JB月审核考试PPT课件

1、 塔式容器在工艺上的作用： 塔式容器是直立设备中的一种，它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到传质及传热的目的。在化工、炼油、医药、石化、轻纺、石油天然气等行业的蒸馏、吸收、解吸、萃取及气体的洗涤、冷却、增湿、干燥的单元操作中得到广泛的应用，是生产中最重要的设备之一。 塔式容器的主要特点：体型高，长宽比大，荷载重，塔身除了承受压力载荷、温度载荷外，还承受风载荷、地震载荷和重量载荷。塔式容器的支座通常为裙式支座，塔式的整个重量都是由裙座支承。地脚螺栓又将裙座固定在基础上。对于直径较小的塔式容器也有采用耳座、圈座等支承方式。也有由操作平台连成一体的塔群或排塔。 塔式容器的种类： 从结构考虑：等

2、直径等壁厚塔；等直径不同壁厚塔；变径塔等。 从塔内件考虑：空塔；填料塔；板式塔等。第1页/共54页 塔式容器设计的有关参考标准规范： 1. GB50011-2001建筑抗震设计规范 2. GB50009-2001建筑结构载荷规范 3. SH 3098-2000 石油化工塔器设计规范 4. SH 3048-1999 石油化工钢制设备抗震设计规范 SH3098 5. HG 20652-1998 塔器设计技术规定 6 JB/T4710第2页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器一、总则1.适用范围适用于H/D5，且高度H10m裙座自支承的塔式容器：H总高(第23页图8-6）；D

3、塔壳的公称直径。对不等直径塔式容器： D=D1HlDHl221 第3页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器一、总则塔式容器必须是自支承的。适用范围是考虑下述因素制定的：a. 塔式容器振动时只作平面弯曲振动；b. 高度小的塔式容器截面的弯曲应力小，计算壁厚取决于压力或最小厚度。第4页/共54页 塔式容器属于高耸结构，其承受的载荷除考虑设计压力与设计温度一起作为载荷条件外，还要考虑风载荷、地震载荷、重量载荷、偏心载荷等的作用。由于以上诸多载荷的存在，塔式容器的计算方法也不同于一般的压力容器。高塔在压力较低时，风载荷、地震载荷决定了塔器的壁厚；而低矮的塔器的壁厚大多数取决于压

4、力载荷和最小壁厚。 由于风载荷和地震载荷的计算都是动力计算，在作动力计算时，可视塔器为一底端固定的悬臂梁。其振动形式为剪切振动或弯曲振动，有时也可为 剪、弯联合振动。当H/D4时，以剪切振动为主；4H/D10时为剪、弯联合振动；1020); 2）塔釜为低温操作的塔式容器； 3）裙座与下封头焊缝可能产生热疲劳时； 4）裙座名义厚度8mm时。第19页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器二、结构2. 筒体与裙座的连接型式搭接分别在搭接在封头与搭接在筒体上2种 第20页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器二、结构3. 当塔壳封头由多块板拼接制成时，拼接焊

5、缝处的裙座壳应开缺口，如下图所示。 第21页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器二、结构4当塔式容器下封头的设计温度大于或等于400时，应设置隔气圈。 隔气圈结构见图7-6、图7-7； 隔气圈至封头切线的尺寸 L可参照标准释义表3-1。 隔气圈作用： 空气隔离，缓解了焊缝处温差应力过高， 或温差变化过大的情况，避免裙座与塔壳的连接焊缝处产生较大的温差应力，造成破坏。 第22页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器二、结构5. 塔式容器操作过程中，可能有气体逸出积聚在裙座与塔底封头之间的死区中，它们有些是易燃，易爆的气体，有些是具有腐蚀作用的气体，会

6、危及塔器正常操作或检修人员的安全，故设置排气孔，如图所示。排气孔在裙座有保温或防火层时，应改为排气管。 第23页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器二、结构5.裙座上部排气孔、排气管 裙座上部应均匀设置排气孔； 当裙座与封头拼接焊缝处有缺口时，可不设 裙座有保温或防火层时，应设置排气管。 规格、数量及尺寸见表74、表75。第24页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器二、结构6. 地脚螺栓座 由基础环、筋板、盖板和垫板组成，结构如图所示，该结构适用于予埋地脚螺栓和非予埋地脚的情况。 第25页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容

7、器二、结构第26页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器二、结构下图为中央地脚螺栓座结构，优点是地脚螺栓中心圆直径小，用于地脚螺栓数量较少，需予埋。对塔高较小的塔式容器，地脚螺栓座可简化成单环板结构。优点：结构简单；缺点：地脚螺栓座整体刚度不足。 第27页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器二、结构第28页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算（1） 塔式容器的计算： 自振周期 地震载荷水平地震力和垂直地震力； 风载荷顺风向风振和横风向风振； 塔的挠度计算等四部分。 自振周期用作地震载荷计算； 地震载荷、风载荷用作截面

8、弯矩计算； （2）应力校核： 壳体轴向应力校核； 裙座壳轴向应力校核； 地脚螺栓座计算； 裙座与塔壳连接焊缝校核； 塔体法兰当量设计压力等。 第29页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器除JB/T 4710 中的计算外，还需要：按GB150进行的筒体、封头、开孔补强计算等；局部应力计算；填料支撑粱、栅板等强度计算等。第30页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器 （2）计算时所需准备计算条件： 1）工艺必要的给定条件 2）塔设备设置地区的自然条件 地震设防烈度只考虑79度； 设计地震加速度对应0.10.4g； 设计地震分组分一、二、三组； 可按GB

9、50011-2001建筑抗震设计规范 场地土类别分、四类； 基本风压值 可按GB50009-2001建筑结构载荷规范 基本风压值取所在地10m高度50年一遇10min最大平均风速为基本风速；基本风压值计算公式： 地面粗糙度分A、B、C、D四类；第31页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器 3）塔体的设计压力、设计温度，塔体（包括封头）材料及厚度附加量，裙座材料及厚度附加量，塔壳焊接接头系数，塔体与裙座的焊接结构等； 4）偏心悬挂的附属设备的重量确定（最小、操作及最大重量）； 5）确定危险截面位置；一般来说，危险截面为： a. 塔器裙座底截面。 b. 裙座上开设人孔、引出

10、管孔的中心位置截面。 c. 塔器筒体与裙座对接焊缝（或搭接）处截面。 d. 塔体等直径筒节上筒体壁厚变化处截面。 e. 塔体筒体直径变化的截面。第32页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器 6）对塔体进行分段： 在作自振周期、地震载荷计算中分段与质量的不均匀变化有关，一般把塔分为9段； 作风载荷计算时分段方法可不同于前者，分段越多，就越接近于实际的风载荷分布情况，塔体分段原则为： a. 危险截面处必须分段； b. 每一段几何形状没有突变，每一段应是一个几何连续体。如直径、壁厚相等的圆筒，半顶角不变的锥壳。 c. 每一段的刚度连续，即要求分段的壳体厚度相等。 d. 每一段

11、质量分布没有突变，如筒体中有一定液位，气液分界面必须分开。第33页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算（1） 名词术语： 自由度：指振动过程中任何瞬时都触完全确定系统在空间的几何位置所需的独立坐标数目。 振型： 振动时任何瞬间各点位移之间的相对比值，即整个体系具有的确定的振动形态。一般取前三个振型，如下图所示。 自振周期： 设备以某固有频率作自由振动时的振动周期称为自振周期。体系的振动是由对称各振型的谐振叠加而来的复合振动。 第34页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算B. 模型的简化，模型的简化， 简化成一端自由、一端固定的悬臂

12、梁，做平面弯简化成一端自由、一端固定的悬臂梁，做平面弯曲振动，对等直径、等壁厚的塔式容器，按弹性连续曲振动，对等直径、等壁厚的塔式容器，按弹性连续体公式计算。不等直径或不等壁厚的塔式容器按多自体公式计算。不等直径或不等壁厚的塔式容器按多自由度体系进行计算，方法：由度体系进行计算，方法： a) 首先将各段的分布质量聚缩成集中质量；首先将各段的分布质量聚缩成集中质量； b) 利用机械能守恒定律，并近似地给出振型函利用机械能守恒定律，并近似地给出振型函数，即可得到自振周期公式，例如：数，即可得到自振周期公式，例如： y=yo(hi/H)3/2 c) 一般仅限于基本振型，原因：二、三振型函数一般仅限于

13、基本振型，原因：二、三振型函数难以确定。难以确定。 第35页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算C高振型计算按附录计算，对等直径、等壁厚的塔式容器，可近似取：T2=1/6T1 T3=1/18T1 第36页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算D. 影响自振周期的因素影响自振周期的因素 单自由度体系，自振周期单自由度体系，自振周期 T=2my m质点的质量；质点的质量； y顶端作用单力时的挠度，为体系的柔度，对顶端作用单力时的挠度，为体系的柔度，对塔式容器：塔式容器： y=33)/(383DHEEIH 第37页/共54页JB/T471

14、0-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算2. 水平地震力和垂直地震力名词术语： 震源：地壳内发生断层破坏的一点，实际上断层面积很大，很难确定其中的一点，一般采用其几何中心代替。 震中：震源在地表面的投影。 震中距：地表面上任一点距震中的直线距离。 震级：表示地震大小的尺度，用震源释放能量大小度量。 烈度：某一地区地面各类结构物和建筑物宏观破坏程度。 基本烈度：指在一定期限内，一个地区可能普遍遭遇到的最大烈度，基本烈度为50年超越概率为10%的烈度。 设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。第38页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算

15、2. 水平地震力和垂直地震力 设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率为10%的地震加速度取值； 七度区 八度区 九度区 (0.15g) (0.2g) A. 抗震设防目标当遭遇到多遇地震时，塔式容器处于正常使用状态（工作状态是弹性状态）；遭遇到相当于基本烈度时，结构进入弹塑状态，遭遇到罕遇地震时，应控制其变形，避免倒塌 第39页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算B. 水平地震力计算水平地震力计算 计算理论：静力理论、动力理论、反应谱理论和计算理论：静力理论、动力理论、反应谱理论和历程响应分析。历程响应分析。 计算方法：对多自由度和无限自由度体系，采用计算方

16、法：对多自由度和无限自由度体系，采用振型遇合法振型遇合法 a) 公式公式 F=mg 为地震影响系数，其值为为地震影响系数，其值为=_CzK，式中的，式中的K 为地震系数，为地震系数，为动力放大系数；设计时可利用反为动力放大系数；设计时可利用反应谱曲线查取；应谱曲线查取；为振型参与系数；为振型参与系数； m 为各质点质量，为各质点质量，g 为重力加速度。为重力加速度。 第40页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算b) 地震影响系数谱的特征 第41页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算C. 垂直地震力。垂直地震力。 垂直地震只有在八度

17、区和九度区才需验算。垂直地震只有在八度区和九度区才需验算。 第42页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算需要说明的是， 对任何计算截面只有当最大弯矩是地需要说明的是， 对任何计算截面只有当最大弯矩是地震弯矩时，才考虑统计算截面的垂直地震力。震弯矩时，才考虑统计算截面的垂直地震力。 在塔式容器在塔式容器 H/D15，或高度大于等于，或高度大于等于 20m 时，还应考时，还应考虑高振型的影响。虑高振型的影响。 第43页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算3. 顺风向风振和横风向风振A. 顺风向风振基本风压：风载荷的基准压力，按我国荷载

18、规范规定为十米高度处五十年一遇十分钟的最大平均风速，按Q=1/2v2计算得出的，新标准规定，不得小于2 第44页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器 地面粗糙度：风在到达结构以前吹越过2公里范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍分布状况等级分为A、B、C、D四级。 平均风：在风的顺风向时程曲线中超过10分钟以上的长周期部份 脉动风：在风的顺风向时程曲线中通常只有几秒钟的短周期成分。 第45页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器B. 横风向风振条件：当H/D15，且H30米时，还应按规范附录进行横风向风振计算。第46页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器判别是否发生共振。vvc1 不需考虑塔器共振vc1vvc2 必须考虑第一振型振动vvc2 考虑一、二振型，取最大值。 第47页/共54页JB/T4710-2005钢制塔式容器钢制塔式容器三、计算6. 6. 塔的挠度计算A. A. 原因B. B. 载荷 第48页/共54页JB