120万吨年催化汽油加氢脱硫装置稳定塔设计毕业论文

1、脱硫装置稳定塔设计摘 要本次设计主要针对120万吨/年催化汽油加氢脱硫装置稳定塔。加氢脱硫过程作为原油后续加工的一项重要的加工过程，脱硫装置稳定塔设备显得尤为重要。因此严格要求该塔体在各个载荷工况下的强度必须合格。本设计前部分对塔的各个结构件进行分析介绍，并且确定了该结构件的结构以及受力状态，确保该结构件适用于该塔体。该塔采用的是浮阀塔塔盘，一共25块塔盘，塔径为1900/3000 mm，塔高为33047mm。主要设计参数为：设计压力1.3MPa，设计温度275 等。承受的载荷有内压、地震载荷、风载荷，由于存在变径段，因此该塔需要对不同直径塔段及该塔段的封头的厚度进行计算和校核，同时设计计算该

2、塔体的裙座。进而对塔体的地震载荷，风载荷等进行稳定性校核。在满足强度要求的同时，还需校核塔体的裙座，地脚螺栓，塔体与裙座的焊接处的强度，确保整个塔体的强度合格。最后绘制了装配图和两张零部件图。关键词：稳定塔，原油加工，厚度设计，强度校核The Design of Desulfurization Stability TowerAbstract This design mainly aims at of the stability tower 1.2 million tons/year of catalytic gasoline hydrodesulphurization unit. Hydrog

3、enation desulfurization process is an important process for subsequent processing of crude oil. The stability tower is particularly important. So the strength of the tower body must be qualified under various load conditions. We have introduced each structures of the tower and found the structure an

4、d stress state of the structure. The tower is flower valve tray. There are 25 pieces of tower tray and the diameter is 1900/3000mm, the height is 33047mm. For main design parameters, the design pressure is 1.3MPa. The design temperature is 275 . Carry loads of internal pressure, seismic load and win

5、d load, as the different diameter, so we should design the thickness of the different diameter of the tower and the shell cover, and then we should check it. At the same time, design and calculation of the tower body skirt Then we check the seismic load and the wind load of tower body. While the str

6、ength requirement is qualified, we still need to check the tower body skirt, anchor bolts, tower body and the skirt of the strength of the welds ensure that the whole tower body strength is qualified. Finally draw the two pieces of parts drawing and a piece of assembly drawing.Keywords: Stability To

7、wer Crude Oil Processing Design of the Thickness Strength Check4目 录1 前言 12 稳定塔的工艺流程及结构简图 42.1 脱硫装置稳定塔的工艺流程及其简图 42.2 脱硫装置稳定塔的结构简图 53 塔内部结构件的说明介绍63.1 塔体内部的材料选取，介质的物理性质及设计参数 63.2 封头 63.3 筒体 63.4 裙座 73.5 吊柱 83.6 人孔和手孔 83.7 开孔接管 93.8 稳定塔的内部结构件 113.9 塔内部的其他结构件 143.10 塔设备的振动及预防 154 塔设备的设计计算及强度校核174.1 设计数据及

8、设计主要依据 174.2 筒体的设计计算及强度校核 174.3 封头的设计计算及强度校核 194.4 塔体裙座的设计计算 214.5 地脚螺栓座 254.6 塔顶吊柱 254.7 塔式容器的质量计算 264.8 塔的基本自振周期的计算 304.9 地震力及地震弯矩的计算 314.10 风载荷及风弯矩的计算 334.11 偏心弯矩 374.12 最大弯矩 374.13 塔壳轴向应力的校核 384.14 裙座壳稳定性的校核 404.15 液压试验时应力校核 424.16 地脚螺栓座的设计及校核 434.17 裙座与塔壳连接处焊缝 474.18 开孔补强计算 475 结论55参考文献56谢辞571

9、前言 在化工、炼油、医药、食品以及环境保护等工作部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、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比例都相当高，如下表所示为几个典型的实例。表1-1 塔设备的投资及重量在过程设备中所占比例装置名称塔设备投资比例 %装置名称塔设备投资比例 %化工及石油化工25.460万吨，120万吨/年催化裂化48.9炼油以煤化工34.8530万吨/年乙烯25.3化纤44.94.5万吨/年丁二烯54塔设备的作用是实现气（汽）-液相或液-液相之间的充分接触，从而达到相际之间进行传质及传热的目的。其广泛用于蒸馏、吸收、介吸（气提）、萃取、

10、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性的好坏，对整个装置的生产，产品质量、产量，成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。因此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。塔设备的总类很多，常见有如下几种类型：加压塔，减压塔及常压塔；精馏塔，吸收塔，干燥塔等；板式塔，填料塔。其中板式塔又分为浮阀塔，泡罩塔，舌形塔等。本设计的塔为板式塔。工业上最早出现的板式塔是筛板塔和泡罩塔。筛板塔出现于1830年，很长一段时间内被认为难以操作而未得到重视。泡罩塔结构复杂，但容易操作，自1854年应用于工业生产以后，很快得到推广，直到

11、20世纪50年代初，它始终处于主导地位。第二次世界大战后，炼油和化学工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出，而结构简单的筛板塔重新受到重视。通过大量的实验研究和工业实践，逐步掌握了筛板塔的操作规律和正确设计方法，还开发了大孔径筛板，解决了筛孔容易堵塞的问题。因此，50年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。与此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得到了广泛应用。而泡罩塔的应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。60年代以后,石油化工的生产规模不断扩大,大型塔的直径已超过 10m。为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种

12、。该塔采用浮阀塔塔板，双溢流型。一共有25块塔板。浮阀塔有如下优点：生产能力大；操作弹性大，在较宽的气相负荷范围内，塔板效率变化较小；塔板效率高，因为其气液相接触良好，雾沫夹带较小；塔板结构及安装简单，重量较轻，费用较低。然而，浮阀塔还有一定缺点，如下：气速较低时塔板效率有所下降；浮阀阀片有卡死或吹落的可能，导致操作运转及检修的困难；塔板压降较大时，妨碍它在高气相负荷及真空塔中的应用。由于浮阀塔的以上特点，则使浮阀塔代替泡罩塔，成为当今最广泛的塔型之一，根据其具有优异的综合性能，在当前石油化工领域是被首选的。对于塔设备而言，除了要满足它满足的特定的工艺条件外，还应满足以下基本要求：气液两相充分

13、接触，相际之间传热面积大；生产能力大，即气液处理量大；操作稳定，操作弹性大；阻力小；结构简单，制造、维修方便；耐腐蚀，不宜堵塞。2 稳定塔的工艺流程及结构简图2.1 脱硫装置稳定塔的工艺流程及其简图如图 2-1 所示,重汽油与氢气混合再被加热到一定温度后进入加氢脱硫反应器。加氢脱硫后的反应产物被反应产物加热炉加热并为稳定塔重沸器提供热源 ,再经换热后进入反应产物空冷器 ,在进入空冷器之前注入脱氧水 ,以溶解掉反应过程中所产生的铵盐。反应产物经空冷器冷却55 后进入加氢脱硫产品分离罐 D -201 ,进行气、油、水三相分离。其中的水相作为含硫污水送至污水汽提装置;气相作为循环氢进入循环氢脱硫部分

14、;油相一部分经换热后进入稳定塔 ,另一部分作为急冷油由加氢脱硫反应器急冷泵升压后进入加氢脱硫反应器。设置稳定塔的目的在于将脱硫重汽油中的轻烃和H2S汽提出去 ,以保证重汽油产品的闪点和铜片腐蚀合格。图2-1加氢脱硫部分工艺流程简图2.2 脱硫装置稳定塔的结构简图图2-2 塔体结构简图1吊柱 2塔顶出气管 3上封头 4塔体（一） 5塔体（二）6裙座 7地脚螺栓 8塔体（三） 9塔壳 10人孔11下封头 12检查孔 13裙座壳3 塔内部结构件的说明介绍3.1塔体的材料选取，介质物理性质及设计参数选取塔体，封头，裙座以及地脚螺栓材料均为Q245R。操作介质为碳氢化合物，介质密度=700kg/m3。设

15、计参数见表3-1。表3-1 设计数据表设计压力1.3MPa最高设计压力1.12MPa容器类别一类设计温度275最高（低）工作温度240全容器150m3基本风压500Pa地震设防烈度7度（0.1g）焊接接头系数1.0操作介质HC+H2S地震设计分组第一组腐蚀裕度6mm介质特性易燃场地土类别II设计寿命20年3.2 封头 该塔共两个封头，为上封头和下封头。封头形式选取标准椭圆形封头。标准椭圆形封头是由半个托球面和短圆筒组成。直边段的作用是避免封头焊缝连接处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率半径变化平滑，故应力分布较为均匀，且椭球形封头深度较半球形封头的深度小的多

16、，易于冲压成型，是目前中、低压容器中较多的封头之一。由于该塔设计压力为1.3MPa，属于低压容器，并且鉴于椭球形封头的受力特点，选取该塔器封头为标准椭圆形封头。由于该塔存在变径部分，故上封头和下封头基本尺寸不相同，具体尺寸及图示见设计部分4.3和4.4。3.3 筒体该塔设备存在变径部分，故筒体分为三部分，依次为：小径段筒体（1900mm）、过渡段筒体、大径段筒体（3000mm）。该塔设备由于采用双溢流型塔盘，并且经核算该塔的气液相负荷均偏大，故塔顶气相负荷偏小，则在塔内上升蒸汽的体积流量Vs，提馏段要大于精馏段。故选取提馏段塔径偏大，为3000mm，而精馏段的一部分塔径选取塔径偏小，取直径为1

17、900mm。同时对于大型塔设备，较小的塔径还可以减小壁厚，节省投资。故该塔设备选用变径塔。3.4 裙座 3.4.1 裙座组成塔设备的裙座分为圆筒形和圆锥形两类，由如下几个部分组成：裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、引出管通道、保温支撑圈等。结构简图如图3-1。图3-1 裙座的结构简图1检查孔 2盖板 3地脚螺栓座 4基础环 5裙座壳6引出孔 7地脚螺栓 8筋板3.4.2 裙座与塔体的焊缝裙座与塔底焊接接于封头之间的焊接接头可分为对接以及搭接接头。本塔设备采用的是对接接头。采用对接接头时，裙座筒体外与塔体下封头外径相等，焊缝必须采用全融透的连续焊。其焊接结构尺寸设计部分4.4。 3.4

18、.3 裙座材料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。常用的裙座材料一般选用Q235-A以及Q235-A·F，考虑到Q235-A·F有缺口及夹层等缺陷，因此用于常温操作，设计温度高与-20，且不以风载荷或地震载荷确定裙座筒体厚度的场合。若裙座设计温度等于或低于-20，裙座筒体材料应选用16Mn。3.5 吊柱安装在室外，无框架的整体塔设备，为了安装以及拆卸内件，更换或者补充材料，往往在塔顶设置吊柱。吊柱的方位应使吊柱中心线与人孔中心线之间有合适的夹角，使人能站在平台上操作手柄，使吊柱的垂直线可以转到人孔附近，

19、以便从人孔装入或取出塔内件。吊柱的结构以及塔体上的安装中，吊柱管通常采用20无缝钢管，其它部件可以采用Q235-A和Q235-A·F。吊柱与塔体连接的衬板应与塔体的材料相同。吊柱的主要尺寸参数可参考相关标准 HG/T 21639塔顶吊柱。3.6 人孔和手孔3.6.1 人孔人孔是安装或者检修人员进出塔内的唯一通道。人孔设置应该便于人员进入任何一层塔板。一般板式塔每隔10到20层塔板或5到10m塔段，设置一个人孔。对于直径大于800mm的填料塔，人孔可以设置在每段填料层的上、下方。同时兼作填料装卸孔用。在设置操作平台的地方，人孔中心高度一般比操作平台高0.7到1m，最大不宜超过1.2m，

20、最小为600mm。人孔设置一般在气液进、出口等需要经常维修清理的部位。另外在塔顶和塔釜也各设置一个人孔。塔径小于800mm时，在塔顶设置法兰，不在塔顶上开设人孔。设置人孔处的塔盘间距应根据人孔的直径确定，一般不小于人孔直径、塔盘支撑梁高度及50mm之和，且不小于600mm。塔体上与采用垂直吊盖人孔，但个别有妨碍操作或者有保温层时，可采用回转盖人孔。塔体在出厂前一般以卧置状态进行水压试验，所以塔体人孔的压力等级选择，必须考虑卧置状态试压时的试验压力。人孔法兰的密封面形式及垫片用材，一般与塔的接管法兰相同。操作温度高于350时，应该采用对焊法兰人孔。本设计中的稳定塔的人孔公称压力为2.5MPa，设

21、计温度为275。故选用垂直吊盖带颈对焊法兰人孔。设计标准为：HG/T 215212005垂直吊盖带颈对焊法兰人孔。3.6.2 手孔手孔是指手能伸入的设备孔口，用于不便进入或不能进入设备技能清理、检查或者维修的场合。手孔也常用作小直径填料塔装卸填料之用，在每段填料层的上、下方各设置一个手孔。本稳定塔不涉及手孔。3.7 开孔接管表3-2 开孔接管表名 称数 量公称直径（mm）公称压力（MPa）管口形式管口外伸高度（mm）焊接接头形式进料口21505.0RF20010回流口11805.0RF2005重沸器反回口14505.0RF25011气相出口11505.0RF图11表3-2 续表液相出口1250

22、5.0RF图11重沸器进料口14005.0RF图11人孔56002.5/11放空口1505.0RF图5吹扫口1505.0RF1505热电偶口3405.0RF1505压力传送口1205.0RF1505液位变送器口2505.0RF1505液位变送器口2505.0RF1505安全阀口11505.0RF图11排气口4100/图11引出口1450/图2引出口1600/图2检查口2500/图23.7.1 进料口液体进料管的设计应满足如下要求：液体不直接加到塔盘的鼓泡区。尽量使液体均匀分布。接管安装高度应不妨碍塔盘液体流动。液体内含有气体时，应该设法排除。管内的允许的流速一般不超过1.51.8m/s。常见的

23、液体进料管有直管进料管与弯管进料管，常用材料为碳素钢，壁厚可酌量减少，弯管结构能自由取出。对于物料清洁和轻微腐蚀的情况，可以不必采用可拆结构，直接与塔壁焊死即可。3.7.2 液相出口釜液从塔底出口管流出，在一定条件下，釜液会在出口管中心形成一个向下的漩涡流，使塔釜液面不稳定，且能带出气体。如果出口路口有泵，气体进入泵内，会影响泵的正常运转，故在釜液出口处都是应装设防涡流挡板。3.8 稳定塔的内部结构件3.8.1 塔盘结构该稳定塔共有25块塔盘，采用浮阀塔塔盘，双溢流型，由塔板、降液管、受液槽、溢流堰和气液接触组件等部件组成。如图3-2所示。浮阀塔塔盘上开有一定形状的阀孔，控制安装了可在适当范围

24、内上下浮动的阀片，因而可适应较大的气相负荷的变化，阀片的形状有圆形、矩形等。浮阀塔操作时气、液两相的流程与泡罩塔相似，蒸气从阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，然后以水平方向吹入液层，形成泡沫。浮阀能随着气速的增减在相当宽的气速范围内自由的升降，以保持塔内稳定的操作。图3-2 塔盘的结构图1降液管；2受液槽；3气液相接触组件（浮阀）；4入口溢流堰；5出口溢流堰。气液相接触组件该塔盘的气液相接触组件为浮阀。目前国内应用最为普遍的是F1型浮阀，分为轻阀和重阀两种。浮阀的阀片及三个阀腿是整体冲压的，阀片的周边还冲有三个下弯的小定距片。浮阀关闭阀孔时，它能使浮阀与塔板之间保留一小段间隙。同时，小定距片还

25、能保证阀片停在塔板上与其它点接触，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。浮阀的最大开度由阀腿的高度决定，一般为12.5mm。塔盘塔盘按照其塔径的大小及塔盘的结构特点可以分为整块式塔盘及分块式塔盘。当塔径DN800mm时，采用分块式塔盘，而当塔径DN700mm时宜采用整块式塔盘。该塔塔径DN=3000mm800mm，故采用分块式塔盘。对于直径较大的板式塔，为了便于制造、安装、检修，可以将塔盘分成数块。通过人孔送人塔内，装在焊于塔体内部的支撑件上。塔盘的分块，应结构简单，装拆方便，具有足够的刚性，且便于制造、安装和维修。为了便于塔内

26、清洗和维修，使人能进入各层塔盘，在塔盘连接中央处设置一块通道板。各层塔盘板上的通道板最好开在同一垂直位置上，以利于采光和拆卸。在塔体的不同高度处，通常开设有若干人孔，人可以从上方或下方进入。因此，通道板应为上、下均可拆的连接结构。塔盘板安放在焊接与塔壁的支撑圈上。塔盘板与支撑圈的连接用卡子，卡子由卡板、椭圆垫板、圆头螺钉及螺母组成。降液管降液管的结构形式可以分为圆形降液管和弓形降液管两类。圆形降液管通常用于液体负荷低或者塔径小的场合。弓形降液管用适用于大液量及大直径的塔，塔盘面积的利用率高，降液能力大，气液分离效果好。降液管的作用为：是液体从上层塔盘流到下层塔盘的通道；使气液相介质在降液管内充

27、分的传质传热，达到气液相介质充分分离；同时降液管底部与受液盘之间形成液封。降液管的尺寸主要取决于液相介质的流动状态及其停留时间。对于该塔而言，分块式塔盘的降液管，有垂直式和降液式。对于小直径或者负荷小的塔，可以选用垂直式塔盘；如果降液面积占塔盘总面积的比例超过12%以上时，应选用倾斜式降液管。一般取倾斜降液板的倾角为10°左右，使降液管下部的截面积为上部截面的55%60%，这样可以增加塔盘的有效面积。降液管与塔体的连接方式有可折式及焊接固定式两种。可折式弓形降液管有折边辅助梁，可以增加降液板的刚度，但组装不能调节。焊接固定式降液管的降液板，支撑圈和支撑板连接并焊于塔体上形成一塔盘固定

28、件，其优点是结构简单，制造方便。但不能对降液板进行校正调节，也不便于检修，适合于介质比较干净，不宜聚合，且直径较小的塔设备。受液盘为了保证降液管出口处的液封，在塔盘上设置受液盘，受液盘分为平型和凹形两种。受液盘的形式和性能直接影响到塔的侧线取出，降液管的液封和流体流入塔盘的均匀性。平型受液盘适用于无聊容易聚合的场合。因为可以避免在塔盘上形成死角，结构可分为可拆式和固定式。当液体通过降液管与受液盘的压力降大于25mm水柱，或使用倾斜式降液管时，应采用凹形受液盘，因为凹形受液盘对液体流动有缓冲作用，可降低塔盘入口处的液封高度，使液流平稳，有利于塔盘入口区更好地鼓泡。凹形受液盘的深度一般大于50mm

29、，但不超过塔盘间距的1/3，否则应该增大塔板间距。在塔或者塔段的最底层塔盘降液管末端应设置液封盘，以保证降液管出口的液封。液封盘上应该开设泪空以供停工时排液所用。溢流堰溢流堰根据它在塔盘上的位置可以分为入口溢流堰和出口溢流堰。当塔盘采用平型受液盘时，为保证降液管的液封，使液体均匀流入下层塔盘，并减少液流在水平方向上的冲击，故在液流进入断设置入口堰。而出口堰的作用是保持塔盘上液层的高度，并使流体均匀分布。3.8.2 导流槽为了是最后一层塔盘上流下来的流体顺着导流槽流到塔底，准确的进入排出管，并从排出管排除塔体，以防造成流体直接流到塔底造成液滴飞溅已经不能准确的流入排出管。3.8.3 防冲板在塔体

30、内为了防止进入塔体的流体直接冲刷塔板而引起塔板的振动失稳和腐蚀而设置的。3.8.4 塔釜隔板塔釜隔板与导流槽共同使用，使流体更加稳定，平缓的流到塔底，更加准确的流入排出管，使液相介质排出塔体。3.8.5 挡板本塔设备中的挡板置于重沸器返回口开孔处，使经过重沸器热交换后的液相介质与原塔内液相介质相隔开来，避免相互混合。并且与塔釜隔板配合使用，使流体顺着排出管流出塔体。3.9 塔内其它结构件3.9.1 爬梯踏步、笼梯及操作平台为了便于操作人员上下塔体，因此需要在裙座处设置爬梯踏步以及在塔体上设置笼梯。为了便于操作人员通过塔上人孔进出塔体，因此需要在每一个人孔以及塔顶处设置操作平台。该塔共5个人孔，

31、因此需要设置6个操作平台。3.9.2 加强圈由于该塔设备为外压容器，属于长圆通。因此可以再该塔体上加设加强圈，将长圆筒转化为短圆筒，可以有效减少计算长度，减小塔体厚度，提高塔体临界压力，提高塔体的稳定性。其设计的主要要求是确定加强圈的间距，截面尺寸及结构设计，保证其有足够的稳定性。3.9.3 支持板在塔底裙座底部的引出孔出设置引出管及引出孔加强管。引出管或者引出孔加强处应焊接支撑板予以支持，保证引出管及引出管加强管稳定，不会随着内部流体的流动而发生震动。3.9.4 除沫器在塔内操作气速较大时，会出现塔顶雾沫夹带，这不但造成物料的流失，也使塔的效率降低，同时还会造成环境的污染。为了避免这种情况，

32、需要在塔顶设置除沫装置，从而减小液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板除沫器以及旋流板除沫器。此外，还有多孔材料除沫器以及玻璃纤维除沫器。在分离要求不严格的情况下，也可以用干填料层作除沫器。3.10 塔设备的振动及预防3.10.1 塔设备的振动原因安装于室外的塔设备，在风力的作用下，将产生两个方向的振动。一种是顺风方向的振动，即振动方向沿着风的方向；另一种是逆风方向的振动，即振动方向沿着风的垂直方向，又称横向振动或风的诱导振动。因为它对塔设备的破坏较大，所以塔设备振动的主要原因是风的诱导振动。3.10.2 塔设备的防振如果塔设备产生共振，轻者

33、使塔体产生严重弯曲、倾斜，使塔板效率下降，影响塔设备的正常操作，重者使塔设备导致严重破坏，造成事故。因此，在塔的设计阶段就应该采取措施以防止共振的发生。防止塔体共振可以采取如下方法：增大塔的固有频率；采用扰流装置；增大塔的阻尼。4 塔设备的设计计算及强度校核4.1 设计数据及设计依据标准本塔设备的设计参数及数据见表31设计数据表。所依据的标准为GB150-2011压力容器和JB/T4710-2005钢制塔式容器。4.2 筒体的设计计算及强度校核4.2.1 筒体的设计计算及强度校核筒体的材料选取Q235-R，初选1636厚度段。该塔体设计温度为275。通过查阅GB150-2011压力容器得， t

34、=20=148MPa，t=275=103MPa，ReL=235MPa，腐蚀裕量C2=6mm，焊接接头系数。初选设计压力Pc=1.3MPa。筒体的计算厚度为：设计厚度名义厚度：厚度负偏差C1=-0.3mm即有效厚度强度校核：由于且，所以筒体I强度合格。水压试验校核：本校核属于水压试验校核，属于液压试验。对于液压试验，参数=1.25，最大工作压力为P=1.12MPa。所以：对于液压试验来说，强度校核，满足要求。筒体I水压试验强度合格。4.2.2 筒体的设计计算及强度校核筒体II的材料选取同筒体II，选取钢材Q235-R。选取与筒体I相同厚度段：1636厚度段。该塔体设计温度为275。通过查阅GB1

35、50-2011压力容器得， t=20=148MPa，t=275=103MPa，ReL=235MPa初选设计压力Pc=1.3MPa。筒体的计算厚度为：设计厚度名义厚度：厚度负偏差C1=0.25mm即有效厚度强度校核：由于且，所以筒体II强度合格。水压试验校核：本校核属于水压试验校核，属于液压试验。对于液压试验，=1.25，最大工作压力为P=1.12MPa。所以：对于液压试验来说，强度校核，满足要求。筒体II水压试验强度合格。4.3 封头的设计计算及强度校核4.3.1 上封头的设计计算及强度校核封头选取为标准椭圆形封头，选取钢材材料为Q235-R。初选厚度与筒体厚度相同的材料厚度段：1636mm。

36、该塔体的设计温度为275，即，t=20=148MPa，t=275=103MPa，ReL=235MPa计算压力选取为设计压力，即Pc=1.3MPa，最高工作压力为1.12MPa。设计厚度名义厚度：厚度负偏差C1=0.25mm即有效厚度强度校核：椭圆形封头的最大允许工作压力为：故上封头强度合格。查取相关标准：JB/T 4716-2002钢制压力容器封头可得封头尺寸，如表4-1和图4-1。表4-1 上封头尺寸表公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m319005004.06240.9687图4-1 封头尺寸图4.3.2 下封头的设计计算及强度校核封头选取为标准椭圆形封头，选取钢材材

37、料为Q235-R。初选厚度与上封头厚度相同的材料厚度段：1636mm。该塔体的设计温度为275，即，t=20=148MPa，t=275=103MPa，ReL=235MPa计算压力选取为设计压力，即Pc=1.3MPa，最高工作压力为1.12MPa。设计厚度名义厚度：厚度负偏差C1=0.25mm即有效厚度强度校核：椭圆形封头的最大允许工作压力为：故上封头强度合格。查取相关标准：JB/T 4716-2002钢制压力容器封头可得封头尺寸，如表4-2和图4-1。表4-2 上封头尺寸表公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m3300079010.13293.81704.4 塔体裙座的设计

38、计算4.4.1 裙座的选材及选型裙座选取材料为Q235-R，由于裙座不受压且在常温下工作，工作温度为20，故t=20=103MPa。DN=3000mm>1000mm，且：。故选用圆筒形裙座。4.4.2 裙座壳的外径及壳壁本塔体采用对接式焊接接头，裙座壳与相连塔壳封头的连接焊缝应采用全焊透连续焊。裙座壳外径值与相连塔壳封头的外径值相等。选取裙座壳外径为：Dos=3060mm，裙座内经Dis=3028mm。裙座壳的名义厚度：。其焊接端长度大于1.7.裙座的焊接结构尺寸见图4-2图4-2 裙座壳与塔壳的对接形式及尺寸4.4.3 排气孔 本塔设备具有保温层，故裙座的上部分应均匀设置排气管。排气管

39、的规格和数量见表4-3。排气管设置方式及尺寸见图4-3。表4-3 排气管的规格及数量表塔式容器内经Di排气管规格排气管数量排气管中心线至裙座熔断的距离H3000mm10844个220mm图4-3 裙座上部排气管的设置4.4.4 引出孔 塔式容器的底部的引出管一般需要伸出裙座外壳，引出孔的尺寸见图4-4。 对于塔底引出孔S-2，公称直径DN=450mm,引出管直径=273mm，壁厚9mm。根据JB/T 4710-2005钢制塔式容器。知加强管选用卷焊管，通过内插法得卷焊管直径为=423mm。 管焊管壁厚为： 。其结构尺寸可见图4-4。 其中间隙c为： 对于他侧引出孔S-3,，公称直径DN=600

40、mm，引出管直径=382mm。根据JB/T 4710-2005钢制塔式容器。知加强管选用卷焊管，其直径为: =d+150=382+150=532mm。 卷焊管壁厚为 。引出管为382，壁厚为2mm。图4-4 引出孔结构示意图4.4.5 检查孔 裙座检查孔采用圆形检查孔。 容器内径DI=3000mm，选取检查孔内径di=500mm，检查孔设置为两个，尺寸标准如图4-5。图4-5 检查孔尺寸图4.5 地脚螺栓座地脚螺栓座是指盖板，垫板和筋板的组合体。具体尺寸及结构简图见4.16。4.6 塔顶吊柱 塔顶吊柱的结构尺寸见图4-6及表4-4。吊柱为常温吊柱，温度。 参考标准为HG/T21639-2005

41、塔顶吊柱。表4-4 塔顶吊柱结构尺寸SLHReL质量（Kg）180042501250740250110359图4-6 塔顶吊柱结构尺寸图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吊钩；10封板；11支撑封头。4.7 塔式容器的质量计算 将整个塔体分为11段。其中裙座分为三段，在裙座大开口处分为一段，其余部分分为两段。上筒体分为一段，过渡段分为一段，下筒体均匀分为6段，并将各段的质量填入表4-5。分段图见图4-7。图4-7 塔体分段图塔壳质量m01：附属件质量ma：内构件质量m02：保温层质量m03：平台、附体质量m04:（笼梯单位质量40Kg/m，前说明部分以

42、确定平台个数为小径段2个，大径段4个）：物料质量m05（物料密度=700kg/m3，每块塔板存留介质高为100mm）：水压试验时质量mw：塔器操作质量m0：塔器的最大质量mmax（正常操作时）：塔器的最小质量mmin（停工检修时）：574.8 塔的基本自振周期的计算故选取T1=0.54s。4.9 地震力及地震弯矩的计算4.9.1 危险界面的选取将该塔器分为11段，并计算图4-7中塔体各危险界面处的地震弯矩。在塔位于各个振型时，在高度为hk处的集中质量mk所引起的水平地震力计算公式为：。其中：地震影响系数；基本阵型参与系数；距地面处的集中质量，；重力加速度，取。4.9.2 水平及垂直地震力的计算

43、设防震烈度为7级。0.1g，故可得：。由于：。该塔不考虑高振型影响。如上图对塔设备进行分段，视每段高度之间的质量为作用在该该段塔体高度1/2处的集中质量。高度为该点距离水平基准面的高度（取地面为水平基准面）。各段集中质量对该截面所引起的水平及垂直地震力列于表4-7。由于该塔的设防烈度为7级，故可不考虑垂直地震力。4.9.3 各截面地震弯矩的计算 计算危险截面的地震弯矩如下： 0-0截面的地震弯矩： I-I截面的地震弯矩： II-II截面的地震弯矩： III-III截面的地震弯矩： IV-IV截面的地震弯矩：故五个危险截面的地震弯矩为： 4.10 风载荷及风弯矩的计算4.10.1 塔型分段以及有

44、效迎风直径计算本塔工作地点为抚顺，为有密集建筑群的城市市区，故选取地面粗糙度类别为C。对塔设备进行分段。由于该塔高为33m，为10m以上塔设备。故该塔每10m分为一计算段。并将变径塔段分离开来，去最后一段为1900塔段。如图4-8所示。图4-8 塔体分段图本设计中笼式扶梯与塔顶管线布置呈180°。故选取。其中，塔体外径； 塔体保温层厚度；笼式扶梯当量宽度，取400mm； 操作平台当量宽度，取600mm ；塔顶管线外径； 管线保温层厚度。故将迎风面有效直径的计算列于下表。见表4-8。表4-8迎风面有效直径的计算塔段号123430603060306019440100100100表4-8

45、续表40040040040060060060060015015015015001001001004210461046103494如上表，各塔段的有效迎风面直径如下： 4.10.2 顺风向水平风力的计算 水平风力按下公式进行计算： ， 按照图4-8，塔体分段图，计算出四段塔设备的水平风力，并将各个计算过程以及计算结果列于下表4-9。表4-9 塔设备水平风力计算表塔段号1234塔段09.59.519.519.529.3529.3533体形系数K10.7脉动增大系数1.86基本风压50090.396 ()风压高度变化系数0.740.830.991.04脉动影响系数0.6400.7260.7550.8

46、08振型系数0.1240.460.861.00表4-9 续表风振系数1.201.752.253.15各段计算高度9.5109.853.65有效迎风面直径4.214.614.613.494水平风力12430.44623436.08735401.60214622.7044.10.3 风弯矩的计算如前图4-9，计算图中五个危险截面的风弯矩。 00截面的风弯矩： II截面的风弯矩： IIII截面的风弯矩： IIIIII截面的风弯矩： IVIV截面的风弯矩：，故不用考虑高振型，且该塔不用考虑塔式容器受风载荷时横风向共振时的风力和风弯矩。4.11 偏心弯矩该塔式容器无偏心质量，故不存在偏心弯矩，即。4.12 最大弯矩4.12.1 0-0截面的最大弯矩该截面为塔底截面，故该截面的最大弯矩为： 即，由地震弯矩控制。4.12.2 -截面的最大弯矩 即，由地震弯矩控制。4.12.3 -截面的最大弯矩 即，由地震弯矩控制。4.12.4 -截面的最大弯矩 即，由风弯矩控制。4.12.5 -截面的最大弯矩 即，由地震弯矩控制。 故5个危险截面的最大