毕业设计常压塔的整体设计

1、专科毕业设计说明书专科毕业设计说明书 常压塔的整体设计常压塔的整体设计 on the overrall design of atmospheric tower 学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 化工设备 09-1 学生姓名： 欧明利 指导教师： 来永斌 教授 2012 年 5 月 20 日 前前 言言 这次毕业设计是我在大学期间的最后一次运用 3 年所学的知识，进行的一个综合 性设计。作为化工设备维修与管理的专科生，不仅需要牢固掌握基本的理论知识，还 要在设计，实践的过程中学会应用。正因为如此，认真地去做设计肯定对将来的工作 的一次练兵，为今后的发展起到铺垫作用。 课题题目是常压塔机械设

2、计。工作介质是苯-氯苯，工作温度 140，工作压力为 0.01mpa。设计压力 0.1mpa，设计温度 150。 本设计说明书介绍了设计的主要过程,包括设计的思路。从材料的选取，结构参数 设计和选型，厚度计算，强度与稳定性校核，开孔补强设计，以及主要零部件的制造 工艺等，都有基本的叙述。为做到设计的正确性，合理性，就要严格按照设计原则进 行，所有数据必须经过查表和计算得到，同时要考虑实际中存在的问题，比如安装吊 运、检修等。考虑到设备和生产的经济性,设计中遵循最优原则,即在满足基本要求的 前提下最大限度地提高经济性和效率。此书是对整个设计过程的记录以及整合。全书 分为五章,与装配图紧密相连,互

3、成整体。 这次设计工作是由欧明利同学在来永斌副教授的指导以及同学的帮助合作下完成 的,在此对提供过帮助的老师和同学表示谢意！但是由于设计者水平有限,肯定会有不 妥甚至错误之处,如有发现,请读者指正为谢! 编者 2010.06.01 常压塔的整体设计 摘要 本次设计的常压塔中的介质是苯-氯苯。设计时要考虑实际要求，遵循塔设备 的设计原则，要经历需求分析、目标界定、总体结构设计、零部件结构设计、参数 设计和设计实施这几个过程。在这个不断决策的过程中，可供评估的方案越多、评 估体系越完善，最终确定的设计方案就越理想。成功的过程设备设计最终必须综合 平衡产品性能、成本和环境这三个方面的要求。 说明书反

4、映了设计的基本过程。第一章为概述，主要阐述了设计的背景和塔的 基本知识；第二章是基本结构的设计，从整体和部分各环节进行了机械的设计和选 型；第三章则对已设计的方案进行各种载荷的计算以及校核，校核合格才能证明设 计方案的合理性；第四章对需要补强的开孔进行了补强设计；最后一章说明了主要 零部件的制造工艺。 另外，绘制 solidworks 图也是必要的。图纸亦是制造时的主要文件。绘制时 必须严谨、尽量保持正确性。除了塔的整体装配图外，还绘制了四张零件图对其进 行了补充，使表达更为清晰具体。 关键词关键词：常压塔，生命周期，设计，校核，补强，装配图常压塔，生命周期，设计，校核，补强，装配图 on t

5、he overrall design of atmospheric tower abstractabstract the design of the tower is that. when design we must consider to request actual, to follow the tower equipments principle of design, which experience the demand analysis, the goal limits, the gross structure design, the spare part structural d

6、esign, the parameter design and the design implements these processes. in this unceasing decision- makings process, may supply the appraisal the plan to be more, the appraisal system to be more perfect, determined finally the design proposal is more ideal. the success process equipment design must f

7、inally balance three aspect requests .they are product performance, the cost and the environment. the instruction booklet has reflected the design unit process. the first chapter is the outline, mainly elaborated the design background and the tower elementary knowledge; the second chapter is the bas

8、ic structure design, has carried on machinerys design and the shaping from the whole and part various links; the third rules to the plan which designs have carried on each kind of load the computation as well as the examination, the examination qualified can prove the design proposal the rationality

9、; the fourth chapter carries on the reinforcement design for the opening which needs the reinforcement; the last chapter explained the main spare part fabrication technology. moreover, the solidworks drawing of the map is also necessary. the blueprint is also master documents during the manufacture.

10、 drawing must be strict, as far as possible to maintain accuracy. besides the overall assembly drawing of tower, but also drew up four detail drawings to carry on the supplement to it, caused the expression to be clearer concretely. keywords:keywords: thethe towertower equipment,equipment, lifelife

11、cycle,cycle, design,design, checking,checking, reinforcement,reinforcement, assemblyassembly drawingdrawing 目目 录录 前 言 .i 摘 要 .ii abstract .iii 1 概 述.1 1.1 塔设备概论.1 1.2 常压塔的总体结构 .1 1.3 常压塔的工作原理与工艺路线 .3 2 初馏塔基本结构的设计.4 2.1 设计条件.4 2.2 塔高的确定.4 2.3 塔盘选型与设计.4 2.3.1 塔盘型式及设计.5 2.3.2 塔盘的结构设计.3 2.3.3 塔盘板.3 2.3.

12、4 塔盘的紧固件.3 2.4 附件设计.3 2.4.1 人孔.3 2.4.2 接管.3 2.4.3 管法兰.3 2.4.4 吊柱.3 2.4.5 操作平台与梯子.3 2.4.6 保温层.3 2.4.7 裙座.3 3 强度和稳定性计算 .3 3.1 材料的选择.3 3.1.1 筒体和封头材料的选择.3 3.1.2 裙座材料的选择.3 3.1.3 接管的材料.3 3.2 厚度计算.3 3.2.1 厚度计算过程步骤.3 3.2.2 厚度计算.3 3.3 载荷计算.3 3.3.1 质量载荷.3 3.3.2 塔的自振周期计算.3 3.3.3 地震载荷及地震弯矩计算.3 3.3.4 风载荷和风弯矩计算.3

13、 3.3.5 最大弯矩.3 3.4 校核计算.3 3.4.1 圆筒应力校核.3 3.4.2 裙座计算.3 3.4.3 裙座与塔壳对接焊缝校核.3 4 开孔补强 .3 4.1 补强的判据.3 4.2 对塔顶气体出口的补强.3 4.2.1 补强计算方法判别.3 4.2.2 开孔所需补强面积.3 5 主要零部件的制造工艺 .3 5.1 筒体制造.3 1 原材料准备.3 5.2 封头.3 5.3 塔设备的制造.3 5.4 塔体及塔盘的制造技术条件的规定.3 总结54 参考文献56 致谢57 1 概述 1.1 塔设备概论 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的 单元操作设备。它

14、的应用面广、量大，据统计，塔设备无论其投资费用还是所消耗 的钢材重量，在整个过程设备中所占的比例都相当高。 塔设备的作用是实现气-液相或液-液相之间的充分接触，从而达到相际间进行 传质及传热的目的。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、介吸、萃取、气体的洗涤、增湿 及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品质量、质量、 成本以及环境保护、 “三废”处理等都有较大的影响。因此对塔设备的研究一直是 工程界所关注的热点。随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型及设计将越 来越受到关注和重视。 为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外， 还应满足以下要求： 1.气液两

15、相充分接触，相际间传热面积大； 2.生产能力大，即气液处理量大； 3.操作稳定，操作弹性大； 4.阻力小； 5.结构简单，制造、安装、维修方便，设备的投资及操作费用低； 6.耐腐蚀，不易堵塞。 1.21.2 常压塔的总体结构常压塔的总体结构 1.按操作压力分有加压塔、常压塔及减压塔； 2.按单元操作分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等； 3.按内件结构分有填料塔、板式塔。 在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔及板式塔，所以主 要考虑这两种类别。 考虑到设计条件，在常压塔中介质的分离程度要求不高，成分不复杂，而且板 式塔较填料塔而言其效率更高，更稳定，液气比适用范

16、围大，持液量较大，安 装、检修更容易，造价更低，故选用板式塔更为合理。 板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔内以塔板作为基本构件，气 体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进 行传质与传热，两相的组分浓度呈阶梯式变化。 塔盘采用浮阀型式。因为浮阀塔在石油、化工、等工业部门应用最为广泛，具 有优异的综合性能，在设计和选用时常作为首选的板式塔型式。 板式塔的总体结构见装配草图。由图可见，板式塔除了各种内件之外，主要由 塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台组成。 a.塔体 塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒及上下封头组成。

17、对于大型塔设备，为了节省材料也有采用不等直径、不等厚度的塔体。塔设备通常 安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（内压或外压） 、温度外，还要考 虑风载、地震载荷、偏心载荷。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度 及稳定性要求。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。 b.支座 塔体支座是塔体与基础的连接结构。因为该塔设备较高、重量较大，为保证其 足够的强度及刚度，故采用裙式支座。 c.人孔及手孔 为安装、检修、检查等需要，往往在塔体上设置人孔和手孔。不同的塔设备， 人孔和手孔的结构及位置等要求不同。 d.接管 用于连接工艺管线，使塔设备与其他相关设备相连接。按用途

18、可分为进液管、 出液管、回流管、进气出气管、液位计接管等。 e.吊柱 安装于塔顶，主要用于安装、检修时吊运塔内件。此外，还有法兰等其他结构。 13 常压塔的工作原理与工艺路线 连续精馏装置流程如图 2-1 所示 图图 1-11-1 连续精馏装置流程图连续精馏装置流程图 首先，苯和氯苯的原料在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口 进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物， 这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中 下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中 的液态部分进入到塔顶产品冷却器中

19、，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的 气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入 到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精 馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最 终，完成苯与氯苯的分离。 2 塔的基本结构设计 2.12.1 设计条设计条件件 已知给定设计条件如下： 工作介质：苯-氯苯 塔板数量：20 块 塔体内径：1100mm 塔 高：16m 工作参数：工作压力 0.01mpa，设计压力 0.1mpa，工作温度 140，设计温度 150。介质密度 973 kg/m3，基本风压 300

20、n/m2，地震烈度 8，场地类别 2，保温材料 厚度 100mm，保温材料密度 300 kg/m3，塔盘上存留介质层高度 100mm。 2.22.2 塔高的确定塔高的确定 因题目已给数据，所以塔高为 16m。 2.32.3 塔盘选型与设计塔盘选型与设计 2.3.12.3.1 塔盘型式及设计塔盘型式及设计 选用的浮阀塔盘，这类塔盘的塔盘板开有阀孔，安装了能在适当范围内上下浮 动的阀片，其形状有圆形、条形、方形等。由于浮阀与塔盘板之间的流通面积能随 气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。 气体在塔盘板上以水平方向催促，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也小。

21、浮阀具有生产能力大，操作弹性大，效率高，塔板结构及安装较泡罩简单因而重量 轻，制造费用底的优点。 浮阀是浮阀塔的气液传质元件。目前国内应用最为普遍的是 f1型浮阀。f1型浮 阀分为轻阀和重阀两种，轻阀采用 1.5mm 薄板冲压而成，质量约为 25kg；重阀采用 2mm 薄板冲压，质量约为 33g。由于轻阀漏液较大，除真空操作时选用外，一般用 重阀。浮阀的阀片及阀腿是整体冲压的，阀片的周围还冲有三个下弯的小定距片。 在浮阀关闭阀孔时，它能使浮阀与塔板间保留一小的间隙，一般约为 2.5mm，同时， 小定距片还能保证阀片停在塔板上与其他点接触，避免阀片粘在塔板上而无法上浮。 阀片四周向下倾斜，且有锐

22、边，增加了气体进入液层的湍动作用，有利于气液传质。 浮阀的最大开度有阀腿的高度决定，一般为 12.5mm。 表 2.1 f1型浮阀的基本参数 标记 l阀片厚度阀片重量 （g） 塔盘板厚sh材质 f1q-3b1.5324.811151cr18ni9ti 浮阀数：n=vs/ (uo/4*do*do)=146 浮阀的排列：浮阀以三角形排列为好，各排浮阀垂直于液流方向，使气液两相均匀 接触。对分块式塔盘，由于塔盘板分块的宽度是统一的，所以采用等腰三角形排列。 在垂直于液流的方向上，浮阀的中心距 t 固定不变，一般定位 75mm。等腰三角形的 高为 100mm。在排列浮阀时，还应注意外围浮阀与塔壁和堰之

23、间保留相当的距离， 以利于安装和操作，则我们取 80mm。分块式塔盘外围浮阀的中心与进口堰、溢流堰 的距离，一般为 100mm。 溢流堰高度 hw = ht + hr + h + hss 其中：ht=30mm，泡罩底隙； hr =20mm，泡罩帽缘圈高度； h =30mm，齿缝高度； hss =20mm，静液封高度。 故 hw =100mm，取每块存留介质高 120mm。 2.3.22.3.2 塔盘的结构设计塔盘的结构设计 塔盘按结构分为整块式和分块式两种类型。由于塔径大于 800mm，故采用分块 式塔盘。直径较大的板式塔，为便于制造、安装、检修，可将塔盘板分成数块，通 过人孔送入塔内，装在焊

24、于塔体内壁的塔盘支撑件上。选用自伸梁式。选择具有可 调节堰、可拆降液板、自伸梁式塔盘板的单流塔结构。 2.3.32.3.3 塔盘板塔盘板 （1）用自伸梁式。 （2）塔盘板的分块 矩形塔盘板用于塔盘中间部分，端部取 3 个卡子。 弧形塔盘板及切角矩形塔盘板用于塔壁附件。 （3）塔盘板的结构尺寸 塔盘板的支撑件，支撑圈、支撑板和降液板连接带焊在塔内壁上，用以支持塔 盘板和降液板。 表 2.2 塔盘直径支持圈宽度支持板宽度厚度 1090mm40mm40mm8mm 塔盘板外沿与塔内壁间隙为 30mm 与支持圈搭接的塔盘板外沿直径 dp=1100（1100*1%+20）=1069mm 塔盘板与支持圈连接

25、处的紧固件取 120mm 塔盘板之间连接的紧固件间距为 180mm 塔盘板冲压部分的尺寸 r=1.56=9 r1=6 自伸梁高度 l=485mm h1h2=5025 （4）支持件结构 塔盘上的降液板及受液盘，有可拆结构及焊接的固定结构。固定结构的降液板 和受液盘，与支持圈、支撑板一起，都焊在塔壁上，形成塔盘的固定件。 （5）排液孔 板式塔在停止操作时，塔盘、受液盘、封液盘等应均能自行排净存液，否则就 须开设排液孔。在这些盘中开设一个直径为 10mm 的排液孔。 （6）降液管及受液盘 降液管选用弓形降液管。 当降液面积占塔盘总面积的 12%以上时，应选用倾斜式降液管。它的下部截面 为上部截面的

26、56%，这样可以扩大塔盘的有效面积。一般取倾斜降液板的倾斜角为 10。可拆式弓形降液管是由焊在塔壁上的连接带，以及可拆的降液板和紧固件装 配而成。用 m10 螺栓紧固时，在降液板间的连接处均用直径为 12mm 圆孔。在降液 板与连接带的连接处，连接带上用直径为 12mm 圆孔，降液板上用 1438mm 的长圆 孔，以便于安装、调整。 受液盘选用凹形受液盘。可拆式结构的每个可拆卸零件均应能通过人孔。在受 液盘的下方设加强筋板，则凹形受液盘的深度为 80mm。 封液盘：在塔或塔段最低一层塔盘的降液管末端，应设封液盘，以保证降液管 出口处的液封。 入口堰：当出口堰顶高度大于降液管底边时，在正对第一排

27、气液接触元件的上 游，设置直径 8mm 圆钢或小型角钢构成入口堰。对于分块式塔盘，入口堰分段地焊 在分块的塔盘板上，与塔盘板组成一体。入口堰与塔盘板的连接，采用间断焊或电 阻点焊，须注意防止塔盘板的焊接变形。 出口堰：与可拆式降液管配用的出口堰，可用角钢或用钢板弯成角钢形状，用 紧固件连接到塔盘支持件或降液板上。堰板的两侧用紧固件固定在降液板的连接带 上。 表 2.3 塔盘零件的最小厚度 材料塔盘板受液盘降液板 碳钢334 2.3.42.3.4 塔盘的紧固件塔盘的紧固件 塔盘板之间的连接可用于螺纹连接紧固件，选上可拆连接型式。 塔盘板与支持板或支持圈的连接用于螺纹卡板紧固件。卡子由卡板、椭圆垫

28、板、 圆头螺栓和螺母组成。卡板与圆头螺栓焊成一个整体，点焊时应使螺栓尾部沟槽的 方向与卡板的长度方向平行，以辨别卡板的方位。当拧紧螺母时，通过椭圆垫板和 卡板，把塔盘板紧固在支持圈上。 2.42.4 附件设计附件设计 2.4.12.4.1 人孔人孔 人孔的设置应便于人员进入任何一层塔板。由于设置人孔处的塔板间距要增大， 且人孔设置过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求。所以，每 5 个塔板之间设 有一个人孔。开设人孔处的两层塔板中心距离为 800mm。 塔体上采用垂直吊盖人孔。人孔法兰的密封面型式及垫片用材，一般与塔的接 管法兰相同。采用对焊法兰人孔。人孔深入塔内部分应与塔的内壁修平，其边缘须

29、 倒棱或磨圆。设计人孔尺寸为 600mm。 2.4.22.4.2 接管接管 （1） 进料口 介质进口的结构，要能防止液体淹没气体通道，并防止固体颗粒的沉淀。其接 管的上盖板，下盖板，衬板见施工图。 表 2.4 进料管 公称直径接管外径 厚度接管伸出长度 65mm 69 4mm350mm （2） 釜液出口 釜液从塔底出口管流出时，会形成一个向下的漩涡，使塔釜液面不稳定，且能带走 气体。塔釜出口应设置防涡流挡板。 表 2.5 釜液出口管 公称直径接管外径 厚度接管伸出长度 200mm 219 6mm 200mm 引出孔的加强管上，一般应焊支撑板支撑。 裙座上应开设检查孔，选长圆行的检查孔，数量一个

30、。 r =225mm w=450mm 1 引出孔、检查孔的加强管与裙座壳的连接应采用全焊透结构。 （3） 液面计口 为了监视、调整塔釜内流量，塔釜上一定要设置液面计口。结合实际情况，根 据 hg/t21584，选择磁性液面计，其适用于 dn=1.616.0mpa，温度在 4030，液体密度大于等于 0.45g/cm，黏度小于 150mpas 的液体，故符合 要求。 液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置，为设备操作提供依据。它的 作用是通过测量液位来确定容器中的物料的量，以保证生产过程中各环节必须定量 的物料，并可以通过它来观察连续生产过程是否正常，以便可靠地控制过程的进行。 液面计公称直

31、径为 20mm，伸出高度 400mm，6 个液面计。 （4） 热电偶 广泛用在测量工业生产过程中 01800内各种液体。蒸汽和气体温度作为温 度测量和调节装置的感温元件。热电偶的公称直径为 m252，伸出高度 400mm 2.4.32.4.3 管法兰管法兰 （1） 根据法兰标准欧洲体系 hg20595-97 法兰的选用，选择带颈对焊钢制法兰，采 用凹面连接型式。如图 1-2。 凹凸面安装时易于对中，还能有效地防止垫片被挤出压紧面，适用于公称压力 小于等于 6.4mpa 的容器法兰和管法兰。 接管的加固： 对于 dn 小于等于 25mm，伸出长度大于等于 150mm 以及 dn=3250mm，伸

32、出长 度大于等于 200mm 的接管，应采用变径管加固或设置筋板予以支撑。 接管伸长量： 根据标准 20583-1998，保温层厚度为 100mm 时， 表 2.6 接管公称直径最小伸出长度 1050150 70200200 接管插入设备筒体中长度： 表 2.7 名称进料管蒸汽出口管回流管釜液出口管气体进口管 公称直径6515080200200 接管外径 厚度 69 4159 789 4219 6219 6 接管伸出长 度 350200200200350 （2） 垫片选择 垫片是螺栓法兰连接的核心，密封效果的好坏主要取决于垫片的密封性能，选 石棉橡胶板垫片。 表表 2.82.8 管道法兰规格管

33、道法兰规格 公称直径 mm 法兰外径 mm 螺栓孔中 心圆直径 mm 螺栓孔直 径 mm 数量规格厚度 mm 65185145144m1618 80200160188m1620 150285240238m1624 2003402952312m1626 （3） 紧固件的选择 根据标准 hg20613-97，密封面型式是凸面。 在公称压力小于等于 4.0mpa 非剧烈循环场合用双头螺柱 gb901-b 级材料 0cr18ni9 性能等级 8.8，螺母材料 0cr18ni9 性能等级 8。粗牙。 2.4.42.4.4 吊柱吊柱 对于较高的室外无框架的整体塔，在塔顶设置吊柱，对补充和更换填料，安装 和

34、拆卸内件，是既方便又经济的一项设施。一般高度在 15m 以上的塔，都须设置吊 柱。 吊柱设置方位应使吊柱中心线与人孔中心线间有合适的夹角，使人能站在平台 上操纵手柄，让经过吊柱的垂直线可以转到人孔附近。 吊柱立柱为 20无缝钢管，其它各部件采用 a3。吊柱与塔连接的衬板应与塔 体的材料相同。 吊柱的结构简图及尺寸见图 1-3，表 2.7 表 2.7 吊柱尺寸表 slhre质量 kg标准图号 90034001000 16810750250110500hg/t21639-34 图 1-3 吊柱的结构型式 1.下支座；2.防雨罩；3.挡销；4.上支座；5.止动插销； 6.手把；7.吊杆；8.耳环；9

35、.吊钩;10.封板 2.4.52.4.5 操作平台与梯子操作平台与梯子 操作平台的材料：平台全为钢结构，材料一般为 q 235-af 操作平台应设置在人孔、手孔、塔顶吊柱、液面计等需要经常检修和操作的地 方。操作平台应布置得在检修时不再需要另外设置脚手架和缆索。塔上每隔 5m 安 装一层操作平台，共 3 层，平台宽 1.2m，单位质量 150kg/ m2 ，包角 180。 平台边缘与塔壁之间应留出一定间隙，以便于进行设备的保温、涂漆工作。 有保温时，至保温层表面的间隙为 50mm。支撑平台的槽钢梁一般应沿平台外周围等 分安排相邻间距为 1000mm。平台栏杆用直径为 5mm 的黑铁管制成。管端

36、应予封闭， 以防腐蚀性气体进入。栏杆高度 1000mm。 选择笼式扶梯，笼梯相邻护圈的间距为 1.2m。在平台通道开口处以下的笼梯护 圈，应在平台下 1000mm。 梯子自塔体、保温层外表面的距离为 300mm。梯子最低一级踏步应高出地面 300mm。相邻踏步的间距一般取 300mm。梯子的材料一般采用 q 235-af。高温操 作的塔，连接板应与塔体完全焊透，焊缝应打磨光洁，以减少热应力的影响。 2.4.62.4.6 保温层保温层 保温层选择微孔硅酸钠，厚度是 100mm，保温材料密度 300kg/m3。 保温层延伸到裙座与塔体的连接焊缝以下 400mm 止，裙座其余部分不需保温层。 2.4

37、.7 裙座裙座 由于裙座不直接与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容 器用材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。故也选用 q235b。受力情况较好， 且塔径较大，则不需要配置较多的地脚螺栓，选用圆筒形的地脚螺栓。 焊接采用对接接头形式，裙座筒体外径与封头外径相等，焊缝必须采用全焊透 的连续焊。 地脚螺栓的作用是高塔设备固定在混凝土基础上，以防风弯矩或地震弯矩等使 其发生倾斜。由盖板、垫板、筋板组成。盖板可以分块，需要时也可以连成环板。 3 强度和稳定性计算强度和稳定性计算 3 31 1 材料的选择 3.1.13.1.1 筒体和封头材料的选择筒体和封头材料的选择 在刚度或结构设

38、计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在以强度设计为主的 场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，选用 16mnr 系列的碳素钢。由于容器 设计压力为 0.1mpa，使用温度为 150，故筒体和封头都选用 16mnr 的钢板。由于 椭圆形封头吸取了半球形封头受力好和蝶形封头受力浅的优点，且椭圆部分经线曲 率变化平滑连续，应力分布比较均匀，所以选择椭圆形封头。 3.1.23.1.2 裙座材料的选择裙座材料的选择 裙座不直接与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用 材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。故也选用 16mnr。 3.1.33.1.3 接管的材料接管的材料 选用 q2

39、35-b 作为补强圈的材料，部分接管用 20，法兰选用 20。具体将在装配 图上注明。 3.23.2 厚度计算厚度计算 3.2.13.2.1 厚度计算过程步骤厚度计算过程步骤 安装在室外的大型塔设备常压装置塔，除受操作压力作用外，还受设备自 身质量引起的重力，地震、风载荷等的作用，而引起的轴向应力。从而可能使轴向 组合应力，大于设计压力而引起的环向应力，而使设备因轴向应力过大而破坏。此 我国 jbt47102005钢制塔式容器规定对高度大于 10m，且高度与直径之比大 于 5 的裙座自支承塔式容器，按设计压力计算确定塔壳的圆筒和封头的有效厚度后， 再根据地震、风载荷的需要，并考虑制造、运输、安

40、装的要求，设定一个不得小于 按压力计算的圆筒有效厚度，且应不小于 6mm。然后进行载荷计算，圆筒应 es es 力校核和裙座计算，校核设定的、是否合适，以确保塔式设备的环向、轴向 e es 强度和稳定性。 3.2.23.2.2 厚度计算厚度计算 （1）塔体圆筒和封头设计 a.壳体材料的选择 该塔的工作温度为 140，设计压力为 0.1mpa，塔体内径为 1100mm，塔高 16m。介质为苯-氯苯有轻微的腐蚀性，毒性为高度危害，因此选择强度较好的 16mnr。16mnr 在设计温度下的许用应力为t=170mpa，=345mpa。腐蚀余量 s =2mm，采用全熔透双面焊对接焊缝，全部无损检测，焊接

41、接头系数 =1.0。 2 c b筒体厚度 由工艺计算得知，筒体内径 d=1100mm、塔高 h=16m。 mm 33 . 0 1 . 011702 11001 . 0 2 c t c p dip 设计厚度 0.33+2=2.33mm 2 c d 考虑到其受到风载荷、地震载荷、偏心载荷和介质压力作用，取名义厚度 8mm。 n 有效厚度 8-2.8=5.2 mm 21 cc ne c封头厚度 mm 33. 0 1 . 05 . 011702 11001 . 0 5 . 02 c t ic p dp 设计厚度 mmc d 33 . 2 233 . 0 2 取名义厚度mm n 8 有效厚度 mmcc

42、ne 2 . 58 . 28 21 d水压试验校核。水压试验压力为 mpap tt 25 . 1 170 170 25 . 1 25 . 1 水压试验强度校核(其中液柱高 1130mm) 1 . 25 2 . 52 2 . 511001081 . 9 113001000125 . 0 2 1081 . 9 99 e eiwt t dhp （mpa）mparel 5 . 31000 . 1 3459 . 09 . 0 故满足需求。 （2）裙座壳厚度 取裙座壳有效厚度 14mm，其名义厚度为 16mm。 3.33.3 载荷计算载荷计算 3.3.13.3.1 质量载荷质量载荷 圆筒壳、裙座壳和封头质

43、量 kgm34961085 . 7 161 . 1116 . 1 785 . 0 322 01 附属件质量 kgmma87425 . 0 01 内构件质量 kgm2849150201 . 1785 . 0 2 02 保温层质量 kgm12943007 . 416116 . 1 316 . 1 785 . 0 22 03 平台、扶梯质量（笼式扶梯单位质量 40 kg/m） kgm26332150116 . 1 2116 . 1 785 . 0 1640 2 2 04 物料质量 kgm22182097312 . 0 1 . 1785 . 0 2 05 水压试验时质量 kgmw1073310007

44、. 4161 . 1785 . 0 2 塔器操作质量 ea mmmmmmmm 05040302010 =3496+2849+1294+2633+2218+874=13364（kg） 塔式容器的最大质量 ewa mmmmmmmm 04030201max =3496+2849+1294+2633+874+10733=21879（kg） 塔式容器的最小质量 ea mmmmmmm 04030201min 2 . 0 =3496+0.22849+1294+2633+874=8867(kg) 本塔的计算截面选取其较薄弱的部位，塔的的底截面 0-0 截面、裙座上人孔处的 1-1 截面、塔体与裙座连接焊缝处的

45、 2-2 截面。将塔沿高分为 6 段，其中裙座分为 2 段， 筒体分为 4 段，具体如表。 各段质量 段号 1 2 3 4 5 6 塔宽长度 （m） 0-0808-4747-7272-9797-122122-16 a mm 01 218.51065.2682.8682.8682.81037.9 02 m00630.3630.3630.3958.1 03 m00286.3286.3286.3435.2 04 m321561096.61001096.6152 05 m00490.7490.7490.7745.9 w m002374.62374.62374.63609.3 0 m250.51221.

46、23186.72190.13186.73329.1 max m250.51221.25070.640745070.66192.5 min m 250.51221.22191.61195.22191.61816.7 3.3.2 塔的基本自振周期计算塔的基本自振周期计算 )(60 . 0 10 11002 . 51091 . 1 1600013364 1600033.901033.90 3 35 3 3 0 1 s de hm ht ie t 3.3.33.3.3 地震载荷及地震弯矩计算地震载荷及地震弯矩计算 塔段号 123456 备注 塔段长度 （m） 00.80.84.74.77.27.29.

47、79.712.212.216 kgmi250.51221.23186.72190.13186.73329.1 mmhi4002750595084501095014100 5 . 1 i h 0.008 10 6 0.14 1060.459 10 6 0.777 1061.146 1061.647 106 5 . 1 iih m 0.002 10 9 0.171 10 9 1.463 10 9 1.702 1093.633 1095.573 10912.544 10 9 3 iih m 0.016 10 12 0.254 10 14 6.713 10 14 13.214 10 14 41.839

48、 10 14 93.322 10 14 15.534 10 15 ba 8.075 7 10 b ahk k 5 . 1 1 0.00650.11310.37060.62740.92541.3518 3.511297.782546.222962.496357.989702.60 2 1.519 1 a 0.22 nkf1 3.511297.782546.222962.496357.989702.60 kkh m 0.100 10 6 3.358 10 6 18.961 1 06 18.506 10 6 34.894 10 6 46.940 10 6 122.759 1 06 maxv a0.1

49、04 kgmap10023 nfv 00 10215.44 nfvi8.322279.441577.841540.002903.703906.11 nfv 11 10215.410207.19927.7 因为故不考虑高振型影响。,201554.141 . 116mhdh i 且 1 0-0 截面地震弯矩 6 1 1 00 1 i kke hfm mmn hfm i kke 8 888833 6 1 1 00 1 10474 . 2 10368 . 1 10696 . 0 10250 . 0 10152 . 0 10895.818104044 . 1 =mmn 8 10474 . 2 2. 1-

50、1 截面地震弯矩 3 mmnhfm mmnhfm i kke i kke 8 6 3 11 8 6 2 1 11 1 10452 . 1 4700 10299 . 2 800 截面地震弯矩 3.3.43.3.4 风载荷和风弯矩计算风载荷和风弯矩计算 本塔各分段集中风载荷计算结果见表： 塔段号 123456 塔段长度（m）00. 8 0.84 .7 4.77 .2 7.29 .7 9.71 2.2 12.2 16 2 0 mnq 300300300300300300 1 k 0.70.70.70.70.70.7 i k21.71.71.71.71.71.7 i f1.001.001.001.00

51、1.0621.162 i l80039002500250025003800 mmk3400400400400400400 mmk4 600600600600600600 mmdai151615162616201626162016 ndlfqkkp aiiiii 6 021 10 433.0 0 2110.7 3 2334.7 8 1799.2 8 2479.5 4 3177.9 6 1. 0-0 截面弯矩 6 2 . 22 6 216 2 12 1 1 00 l llp l lp l pmw =1.822 mmn 8 10 2. 1-1 截面弯矩 2 . 22 6 54326 3 23 2 2

52、 11 l llllp l lp l pmw =mmn 8 100026 . 1 3. 截面弯矩 2 . 22 6 36 4 34 3 3 l lp l lp l pmw =mmn 8 105504 . 0 3.3.53.3.5 计算各截面最大弯矩计算各截面最大弯矩 1. 塔底截面 0-0 80000 max 100822 . 1 ew mmm 8000000 max 107446 . 2 25 . 0 ewe mmmm 取最大值，所以 max=2.7446mmn 8 10 2. 1-1 截面 81111 max 100026 . 1 ew mmm 8111111 max 105497 . 2

53、 25 . 0 ewe mmmm 取最大值，所以 max=2.5497mmn 8 10 3. 截面 8 max 105504 . 0 ew mmm 8 max 105896 . 1 25 . 0 ewe mmmm 取最大值，所以 max=1.5896mmn 8 10 3.43.4 校核计算校核计算 3.4.13.4.1 圆筒应力校核圆筒应力校核 验算塔壳-截面处操作时和压力试验时的强度和稳定性。 计算结果见表。 计算截面 计算截面以上塔的操作质量kgm, 0 11892.6 塔壳有效厚度mm e, 5.2 计算截面的横截面积 2 ,mmda ei 17960.8 计算截面的断面系数 32 ,7

54、85 . 0 mmdz ei 4.939 106 最大弯矩mnm , max 1.5896 8 10 操作压力引起的轴向应力mpa dp ei ic , 4 1 5.29 重力及垂直地震力引起的轴向应力7.04（5.94） 弯矩引起的轴向应力 32.19 最大组合拉应力 31.54204 计算截面的风弯矩 0.5504 8 10 液压试验时，计算截面以上的质量 9675.5 试验压力引起的轴向应力 6.61 重力引起的轴向应力 5.28 弯矩引起的轴向应力 3.34 试验压力引起的周向应力 25.1310.5 最大组合压应力 39.23126 液压试验最大组合轴向压应力 8.62126 液压试

55、验最大组合轴向拉应力 4.67310.5 3.4.23.4.2 裙座计算裙座计算 （1） 裙座壳轴向应力校核 裙座材料为 q235b，查图 gb150 得 b=105mpa。 a0-0 截面。裙座为圆筒型，则 00088 . 0 550 2 . 5094 . 0 094 . 0 i e r a 操作时= 1261052 . 1kb = 6 . 1351132 . 1 t k 取最小值，=126（mpa） 试验时=b=105 = 5 . 2112359 . 09 . 0 s 取最小值，=105 （mpa） 3622 1094 . 4 2 . 51100785 . 0 785 . 0 mmdz e

56、sissb 4 179612 . 51100mmda esissb mpa a fgm z m sb v sb 12620.63 17961 44.1021581 . 9 13364 1094 . 4 107446 . 2 6 800 0 00 max mpa a gm z mm sbsb ew 10552.18 17961 81 . 9 21879 1094 . 4 100822 . 1 3 . 03 . 0 6 8 max 00 b 1-1 截面(人孔所在截面)。 人孔kgmmmmmbmml mmm 8 . 13113;10;450;120 11 0 2 179201012022 . 51

57、024502 . 51100 2 mm abda mesmmesimsm 3 2222 626336 2 450 2 1100 1202 . 52 22 2mm bd lz mim mesm 36 22 10279 . 4 626336 2 2 . 5 11004502 . 51100 424 mm zdbdz m es immesimsm mpa a fgm z m sm v sm 12633.67 17920 1 . 1020781 . 9 8 . 13113 10279 . 4 105497 . 2 6 81111 0 11 max mpa a gm z mm smsm ew 10587

58、.18 17920 81 . 9 9 . 21628 10279 . 4 100026 . 1 3 . 03 . 0 6 811 max 11 （2）基础环厚度计算 基础环外径mmdd isob 13802801100280 基础环内径mmdd isib 860240 基础环截面系数： bb az 和截面积 38 4444 10190 . 2 138032 8601380 32 mm d dd z ob ibob b 2 2222 914368 4 8601380 4 mm dd a ibob b 混凝土基础上的最大压应力按下式计算： 408 . 1 914368 44.1021581 . 9

59、 13364 10190 . 2 107446 . 2 8 800 0 00 max max b v b b a fgm z m 383 . 0 914368 81 . 9 21879 10190 . 2 100822 . 1 3 . 03 . 0 8 8 max 00 max bb ew b a gm z mm 取最大值，所以mpa b 408 . 1 max 1168 . 0 ,07066 . 0 yx cc mmnbcm bxx 50.1733132408 . 1 07066 . 0 22 max mmnlcm byy 54.1644100408 . 1 1168 . 0 22 max

60、mmnmmm yxs 50.1733,max mm m b s b 6 . 9 113 50.173366 取。mm b 24 （3） 地脚螺栓 地脚螺栓承受的最大拉应力应按下俩式计算中取最大值： mpa a gm z mm bb ew b 399 . 0 914368 81 . 9 8867 10190 . 2 100822 . 1 8 8 min 00 mpa a fgm z mmm b v b ewe b 121 . 1 914368 44.1021581 . 9 13364 10190 . 2 100822 . 1 25 . 0 10474 . 2 25 . 0 8 88 00 0 0