度，mm； Di 封头的内径，mm；

材料在设计温度下的许用应力，MPa；

t  焊接接头系数， 焊接接头采用V坡口双面焊接，采用局部无损检测，由焊接接头系数表查得0.85。

C 为厚度附加量，CC1C2，C1为厚度负偏差，根据《化工容器及设备简明设计手册》表114得钢板厚度为825mm时，C10.8mm。C2为腐蚀裕量，对于低合金钢C2不小于1mm，取C22mm。

PCDi3.19210021.41mm t20.5pC21850.850.53.19设计厚度dC221.41223.41mm 名义厚度ndC123.410.824.21mm 圆整后取名义厚度n26mm

25

则有效厚度enC262.823.2mm

检查当n26mm时，Q345R的许用应力t185MPa没有变化，且其有效厚度不小于封头内径的0.15%，即e0.15%Di3.15mm。故该标准椭圆形封头取其名义厚度n26mm。

2.5裙座的厚度计算

由于筒体内径与筒体封头外径相等，焊缝必须采用全溶透的连续焊，裙座的厚度与筒体的厚度相同，为26mm。

2.6 水压试验及强度校核

对于内压容器：试验压力按下式计算

PT1.25P （2-4）

t取水压试验时液体温度为20C

式中：PT 液压试验压力； P 设计压力

 试验温度下材料的许用应力， 20C时Q345R的185MPa； 设计温度下材料的许用应力， 45C时Q345R的185MPa；

所以PT1.25P水压试验应力校核公式

ttt1.253.193.99MPa

T(PTrH)(Die)0.9s （2-5） 2e式中T 试验压力下圆筒应力，MPa；

PT 耐压试验压力，当设计考虑液体静压力时，应当加上液体静压力； e 筒体有效厚度，mm；

26

s 筒体屈服强度，查《化工容器及设备简明设计手册》对于Q345R：

s325MPa； 不等式左边：

T(PTrH)(Die)2e(3.990.3)(210023.2)

223.2196.3MPa不等式右边：0.9s0.93250.85248.63MPa 由上可见：T0.9s 故水压试验合格。

27

第三章 设备承受的各种载荷

3.1塔的质量载荷计算

塔设备的质量载荷包括：塔体圆筒、封头、裙座质量m01；塔内件如塔盘或填料的质量m02；保温材料的质量m03；操作平台及扶梯的质量m04；操作时物料的质量m05；塔附件如人孔、接管、法兰等质量ma；水压试验时充水的质量mw；偏心载荷me；

3.1.1 塔体圆筒、封头、裙座质量m01

m01m筒2m封m裙 （3-1）

m筒：筒体高28.5m m筒Dihe

3.142.128.50.02327.85103 35405.82kg

m封：选用标准椭圆形封头，查《压力容器设计手册》表224查得，当

DN2100mm、n26mm时m封1026.6kg 2m封21026.62053.2kg

m裙：取高度为1.65m查《化工容器及设备简明设计手册》表71知低合金钢Q345R的密度7.85103kg/m3。

裙座的Di21002n21002262152mm m裙Dihe

3.142.1521.650.0167.85103

28

1400.38kg

故m01m筒2m封m裙2053.21400.3835405.8238859.4kg

3.1.2 塔内件如塔盘或填料的质量m02

构件质量取设备内填料质量的110%

填料选陶瓷拉西环50504.5乱堆，密度为457kg/m3。陶瓷矩鞍形

75455整砌，密度为538kg/m3。根据塔的条件设置填料整体高度为10.3m，其中陶瓷矩鞍形h20.480.480.11.06m；拉西环h110.31.069.24m； 陶瓷拉西环 ： V14Di2h19.2442.1231.99m3

m拉1V131.9945714618.29kg

陶瓷矩鞍形 ： V24Di2h21.0642.123.67m3

m陶2V25383.671974.24kg

m021.1(m拉m陶)1.1(14618.291974.24)18251.79kg

3.1.3 保温材料的质量m03

由于设备操作温度50C故不设保温层，所以m03=0

3.1.4操作平台及扶梯的质量m04

查《化工容器及设备简明设计手册》表161知所选平台、扶梯质量：

表3-1 平台、扶梯质量

质量 名称 钢制平台kg/m 150 笼式扶梯kg/m 40 m03m平m扶 （3-2）

29

人孔、进料口、上封头需设置平台。进料口设置180C平台，上封头设置全平台，五个人孔设置五个平台，以7个全平台计算。平台离塔体间隙为100mm，平台宽B为1m、高为1.2m的双横档平台。 S平（Di2n2B20.12D2n20.12）(i)

22

3.14(2.120.0262120.122.120.02620.12)3.14()

22 14.884.35 10.53m2

m平1507S平150710.5311058.18kg

扶梯下一级踏高出地面0.45m，上一级到封头。

m扶40（28.51.650.45）1188kg

故m03m平m扶11058.18118812246.18kg

3.1.5 操作时物料的质量m05

m05V1wrV2r （3-3）

式中：V1 各吸收段处的体积，m3；

w 塔内液体持液量，w0.25m3液体/m3填料； r 工作介质密度，kg/m3；ADA溶液的r1200kg/m3 V4 塔釜积液量，m3；V2V封+4hDi2

h 液面距封头焊缝接头的距离，m；h1.55m V封 封头容积，m3；查《化工容器及设备简明设计手册》

JB/473595得V封1.36m3

V2V封+4hDi21.3641.552.126.71m3

V1

42.1210.335.66m3

30

所以：

m0535.660.2512006.71120018751.17kg

3.1.6 塔附件如人孔、接管、法兰等质量ma

ma0.25m010.2538859.409714.85kg

3.1.7水压试验时充水的质量mw

m2w4Dir水H2V封r水 （3-4）

式中：Di 塔德内径，m；

H 筒体总高，m；H28.5m V3封 封头容积，m；V封1.36m3 r水 水密度，kg/m3；r水1000kg/m3 所以：

m2w4Dir水H2V封r水42.12100028.521.361000101382.73kg3.1.8偏心载荷me

me0

3.1.9 塔设备在正常操作时的质量m0

m0m01m02m03m04m05mame 38859.4018251.78012246.1818751.179714.85097823.39kg 31

(3-6)

3.1.10 塔设备在水压试验时的最大质量mmax

mmaxm01m02m03m04mwmame38859.4018251.78012246.18101382.739714.850 (3-7) 180454.94kg3.1.11 塔设备在停工检修时的最小质量mmin

mminm010.2m02m03m04mame38859.400.218251.78012246.189714.850 (3-8) 64470.79kg综上所述，塔设备质量计算结果汇总如下表3-2

塔体圆筒、封头、裙座质量m01 塔内件如塔盘或填料的质量m02 保温材料的质量m03 操作平台及扶梯的质量m04 操作时物料的质量m05 塔附件如人孔、接管、法兰等质量ma 水压试验时充水的质量mw 偏心载荷me 塔设备在正常操作时的质量m0 塔设备在水压试验时的最大质量mmax 塔设备在停工检修时的最小质量mmin 38859.40kg 18251.79kg 12246.18kg 18751.17kg 18751.17kg 9714.85kg 101382.73kg 0kg 97823.39kg 180454.94kg 64470.79kg 32

3．2风载荷的计算

图3-1 风载荷

3.2.1水平风力的计算

查《化工容器及设备简明设计手册》表16-8得呼和浩特设计风压为500MPa,将塔分段载荷计算，分段高度见下图：

图3-2 分段高度

塔设备中第i段的水平力Pi

33

PiK1K2iq0filiDei106N （3-9）

式中：Pi- 第i段的水平力，N;

K1- 体型系数，在同样的风速条件下，风压在不同体型的结构表面亦不相同，对于细长的圆柱形塔体结构，体型系数K1=0.7；

Kzi- 塔在第i段的风振系数；

Kzi1ξvizi fi 其中- 脉动增大系数，其值按《过程设备设计》表7-6确定。

ξ=2.085；

vi- 第i段的脉动影响系数，其值按《过程设备设计》表7-7确定；

zi- 第i段的振型系数，其值按《过程设备设计》表7-8确定； fi- 风压高度变化系数，其值按《过程设备设计》表7-5确定； q0- 各地区的地区风压，N/m2； li- 塔设备各计算段的高度变化，mm；

Dei- 塔设备第i段迎风面有效直径，m；设笼式扶梯与进口布置成

180°C,按下式计算。

Dei=Doi+2δsi+K4+K3+d0+2δps

Doi=2100+2×26=2152mm。 其中： Doi- 设备各计算段的外径，mm；

d0- 塔顶管线外径，mm；d0=219mm。

K3- 笼式扶梯的当量高度，当无确定数据时，取K3=400mm。 δsi- 塔设备各计算段的保温层的厚度，m； δps- 管式保温层厚度，mm；

34

K4- 操作平台的当量宽度，mm；

K4=2∑A h0A- 第i段内操作平台构件的投影面积，m2； 其中：∑ h0- 操作平台所在计算段的塔的高度，m；

根据塔的结构，分别计算塔的六个截面的风载荷，以第一计算段为例计算水平风力P1:

其中：v1=0.72 f1=1 Z10.02 Doi=2152mm δsi=0 δps=0

K4=0

Kz11ξvizi2.10.720.0211.03 fi1Dei=Doi+2δsi+K4+K3+d0+2δps

=2152+0+0+400+219+0 =2773mm

所以：PiK1K2iq0filiDei106N

0.71.0315006502773106 =650

用以上方法计算出各段风载荷，列于下表3-3 计算段 ∑A m2 li mm q0 N/m2 1 0 650 500 0.7 2.1 2 0 1000 500 0.7 2.1 3 10.53 8540 500 0.7 2.1 4 0 10000 500 0.7 2.1 5 10.53 10000 500 0.7 2.1 K1  35

Kzi fi hit m 1.03 1 0.65 0 0 2773 0.02 0.72 650 1.03 1 1.65 0 0 2773 0.02 0．72 1000 1.26 1 10.190 1 2466 5239 0.171 0.72 19731 1.71 1.25 20.190 0 0 2773 0.538 0.79 16596 2.18 1.420.65 30.190 6 2106 4879 0.97 0.82 37226 平台数 K4 mm Dei mm zi vi Pi 因该塔H30m，但H/Di14.315，故不考虑横风向风振。、

3.2.2风弯矩的计算

图3-3 风弯矩计算简图

36

塔设备任意截面I-I的风弯矩按下式计算

IIMwPililllPi1(lii1)Pi2(lili1i1)Pn(lili1n)2222（3-10）

II式中：Mw- 第I-I截面的风弯矩，Nmm；

Pi- 第I-I截面的风压力，N； li- 第I-I截面的高度，mm； 故0-0截面风弯矩：

ll1llP2(l12)P3(l1l23)P4(l1l2l34)2222

lP5(l1l2l3l45)200MwP1650100085401000(650)19731(6501000)222100001000016596(65010008540)377226(6501000854010000)22650 2112501150000116807520252093240937722940

1.3109Nmm

1-1截面风弯矩：

lll2lP3(l23)P4(l2l34)P5(l2l3l45) 22221000854010000100019731(1000)16596(10008540)222

10000377226(1000854010000)211MwP25000001039823702413058409135260401.2610Nmm9

2-2截面风弯矩：

lll22MwP3(3)P4(l34)P5(l3l45)

22285401000010000)16596(8540)377226(854010000)222 8425137022470984087630004019731(1.19109Nmm 37

3.3 塔的自振周期的计算

由《化工容器及设备简明设计手册》知： 等直径、等厚度容器的基本自振周期为：

T190.33Hm0H103 （3-11） t3EeDi式中： Di 容器的内径，mm；

H 塔的总高，m；

HH筒+H裙+H封+40=2850016505654030755mm m0 塔设备正常操作时的质量，kg；m097823.39kg E 低合金钢弹性模量，MPa；

由《化工容器及设备简明设计手册》表7-1利用线性分布得Q345R在45C时E2.05105MPa

e 塔体有效厚度，mm；e23.2mm

T190.33H 所以：

m0H310EteDi323.221003

 =0.723s

3.4 地震载荷的计算

3.4.1 水平地震力的计算

任意高度hk（见下图）处的集中质量mk引起的基本振型水平地震力按式（）计算：

38

图3-4任意高度hk处的集中质量mk

Fk1CZ1k1mkg （3-12）

式中：mk 距离地面高度hk处得集中质量，kg；

表3-4 塔体各段集中质量

段号 hk mm m01 m02 m03 m04 m05 ma mk 1 325 552 0 0 8 0 222 782 2 1150 1875 0 0 40 1632 341 3888 3 5920 10609 0 0 1935 6422 2911 21877 4 15190 12423 7088 0 416 4154 3409 27490 5 25190 12423 11164 0 8666 6543 3409 42205  地震影响系数，由设备自振周期T确定

1 第一振型时的地震影响系数，即对应于设备基本自振周期T1的

39

值，按TT1查取。

(TgT)0.9max

Tg 各类场地土的特征周期，s；

由《化工容器及设备简明设计手册》表16-2选择如下

场地土 中硬场地土 CZ 综合影响系数，取CZ0.5 k1 基本振型参与系数

近震 0.3 h1.5kk1mhi1i1nmh3iin1.5ii

max 地震影响系数的最大值，按《化工容器及设备简明设计手册》表16-3查得当设计地震烈度为8级时max0.45。 hi 计算截面I-I距地面的高度

其中：1(0.30.9)0.450.2 0.7231.51.5hkm1h1 k11

m1h13所以：Fk1CZ1k1mkg0.50.22769.8270.48

1.51.51.53k2hk(m1h1m2h2)/(m1h13m2h2) (7823251.5388811501.5)/(7823253388811503) 1.0325 Fk2CZ1k2mkg0.50.21.032538889.83934 同上可得塔体各段水平地震力，列表如下：

40

表3-5 塔体各段水平地震力

段号 1 1 766 2 1.0325 3934 3 1.0296 22074 4 1.0753 28969 5 1.3031 53897 k1 Fk1 3.4.2 垂直地震力的计算

设计烈度8级的塔设备应考虑上下两个方向的垂直地震的作用，塔设备底截面处垂直地震力按式计算

FV00vmaxmeqg （3-13）

式中：vmax 垂直地震影响系数的最大值，取vmax0.65max； meq 塔设备的当量质量，kg；取meq0.75m0

m0 塔设备在正常操作时的质量，kg；m097823.39kg

所以： FV00vmaxmeqg

任意质量i处得垂直地震力：

FvIImihin0.650.450.7597823.399.8

210308.06mhk1Fv00(i1.2.3n)

kk所以： Fv11m1h100Fv210308.06 m1h1Fv22 m2h2Fv00(m1h1m2h2)38881150210308.06

(78232538881150)198997同上可得塔体各段垂直地震力，列表如下

41

表3-6 塔体各段垂直地震力

段号 hk 1 325 2 1150 3 5920 4 15190 5 25190 FN iiv210308 198997 202905 159147 138448 3.4.3 地震弯矩的计算

图3-5 地震载荷

根据《化工容器及设备简明设计手册》知由于该脱硫塔热情容器（等径、等壁厚）的高径比H/Di28500/210013.5715，但H20mm，须考虑振型影响，在进行稳定或其它验算时，所取的地震弯矩值可取计算值的1.25倍。即

IIIIME1.25MEI；其中H总30755mm

设备截面0-0的地震弯矩

42

16CZ1m0gH35160.50.297823.399.8130755 （3-14）

351.35109Nmm0-0MEI0000ME1.25MEI1.251.351091.6910Nmm设备截面1-1的地震弯矩

9

8Cz1m0g3.52.53.5(10H14Hh4h)（3-15）2.5175H80.50.297823.399.8(10307553.514307552.532543253.5)2.517530755766932.32(5.110167.5510142.48109)132.903101.33109Nmm11MEI1111ME1.25MEI1.251.331091.6610Nmm设备截面2-2的地震弯矩

9

8Cz1m0g(10H3.514H2.5h4h3.5)（3-16）2.5175H80.50.297823.399.8(10307553.514307552.51150411503.5)2.517530755766932.32(5.110162.610152.061011)132.903101.29109Nmm22MEI2222ME1.25MEI1.251.281091.6010Nmm9

3.5 各种载荷引起的轴向力

3.5.1 设计压力引起的轴向应力1

1PCDi3.19210072.19MPa （3-17） 4e423.2 43

3.5.2 操作质量引起的轴向压应力2

令裙座壁厚s18mm，有效厚度es16mmm097823.39kg 截面0-0：00200m0g97823.399.89.1MPa Asb3.14Dises111截面1-1：m0 m0m01 式中：m0 塔体第一段质量，kg；

111m0m01m04m1ahit(m01m04ma)H 650(38859122469715)30755kg111m0m0m097823128596538kg

Asm 人孔截面的截面积

Asm3.14Dimes(bm2m)esAm

式中：Asm 人孔或较大管线引出孔hh处的截面积，查《化工容器及设备简明设计手册》表16-10得：

Asm98810mm2

112965389.819.58MPa

988102212截面2-2： m0 m0m0m02 式中：m0 塔体第二段质量，kg；

222222m0m01m03m04mam05

h2t(m01m03m04m05ma) H (38859012246187519715)4269kg

2212m0m0m0978231285426992269kg 故：m0 44

22222m0g922699.88.57MPa

A3.14Die3.5.3 最大弯矩引起的轴向应力3

截面0-0：

0000MmaxMw1.310Nmm000000MmaxME0.25Mw9

1.691090.251.3109 2.015109Nmm002.015109Nmm 取以上两式中较大值：Mmax故：截面1-1：

0030000MmaxMmax2.01510936.38MPa 2Zsb0.785DISes0.78521002161111MmaxMw1.2610Nmm111111MmaxME0.25Mw9

1.661090.251.26109 1.98109Nmm11取以上两者中较大值Mmax1.98109Nmm

Zsm 人孔截面的断面模数，查《化工容器及设备简明设计手册》表16-10

得：Zsm59381000mm3

故：截面2-2：

2222MmaxMw11311Mmax1.9810933.34MPa Zsm593810001.1910Nmm222222MmaxME0.25Mw

9

45

1.61090.251.191091.9109Nmm

22取以上两者中的较大值：Mmax1.9109

2222MmaxMmax Zsb0.785Dis2es2231.91090.7852100216 3.43MPa3.6 塔体与裙座的危险截面的强度校核与稳定性校核

3.6.1 塔体与裙座的强度校核

塔体的最大组合轴向拉应力发生在2-2截面上

222222max12372.198.5734.3 （3-18） 97.72MPa185MPa0.85k1.2k188.7MPa

22故：max97.72MPak188.7MPa

ttt所以满足要求

3.6.2塔体与裙座的稳定性校核

塔体的最大组合轴向应力发生停车的在2-2截面上 截面2-2：

2222max23228.5734.3 42.87MPaB值计算：A0.0940.0940.00208 Ri/e1050/23.2查《过程设备设计》图4-5（按Q345R 30C）得

46

B164MPa 185MPak1.2

22maxt42.87MPacrkB196.8MPa （3-19） tk222MPa所以满足要求 截面1-1：

111111max239.5833.34 42.92MPaB值计算：A0.0940.0940.00143 Ri/e1050/16查《过程设备设计》图4-5（按Q345R 30C）得

B156MPa 185MPak1.2

11maxt42.92MPacrkB187MPa tk222MPa 所以满足要求

截面0-0：

000000max239.136.38 45.48MPaB值计算：A0.0940.0940.00143 Ri/e1050/16查《过程设备设计》图4-5（按Q345R 30C）得

B156MPa 185MPak1.2

00maxt45.48MPacrkB187MPa tk222MPa所以满足要求

各危险截面强度校核与稳定校核汇总见表3-7。

表3-7 各危险截面强度校核与稳定校核

47

计算危险截面 项目 塔体与裙座有效壁厚 （e、es） 计算截面面积A/mm ii20—0 1—1 2—2 16 16 23.2 Asb105504 Asm98810 A105504 计算截面断面模数 Wii/mm3 Zsb5.54107 Zsm5.94107 Z5.54107 最大弯矩iiMmax/Nmm 2.015109 1.98109 1.9109 最大允许轴向拉应力 K 最大允许轴向压应力 操作压力引起的轴向拉应力1/MPa 操作质量引起的轴向压应力ii2188.7 — — KB/MPa 187 187 187 K/MPa t222 222 222 0 0 72.19 /MPa 9.1 9.58 8.57 最大弯矩引起的轴向压应力ii3/MPa 36.38 33.34 34.3 最大组合轴向拉应力 iimax/MPa — — 92.72 48

最大组合轴向压应力 iimax/MPa 45.58 42.92 42.87 22maxK t强度与稳定性校核 强度 — — 11maxcr 稳定性 00maxcrKBt K11maxcr 满足要求 满足要求 满足要求 3.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核

（1）试验压力和静液柱引起的环向应力

(PTrH)(Diei) （3-20）

2ei 其中：PT1.25PC1.253.193.99MPa 液柱静压力rH100030.7550.3MPa

(PTrH)(Diei)2ei(3.990.3076)(210023.2)

223.2196.65MPa （2）由试验压力引起的轴向拉应力

1P3.992100TDi90.29MPa 4ei423.2 （3）水压试验时最大质量引起的轴向压应力

22222mTg3.14Diei1804559.81

3.14210023.211.57MPa （4）弯矩引起的轴向应力

49

223220.3MwMe0.785Diei0.31.191090 0.7852100223.24.45MPa3.7.1 水压试验时应力校核

（1）筒体环向应力校核

0.9s0.93250.85248.63MPa

196.65MPa0.9s248.63MPa

所以满足要求

（2）最大组合轴向拉应力校核

222222max12390.2911.574.45 83.17MPa0.9ks0.91.23250.85298.36MPa

22max83.17MPa0.9kS298.36MPa

所以满足要求

（3）最大组合轴向压应力校核

222222max2311.574.45 16.02MPaB值计算：A0.0940.0940.00208 Ri/e1050/23.2查《过程设备设计》图4-5（按Q345R 30C）得

B164MPa 185MPak1.2 kB196.8MPa22max16.02MPacr

0.9k351MPas 所以满足要求

50

t

3.7.2 吊装时应力校核

按最不利的吊装条件进行校核

maxMmaxmmingH2w6.28Din(Hh)644719.81307552

6.282100226(307551650)28.54MPaB值计算：A0.0940.0940.00143 Ri/e1050/16查《过程设备设计》图4-5（按Q345R 30C）得

B156MPa 185MPak1.2 kB187MPamax28.54MPa

0.9k280.8MPas所以满足要求

t3.8 基础环的设计

3.8.1 基础环的结构尺寸

图3-6 基础环的结构尺寸

51

基础环的内径DibDis(160基础环的外径DobDis(160400)mm 400)mm

400)21513001852mm 400)21523002452mm

DibDis(160 DobDis(1603.8.2 基础环的应力校核

00Mmaxm0gZAbb （3-21） 000.3MwMemmaxgZbAbbmax取其中较大值须满足AbmaxRa 式中：Ab 基础环的面积

22Ab0.785(DobDib)0.785(2452218522) 2027184mm2 Zb 基础环的截面系数

3.14(Dob4Dib4)Zb32Dob3.14(2452418524)

3224529.76108mm3bmax 混凝基础上的最大压应力，MPa；

（1）bmax00Mmaxmg0 ZbAb2.015109978239.8 9.761082027184

2.53MPa（2）bmax

000.3MwMemmaxg ZbAb52

0.31.31091804559.8 9.761082027184

1.27MPa取以上两者中的大值bmax2.53MPa

由《化工容器及设备简明设计手册》表16-11选用75号混凝土 其许用应力

Ra3.5MPa

bmax2.53MPaRa3.5MPa所以满足要求

3.8.3 基础环的厚度

按有筋板时计算基础环厚度

Sbb6MsC （3-22）

式中：Sb 基础环厚度 C2mm

b 基础环材料的许用应力，对于20号钢b140MPa

b1Dob(Dis2s)212452(2152218)

2132mm假设螺栓直径为M42，由《化工容器及设备简明设计手册》表16-18得： l160mm 当

b1320.825由《化工容器及设备简明设计手册》表16-12得： l160Mx0.165bmaxb20.1652.531322 7723.6NmmMy0.0781bmaxl20.07812.531602 5058.4Nmm取其中较大值 Ms7723.6Nmm

53

Sbb6MsC67723.62

14020.19mm圆整后取Sb22mm

3.9 地脚螺栓的计算

3.9.1 地脚螺栓的最大拉应力

00MwMemmingZAbB00b （3-23） 00ME0.25MwMem0gZbAb式中：Ab 基础环面积，mm；Ab2027184mm3 Zb 基础环截面系数，Zb9.76108mm3； mmin 塔体最小质量，mmin64471kg；

0000 ME 塔器底部截面0-0处得地震弯矩，ME1.69109Nmm；

m0 塔体最小质量，m097823kg；

0000 Mw 塔器底部截面0-0处得风弯矩，Mw1.3109Nmm；

Me 偏心弯矩，Me0；

00MwMemming（1）B ZbAb1.3109644719.8 9.761082027184

1.01MPa0000ME0.25MwMem0g（2）B ZbAb 54

1.691090.251.3109978239.8 9.761082027184

1.59MPa取以上两者中的最大值B1.59MPa

3.9.2地脚螺栓根径

B0

此时必须设置地脚螺栓，并须进行计算。可先按4的倍数假定地脚螺栓个数n，并按下式计算所需螺栓根径d1；

d14BAbC2 （3-24）

3.14nbt选取地脚螺栓个数n32，按GB/T3077选取调质钢30CrMoA，

bt150MPa；

式中：bt 地脚螺栓材料的许用应力，MPa； d1 地脚螺栓根径，mm； n 地脚螺栓个数，取n32 C3mm；

d14BAbC2

3.14nbt41.5920271843 3.143215032.25mm由《化工容器及设备简明设计手册》表16-13得：M42螺栓根径

d137.129mm、公称直径M424.5、六脚螺母的对边距s65，故选用32个M42的地脚螺栓，满足要求。

55

第四章 开孔不强计算

4.1 不需要另行补强的最大开孔直径

并非容器上所有开孔都需要补强，因为在设计时，容器及接管的实际壁厚S与强度所需要的壁厚相比，都有一定的裕量，所以当开孔尺寸在一定范围内时，可以不另行补强。

在圆筒体以及凸形封头中心80%的内直径范围内开孔时，当满足下述全部要求时可允许不另行补强。

1、设计压力小于或等于2.5MPa。

2、两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之

和的两倍。

3、接管公称外径小于或等于89mm。 4、接管最小壁厚满足下表的要求。

表4-1 不另形补强的接管最小厚度

接管公称直径 最小壁厚 25 32 3.5 38 45 4.0 48 57 65 76 89 5.0 6.0 4.2 补强型式，选用如下形式：

表4-2 补强形式

补强结构型式 贴板补强结构 （补强圈） 结构简单 制造方便 结构示例 特点 使用条件 钢材的标准常温抗拉强度b540MPa，补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5倍，壳体名义厚度38mm 设计压力4MPa 设计温度350C 56

4.3 补强设计计算

补强实际原则：局部补强的金属截面积应大于或等于开孔所削弱的壳壁截面积.

4.3.1 圆筒上人孔DN500mm补强计算

由前所选人孔知其尺寸为53014，Q345R材料189MPa(316mm) （1） 补强及补强方法判别

①补强判别：根据前面所述允许不另行补强的最大接管外径为89mm，本开孔外径等于530mm。故需另行考虑其补强。

②补强计算方法判别：didw214502mm 开孔直径 ddi2C50222506mm

本人孔开孔直径d506mm2100/21050mm，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。 （2） 开孔所需补强面积 ① 筒体计算厚度

筒体的计算厚度由前面计算得21.52mm ② 开孔所需补强面积

tn先计算强度削弱系数fr，frtt1891 185人孔有效厚度etnt214212mm 开孔所需补强面积按下式

Ad2et(1fr)mm2（3） 有效补强范围 ① 有效宽度B 按下式确定

（4-1）

57

B2d25061012mmBd2n2nt506226214586mm

取以上两者中较大值，故B1012mm ② 有效高度

外侧有效高度h1按下式确定

h1dnt5061484.17mmh1H1b29062228mm

取以上两者中较小值，故h184.17mm

内侧有效高度h2按下式确定

h2dnt5061484.17mm

h20mm（实际内伸高度）

取以上两者中较小值，故h20mm

（4） 有效补强面积 ① 圆筒多余金属面积： 圆筒有效厚度e23.2mm 圆筒多余金属面积A1按下式计算

A1(Bd)(e)2et(e)(1fr)(1012506)(23.221.52)0850.08mm2② 人孔多余金属面积 人孔计算厚度t （4-2）

PCdi2nPCt3.195025.14mm

21890.853.19人孔多余金属面积A2按下式计算

A22h1(ett)fr2h2(etC2)frmm2 ③ 人孔区焊缝面积（焊脚取6.0mm）

58

（4-3）

1A326.06.036mm2

2④ 有效补强面积

AeAAA850.081154.81362041.61mm2

（5）所需另行补强面积

A4A(A1A2A3)10889.122041.618847.51mm2

（6） 补强圈设计

根据接管公称直径DN500mm选补强圈，参照《压力容器设计手册》表3-6-1补强圈标准JB/T4736-2002取补强圈外径D840mm、内径d534mm，因

B1012mmD,补强圈在有效补强范围内，质量为77.7kg

补强圈厚度A48847.5128.91mm （4-4） Dd840534考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为30mm

4.3.2 筒体上卸料口DN250mm补强计算

由前所选接管知其尺寸为2738.8，20号钢147MPa(16mm) （1） 补强及补强方法判别

①补强判别：根据前面所述允许不另行补强的最大接管外径为89mm，本开孔外径等于273mm。故需另行考虑其补强。

②补强计算方法判别：didw28.827317.6255.4mm 开孔直径 ddi2C255.422259.4mm

本接管开孔直径d259.4mm2100/21050mm，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。 （2） 开孔所需补强面积

① 筒体计算厚度

筒体的计算厚度由前面计算得21.52mm ② 开孔所需补强面积

t 59

n147先计算强度削弱系数fr，fr0.79 t185接管有效厚度etnt28.826.2mm 开孔所需补强面积按下式

tAd2et(1fr) mm2（3） 有效补强范围

① 有效宽度B 按下式确定

B2d2259.4518.8mmBd2n2nt259.422628.8329mm取以上两者中较大值，故B518.8mm ② 有效高度

外侧有效高度h1按下式确定

h1dnt259.48.847.78mmh1200mm

取以上两者中较小值，故h147.78mm

内侧有效高度h2按下式确定

h2dnt259.48.847.78mm

h20mm（实际内伸高度）

取以上两者中较小值，故h20mm

（4） 有效补强面积

① 圆筒多余金属面积： 圆筒有效厚度e23.2mm 圆筒多余金属面积A1按下式计算

A1(Bd)(e)2et(e)(1fr)(518.8259.4)(23.221.52)26.2(23.221.52)(10.79) 431.42mm2

60

② 接管多余金属面积 接管计算厚度tPCdi2nPCt3.19255.43.3mm

21470.853.19接管多余金属面积A2按下式计算

A22h1(ett)fr2h2(etC2)frmm2 ③ 接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）

1A326.06.036mm2

2④ 有效补强面积

AeAAA431.42218.9336686.35mm2

（5）所需另行补强面积

A4A(A1A2A3)5638.33686.354951.98mm2

（6） 补强圈设计

根据接管公称直径DN250mm选补强圈，参照《化工容器及设备简明设计手册》表21-1补强圈标准取补强圈外径D470mm、内径d277mm，因

B518.8mmD,补强圈在有效补强范围内，质量为23.1kg

补强圈厚度A44951.9825.65mm Dd470277为了便于制造时准备材料圆整后取补强圈名义厚度为26mm

4.3.3 筒体上气体进口接管DN200mm补强计算

由前所选接管知其尺寸为2198.0，20号钢147MPa(16mm) （1） 补强及补强方法判别

①补强判别：根据前面所述允许不另行补强的最大接管外径为89mm，本开孔外径等于219mm。故需另行考虑其补强。

②补强计算方法判别：didw2821916203mm

t 61

开孔直径 ddi2C20322207mm

本接管开孔直径d207mm2100/21050mm，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。 （2） 开孔所需补强面积

① 筒体计算厚度

筒体的计算厚度由前面计算得21.52mm ② 开孔所需补强面积

n147先计算强度削弱系数fr，fr0.79 t185接管有效厚度etnt2826mm 开孔所需补强面积按下式

tAd2et(1fr) mm2（3）有效补强范围

① 有效宽度B 按下式确定

取以上两者中较大值，故B414mm ② 有效高度

外侧有效高度h1按下式确定

h1dnt207840.69mmh1200mm

取以上两者中较小值，故h140.69mm

内侧有效高度h2按下式确定

h2dnt207840.69mm

h20mm（实际内伸高度）

取以上两者中较小值，故h20mm

62

（4） 有效补强面积

① 圆筒多余金属面积： 圆筒有效厚度e23.2mm 圆筒多余金属面积A1按下式计算

A1(Bd)(e)2et(e)(1fr)(414207)(23.221.52)26(23.221.52)(10.79) 343.53mm2② 接管多余金属面积 接管计算厚度tPCdi2nPCt3.192032.62mm

21470.853.19接管多余金属面积A2按下式计算

A22h1(ett)fr2h2(etC2)frmm2 ③ 接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）

1A326.06.036mm2

2④ 有效补强面积

AeAAA343.53217.336596.83mm2

（5）所需另行补强面积

A4A(A1A2A3)4508.87596.833912.04mm2

(6) 补强圈设计

根据接管公称直径DN200mm选补强圈，参照《化工容器及设备简明设计手册》表21-1补强圈标准取补强圈外径D400mm、内径d223mm，因

B414D,补强圈在有效补强范围内，质量为17.7kg

补强圈厚度A43912.0422.10mm Dd400233圆整后为n24mm，但为了便于制造时准备材料圆整后取补强圈名义厚度为26mm。

63

4.3.4 封头上接管DN200mm补强计算

由前所选接管知其尺寸为2198.0，20号钢147MPa(16mm) （1） 补强及补强方法判别

①补强判别：根据前面所述允许不另行补强的最大接管外径为89mm，本开孔外径等于219mm。故需另行考虑其补强。

②补强计算方法判别：didw2821916203mm 开孔直径 ddi2C20322207mm

本接管开孔直径d207mm2100/21050mm，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。 （2） 开孔所需补强面积

① 封头计算厚度

封头的计算厚度由前面计算得21.42mm ② 开孔所需补强面积

tn147先计算强度削弱系数fr，fr0.79 t185接管有效厚度etnt2826mm 开孔所需补强面积按下式

tAd2et(1fr) mm2（3）有效补强范围

① 有效宽度B 按下式确定

取以上两者中较大值，故B414mm ② 有效高度

外侧有效高度h1按下式确定

64

h1dnt207840.69mmh1200mm

取以上两者中较小值，故h140.69mm

内侧有效高度h2按下式确定

h2dnt207840.69mm

h20mm（实际内伸高度）

取以上两者中较小值，故h20mm

（4） 有效补强面积

① 封头多余金属面积： 封头有效厚度e23.2mm 封头多余金属面积A1按下式计算

A1(Bd)(e)2et(e)(1fr)(414207)(23.221.41)26(23.221.41)(10.79) 366.02mm2② 接管多余金属面积 接管计算厚度tPCdi2nPCt3.192032.62mm

21470.853.19接管多余金属面积A2按下式计算

A22h1(ett)fr2h2(etC2)frmm2 ③ 接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）

1A326.06.036mm2

2④ 有效补强面积

AeAAA366.02217.336619.32mm2

（5）所需另行补强面积

A4A(A1A2A3)4485.82619.323866.5mm2

65

（6）补强圈设计

根据接管公称直径DN200mm选补强圈，参照《化工容器及设备简明设计手册》表21-1补强圈标准取补强圈外径D400mm、内径d223mm，因

B414D,补强圈在有效补强范围内，质量为17.7kg

补强圈厚度A43866.521.84mm Dd400233圆整后为n24mm，但为了便于制造时准备材料圆整后取补强圈名义厚度为26mm。

4.3.5 筒体上接管DN70mm补强计算

本接管按公称直径DN80mm补强，由前所选接管知其尺寸为88.95.6，20号钢147MPa(16mm) （1） 补强及补强方法判别

①补强判别：根据GB150规定，因其设计压力2.5MPa。故需另行考虑其补强。

②补强计算方法判别：didw25.688.911.277.7mm 开孔直径 ddi2C77.72281.7mm

本接管开孔直径d81.7mm2100/21050mm，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。 （2） 开孔所需补强面积

① 筒体计算厚度

筒体的计算厚度由前面计算得21.52mm ② 开孔所需补强面积

tn147先计算强度削弱系数fr，fr0.79 t185接管有效厚度etnt25.623.6mm 开孔所需补强面积按下式

t 66

Ad2et(1fr)3. mm2（3）有效补强范围

① 有效宽度B 按下式确定

取以上两者中较大值，故B163.4mm ② 有效高度

外侧有效高度h1按下式确定

h1dnt81.75.621.39mmh1200mm

取以上两者中较小值，故h121.39mm

内侧有效高度h2按下式确定

h2dnt81.75.621.39mm

h20mm（实际内伸高度）

取以上两者中较小值，故h20mm

（4） 有效补强面积

① 筒体多余金属面积： 筒体有效厚度e23.2mm 筒体多余金属面积A1按下式计算

A1(Bd)(e)2et(e)(1fr)81.7(23.221.52)23.6(23.221.52)(10.79) 134.72mm2② 接管多余金属面积 接管计算厚度tPCdi2nPCt3.1977.71mm

21470.853.19接管多余金属面积A2按下式计算

67

A22h1(ett)fr2h2(etC2)frmm2 ③ 接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）

1A326.06.036mm2

2④ 有效补强面积

AeAAA134.7287.8736258.59mm2

（5）所需另行补强面积

A4A(A1A2A3)1790.72258.591532.13mm2

（6）补强圈设计

根据接管公称直径DN80mm选补强圈，参照《化工容器及设备简明设计手册》表21-1补强圈标准取补强圈外径D160mm、内径d92.9mm，因

B163.4D,补强圈在有效补强范围内，质量为3.81kg

补强圈厚度A41532.1322.8mm Dd16092.9圆整后为n24mm，但为了便于制造时准备材料圆整后取补强圈名义厚度为26mm。

68

结论

本次毕业设计的内容主要是针对脱硫塔的结构设计及计算方法。其中包括： 第一、设计方案的确定，对填料塔的选型和结构设计；

第二、设计时选用制造设备的材料为Q345与0Cr18Ni9的复合钢板，故焊接过程要求严格，需要根据相关标准，确定焊接步骤和焊接材料；

第三、考虑多种因素对塔设备整体的选材；

第四、对筒体及封头等结构的设计以及水压试验的计算；

第五、由于该脱硫塔属于大型立式容器，应精准的计算其承受的各种载荷，包括质量载荷、风载荷、地震载荷；

第六、分别计算设计压力、操作质量、最大弯矩引起的轴向力；

第七、根据前面的计算对塔体引起的最大组合轴向拉应力校核及塔体与裙座的稳定性校核；

第八、计算水压试验时各种载荷引起的应力及水压试验时应力校核 第九、地脚螺栓及基础环的设计；

第十、因为该塔设备设计压力大于2.5MPa，为保证因满足进出物料、观察、维修要求而开设在设备上的开孔的强度，设计时要对开孔进行补强计算； 第十一、绘制设备的装配图，并根据需要，绘制相应的节点图，零件图，同时确定在设备制造过程中需要遵守的技术要求。

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参考文献

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[12] HG/T 20606-2009．钢制管法兰用非金属垫片（PN系列）．全国化工设备设计中心站．2009

[13] HG/T20613-2009．钢制管法兰用紧固件（PN系列）．全国化工设备设计中心站．2009

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谢辞

三个月的毕业设计结束了，毕业设计是对我们大学四年说学知识最好的诠释。即巩固了过去所学知识，又学到了新的知识。在这三个月中，我们有付出、有汗水、也有收获。从最初的茫然到后来的能独立完成任务。

在此毕业设计之际，首先要衷心的感谢武老师的艰辛付出 ，在设计过程中，武老师不辞幸苦的给予我们帮助、鼓励和指导，不厌启烦的一次又一次的对我们的设计进行指导与纠正。武老师勤奋严谨的治学作风、渊博的专业知识和孜孜不倦的教学精神对我产生了很大的影响，并使我终生受益。

同时，系里其他老师给予了很大的帮助，在此表示衷心的感谢。在此，还要感谢同学给予的帮助。大家相互探讨，相互研究。为我们大学的最后一刻留下了美好的记忆。

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