蒸馏塔与裙座的机械设计

1、化工设备基础及设计课程设计蒸储塔与裙座的机械设计目录板式塔设备机械设计任务书1.1. 设计任务及操作条件1.2. 设计内容1.3. 设计要求1.1、塔的设计条件及主要物性参数表22、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 1.0塔设备压力试验时的应力校核 1.1裙座轴向应力校核12基础环设计1.4地脚螺栓计算1.53、设计结果汇总表1.64、设计评论.1.75、参考资料.18附图1浮阀塔装配图板式塔设备机械设计任务书1. 设计任

2、务及操作条件：试进行一蒸僻塔与裙座的机械设计。已知条件为：塔体内径D i= 1800mm,塔高40m,工作压力为1.2MPa,设计温 度为350C，介质为原油，安装在湛7工郊区，地震强度为 7度，塔内安装45层 浮阀塔板，塔体材料选用20R,裙座选用Q235A。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) 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；(

3、11) 地脚螺栓计算；(12) 板式塔结构设计。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(2#图纸)41、塔的设计条件及主要物性参数表将全塔分为6段，计算截面分另U为0-0、1 1、2-2、3-3、4-4、5-5、表1设计条件及主要物性参数表已知设计条件塔体内径Di2000mm塔体高度H40000mm工作压力po1.2MPa设计压力p1.3MPa设计温度t350 C材料20R许用应力。133MPa塔3t86MPa体设计温JTT弹性模量E1.73X 105MPa常温屈服点(T s235MPa厚度附加量C

4、1.8mm塔体焊接接头系数41.0介质密度p810kg/m3塔盘数N45每块塔盘存留介质层局度hw100mm基本风压值qo750N/m2地震设防烈度7度场地土类别II类偏心质量me4000kg偏心矩e1800mm塔外保温层厚度as100mm保温材料密度ps3300kg/m3材料Q235-A裙|Tr7许用应力75MPa常温屈服点(T s225MPaJ坐设计温JTT弹性模量Es厚度附加量Cs1.8mm人孔、平台数7地材料Q235-A脚许用应力bbt147MPa螺腐蚀裕量C23mm栓个数n169di2、塔设备设计计算程序及步骤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液注静压力PH/MPa可

5、忽略计算压力Pc/MPaPc = p + Ph = P =1.3圆筒计算厚度a /mm一PcDi1.3X1800d =13.712。巾 _ pc 2 X86 X1.0 1.3圆筒设计厚度a c/mm&n =8 +C =13 .71 +1.8 =15.51圆筒名义厚度a n/mm总=20圆筒有效厚度a e/mm& = & C = 20 1.8=18.2封头的计算厚度ah/mmpcDi1*1800dh =r- = =13 .662。寺一0.5pc2K86 X1 .0 0.5X1.3封头设计厚度a hc/mm5hc =& +C =13.66 +1.8 =15.46封头

6、名义厚度a hn/mm5hn =20封头有效厚度a he/mm6he =&hn C =20 1.8 =18.2塔设备质量载荷计算计算内容计算公式及数据01122334455顶塔段内直彳全Di/mm1800塔段名义厚度a ni/mm20塔段长度li/mm100020007000100001000010000塔体高度H1/mm40000筒体密度p /kg/m3一7.85X 103111单位筒体质量m1m/kg/m898筒体高度H1/mm36350筒体质量m1/kgm1 =898 X 36 .35 =32642 .30封头质量m2/kg,【2】m2 =570.1 乂2 =1140 .2裙座局

7、度Ha/mm3000塔设备质量载荷计算计算内容计算公式及数据01122334455顶裙座质量m3/kgm3 =898 X3 = 2694塔体质量md/kgm01 =m1 +m2 +m3 =32642 .30 +1140 .2 + 2694 =3647689823666286898089808966塔段内件质量m02/kgJI2It2m02 =Dj KN XqN =K1.8 x 45 x 7544= 8588(浮阀塔盘质量qN =75kg / m2 )一一1145267224812290保温层质量mo3/kgH422日m°3 = (Di +2& +2W -(Di +2&

8、) H°P2+2m03 4H22,= x(2.04 -1.84 )X36.35X300 +2 x (1.20 0.89)X300 4= 6832mj3封头保温层质重，(kg)一931280182818281803平台、扶梯质量mo4/kg平台质重qp 150kg/m2笼式扶梯质量qr-40kg/m平台数里n 7 龙式扶梯同度 Hf 39m兀，皇，台，2, 台 ，皇 21m°3 = (Dj+25n +28+2B) (Dj +2女 +26) k- nq? +qxH f42,、2,、2一=X(1.8+2X0.02+2X0.1+2X0.9) (1.8 十 2X0.02 +2 x 0

9、.1) 4乂0.5乂7乂150 +40X39=59244080903164716471607操作时塔内物料质量 mos/kgTt2m°5 =-Di (hwN +h°)R +Vf R4兀一2 _，一=一勺.8 x(0.1><45 +1.8)乂810+0.89又810 4= 13706一7214947288626792473人孔、接管、法兰等附件质量ma/kg按经验取附件质量为：m =0.25m°1 =0.2536476 =9119 a012245921571224522452242计算内容计算公式及数据01122334455顶充液质量mw/kgn 2mw

10、 =-Di H°Pw +2Vf Pw4n 2 - = _X1.8 X36.35 X1000 +2 x 0.89 8104=94280一89017813254472544724683偏心质量me/kg再沸器：me= 4000一一4000一一一操作质量m0/kgm。=m01 +m02 +m03 +m04 +m05 +ma +me= 36476 +8588 +6832 +5924 +13706 +9119 +4000=846451162385220132202581986019381最小质量mmin/kgmmin =m01 +0.2m02 +m03 +m04 +ma +me= 36476

11、十 0.2 X8588 + 6832 +5924 十9119 +4000=640691162313114269152351519615076最大质量mmax/kgmmax =m01 +m02 +m03 +m04 +mw +ma +me= 36476 +8588 +6832 +5924 + 94280 +9119 +4000= 1652191162402132998428194262841591自振周期计算计算内容计算公式及数据塔体内直彳至Di/mm1800塔体有效厚度a e/mm18.2塔设备高度H, mm40000操作质量m°/kg84645塔设备的自振周期T1/s m°

12、H药90.33H3 x10TEE3184645 x 40000=90.33 乂40000 x J5 X10V 1.73 乂10 乂 20 勺800= 1.55地震载荷与地震弯矩计算各段操作质量mi/kg1162385220132202581986019381各点距地面局度500200065001500025000350007地震载荷与地震弯矩计算计算内容计算公式及数据01122334455顶h1.5 hi1.12 X1048.94 X1045.24 X1051.84 X1063.95 X1066.55 X106.1.5 m h1.30 X1073.44 X1081.05 X10103.73 X

13、10107.84 X10101.27 X101161 .5A =£ mAi -X2.536X 1011hi31.25 X1088.00 X 1092.75 X10113.38 X10121.56 X10134.29 X1013m h31.45 X10113.08 X10135.54 X10156.85 X10163.10 X10178.31 X10176B =£ mij hi三1.215X 1018A/B2.09X 10 7基本振型参与系数T k1iA 1.571 .5气1 =一州=2.09 X10 hiB0.002340.01870.110.3850.8261.37综合影

14、响系数Cz取Cz = 0.5地震影响系数最大值a maxa max= 0.23（设计烈度为7度）各类场地土的特征周期TgTg= 0.3 151 （II类场地土、近震时）地辰影响系数a 1/.9/*0.9iTg 1(0.31电=|'Umax =X 0.23 = 0.052 A 0.2C(max"半5J%不得小丁 0.2OEmax =0.2 X0.23 =0.46水平地震力Fk1 /NFkck1mkg0.69418.37564.841989.304184.106772.35操作质量mg/kg84645底截面处地震弯矩m °1/N - mm0-016M E1 = C1m0

15、gH35168=X0.5X0.052 84645 9.8<40000 =3.9478 勺035计算内容计算公式及数据01122334455顶底截面处地震弯矩m *N - mmH.°04 CL。M E 一 = 1.25M E8= 1.25 K3.9478 妇08= 4.935 x10截面1-1处地震弯矩1 1m e/N - mm1 11 1M E =1.25M E8CzOt1m0g3.52 .53 .5= 1.25 x (10H-14H h + 4h )175 H .8X0.5X0.052 x 84645 X9.8135=1.25 x菸(10 x 40000175X40000 .

16、2 .53.514 X40000 妇000 +4K1000)8= 4.861 X10截面2 - 2处地震弯矩2 2 m E /N - mm. 2 N. . 2_2M e =1.25M E18 C ct 1m 0 g3 52 535= 1.25 X(10 H _14H，h +4h )175 H .8 X0.5 X 0.052 X 84645 X9.813 5=1.25 X(10 X 400002.5175 X 40000 2 53 5 -14 K 40000 . X 3000 + 4 K 3000 . )= 4.417 X10 8风载荷与风弯矩计算计算内容计算公式及数据01122334455顶各

17、计算段的外径Doi/mmDOi= Dj +2&n =1800 +2 X20 =1840塔顶管线外径do/mm300第i段保温层厚度a si/mm100管线保温层厚度a ps/mm100"扶梯当量宽度K3400各计算段长度li/mm 100020007000100001000010000操作平台所在计算段的长度l°/mm100020007000100001000010000平台数001222各段平台构件的投影面积 £ A/mm2008.1 X1052X 8.1X 1052X 8.1X 1052X 8.1X 1059风载荷与风弯矩计算计算内容计算公式及数据01

18、122334455顶操作平台当量宽度K4/mm互AK4 =lo操作平台当量宽度K4/mm00231.4324324324各计算段的有效直径Dei/mmDei=D°i+2&+K4 +d。+2 5ps254025402771286428642864Dei=D°i+25si 十 K3 十 K4244024402671276427642764各计算段顶截面距地面的高度hit/m1310203040风压局度变化系数fi根据hit查课程设计指导书表5-70.80.81.01.251.421.56体型系数Ki0.7基本风压值qo/N/m2750塔设备的自振周期Ti/s1.55qo

19、Ti21802脉动增大系数E （B类）查课程设计指导书表5-82.75脉动影响系数vi（B类）查课程设计指导书表5-80.720.720.720.790.820.85hit/H0.0250.0750.250.50.751u1.0第i段振型系数4 zi根据hit/H与u查课程设计指导书表5-100.020.020.110.350.661.00各计算段的风振系数K2ifi1.0491.0491.2181.6082.0482.498各计算段的水平风力Pi/N_-6.Pi =K1K2iq°filiDei 勺01119.12238.112403.430222.443727.158593.510

20、风载荷与风弯矩计算计算内容计算公式及数据01122334455顶0-0截面的风弯矩m 3/N - mm0 _0_ k_1 2_1 3Mw =R + P2O1 + )+P3(1 +12 +一)+ 22216+ R (11 +12 +13 +14 +15 + )2= 500 X1119 .1 +2000 X 2238 .1 + 6500 X 12403 .4 +15000X 30222 .4 +25000 X 43727 .1 +35000 X 58593 .59= 3.68 X101-1截面的风弯矩1 1m W /N - mm1 112131 4M w =P2 一 +P3(12 十一)+P4(1

21、2 +13 十一)+ 22216+ P6(12 +13 +14 +15 +)2= 1000 K2238 .1 +5500 X12403 .4 +14000 X 30222 .4+ 24000 X 43727 .1 +34000 X 58593 .5 9= 3.54 X102-2截面的风弯矩2 _2m w /N - mm2_213 . 14 . 15Mw =P3 +P4U3 + ) +P50 +14 +一) 22216+ P6(13 +14 +15+ )2= 3500 X12403 .4 +12000 X 30222 .4+ 22000 X43727 .1 +3200058593 .59= 3.

22、24 X10偏心弯矩计算内容计算公式及数据偏心质量me/kg4000偏心距e/mm1800偏心弯矩Me/N - mm7M e =mege =4000 乂9.81 x 1800 = 7.063 乂10最大弯矩计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面MWrM e3.75X 1093.61 X 1093.31 x 109M E +0.25M U + M e-.91.48X 109-.91.43X 109一31.32 X 109最大弯矩m m j /N - mm3.75X 1093.61 X 1093.31 X 10911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

23、截面2-2截面有效厚度 a ei/mm18.2筒体内径Di/mm1800计算截面以上的操作质量 moi-i /kg846458348379631设计压力引起的轴向应力 b i/MPapD i 1.3X18006 = = 32 . 144&ei4X18.20032.14操作质量引起的轴向应力 b 2/MPai _Lm0g2 '兀D i Sei8.077.967.59最大弯矩引起的轴向应力 b 3/MPai i口 _ 4M max兀Di Sei80.9777.9571.59载荷组合系数K1.2系数A0.094 如 0.094 X10A = = =0.00094Ri1000设计温度卜

24、材料的许用应力3 ¥MPa(20R, 350C), 卜】=86 MPa (Q235-A, 350C), t =75 MPa '"757586系数B/MPa(20R, 350C), B=118 (Q235-A, 350C), B =118 118118118KB/MPa141.6141.6141.6K b f/MPa9090103.2许用轴向压应力b cr/MPa取以上两者中小值9090103.2K b 4 /MPa9090103.2圆筒最大组合压应力(b 2+ b 3) /MPa对内压塔器。2 +。3壬K 6 L (满足要求)89.0485.9179.06计算内容计

25、算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面圆筒最大组合拉应力(T 1 (T 2+ (T 3 ) /MPa对内压塔命CT1 -<J2 +cr3 < K & 1* （两足要求）72.9069.9996.02塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据试验介质的密度（介质为水）y /kg/cm30.001液柱高度H/cm4000液柱静压力T H/9.81/MPa0.408有效厚度a ei/mm18.2筒体内径Di/mm18002-2截面最大质量 mr2-2/kg2 _2mT=165219 1162 4027 =160036试验压力pT/MPafcr I133PT =1.25

26、PHf =1.25 K 1.3 X=2.513 h J86筒体常温屈服点b s/MPa2352-2 截面 0.9K b s/MPa253.82-2 截面 KB/MPa141.6压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力b cr/MPa取以上两者中小值141.6试验压力引起的周向应力 b T/MPa(PT + 汩 /9.81)(Di + Sei )St =2 Sei(2.513 +0.408)(1800 +18.2)=145.92 勺8.2液压试验时：=145 .9 <0.9KCTs (满足要求)试验压力引起的轴向应力 a- T1/MPapT Di 2.513X1800J _ 4 兔4勺8.2&q

27、uot;62.13重力引起的轴向应力b T2/MPa2-2mT g 160036 =<9.81aT9 -15 .251 2兀DQei兀 X1800 X18.213塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据弯矩引起的轴向应力(T T3/MPa4(0.3M W2' +M e)4 x (0.3 x 3.24 x 10 +7.063 x 10 7)©T3 22HDi &ein X1800 X18 .2= 22.5压力试验时圆筒最大组合应力/MPa研1 一研2 +T3 =62.13 -15.25 +22.5 =69 .38液压试验时：<rT1 -bT2 +日3

28、 = 69 .38 < 0.9 Kcrse (满足要求)62 十巴3 =15.25 十 22.5 =37.75 <CTcr (满足要求)裙座轴向应力校核计算内容计算公式及数据裙座有效厚度a e/mm18.2裙座筒体内径Dis/mm18000-0截面积Asb/mm25Asb =nDis &s =兀 勺800 X18 .2 =1.03乂100-0截面系数Zst/mm3.兀_2中兀27Zsb = Dis 6s = X1800 X 18.2 =4.63 X1044KB/MPa141.6K b f/MPa141.6裙座许用轴向应力/MPa取以上两者中小值141.60-0截面最大弯矩M

29、 ：af/N - mm93.75 X100-0截面操作质量0-0m0/kg846450-0截面组合应力/MPaM：aXm°g3.75X10984645 381+-7 +s 一 89.06 < KBZsbAsb4.63 X101.03 X10检查孔加强管长度lm/mm120检查孔加强管水平方向的取人竟度bm/mm450检查孔加强管厚度a m/mm12裙座内直径Dim/mm180012裙座轴向应力校核计算内容计算公式及数据AmAm =2l m8m =2 X120 尺12 =28801-1截面处裙座筒体的截面积Asm/mm2Asm =nDjm&s Z (bm +26m)&am

30、p;s Am= "1800 X18.2 2x( 450 + 2x12) x18 .2 2880 一一 4= 9.14 号0ZmZm =2&lm"昆-色 V2 J I2 J/22=2乂10 乂120 乂寸900 2256= 3.81 X101-1截面处的裙座筒体截面系数Zsm/mm3r兀、2、寸、8esZsm Dim 8 es . bm Dim_ Zm4I2)冗2/6 l=X1800 X18.22 x(450 X1800 x 9.1 3.81 x 10 )47= 3.92 K101-1截面最大弯矩1M max /N - mm3.75X 1091-1截面处的风弯矩1 1

31、m w /N - mm3.54 X 1091-1截面以上操作质量m：工/kg834831-1截面以上最大质量1 -1mmax /kg1640571-1截面组合应力/MPa1工1 MM maxm° gma0</ZAJ smsm一9一3.61 X1083483 区9.81=7 +4 =101 .05 < KB3.92 乂109.14 乂101 -1 .1 工0.3M w +M e | mmaxgZ smAsm970.3X3.54 X10 +7.063 10164057 乂9.81=+743.92 勺09.14 乂10= 46.50 <141 .6计算内容计算公式及数据裙

32、座内径Dis/mm1800裙座外径Dos/mmDos = Dis +26es =1800 +2 X18.2 =1836.4基础环外径Dob/mmDob =Dis +300 =1800 +300 = 2100基础环内径Dib/mmDis = Dis -300 =1800 -300 =1500基础环伸出宽度b/mm1 1b =-(Dob Dos) = (2100 -1836 .4) =1322 2相邻两筋板最大外侧问距 l/mm160基础环面积Ab/mm如兀， 2 2、兀 22、 ,-6Ab =( D ob D ib ) =(2100 1500 ) = 1.696 X 1044基础环截面系数Zb/

33、mmi34444Ji(Dob -D,) 商2100 -1500 ) 2小仲8Zb=6.73入1032Dob32 x 2100取大质jm mmax/kg165219操作质量m0/kg846450-0截面的风弯矩m 3/N - mm 一一93.68 x 1090-0截面最大弯矩0 01M max /N - mm-.93.75X 109偏心弯矩Me/N - mm7.063X 107基础环材料的许用应力b b/MPar i【10】k =140 MPa水压试验时压应力b b1/MPa. 0 0一9M m双 mg 3.75 X1084645 X 9.81一 _ 十 _ 一+ 6 1”b1_'_86

34、 6 .|ZhA6.73 X101 .696 乂10bb操作时压应力b b2/MPa0_00.3M W +M mmaxg矶2 -+ZbAb9 ,70.3登.68：10 十7.063 * 十 165219 _乂9.81、_8_、/_66.73 乂101.696 勺0= 2.7混凝土基础上的最大压力 b bmax/MPa取以上两者中大值6.1b/lb /l =132 /160 =0.825基础环设计计算内容计算公式及数据2 。b max b22CTbmax b = 6.1 x 132= 106286l 2O b max 1.2一一 2_一 一crhmay l = 6.1 x160= 156160b

35、 max对 X 轴的弯矩Mx/N - mm/mm由 b/l 得：M11 M x =0.16525 X106286 =17563 .8对 Y 轴的弯矩My/N - mm/mm由 b/l 得：M11 M y = 0.07812 X156160 =12199 .2计 算 力 矩取以上两者中大值Ms/N - mm/mm17563.8有筋板时基础环厚度/mm&=性 j6*17563 .8 =27.44 经圆整取 & =30北叽 2140地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据最小质量mmin/kg64069操作质量m0/mm846450-0截面的风弯矩0 -0m w /N - mm 一一93.

36、68 X 109底截面处地震弯矩m E)1_0/N - mm4.935X 108偏心弯矩Me/N - mm7.063X 107取大拉应力0- B1/MPa0 _QM w +M e mmin g 心 B1 '一ZbAb9,73.68 K10 +7.063 乂1064069 乂9.81_866.73 勺01 .696 乂10= 5.20取大拉应力0- B2/MPa00-00-0M E +0.25 M W +M em°g Fv§B2 -ZbAb89.74.935 X10 +0.25乂3.68乂10 +7.063 勺084645 -9.81_“8一66.73尺101.696 乂10= 1.72基础环中螺栓承受的最大拉应力(T B取以上两者中大值Sb =5.20 A 0塔设备必须设置地脚螺栓地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据地脚螺栓个数n16【12】地脚螺栓材料的许用应力 3 bt/MPa对 Q-235A,取孔=147