板式塔设备机械设计

1、 化工设备基础及设计课程设计设计题目学 院 医药化工学院 专 业 化学工程与工艺 班 级 化学工程与工艺10（1）班姓 名 李志坚 学 号 1015520106 同组成员 伍维华 指导教师 蒋 赣 龙春霞 2013年 6月1 日目录1、板式塔设备机械设计任务书1.1 设计任务及操作条件11.2 设计内容11.3设计要求12设计条件及主要物性参数表.23、塔设备设计计算程序及步骤3按设计压力计算塔体和封头厚度3塔设备质量载荷计算3自振周期计算5地震载荷与地震弯矩计算5风载荷与风弯矩计算7偏心弯矩9最大弯矩9圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核10塔设备压力试验时的应力校核11裙座轴向应力校核12基础环

2、设计14地脚螺栓计算154、设计结果汇总表.165、设计感想176、参考资料187、主要符号说明.附图1 浮阀塔装备图1.板式塔设备机械设计任务书1.1 设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为：塔体内径，塔高，工作压力为，设计温度为300，介质为原油，安装在大连郊区，地震强度为7度，塔内安装40层浮阀塔板，塔体材料选用16mnr，裙座选用。1.2 设计内容 （1）根据设计条件选材； （2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力； （8

3、）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。1.3.设计要求：（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（a3图纸）2. 设计条件及主要物性参数表已知设计条件分段示意图塔体内径 1400mm塔体高度20000mm设计压力1.54mpa设计温度300塔体材料16mnr许用应力170mpa144mpa设计温度下弹性模量e常温屈服点345mpa腐蚀裕量c22mm塔体焊接接头系数0.85介质密度塔盘数n40每块塔盘存留介质层

4、高度100mm基本风压值600n/地震设防烈度7度场地土类别ii类地面粗糙度b类偏心质量2000kg偏心距e1300mm塔外保温层厚度100mm保温材料密度材料q235-a裙座许用应力86mpa常温屈服点235mpa设计温度下弹性模量腐蚀裕量2mm人孔，平台数6地脚螺栓材料q235-a许用应力140mpa 腐蚀裕量3个数n323 塔设备设计计算程序及步骤3.1 按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容计算公式及数据计算压力pc=1.54mpa圆筒计算厚度 +圆筒设计厚度 圆筒名义厚度圆筒有效厚度 封头计算厚度 封头设计厚度封头名义厚度封头有效厚度3.2 塔设备质量载荷计算计算内容计算公式及数据01

5、12233顶塔段内直径 1400塔段名义厚度16塔段长度 10001600780010000塔体高度 20400单位筒体质量559筒体高度 17075筒体质量 封头质量 裙座高度 2600 裙座质量 塔体质量 5591173.64360.25463.925塔段内件质量002192.5022423.295保温层质量 =2156.490211154.521340.97 计算内容计算公式及数据0112233顶平台，扶梯质量平台质量 笼式扶梯质量平台数量n=4 笼式扶梯总高 b值在此取0.940641385.311417.31操作时塔内物料质量 0203.63077.22584.848人孔、接管、法兰

6、等附件质量按经验取附件质量为： 139.75293.41090.051365.98充液质量 0254.512001.0814525.015偏心质量再沸器：00020000操作质量=11556.725+4615.8+2516.49+2906.03+5865.648+2889.18+2000=32250.47738.752010.127260.86529121.35 最小质量 =11556,725+0.2+4615.8+2516.49+2906.03+2889.18+2000=20992.18738.7535525629.886124.27最大质量 +26780.60+2889.18+2000=5

7、3256.427380753806.524183.66528536.50 3.3 自振周期计算计算内容计算公式及数据塔设备的自振周期3.4 地震载荷与地震弯距计算计算内容计算公式及数据0112233顶各段操作质量738.752010.127260.86529121.35各点距地面高度5001800650015040 计算内容计算公式及数据0112233顶基本振型参与系数0.321.17阻尼比0.02衰减指数阻尼调整系数地震影响系数最大值场地土的特征周期地震影响系数 水平地震力5.9109.6610205.239756.36垂直地震影响系数 操作质量24262.85176当量质量取底截面处垂直地

8、震力计算内容计算公式及数据垂直地震力60.3670.31207839088.849922.4底截面处地震弯距 截面1-1处地震弯距 截面2-2处地震弯距3.5 风载荷与风弯距计算计算内容计算公式及数据011223344顶各计算段的外径塔顶管线外径400第i段保温层厚度100管线保温层厚度100笼式扶梯当量宽度400计算内容计算公式及数据011223344顶各计算段长度1000200070001000010000操作平台所在计算段的长度 0200070001000010000平台数00222各段平台构件的投影面积00操作平台当量宽度0873.8514.3360360各计算段的有效直径282828

9、283342.331883188262826283142.329882988取大值282828283342.331883188各计算段顶截面距地面的高度13102030风压高度变化系数根据查表5-221.01.01.01.251.42体型系数0.7基本风压值500塔设备的自振周期0.922脉动增大系数查表5-232.25脉动影响系数查表5-240.720.720.720.790.830.0330.10.330.671计算内容计算公式及数据011223344顶第i段振型系数根据与查表5-250.020.020.0680.340.612各计算段的风振系数 1.03241.03241.2921.76

10、92.315各计算段的水平风力1021.92043.710579.724673.136679.70-0截面的风弯距1-1截面的风弯距2-2 截 面 的 风 弯 距3.6 偏心弯距计算内容计算公式及数据偏心质量4000偏心距2000偏心弯距 3.7 最大弯距计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面最大弯距3.8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度12筒体内径2000计算截面以上的操作质量68903.8167995.0664523.51设计压力引起的轴向应力00 50操作质量引起的轴向应力8.968.848.39最大弯距引起的轴向

11、应力38.2236.3532.38载荷组合系数1.2系数设计温度下材料的许用应力查图9-4(16mnr ，300)得:： (q235-a ，300) 得：8686144计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面系数查图10-18(16mnr，300)得：b=96 (q235-a ，300)得：b=95959596114114115.2103.2103.2172.8许用轴向压应力取以上两者中小值103.2103.2115.287.7287.72146.88圆筒最大组合压应力对内压塔器 （满足要求）47.1845.1840.77圆筒最大组合压拉力对内压塔器 （满足要求）29.2627.5

12、173.99 3.9 塔设备压力试验的应力校核计算内容计算公式及数据试验介质的密度1000液柱高度27.28液柱静压力0.272-2截面最大质量试验压力筒体常温屈服点3452-2截面372.62-2截面115.2计算内容计算公式以及数据压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力取以上两者中小值115.2试验压力引起的周向应力液压试验时: 试验压力引起的轴向应力=重力引起的轴向应力弯矩引起的轴向应力压力试验时圆筒最大组合应力,-+液压试验时-+(满足要求)+(满足要求)3.10 裙座轴向应力校核计算内容计算公式以及数据0-0截面积0-0截面系数114103.4裙座许用轴向应力取以上两者中小值103.40

13、-0截面组合应力检查孔加强管长度120检查孔加强管水平方向的最大宽度450检查孔加强管厚度121-1截面处裙座筒体的截面积1-1截面处的裙座筒体截面系数1-1截面最大弯矩1-1截面组合应力3.11 基础环设计计算内容计算公式以及数据裙座内径2000裙座外径基础环外径2280基础环内径1720基础环伸出宽度相邻两盘板最大外侧间距160基础环面积基础环截面系数基础环材料的许用应力水压试验时压应力操作时压应力混凝土基础上的最大压力 取以上两者中大值2.21矩形板力矩系数查表5-27得：对x轴的弯距 =对y轴的弯距 计算力矩取以上两者中大值7128.6有筋板时基础环厚度 经圆整取3.12 地脚螺栓计算

14、计算内容计算公式及数据最大拉应力最大拉应力基础环中螺栓承受的最大拉应力 去以上两者中大值=1.580 塔设备必须设置地脚螺栓地脚螺栓个数32地脚螺栓材料的许用应力 地脚螺栓腐蚀裕量 地脚螺栓螺纹小径故取32-m36地脚螺栓满足要求筋板及盖板计算略裙座与塔壳焊缝验算略塔设备法兰当量设计压力3.13 计算结果塔体圆筒名义厚度14(满足强度和稳定性要求)塔体封头名义厚度14(满足强度和稳定性要求)裙座圆筒名义厚度14(满足强度和稳定性要求)基础环名义厚度28(满足强度和稳定性要求)地脚螺栓个数32(满足强度和稳定性要求)地脚螺栓公称直径36(满足强度和稳定性要求)4 计算结果总汇1 按设计压力计算塔

15、体和封头厚度项目数据计算压力1.54圆筒计算厚度 8.86+圆筒设计厚度 10.86圆筒名义厚度16圆筒有效厚度 13.2封头计算厚度 8.83封头设计厚度10.83封头名义厚度16封头有效厚度13.22 塔设备质量载荷计算项目数据0112233顶塔段内直径 1400塔段名义厚度16塔段长度 10001060780010000塔体高度 20400单位筒体质量559筒体高度 9544.93筒体质量 17075封头质量 558.4裙座高度 2600裙座质量 1453.4塔体质量 11556.735591173.64360.25463.9塔段内件质量4615.8-2192.5052423.295保温

16、层质量2516.4-211154.521340.97-项目数据0112233顶平台，扶梯质量1073.3140641385.311417.31操作时塔内物料质量5865.6480203.63077.20 2548.848人孔、接管、法兰等附件质量139.75293.41090.051365.98充液质量26780.595-254.412001.08142525.015偏心质量再沸器=200000176022400操作质量68903.81738.752010.127260.86529121.34最小质量43812.85738.753552.005629.886124.26最大质量53265.41

17、738.753806.5024183.6728536.503 自振周期计算计算内容计算公式及数据塔设备的自振周期0.5884 地震载荷与地震弯距计算项目数据011223344顶各段操作质量908.753471.5515914.0826772.5221836.91各点距地面高度5001800650015400 a基本振型参与系数0.3201.17阻尼比0.02衰减指数0.975阻尼调整系数1.319地震影响系数最大值0.12场地土的特征周期0.35地震影响系数 0.12水平地震力2.00109.6610205.2539756.36垂直地震影响系数 0.0975操作质量47263.6当量质量242

18、62.86底截面处垂直地震力23206.811垂直地震力13.39131.176231.0916831.15底截面处地震弯距截面1-1处地震弯距 截面2-2处地震弯距5 风载荷与风弯距计算项目数据0112233顶各计算段的外径1432塔顶管线外径300第i段保温层厚度100管线保温层厚度100笼式扶梯当量宽度400各计算段长度100016007800100000操作平台所在计算段的长度 016007800100000平台数00220各段平台构件的投影面积00操作平台当量宽度004623600取大值1832.61832.62294.142192.6各计算段顶截面距地面的高度1.02.0610.0

19、410.00风压高度变化系数0.80.811.25体型系数0.7基本风压值500塔设备的自振周期0.588207.38脉动增大系数2.05脉动影响系数0.720.720.720.830.050.100.490.98项目数据0112233顶第i段振型系数0.020.020.34各计算段的风振系数 1.03691.03691.50181各计算段的水平风力638.741021.56112872.311511.150-0截面的风弯距1-1截面的风弯距2-2 截 面 的 风 弯 距6 偏心弯距偏心质量2000偏心距1300偏心弯距7 最大弯距项目数据0-0截面1-1截面2-2截面最大弯距8 圆筒轴向应力

20、校核和圆筒稳定校核项目数据0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度13.2筒体内径1400计算截面以上的操作质量31611.7230872.9728862.87设计压力引起的轴向应力40.8300 40.83操作质量引起的轴向应力5.345.224.88最大弯距引起的轴向应力23.0712.4810.65载荷组合系数1.2系数设计温度下材料的许用应力查图9-4(16mnr ，300)得:： (q235-a ，300) 得：8686144系数查图10-18(16mnr，300)得：b=86 (q235-a ，300)得：b=1448686144115115122103.2103.2172.8许用轴

21、向压应力103.2103.2115.287.7287.72146.88圆筒最大组合压应力对内压塔器 （满足要求）28.4117.7056.36圆筒最大组合压拉力对内压塔器 （满足要求）17.727.2646.60 9 塔设备压力试验的应力校核试验介质的密度1000液柱高度17.73液柱静压力0.172-2截面最大质量48720.2试验压力2.27筒体常温屈服点3452-2截面372.62-2截面138压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力138试验压力引起的周向应力130.9液压试验时: 试验压力引起的轴向应力60.26重力引起的轴向应力4.87弯矩引起的轴向应力1.54压力试验时圆筒最大组合应力

22、,56.92+(满足要求)10 裙座轴向应力校核计算内容计算公式以及数据0-0截面积0-0截面系数138103.2裙座许用轴向应力103.20-0截面组合应力检查孔加强管长度150检查孔加强管水平方向的最大宽度450检查孔加强管厚度1236001-1截面处裙座筒体的截面积1-1截面处的裙座筒体截面系数1-1截面最大弯矩1-1截面组合应力11 基础环设计裙座内径1400裙座外径1426.4基础环外径1600基础环内径1200基础环伸出宽度86.8相邻两盘板最大外侧间距200基础环面积基础环截面系数基础环材料的许用应力水压试验时压应力2.07操作时压应力0.94混凝土基础上的最大压力 2.070.

23、434矩形板力矩系数对x轴的弯距 -6005.86对y轴的弯距1250.59计算力矩1250.59有筋板时基础环厚度7.32圆整取812 地脚螺栓计算最大拉应力1.09最大拉应力1.35基础环中螺栓承受的最大拉应力 1.35地脚螺栓个数32地脚螺栓材料的许用应力 147地脚螺栓腐蚀裕量 3地脚螺栓螺纹小径20.94故取32-m36地脚螺栓满足要求筋板及盖板计算略裙座与塔壳焊缝验算略塔设备法兰当量设计压力4、设计结果汇总表塔体圆筒名义厚度16(满足强度和稳定性要求)塔体封头名义厚度16(满足强度和稳定性要求)裙座圆筒名义厚度16(满足强度和稳定性要求)基础环名义厚度28(满足强度和稳定性要求)地

24、脚螺栓个数32(满足强度和稳定性要求)地脚螺栓公称直径36(满足强度和稳定性要求)5、设计感想本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。相对于化工原理课程设计，计算量比较大，计算公式繁多，数据也比较大，耗时远远比化工原理课程设计长。在计算过程中，为了防止因个别数据的计算错误或选取错误，必须在excel表格中进行计算。有些数据甚至在相关的工具书中查找不到，书本中的范例也没有说明选取其计算式中的数据的原因，所以本组在计算的时候也没办法解释为什么选取某些数据，只能按照课程设计书中的范例选取相应比例数据或者相同数据。而有些数据的选取是有一定的原因的，这些数据按照自己的理解基本能够解释清楚。虽然在设计的过程中付出了不少的努力，但是对于一个完整的设计，这些努力只能说是很小的一部分，要想完成一个完整的设计，需要付出更大的努力。而在此过程中，靠一个人的努力往往是不够的，所以本组在遇到解决不了的困难的时候，也及时向同学们请教，查阅相关文献工具书。总的来说，完成一个完整的设计需要足够的耐心，