钢制塔式容器

1、第九章 钢制塔式容器第一节 塔式容器结构【学习目标】 学习JB/T4710-2005钢制塔式容器，了解钢制塔式容器结构及制造、检验与验收要求。一、JB/T4710钢制塔式容器标准简介JB/T4710-2005钢制塔式容器标准规定了钢制塔式容器的设计、制造、检验与验收要求。该标准适用于设计压力不大于35MPa，高度H大于10m、且高度H与平均直径D之比大于5的裙座自支承钢制塔式容器。二、钢制塔式容器结构塔式容器结构示意图见图9-1。图9-1 塔式容器结构示意图1、塔体 塔体的塔壳及接管等元件的结构型式和要求应满足GB150的有关规定。2、裙座 裙座分为圆筒形和圆锥形两种型式。圆锥形裙座的半锥顶角

2、不宜超过15°，裙座壳的名义厚度不应小于6mm。3、裙座与塔壳的连接型式裙座和塔壳的连接可采用对接或搭接型式。图9-2 裙座壳与塔壳的对接型式图9-3 裙座壳与塔壳的搭接型式 采用对接型式时，裙座壳的外径宜与相连塔壳封头外径相等，裙座壳与相连塔壳封头的连接焊缝应采用全焊透连续焊。其焊接结构及尺寸见图9-2。 采用塔接型式时，搭接部位可在塔壳封头上，见图9-3a)、b)，也可在圆筒体上，见图9-3c)、d)。具体要求如下：a）当裙座壳与封头搭接时，搭接部位应位于封头的直边段。此搭接焊缝至封头与圆筒连接的环向连接焊缝距离宜在（1.73）ns范围内，但不得与该环向连接焊缝连成一体。b）当裙

3、座壳与圆筒搭接时，此搭接焊缝至封头与圆筒连接的环向连接焊缝距离不应小于1.7n，封头的环向连接焊缝应磨平，且应按JB/T4730要求100%无损检测合格。c）搭接接头的角焊缝应填满。4、当塔壳封头由多块板拼接制成时，拼接焊缝处的裙座壳宜开缺口，缺口型式及尺寸见图9-4和表9-1。图9-4 裙座壳开缺口型式5、排气孔、排气管和隔气圈 无保温（保冷、防火）层的裙座上部应均匀设置排气孔，排气孔规格和数量按表9-2规定。当裙座上部有图9-4所示缺口时，可不开设排气孔。 有保温（保冷、防火）层的裙座上部应如图9-5所示均匀设置排气管，排气管规格和数量按表9-3规定。图9-5 裙座上部排气孔的设置 当塔式

4、容器下封头的设计温度大于或等于400时，在裙座上部靠近封头处应设置隔气圈，隔气圈分为可拆（见图9-6）和不可拆（见图9-7）两种。 图9-6 可拆式隔气圈结构示意图图 图9-7 不可拆式隔气圈结构示意图6、引出孔塔式容器底部引出管一般需伸出裙座壳外，如图9-8所示。引出孔尺寸参见表9-4。引出管或引出孔加强管上应焊支承板支承（当介质温度低于-20时，宜采用木垫），且应预留有间隙C，以满足热膨胀的需要。图9-8 引出孔结构示意图7、检查孔裙座应开设检查孔，检查孔分为圆形和长圆形两种，其尺寸参见表9-5。引出孔和检查孔的加强管与裙座壳的连接应采用全焊透结构。8、地脚螺栓座地脚螺栓座是指盖板、垫板和

5、筋板的组合体，结构参见图9-9a）、b）。 盖板宜采用分块结构，需要时也可连成环板。 盖板上设置垫板时，应在现场吊装就位后将盖板与垫板焊牢。（a）（b）图9-9 地脚螺栓座结构示意图9、吊柱及吊耳 吊柱根据需要，可在塔顶设置吊柱。 吊耳塔式容器需设置吊耳时，吊耳的结构、位置及数量应按吊装方式及塔式容器的质量强确定，且考虑壳体的局部应力。三、制造、检验与验收图9-10 塔式容器外形尺寸偏差图1、JB/T4710标准规定了塔式容器的外形尺寸偏差和分片、分段交货的塔式容器的技术要求，有关制造、检验和验收的其他要求应符合GB150的严格规定。2、外形尺寸偏差应符合图9-10和表9-6的规定。3、需进行

6、整体热处理的塔式容器，连接件（如梯子、平台连接件、保温圈、防火层固定件、吊耳等）与塔壳的焊接应在热处理前完成，热处理后不得在塔壳上施焊。4、符合下列条件之一的焊接接头应做磁粉或渗透检测，合格级别应按GB150受压元件的规定。a）塔壳材料标准抗拉强度Rm540MPa时，裙座与塔壳之间的焊接接头；b）吊耳与塔壳之间的焊接接头；c）其他连接件与塔壳之间需做局部应力校核计算的焊接接头。5、分段、分片交货的塔式容器 分段交货的塔式容器，制造厂应对其进行预组装，组装后的外形尺寸偏差应符合第2条的规定。 现场组焊的对接接头坡口应由制造厂加工、检验、清理，并在坡口表面及内、外边缘50mm的范围内涂可焊性防锈涂

7、料。 与分段处相邻塔盘的支持圈和降液板应在制造厂点焊，以便于现场组装。 制造厂应采取加固支承措施以防止分段筒体在运输中变形。 现场组装的焊接接头如需要热处理，因在图样中注明。四、释义钢制塔式容器由塔体和裙座两部分组成，两者之间采用焊接结构连接成一个整体。裙座是非标准支座，其强度和结构需要按JB/T4710标准设计。不锈钢材质的塔器与碳钢、低合金钢材料制造的裙座不能直接相焊，应当在裙座上设置与塔器材料一致的过渡短节。JB/T4710标准中没有关于塔板等附件的设计内容，涉及塔板及附件设计时，要参考相关化工设备设计手册。第二节 塔式容器载荷计算【学习目标】 学习JB/T4710-2005钢制塔式容器

8、，了解钢制塔式容器各项载荷计算及应力计算。一、塔式容器载荷塔式容器各种载荷示意图见图9-11。1、质量载荷塔式容器操作质量： 塔式容器的最大质量： 塔式容器的最小质量： 注：系焊在塔壳上的内件质量，如塔盘支持圈、降液板等。当空塔吊装时，如未装保温层、平台和扶梯，则式（9-3）中不计和。2、地震载荷（1）水平地震力任意高度处的集中载荷mk引起的基本振型水平地震力应按式（9-4）计算： （2）垂直地震力设防烈度为8度或9度区的塔式容器应考虑上下两个方向垂直地震力作用，塔式容器底截面处总的垂直地震力应按式（9-5）计算： （3）地震弯矩塔式容器任意计算截面I-I的基本振型地震弯矩按式（9-6）计算：

9、 对于等直径、等厚度塔式容器的任意截面I-I和底截面0-0的基本振型地震弯矩分别按式（9-7）和式（9-8）计算： （4）当塔式容器H/D15，且H20m时，还应考虑高振型的影响，可参见附录B（JB/T4710资料性附录）。图9-12 地震影响系数曲线表9-7 对应于设防烈度值设防烈度789设计基本地震加速度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g地震影响系数最大值0.080.120.160.240.32表9-8 各类场地土的特征周期值设计地震分组场地土类别第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90注：场地土类型划分及设

10、计地震分组见GB50011-2001建筑抗震设计规范。3、风载荷风弯矩计算图见图9-13。图9-13 风弯矩计算图（1）每计算段的水平风力按式（9-9）计算：顺风向水平风力：. . . 当笼式扶梯与塔顶管线布置成180°时，各计算段有效直径按（9-10）计算： 当笼式扶梯与塔顶管线布置成90°时，各计算段有效直径取下列式中较大者： （2）风弯矩塔式容器任意计算截面I-I处的风弯矩应按式（9-13）计算: 塔式容器底截面0-0处的风弯矩应按式（9-14）计算： 当H/D15，且H30m时，还应按附录A（JB/T4710规范性附录）计算横风向风振。计算风载荷时，要确定该塔器所在

11、地区的基本风压值，可查阅GB50009-2001建筑结构荷载规范。全国省会城市的50年一遇风压（KN/m2）北京天津上海重庆石家庄太原呼和浩特沈阳长春n=10米0.300.300.400.250.250.300.350.400.45哈尔滨济南南京杭州合肥南昌福州西安兰州n=10米0.350.350.250.300.250.300.400.250.20银川西宁郑州武汉长沙广州乌鲁木齐南宁海口n=10米0.400.250.300.250.250.300.400.250.45成都贵阳昆明拉萨台北香港澳门n=10米0.200.200.200.200.400.800.754、偏心弯矩偏心质量引起的弯矩应

12、按式（9-15）计算： 公式中：偏心质量，Kg；偏心质点重心至塔式容器中心线的距离，mm；偏心质量引起的弯矩，N.mm；二、塔式容器自振周期将直径、厚度或材料沿高度变化的塔式容器视为一个多质点体系,如图9-14所示。其基本自振周期按式（9-16）计算。其中直径和厚度不变的每段塔式容器质量，可处理为作用在该段高度1/2处的集中载荷。图9-14 多质点体系示意图基本自振周期： 直径、厚度相等的塔式容器其基本自振周期应按式（9-17）计算： 直径、厚度相等塔式容器的第二振型与第三振型自振周期可分别近似取,，对直径、厚度或材料沿高度变化的塔式容器高振型自振周期可按附录B（JB/T4710资料性附录）计

13、算。三、最大弯矩组合塔式容器任意计算截面I-I处的最大弯矩应按式（9-18）计算：取其中较大值 塔式容器底截面0-0处的最大弯矩应按式（9-19）计算：取其中较大值 当塔式容器H/D15，且H30m时，最大弯矩按附录A（JB/T4710规范性附录）四、释义塔式容器属于高耸结构，它承受的载荷除压力、温度载荷外，尚有风载荷、地震载荷、质量载荷和偏心载荷等。在压力较低时（包括内压或外压），风载荷或地震载荷就成为塔器安全运行的主要载荷。塔器的高度越高，高度与直径之比越大，由风载荷或地震载荷引起的壳体弯曲应力越大。计算塔器的自振周期时，规定塔器为底部固定的悬臂梁，其振动形式为剪切或弯曲振动，亦可剪、弯联

14、合振动。自振周期分为一阶振型（基本振型自振周期T1）和高阶振型（第二振型自振周期T2与第三振型自振周期T3）。计算地震载荷时，当塔式容器H/D15，且H20m时，要考虑高阶振型的影响，其他塔器只考虑基本振型自振周期。计算风载荷时，当塔式容器H/D15，且H30m时，要考虑塔式容器横风向共振的影响。根据地震载荷或风载荷计算的需要，对塔器选取若干计算截面（包括所有危险截面）。危险截面系指需进行应力校核的截面。对于等直径等厚度的塔器，危险截面通常选定三个截面： 裙座壳底部截面0-0； 裙座壳检查孔或较大管线引出孔截面h-h（-）； 裙座与塔壳的对接（搭接）焊缝截面J-J（-）。选取计算截面时首先确定

15、每个危险截面的高度，然后将塔体沿高度均匀分成若干段，视每段高度之间的质量为作用在该段高度1/2处的集中质量。第三节 应力计算与校核【学习目标】 学习JB/T4710-2005钢制塔式容器，了解钢制塔式容器各项载荷计算及应力计算。一、圆筒形塔壳轴向应力校核1、圆筒轴向应力圆筒任意计算截面I-I处的轴向应力应分别按式（9-20）、式（9-21）、式（9-22）计算：由内压或外压引起的轴向应力： 其中计算压力取绝对值。操作或非操作时重力及垂直地震力引起的轴向应力： 其中仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。弯矩引起的轴向应力： 2、圆筒稳定校核圆筒许用轴向压应力应按式（9-23）确定：取其中较小

16、值 圆筒最大组合压应力应按式（9-24）或式（9-25）计算：对内压容器： 对外压容器： 3、圆筒拉应力校核圆筒最大组合拉应力应按式（9-26）或式（9-27）计算：对内压容器： 对外压容器： 4、如不能满足2和3条件时，应重新设定有效厚度，重复上述计算，直至满足要求。二、压力试验时的应力校核1、圆筒应力试验压力引起的周向应力及校核应按JB/T4710标准的规定。对选定的各计算截面轴向应力应按式（9-28）、式（9-29）和式（9-30）计算：试验压力引起的轴向应力： 重力引起的轴向应力： 式中：液压试验时，计算截面I-I以上的质量（只计入塔壳、内构件、偏心质量、保温层、扶梯及平台质量），Kg

17、。弯矩引起的轴向应力： 2、应力校核压力试验时，圆筒及锥壳材料的许用轴向压应力应按式（9-31）确定：取其中较小值 压力试验时，圆筒及锥壳的最大组合轴向应力应按式（9-32）、式（9-33）和式（9-34）校核。a)轴向拉应力液压试验时： 气压试验时： b)轴向压应力 公式中：K载荷组合系数，K=1.2；B按本标准（JB/T4710）计算出的值，MPa；材料屈服强度，MPa；三、裙座壳轴向应力校核1、裙座壳底截面裙座壳底截面的组合应力应按式（9-35）和式（9-36）校核：取其中的小值 其中仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。取其中的小值 2、裙座壳检查孔或较大管线引出孔裙座壳检查孔或较

18、大管线引出孔（见图9-15）h-h截面。图9-15 裙座壳检查孔或较大管线引出孔h-h截面示意图裙座壳检查孔或较大管线引出孔h-h截面处组合应力应按式（9-37）和式（9-38）校核：取其中的小值 其中仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。取其中的小值 如不能满足上述条件时，应重新设定裙座壳有效厚度，重复上述计算，直至满足要求。四、地脚螺栓座1、基础环设计a)基础环内、外径（见图9-16、图9-17）应按式（9-39）、式（9-40）选取。(160400) (160400) 图9-16 无筋板基础环图9-17 有筋板基础环b)基础环厚度在无筋板时应按式（9-41）计算，在有筋板时应按式（9

19、-42）计算。 式中:取其中较大值。其中仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。2、地脚螺栓地脚螺栓承受的最大拉应力应按式（9-43）计算：取其中较大值 当时，塔式容器自身稳定，但为固定塔式容器位置，应设置一定数量的地脚螺栓。当时，塔式容器应设置地脚螺栓。地脚螺栓的螺纹小径应按式（9-44）计算： 3、筋板筋板的压应力应按式（9-45）计算：筋板的许用压应力应按式（9-46）或式（9-47）计算：图9-18 地脚螺栓座尺寸 当时： 式中:。当时： 筋板的压应力应满足。4、盖板（1）分块盖板分块盖板最大应力应按式（9-48）或式（9-49）计算：无垫板时： 有垫板时： （2）环形盖板环形盖板的最大应力应按式（9-50）或式（9-51）计算：无垫板时： 有垫板时： 盖板最大应力应等于或小于盖板材料的许用