浮阀塔的结构与机械设计

化工原理课程设计浮阀塔的机械与结构设计设计者指导老师专业名称化学工程与工艺学院化学与化工学院目录第一章符号说明2第二章设计参数及要求221设计参数222设计要求2第三章塔体的结构设计与计算231按计算压力计算塔体、封头和裙座厚度2311塔体厚度的计算2312封头厚度计算2313裙座厚度计算232塔设备质量载荷计算2321筒体、封头、裙座的质量2322塔内构件的质量2323保温层的质量2324平台、扶梯的质量2325物料质量2326附属件质量2327水压试验时质量2328偏心质量2329质量汇总233风载荷与风弯矩的计算2331风载荷的计算2332风弯矩的计算234地震载荷与地震弯矩的计算2341地震载荷的计算2342地震弯矩的计算235偏心弯矩的计算236最大弯矩237各种载荷引起的轴向应力2371计算压力所引起的轴向应力2372操作质量所引起的轴向应力2373最大弯矩引起的轴向应力238塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核2381筒体的强度与稳定性校核2382塔体与裙座的稳定性校核239塔体水压试验和吊装时的应力校核2391水压试验时各种载荷引起的应力2392水压试验时应力校核2310基础环设计23101基础环尺寸23102基础环的应力校核23103基础环厚度2311地脚螺栓的计算23111地脚螺栓承受的最大拉应力23112地脚螺栓的螺纹小径2第四章设计小结2参考文献2第一章符号说明符号符号说明B系数，按照GB150相关章节，MPAID塔设备壳体内直径，MMB基础环内直径，MM0塔设备壳体外直径，MMOB基础环外直径，MMS裙座壳体底部截面的外直径，MM0D塔顶管线外径，MMTE设计温度下材料的弹性模量，MPAIF风压高度变化系数，高度取各计算段顶截面的高度0VF塔设备底截面处的垂直地震力，NI塔设备任意计算截面II处垂直地震力，NK1集中质量MK引起的基本振型水平地震力，NG重力加速度，取G981M/S2H塔设备高度，MMI塔设备顶部至第I段底截面的距离，MMT塔设备第I段顶截面距塔底截面的高度，MIH第I段集中质量距地面的高度，MM、I1第I计算段，第I1计算段的截面惯性距，4MK载荷组合系数，取K121体型系数，取701K3笼式扶梯当量宽度，当去确切数据时，可取400MM3K4操作平台当量宽度，MMEL偏心质点重心至塔设备中心线的距离，MMI第I计算段长度，MM0L操作平台所在计算段的长度，MMAM人孔，接管，法兰等附属件质量，KGE偏心质量，KG0塔设备操作质量，KGW液压试验时，塔器内充液质量，KGIEM1任意计算截面II的基本振型地震弯矩，NMM0底截面00处的基本振型地震弯矩，NMMW任意计算截面II处的风弯矩，NMM0底截面00处的风弯矩，NMMIMAX任意计算截面II处的最大弯矩，NMM0Q基本风压值，N/M2地震影响系数1对应于塔设备基本振型自振周期T1的地震影响系数MAX地震影响系数的最大值B基础环计算厚度，MME圆筒的有效厚度，MMH封头的有效厚度，MMEI各计算截面的圆筒的有效厚度，MMS裙座的有效厚度，MMN圆筒的名义厚度，MMH封头的名义厚度，MMNS裙座的名义厚度，MMP管线保温层厚度，MMSI圆筒保温层厚度，MM1由压力引起的轴向应力，MPA2由垂直载荷引起的轴向应力，MPA3由弯矩引起的轴向应力CR设计温度下圆筒材料的许用轴向压应力，MPAS试验介质的密度，KG/CM301M塔设备壳体和裙座质量，KG2内件质量，KG03保温材料质量，KG4A平台，扶梯质量，KG05操作时塔内物料质量，KGIM塔设备第I计算段的操作质量，KGK距地面HK处的集中质量，KGEQ塔设备的当量质量，取，KG075MEQ任意计算截面II以上塔式容器的操作质量，KG第二章设计参数及要求21设计参数表21浮阀塔设备设计参数设计参数及要求工作压力/MPA10塔体内径/MM1000设计压力/MPA120塔高/M1448工作温度/100设计寿命/A10设计温度/150浮阀（泡罩）规格/个数介质名称CH3CH2OH,H2O浮阀（泡罩）间距MM介质密度/（KG/M3）800保温材料厚度/MM110设计基本地震加速度04G保温材料密度/（KG/M3）350基本风压/（N/M2）400塔盘上存留介质层高度/MM50抗震设防烈度7壳体材料Q235B场地类别内件材料06CR19NI10塔形裙座材料Q235B塔板数目/个27偏心质量/KG4000塔板间距/MM400偏心距/MM2000地面粗糙度（类）B22设计要求塔体每425M安装一层操作平台，平台宽10M，单位质量150KG/M3，包角360。焊接接头系数085，壳体厚度附加量3MM，裙座厚度附加量2MM。第三章塔体的结构设计与计算31按计算压力计算塔体、封头和裙座厚度311塔体厚度的计算计算压力，120CPMPA3CM13TMPA10IDM。085圆筒的计算厚度1206283852CITPDM名义厚度68NCM有效厚度。1037E312封头厚度计算封头的计算厚度1206278510205CITCPDM名义厚度63NCM有效厚度。17E313裙座厚度计算裙座厚度也取。10NM32塔设备质量载荷计算计算前先对塔进行分段，以地面为00截面，裙座人孔为11截面，塔底封头焊缝为22截面，塔板间第一个人孔为33截面，塔板间第二个人孔为44截面，塔板间第三个人孔为55截面，塔顶为66截面。表31塔体分段长度011223344556150024002715425042502990321筒体、封头、裙座的质量塔与裙座总高度1480275391805HM钢材的密度375/KGM圆筒壳、裙座和封头质量2301108104574MKG表32塔体分段质量01122334455637345975675910581105817444322塔内构件的质量浮阀塔塔盘单位质量参考化工设备机械基础，大连理工275/NQKGM大学出版社塔内构件的质量22023147518964IMDKG表33塔内构件分段质量011223344556001766588858882355323保温层的质量保温层密度35/KGM则保温层质量2031401895014MKG表34温层分段质量011223344556003709580658064085324平台、扶梯的质量平台单位质量，笼式扶梯单位质量。则315/KGM40/KGM2043680155784M表35平台、扶梯分段质量011223344556609610384112141121410710325物料质量板上液层高度，05LHM介质平均密度3897/KG则物料质量20510589729534MKG表36操作物料分段质量011223344556001059353235321413326附属件质量依经验取01258293168AMKG表37附件分段质量01122334455693414941690264526451861327水压试验时质量210853910594WMKG表38充水分段质量0112233445560021233333623336223472328偏心质量偏心质量1EMKG表39偏心分段质量0112233445560400600000329质量汇总塔器操作质量0102304514692AEMMKG塔器最大质量AX0W塔器最小质量MIN01203485AEK表310质量汇总表塔段号011223344556塔体分段质量37345975675910581105817444塔内构件分段质量001766588858882355保温层分段质量003709580658064085平台、扶梯分段质量609610384112141121410710操作物料分段质量001059353235321413附件分段质量93414941690264526451861充水分段质量0021233333623336223472偏心分段质量0400600000操作时分段质量52681242931367396663966627868最大质量260204KG最小质量148695KG33风载荷与风弯矩的计算331风载荷的计算（1）风载荷计算公式查化工设备机械基础P402风载荷的计算，可得计算公式61201IIIEIPKQFLDN式中体形系数，对圆筒形容器，；1107K10M高处基本风压值，；0Q204/QM风压高度变化系数；IF计算段长度；IL塔的有效直径，设笼式扶梯与塔顶管线成90；EID风振系数，由于塔高，取2IK18052HM217IK（2）有效直径的计算当笼式扶梯与塔顶管线成90，取下列公式中较大者034EIISIK3022ISIPSDD其中，MM40AL（3）计算结果表311风载荷的计算结果塔段号011223344556LI/MM150024002715425042502990Q0/N/M400FIB类10101010114125DEI/MM191019102536622706227061910PI/N136374212898342037481593549013339799332风弯矩的计算（1）00截面08612161234517402WLLLMPPLLNM（2）11截LLLLL（3）22截面2836463451202WLLLMPPLNM表312风弯矩的计算结果00截面11截面22截面8174850381034地震载荷与地震弯矩的计算341地震载荷的计算自震周期的计算301931TEIMHTED其中，钢材Q235B的弹性模量，则52061EMPA33015496218093198077TEITS第二振型与第三振型自震周期分别近似取，12076TS13098TS将塔沿高度方向分成6段，视每段高度之间的质量为作用在该高度1/2处的集中质量，各段集中质量对该载荷面所引起的地震力及地震弯矩见下表（参考化工设备机械基础P416）。表313地震载荷的计算结果塔段号011223344556备注/IMKG37345794675910581105817444H750270052575874012990166101560I00205014003810817148121419/00767083825778646156651593543738314I00016011809827064231933411365471AB661593141680143780,57/0IIAMHBABMH15/KIH013709372547545998911430159900522111596767109312MAX20GT1/FN1066811660635841612026242179097221664960IMH0280161335549248137451236440804AXVMAXAX050328V/EQKG7146915EQ0VFN0MAX24908VVEQFG/I1543688920195875097375759681512249051V224904822233612342地震弯矩的计算因为，故不考虑高振型影响。0H（1）00截面地震弯矩0810662149681052310/3535EMMGHNM（2）11截面地震弯矩13525358102587EH（3）22截面地震弯矩23525358102514170EMGMHNM表314地震弯矩的计算结果00截面11截面22截面8253182360817035偏心弯矩的计算偏心质量，偏心距10EMKG20LM偏心弯矩798196EMLN36最大弯矩表315最大弯矩的比较计算内容00截面11截面22截面IWEM816989081406025IIE32267MAX/N最大弯矩888最大弯矩取较大者，为地震弯矩控制。37各种载荷引起的轴向应力371计算压力所引起的轴向应力计算压力引起的轴向应力120148574IEPDMPA表316计算压力所引起的轴向应力00截面11截面22截面0042857372操作质量所引起的轴向应力计算截面以上的操作质量0/IMKG00截面11截面22截面14696210188985996（1）00截面00214692857390SBISEMGMPAAD裙座的有效厚度SNCM（2）11截面人孔，10ML450MB101089KG22384526120470SIESADM则1028914077SMGMPA（3）22截面20563810IED其中，2089KG表317操作质量所引起的轴向应力00截面11截面22截面573940473838373最大弯矩引起的轴向应力（1）00截面0080MAXAX3223104935754SBISEMMPAZD（2）11截面2222210458873041IMMESLM裙座人孔截面的抗弯截面系数226314808450157304142253710ESSMIESMIMZDBZ则18MAX365307SMMPAZ（3）22截面2282MAXAX21431007574IEPAD表318最大弯矩引起的轴向应力00截面11截面22截面49395536074131038塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核381筒体的强度与稳定性校核塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的22截面上，筒体危险截面22处的最大组合轴向拉应力2MAX222MAX134857341085MPAT80526MPAKP因为，故满足强度条件。2MAXT其中，轴向许用应力T13085126PA382塔体与裙座的稳定性校核（1）22截面筒体危险截面22处的最大组合轴向压力2MAX22MAX384130548MP许用轴向压应力取其中较小值。TCRKB按GB150钢制压力容器中的规定，由M094A0132R/5/7E查相应的材料图Q235B得，5BMPA13TPA则，取。126381TKBPA6CRP因为，故满足稳定性条件。2MAX4535CRPPA（2）11截面塔体11处的最大组合轴向压应力11MAX2307674MP由094A15R/5/8E查相应的材料图（Q235B）得,6BPA13TPA则，取。1263915TKBAM5CRM因为，故满足稳定性条件。1MAX74136CRPPA（3）00截面塔体00处的最大组合轴向压应力00MAX235954P因为，,故满足稳定性条件。A14136CRMPAPA表318各危险截面强度与稳定校核汇总计算危险截面项目001122塔体与裙座有效厚MM887截面以上操作质量0/IMKG14696210188985996计算截面面积2IA251202470025120截面的抗弯截面系数3/IZ628010653371066280106最大弯矩MAXIMN310210828611082270108最大允许轴向拉应力/TKMPA11526大允许压应力T135613561356计算压力引起的轴向应力1/PA0042857操作质量引起的轴向应力2IM573940473838最大弯矩引起的轴向应力3/I493955360741310最大组合轴向拉应力MAXIP88005最大组合轴向压应力/I551345765445148强度满足强度条件强度与稳定校核稳定性满足稳定性条件39塔体水压试验和吊装时的应力校核391水压试验时各种载荷引起的应力（1）试验压力和液柱静压力引起的环向应力1504814227TIEIEIPDMPA液柱压压力3151TT液柱静压力）04805RHMPA（2）由试验压力引起的轴向拉应力1151374TIEPD3最大质量引起的轴向应力22MAX6049816337IEGMPAD4由弯矩引起的轴向应力3287320031961044WEIMMPADS392水压试验时应力校核（1）筒体环向应力校核092078513SMPA849TSMPA满足要求。（2）最大组合轴向拉应力校核22MAX153716017523MPA09078SMPA2MAX539SPA（3）最大组合轴向压应力校核22AX31607219PAM79IN,MIN38,61SMAKBMA满足要求。310基础环设计3101基础环尺寸基础环外径30103OBISDM基础环内径7IIS3102基础环的应力校核混凝土基础上的最大压应力BBEWBBAGMZMAGMZMAX00AXMAX3,其中，基础环截面积和截面系数22207851370944BOBIAD44833107195022OBIBDZM（1）08MAXAX62174954BBMGMPAZA08AXMAX30317092609810635WEBBBMPA取以上两者中的较大值，。MAX24MP选用75号混凝土，其许用应力，故满足要求。A3R3103基础环厚度有筋板时，计算基础环的厚度。BS11230271432OBISESDM假设螺栓直径为M4