讲稿-塔式容器XXXX

1、20111年江苏苏省D类类压力容容器设计计人员培培训班JB / T 4711020005 标标准学习习塔式容容器0. 塔式容容器简介介0.1 塔式式容器在在工艺上上的作用用： 塔式式容器是是直立设设备中的的一种，它可使使气液或或液液两两相之间间进行紧紧密接触触，达到到传质及及传热的的目的。在化工工、炼油油、医药药、石化化、轻纺纺、石油油天然气气等行业业的蒸馏馏、吸收收、解吸吸、萃取取及气体体的洗涤涤、冷却却、增湿湿、干燥燥的单元元操作中中得到广广泛的应应用，是是生产中中最重要要的设备备之一。 0.22 塔塔式容器器的主要要特点是是：体型高，长宽比比大，荷荷载重，塔身除除了承受受压力载载荷、温温

2、度载荷荷外，还还承受风风载荷、地震载载荷和重重量载荷荷。塔式式容器的的支座通通常为裙裙式支座座，塔式式的整个个重量都都是由裙裙座支承承。地脚脚螺栓又又将裙座座固定在在基础上上。对于于直径较较小的塔塔式容器器也有采采用耳座座、圈座座等支承承方式。也有由由操作平平台连成成一体的的塔群或或排塔。 0.33 塔塔式容器器的种类类： 从结结构考虑虑：等直直径等壁壁厚塔；等直径径不同壁壁厚塔；变径塔塔等。 从塔塔内件考考虑：空空塔；填填料塔；板式塔塔等。0.4 塔式式容器设设计的有有关参考考标准规规范： 1. GBB500011-20001建建筑抗震震设计规规范2. GB5500009-220011建筑筑

3、结构载载荷规范范3. SH 30998-220000 石石油化工工塔器设设计规范范4. SH 30448-119999 石石油化工工钢制设设备抗震震设计规规范5. HG 206652-19998 塔器器设计技技术规定定0.5 关于于JB/T 447100-20005：1. 替替代 JJB 447100-20000（实际替替代 JJB 447100-19992)；2. 与与 GBB 1550-119988 相关关内容一一致；3. 建建筑结构构载荷、抗震设设计规范范的更新新； GB5500111-220011建筑筑抗震设设计规范范GBJJ11GB5000099-20001建筑结结构载荷荷规范GBJ

4、J17 4. 计算方方法、设设计方法法的进步步；如横横向风的的风振计计算等； 一、总则则：1.适用用范围适用于：（1）设设计应力力不大于于35MMpa, （2） H /D5，且高高度H10mm;（3）裙裙座自支支承的塔塔式容器器。 H总高高（指塔塔顶封头头切线至至裙座底底部的距距离）； D塔壳的的公称直直径。对不等直直径塔式式容器：取各段段公称直直径的加加权平均均值适用范范围是考考虑下述述因素制制定的： aa. 塔塔式容器器振动时时只作平平面弯曲曲振动； bb. 高高度小的的塔式容容器截面面的弯曲曲应力小小，计算算壁厚取取决于压压力载荷荷或最小小厚度。 c. 塔式容容器必须须是自支支承的。有牵

5、引装装置的塔塔式容器器、由操操作平台台连成一一体的排排塔或者者塔群、带有夹夹套的塔塔式容器器不适用用本标准准（不适适用范围围）说明：塔式容容器属于于高耸结结构，其其承受的的载荷除除考虑设设计压力力与设计计温度一一起作为为载荷条条件外，还要考考虑风载载荷、地地震载荷荷、重量量载荷、偏心载载荷等的的作用。由于以以上诸多多载荷的的存在，塔式容容器的计计算方法法也不同同于一般般的压力力容器。高塔在在压力较较低时，风载荷荷、地震震载荷决决定了塔塔器的壁壁厚；而而低矮的的塔器的的壁厚大大多数取取决于压压力载荷荷和最小小壁厚。裙座自支支承是指指由裙座座支承在在基础上上的独立立塔器，塔与塔塔之间，塔与框框架之

6、间间毫无关关连。这这也使计计算自振振特性时时得以方方便。由于风风载荷和和地震载载荷的计计算都是是动力计计算，在在作动力力计算时时，可视视塔器为为一底端端固定的的悬臂梁梁。其振振动形式式为剪切切振动或或弯曲振振动，有有时也可可为 剪剪、弯联联合振动动。当HH/D4时，以剪切切振动为为主；44H/D10时时为剪、弯联合合振动；10220); 22）塔釜釜为低温温操作的的塔式容容器； 33）裙座座与下封封头焊缝缝可能产产生热疲疲劳时； 44）裙座座名义厚厚度8mmm时。（2） 搭接： 分为为搭接在在封头与与搭接在在筒体上上两种。 搭接接在封头头时，应应位于直直边段； 搭接接在筒体体上时，环焊缝缝需磨

7、平平，且1100无损检检测； 搭接接接头距距环焊缝缝不少于于1.77倍筒体体壁厚；角焊缝缝应填满满。3.封头头拼接焊焊缝处的的缺口: 当当塔壳封封头由多多块钢板板拼接制制成时，拼接焊焊缝处的的裙座壳壳应开缺缺口， 如图图所示。 （尺尺寸见表表733） 按封封头厚度度 R = 335770mmm;厚度度大于338mmm，R = 22倍封头头厚度 4.隔气圈圈 当塔塔式容器器下封头头的设计计温度大大于或等等于4000时，应应设置隔隔气圈。 隔气气圈结构构见图77-6、图7-7； 隔气气圈至封封头切线线的尺寸寸 L可可参照标标准释义义表3-1。 隔气气圈作用用： 空气气隔离，缓解了了焊缝处处温差应应

8、力过高高， 或或温差变变化过大大的情况况，避免免裙座与与塔壳的的连接焊焊缝处产产生较大大的温差差应力，造成破破坏。 。5.裙座座上部排排气孔、排气管管 裙座座上部应应均匀设设置排气气孔；当裙座与与封头拼拼接焊缝缝处有缺缺口时，可不设设 裙座座有保温温或防火火层时，应设置置排气管管。 规格格、数量量及尺寸寸见表774、表75。6. 地地脚螺栓栓座 （1）结构11： 由由基础环环、筋板板、盖板板和垫板板组成，结构如如图所示示，该结构构适用于于予埋地地脚螺栓栓和非予予埋地脚脚螺栓的的情况。尺寸可可参照标标准释义义表3-2。（2）结结构2：中央央地脚螺螺栓座结结构， 地脚脚螺栓中中心圆直直径小，用于地

9、地脚螺栓栓数量较较少，需需予埋。对塔高高较小的的塔式容容器，地地脚螺栓栓座可简简化成单单环板结结构。优点：结结构简单单；缺点：地地脚螺栓栓座整体体强度不不足。 尺寸寸可参照照标准释释义表33-3。7. 壳壳体、裙裙座上要要考虑的的其他结结构 检查查孔分圆形形和长圆圆形两种种；（77.7） 引出出孔引出管管、加强强管及支支承板；（7.6） 排净净孔 保温温支撑圈圈 裙座座过渡段段裙座座与封头头连接部部分材料料与封头头相同（封头材材料为低低温用钢钢、不锈锈钢、铬铬钼钢以以及高温温、低温温时，可可参见有有关标准准）8. 吊吊柱及吊吊耳： （1）吊柱：根据需需要，可可在塔顶顶设置吊吊柱。（7.99.1

10、） 目的的：为方方便的安安装和拆拆卸内件件、填料料等； 吊柱柱选用的的标准：HG/T 2216339塔塔顶吊柱柱； 安装装位置：应满足足吊柱中中心线与与人孔中中心线有有合适的的夹角。 （22）吊耳耳：吊耳耳的结构构、位置置及数量量应按吊吊装方式式和塔式式容器的的质量确确定。（7.99.2） 目的的：整体体吊装； 吊耳耳选用的的标准， HGGT 2215774-220088 ； 计算算：吊耳耳计算、壳体局局部应力力计算等等。三、计算算： 1.计算内内容： （11） 塔塔式容器器的计算算：自振周期期 地地震载荷荷水平平地震力力和垂直直地震力力； 风风载荷顺风风向风振振和横风风向风振振； 塔的挠度度

11、计算等等四部分分。 自振振周期用用作地震震载荷计计算； 地震震载荷、风载荷荷用作截截面弯矩矩计算； （22）应力力校核： 壳体轴轴向应力力校核； 裙座壳壳轴向应应力校核核； 地脚螺螺栓座计计算； 裙座与与塔壳连连接焊缝缝校核； 塔体法法兰当量量设计压压力等。 除除JB/T 447100 中的的计算外外，还需需要： 按GBB1500进行的的筒体、封头、开孔补补强计算算等； 局部应应力计算算； 填料支支撑粱、栅板等等强度计计算等。（2）计计算时所所需准备备计算条条件： 11）工艺艺必要的的给定条条件 22）塔设设备设置置地区的的自然条条件 地震震设防烈烈度只考虑虑799度； 设计地地震加速速度对应

12、00.10.44g； 设计地地震分组组分一一、二、三组；可按GBB500011-20001建建筑抗震震设计规规范 场地土土类别分、四类； 基本本风压值值可按GBB500009-20001建建筑结构构载荷规规范基本风压压值取所所在地110m高高度500年一遇遇10mmin最最大平均均风速为为基本风风速；基基本风压压值计算算公式：地面粗糙糙度分A、B、C、D四类； 3）塔体的的设计压压力、设设计温度度，塔体体（包括括封头）材料及及厚度附附加量，裙座材材料及厚厚度附加加量，塔塔壳焊接接接头系系数，塔塔体与裙裙座的焊焊接结构构等； 4）计算需需要的质质量（最最小、操操作及最最大重量量）； 5）确确定危

13、险险截面位位置；一一般来说说，危险险截面为为： a. 塔器器裙座底底截面。 b. 裙座座上开设设人孔、引出管管孔的中中心位置置截面。 c. 塔器器筒体与与裙座对对接焊缝缝（或搭搭接）处处截面。 d. 塔体体等直径径筒节上上筒体壁壁厚变化化处截面面。 e. 塔体体筒体直直径变化化的截面面。6）对塔塔体进行行分段： 在作自自振周期期、地震震载荷计计算中分分段与质质量的不不均匀变变化有关关；作风载荷荷计算时时分段方方法可不不同于前前者，分分段越多多，就越越接近于于实际的的风载荷荷分布情情况，塔塔体分段段原则为为： a. 危险截截面处必必须分段段； b. 每一段段几何形形状没有有突变，每一段段应是一一

14、个几何何连续体体。如直直径、壁壁厚相等等的圆筒筒，半顶顶角不变变的锥壳壳。 c. 每一段段的刚度度连续，即要求求分段的的壳体厚厚度相等等。 d. 每一段段质量分分布没有有突变，如筒体体中有一一定液位位，气液液分界面面必须分分开。2. 自自振周期期（1） 名词术术语： 自自由度：指振动动过程中中任何瞬瞬时都触触完全确确定系统统在空间间的几何何位置所所需的独独立坐标标数目。 振振型： 振动动时任何何瞬间各各点位移移之间的的相对比比值，即即整个体体系具有有的确定定的振动动形态。一般取取前三个个振型，如下图图所示。 自自振周期期： 设设备以某某固有频频率作自自由振动动时的振振动周期期称为自自振周期期。

15、（2） 模型的的简化： 简化化成一端端自由、一端固固定的臂臂梁，做做平面弯弯曲振动动，对等等直径、等壁厚厚的塔式式容器，按弹性性连续体体公式计计算。不不等直径径或不等等壁厚的的塔式容容器按多多自由度度体系进进行计算算，方法法： a) 首先将将各段的的分布质质量聚缩缩成集中中质量； b) 利用机机械触守守恒定律律，并近近似地给给出振型型函数，即可得得到自振振周期公公式， c) 一般仅仅限于基基本振型型，原因因：二、三振型型函数难难以确定定。（3）高高振型计计算：（标准规规定H/D115,且且H220m时时） 按附附录B计计算，对对等直径径、等壁壁厚的塔塔式容器器，可近近似取： T2=1/66T1

16、 T3=1/118T1 （4） 自振周周期的计计算：对等直直径、等等壁厚的的塔式容容器解析法计计算中把把塔视为为质量均均匀的悬悬壁梁作作无阻尼尼自由振振动，单单自由度度体系的的自振周周期 m 质点点的质量量； y顶端作作用单位位力时的的挠度，为体系系的柔度度，对塔塔式容器器：带入上式式得出等等直径等等厚度的的塔式容容器自振振周期公公式（85）自振周期期值随设设备的质质量和高高度增加加而增大大 对于于直径、厚度或或材料沿沿高度变变化的塔塔式容器器视为一一个多质质点体系系。 其其基本自自振周期期式：其中截面面惯性矩矩：圆筒段圆锥段3. 地地震载荷荷计算： （1）水平地地震力计计算：计算公式式（86

17、）1为地地震影响响系数，设计时时可利用用反应谱谱曲线查查取；1k振振型参与与系数；mk质点点质量；g重力加加速度；系数：衰衰减系数数斜率调整整系数阻尼调整整系数 地震震载荷设设计参数数： （1）地地震设防防烈度： 烈烈度某一地地区地面面各类结结构物和和建筑物物宏观破破坏程度度。 基基本烈度度指在在一定期期限内，一个地地区可能能普遍遭遭遇到的的最大烈烈度，目目前为550年超超越概率率为100%的烈烈度。 设设防烈度度按国国家规定定的权限限批准作作为一个个地区抗抗震设防防依据的的地震烈烈度。 （2）设设计地震震加速度度：地震时地地面运动动的加速速度 （3）设设计地震震分组：表征地震震震级及及震中距

18、距影响与与场地特特征周期期与峰值值加速度度有关的的参量。 （4）场场地土类类别： 抗震震设防目目标：当遭遇遇到多遇遇地震时时，塔式式容器处处于正常常使用状状态（工工作状态态是弹性性状态）；遭遇到到相当于于基本烈烈度时，结构进进入弹塑塑状态;遭遇到到罕遇地地震时，应能够够控制其其变形，避免倒倒塌 。（2） 垂直地地震力计计算： 任意意质量处处的垂直直地震力力 任意意计算截截面的垂垂直地震震力 在设设防烈度度为八度度和九度度地区应应考虑垂垂直地震震力作用用（2） 垂直地地震力计计算： 塔式式容器底底截面处处总的垂垂直地震震力 垂直直地震影影响系数数 塔式式容器当当量质量量（3） 地震弯弯矩：任意计

19、计算截面面基本振振型的地地震弯 高振振型塔式式容器任任意计算算截面的的地震组组合弯矩矩 （ H / D 155，且高高度大于于等于220m时时）。3. 风风载荷计计算：（1）顺顺风向水水平风力力的计算算计算公式式（8117）体型系系数 风风作用在在物体表表面上所所引起的的实际压压力与风风速度压压的比值值 对对圆截面面K1=00.7，平面KK1=11.4风振系系数基本风风压值风压当风以以一定速速度运动动时，垂垂直于风风向的平平面上所所有受到到的压力力。 基基本风压压风载载荷的基基准压力力，按我我国荷载载规范规规定为十十米高度度处五十十年一遇遇十分钟钟的最大大平均风风速，再再考虑空空气密度度按公式

20、式计算得得出；标标准规定定：风压高高度变化化系数任意高度度处风压压与100米高度处处的风压压之比，与高度度和地面面粗糙度度有关：地面粗糙糙度风在到到达结构构以前吹吹越过22公里范范围内的的地面时时，描述述地面上上不规则则障碍分分布状况况等级与风振振有关的的系数顺向风水水平风力力的计算算公式：其中第一一项为平平均风压压的静力力作用；第二项为为脉动风风压的动动力作用用；两项合并并后，令令 形成成（817）脉动增大大系数脉动动风作用用产生的的振幅与与脉动载载荷以静静力方式式作用产产生位移移之比；（表884）式中： 脉动动影响系系数反映脉脉动风压压沿高度度变化及及其空间间相关性性系数，与高度度和地面面

21、粗糙度度类别有有关； 振型型系数与计计算截面面距地面面高度和和塔总高高有关的的系数；计算段段有效直直径 当当笼式扶扶梯与塔塔顶管线线成1880o时时： 当当笼式扶扶梯与塔塔顶管线线成900o时：取大值值（2） 横风向向风振计计算（附附录A） 当HH/D15且H30mm时，还还应计算算横风向向风振。（8.5.33） 横风风向风振振产生原原因 气气流绕过过圆截面面柱体时时，压强强和速度度产生变变化， 形成成卡曼涡涡街效应应，并给给柱体一一个横向向推力，使柱 体沿沿垂直于于风的流流动方向向上产生生振动。 计算算步骤 1）计计算临界界风速（塔共振振时的风风速）计算塔顶顶设计风风速 2）判别是是否产生生

22、共振 vvc1 不需需考虑塔塔器共振振 vc11vvc2 必须须考虑第第一振型型振动 vvc2 考虑虑第一、二振型型振动。 33）计算算塔体共共振时横横风向塔塔顶振幅幅和塔体体弯矩（3） 风弯矩矩 顺风风向水平平风力产产生的计计算截面面弯矩 塔体体共振时时组合风风弯矩（A.66）取大值4、最大大弯矩计计算：四、应力力校核（设计）1. 圆圆筒形塔塔体轴向向应力校校核 轴向向应力由内压或或外压引引起由重力及及垂直地地震力引引起由弯矩引引起的轴轴向应力力 最大大组合拉拉应力 内压容容器 外压容容器 最大大组合压压应力内压容器器外压容器器许用轴向向压应力力 注：11. 计计算压力力取绝对对值； 2.

23、垂直直地震力力仅在最最大弯矩矩为地震震弯矩计计入； 3. 圆锥锥形筒体体计算与与圆筒相相似，考考虑coos。 2. 压力力试验时时的应力力校核 圆筒筒应力由试验压压力引起起 由重力力引起由弯矩引引起 轴向向拉应力力 液压试试验时 气压试试验时 轴向向压应力力 许用用轴向压压应力3.裙座座壳轴向向应力校校核（1）裙裙座壳底底截面的的应力操作工况况：液压试验验：（2）裙裙座壳检检查孔截截面操作工况况：液压试验验工况：4.地脚脚螺栓座座应力校校核（1）计计算元件件基础环（无筋板板、有筋筋板）筋板盖板（分分块、环环形）地脚螺栓栓（2）基基础板的的计算由重力和和弯矩共共同引起起的压应应力；承压面积积、厚

24、度度；混凝土的的压应力力；（88.122.1）（3）地地脚螺栓栓地脚螺栓栓承受的的最大拉拉应力拉应力小小于等于于0，地脚脚螺栓起起固定作作用；拉应力大大于0，应校校核数量量、根径径；（4）筋筋板 按按压杆计计算； （55）盖板板 螺螺栓力作作用下的的 受受弯曲载载荷的板板；5. 裙裙座与塔塔壳焊缝缝的应力力校核 搭接接焊缝的的剪应力力 对接接焊缝的的拉应力力 6. 塔体连连接法兰兰的当量量压力7、塔顶顶挠度计计算：（附录CC） 计算算方法： 等直直径且等等壁厚 等等直径不不等壁厚厚 不不等直径径不等壁壁厚 挠度度的控制制值：JB/TT 47710 : 按按工程设设计要求求确定； SH 30998、HHG 2206552: DDN10000mmm时，YYDH/1100;10000mm220000mm时时，YDDH/2200；美国埃索索公司 H/1600伯克托公公司 H/1170美国科学学设计公公司、凯凯洛格公公司 H/2000西德伍德德公司填填料塔 HH/1000 板式式塔 H