过程设备设计.

1、17.4 塔设备的附件塔设备的附件一、除沫器一、除沫器现象现象: 气速大时，塔顶雾沫夹带，造成物料流失，气速大时，塔顶雾沫夹带，造成物料流失， 效率降低，效率降低， 环境污染。环境污染。作用作用: 减少雾沫夹带，确保气体纯度减少雾沫夹带，确保气体纯度 丝网除沫器丝网除沫器: 图图7-64, 7-65型式型式 折流板式除沫器折流板式除沫器: 图图7-66 旋流板式除沫器旋流板式除沫器: 图图7-67 211升气管升气管22挡板挡板33格栅格栅44丝网丝网55梁梁图图7-64 7-64 升气管型除沫器升气管型除沫器3图图7-65 7-65 全径型丝网除沫器全径型丝网除沫器11压条压条 22格栅格栅

2、 33丝网丝网4 图图7-66 7-66 折流板除沫器折流板除沫器 液相液相进口进口弯管弯管液相进口液相进口气相出口气相出口5图图7-67 7-67 旋流板除沫器旋流板除沫器气流方向气流方向6二、裙座二、裙座型式型式材料材料: 裙座壳体裙座壳体: 虽然不承受塔内介质的压力虽然不承受塔内介质的压力, 是非受压元件是非受压元件, 但按但按 受压元件选材，同时考虑环境温度的影响。受压元件选材，同时考虑环境温度的影响。 即使环境温度即使环境温度0，按，按 GB150-1998 第第1号修改号修改 单已取消单已取消Q235-A作为受压元件的条文作为受压元件的条文, 也不能再也不能再 选用选用Q235-A

3、作为裙座壳体作为裙座壳体, 可用可用Q235-B. 当裙座当裙座 t-20 时时选选16Mn 圆筒形圆筒形圆锥形圆锥形7其它其它: 当塔下部封头材料为低合金钢或高合金钢时当塔下部封头材料为低合金钢或高合金钢时 裙座顶部应增设与封头材料相同的短节裙座顶部应增设与封头材料相同的短节, 短节长度按短节长度按 温度影响的范围确定。温度影响的范围确定。 目的目的 地脚螺栓地脚螺栓: Q235-A, 20 当当 t-20 时时选选16Mn异种钢材焊接过渡异种钢材焊接过渡操作条件的影响操作条件的影响8结构结构: 裙座的组成裙座的组成: 图图7-68, 裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、裙座筒体、基础环、地

4、脚螺栓座、人孔、 排气孔、排液孔、引出管通道、保温支承圈等排气孔、排液孔、引出管通道、保温支承圈等 裙座与塔体的焊接型式：裙座与塔体的焊接型式：对接对接:图图7-69(a), a.焊缝受压焊缝受压, 焊缝受力好焊缝受力好 b.但焊缝位于端盖折边处但焊缝位于端盖折边处, 对端盖受力不利对端盖受力不利 c.且不利于和塔体组对时的对中且不利于和塔体组对时的对中搭接搭接:图图7-69(b), (c) a.焊缝受剪焊缝受剪, 焊缝受力不好焊缝受力不好 b.但焊缝位于端盖直边处但焊缝位于端盖直边处, 改善了端盖受力情况改善了端盖受力情况 c.且安装较方便且安装较方便9圆筒形圆筒形 圆锥形圆锥形11塔体塔体

5、 22保温支承圈保温支承圈 33无保温时排气孔无保温时排气孔44裙座筒体裙座筒体 55人孔人孔 66螺栓座螺栓座 77基础环基础环88有保温时排气孔有保温时排气孔 99引出管通道引出管通道; 10; 10排液孔排液孔图图7-68 7-68 裙座的结构裙座的结构10对接对接(a)(a)图图7-69 7-69 裙座与筒体焊缝裙座与筒体焊缝11ss与下封头与下封头的环焊缝的环焊缝距离距离搭接，搭接，位于下封头位于下封头的直边段的直边段图图7-69 裙座与筒体焊缝裙座与筒体焊缝(b)(b)12ss1.7s搭接，搭接，位于筒位于筒体上体上与下封头的环与下封头的环向连接焊缝距向连接焊缝距离离(c)(c)

6、图图7-69 7-69 裙座与筒体焊缝裙座与筒体焊缝13裙座体与塔体的焊缝应和塔体本身的环焊缝保持一定距离裙座体与塔体的焊缝应和塔体本身的环焊缝保持一定距离 防防 如果端盖是拼焊而成如果端盖是拼焊而成, 则应在裙座上相应部位开缺口则应在裙座上相应部位开缺口, 以免和端盖焊缝相互交叉重合以免和端盖焊缝相互交叉重合焊接残余应力叠加焊接残余应力叠加过大焊接变形过大焊接变形1415人孔人孔: 裙座体直径裙座体直径800mm时开人孔时开人孔排气孔排气孔: 防止腐蚀性气体长期积存在裙座内防止腐蚀性气体长期积存在裙座内排液孔排液孔: 排除裙座体底部积液排除裙座体底部积液, 50孔孔螺栓孔螺栓孔: 开成圆缺口

7、开成圆缺口便于安装便于安装出料管出料管: 焊有三片扁钢支承在引出管通道上焊有三片扁钢支承在引出管通道上1617三、吊柱三、吊柱图图7-70目的目的（室外无框架整体塔设备）为了安装、拆卸内件，（室外无框架整体塔设备）为了安装、拆卸内件， 更换或补充填料。更换或补充填料。位置位置 塔顶。吊柱中心线与人孔中心线间有合适夹角，塔顶。吊柱中心线与人孔中心线间有合适夹角， 便于操作。见图便于操作。见图7-70。材料材料吊柱管用吊柱管用20无缝钢管，其它部件用无缝钢管，其它部件用Q235-A和和 Q235-AF。吊柱与塔连接的衬板应与塔体材料相同。吊柱与塔连接的衬板应与塔体材料相同尺寸尺寸主要结构尺寸参数已

8、制定系列标准主要结构尺寸参数已制定系列标准1811支架支架 22防雨罩防雨罩33固定销固定销 44导向板导向板 55手柄手柄 66吊柱管吊柱管77吊钩吊钩 88挡板挡板 图图7-70 7-70 吊拄的结构及安装位置吊拄的结构及安装位置197.5 塔设备的振动塔设备的振动在风力作用下在风力作用下塔的振动形式塔的振动形式: 载荷振动载荷振动: 振动方向沿着风的方向振动方向沿着风的方向顺风向的振动顺风向的振动 诱导振动诱导振动: 振动方向沿着风的垂直方向振动方向沿着风的垂直方向横向振动横向振动它对塔设备的破坏性大，所以本它对塔设备的破坏性大，所以本章主要讨论章主要讨论风的诱导振动风的诱导振动。20一

9、、风的诱导振动一、风的诱导振动 机理：机理： 卡曼涡街卡曼涡街:当风以一定速度绕流圆柱体时当风以一定速度绕流圆柱体时, 在圆柱体两侧的在圆柱体两侧的 背风面交替产生旋转方向相反的旋涡背风面交替产生旋转方向相反的旋涡, 然后脱离然后脱离 并形成一个旋涡尾流并形成一个旋涡尾流, 这种现象称为卡曼涡街这种现象称为卡曼涡街, 如图如图7-84所示所示 产生原因产生原因: 图图7-82, 7-83 依据流体力学原理依据流体力学原理边界层堆积、分离边界层堆积、分离21ABDC风以一定的风以一定的速度绕流圆速度绕流圆柱形塔设备，柱形塔设备，塔设备周围塔设备周围的风速是变的风速是变化的化的 图图7-82 7-

10、82 塔周围的风速塔周围的风速22图图7-83 7-83 边界层的堆积及旋涡的形成边界层的堆积及旋涡的形成(a)边界层的堆积边界层的堆积 (a)边界层的堆积边界层的堆积23(b)(b)旋涡的形成旋涡的形成 图图7-83 7-83 边界层的堆积及旋涡的形成边界层的堆积及旋涡的形成(b)旋涡的形成旋涡的形成24图图8-84 8-84 卡曼涡街卡曼涡街25图图7-84 7-84 卡曼涡街卡曼涡街26产生条件产生条件: 旋涡特性与雷诺数的关系旋涡特性与雷诺数的关系a.当当Re5不发生边界层分离现象不发生边界层分离现象无旋涡产生无旋涡产生b.当当 5Re40塔体背后出现一对稳定的旋涡塔体背后出现一对稳定

11、的旋涡c.当当40Re150出现卡曼涡街出现卡曼涡街, 塔体背风面交替产塔体背风面交替产 生旋转方向相反的旋涡生旋转方向相反的旋涡, 图图7-84d.当当300Re3105亚临界区亚临界区, 旋涡以一确定的旋涡以一确定的 频率周期性地脱落频率周期性地脱落e.当当3105Re3.5106过渡期过渡期, 无涡街出现无涡街出现, 尾流尾流 变窄，无规律且都变成紊流变窄，无规律且都变成紊流f.当当Re3.5106超临界区超临界区, 卡曼涡街又重新出现卡曼涡街又重新出现27 升力：升力：塔两侧流体绕流情况塔两侧流体绕流情况: 旋涡刚刚脱落的一侧旋涡刚刚脱落的一侧: 绕流改善绕流改善, 流体阻力流体阻力,

12、 速度速度, 静压力静压力 旋涡正在产生的一侧旋涡正在产生的一侧: 绕流差绕流差, 流体阻力流体阻力, 速度速度, 静压力静压力 塔表面压强分布不均塔表面压强分布不均, 周期性变化周期性变化, 受到力的作用受到力的作用使塔沿使塔沿 风向的垂直方向产生振动风向的垂直方向产生振动称之为横向振动称之为横向振动 升力升力沿风向的垂直方向的推力沿风向的垂直方向的推力 升力拽力升力拽力 拽力拽力沿风向产生的风力沿风向产生的风力 计算时一般只考虑升力计算时一般只考虑升力升力计算：升力计算： （7-47）22AvCFLL28 风诱导振动的激振频率：风诱导振动的激振频率：塔体的激振频率塔体的激振频率=形成旋涡的

13、频率形成旋涡的频率=旋涡脱落的频率旋涡脱落的频率旋涡脱落的频率的影响因素旋涡脱落的频率的影响因素: 塔体的外径、风速塔体的外径、风速激振频率：激振频率： （7-48） vrvfSDrS斯特劳哈尔准数，其值与雷诺数斯特劳哈尔准数，其值与雷诺数Re大小大小 有关，可由图有关，可由图7-85确定；确定；29图7-85 圆柱体的rS值30 临界风速临界风速共振共振当旋涡脱落的频率与塔的任一振型的固有频率一致时当旋涡脱落的频率与塔的任一振型的固有频率一致时, 会引起塔的剧烈振动会引起塔的剧烈振动临界风速临界风速塔共振时风速塔共振时风速. 若取若取Sr =0.2，则由，则由(7-49) 式可求得临界风速。

14、式可求得临界风速。55cncncnDvf DT(7-49)31二、塔设备的自振周期二、塔设备的自振周期(固有周期固有周期)解析法集中质量法近似法 折算质量法能量法固有周期计算方法固有周期计算方法塔设备的力学模型塔设备的力学模型: 简化成底端固定、顶端自由、质量沿高度简化成底端固定、顶端自由、质量沿高度 连续分布的悬臂梁，图连续分布的悬臂梁，图7-71塔视为具有多个自由度体系，则它具有多个固有频率。塔视为具有多个自由度体系，则它具有多个固有频率。基本频率基本频率固有频率中最低的频率固有频率中最低的频率振型振型振动后的变形曲线，图振动后的变形曲线，图7-7232固有周期的求解思路固有周期的求解思路

15、振动微分方程振动微分方程设通解设通解由边界条件由边界条件定通解定通解求得固有周期求得固有周期33图图7-71 计算模型计算模型34第一振型第一振型第二振型第二振型第三振型第三振型图图7-72 塔设备振型塔设备振型35 等截面塔等截面塔: 直径、壁厚、材质相同直径、壁厚、材质相同, 质量沿高度均布质量沿高度均布 由振动方程：由振动方程： 求解得：求解得： 振型：图振型：图7-7202244tyEImxy（7-3）EImHT4179. 1EImHT42285. 0EImHT43102. 0(7-5)36 变截面塔变截面塔: 不等直径或不等壁厚不等直径或不等壁厚, 质量沿高度不均布质量沿高度不均布

16、方法方法: 质量折算法质量折算法将一个多自由度体系简化成一个将一个多自由度体系简化成一个 单自由度体系，如图单自由度体系，如图7-73所示所示 假设假设: a.塔的质量全部集中于塔顶塔的质量全部集中于塔顶 b.振型曲线为振型曲线为 结论结论: 变截面塔的第一振型的固有周期为变截面塔的第一振型的固有周期为 公式缺点公式缺点:只能计算第一振型的自振周期只能计算第一振型的自振周期 ( 为什么为什么? ) 一般塔的一般塔的T1=110s 之间之间23HhYYiai(7-8)niniiiiiiiniiiIEHIEHHhmT121133311312(7-12) 37图图7-73 7-73 不等直径或不等壁

17、厚塔的计算不等直径或不等壁厚塔的计算多自由多自由度体系度体系折算后的折算后的单单自由度自由度体系体系38三、塔设备的防振三、塔设备的防振 共振的危害共振的危害: 轻者使塔产生严重弯曲、倾斜，塔板效率下降，轻者使塔产生严重弯曲、倾斜，塔板效率下降，影响塔设备的正常操作；影响塔设备的正常操作；重者使塔设备导致严重破坏，造成安全事故。重者使塔设备导致严重破坏，造成安全事故。因此，在塔的设计阶段就应避免共振的发生。因此，在塔的设计阶段就应避免共振的发生。 规定规定: 为了防止塔的共振为了防止塔的共振, f v 不得不得在如下范围内在如下范围内113 . 185. 0cvcfff(7-50)(7-50)

18、39 如果激振频率如果激振频率f v 在式在式(7-50)的范围内，则应采取相应的措施的范围内，则应采取相应的措施: 增大塔的固有频率增大塔的固有频率: 增大塔的阻尼增大塔的阻尼: a.塔盘上的液体或塔内的填料塔盘上的液体或塔内的填料使塔阻尼使塔阻尼,Y b.设置弹簧阻尼器设置弹簧阻尼器; c.塔壁上悬挂外裹橡胶的铁链条塔壁上悬挂外裹橡胶的铁链条. 采用扰流装置采用扰流装置:a.合理布置塔体上的管道、平台、扶梯和合理布置塔体上的管道、平台、扶梯和 其它的连接件其它的连接件消除或破坏卡曼旋涡的形成消除或破坏卡曼旋涡的形成; b.塔外装轴向薄翅片、挡板、螺旋板塔外装轴向薄翅片、挡板、螺旋板 防止旋涡形成防止旋涡形成;()ccIfHDf塔成本或与工艺结合40思