精馏塔强度计算实例

精馏塔筒体和裙座壁厚计算选用16MnR9-4得：[]t

，100%无损探伤检查，焊接接头系数1.00，则由筒体的计算厚度为：t pDt

0.111823002cipc

0.76(mm)217010.11181n查《化工设备机械根底》表9-10得C 0.8mm，加上壁厚附加量C=2mm，并圆整，还考虑刚度、稳定性及多种载荷等因素，取筒体、封头和裙座的名义厚度Sn为8mm，则1ne有效厚度 e应力校核：

C82m〕承受水压试验，试验压力为

170pT

1.250.1118t 170

0.1〔MPa〕压力试验时的薄膜应力 T i e T 2故T

e0.142300626

26.9(MPa)查表9-4，16MnR的 345MPas故0.9s

0.91345310.5(MPa)＞26.9MPaT所以满足水压试验要求。封头承受标准椭圆封头精馏塔塔的质量载荷计算塔壳和裙座的质量圆筒质量塔体圆筒总高度Z8mm D2-D21

Z 2.31622.30024

137.851035916.55kg封头质量查的DN23008mm251kg，则m22512502kg裙座质量圆筒裙座尺寸Dis

2300mm，Dos

2316mm。π m D3 4

2-D2His s 钢 2.31222.3227.85103682kg4mmmm3640.955026824825kg01 1 2 3塔内构件质量175.59kgm175.59152633.9kg02人孔、法兰、接收与附属物质量m0.25m0.2548251206.3kga 01保温材料质量m为封头保温层质量，查《化工工艺设计手册》选用硅酸钙制品，厚度为150mm03πm D03 4

s

2D0

2H0

2m032.31620.1522.31621330020.5870.3983004643.20kg4 平、扶梯质量 m πD04 4

2s

2B2-D0

2s

21nq2

qHF F1 2.31620.120.922.31620.2 2215040124 23376.1kg式中：q 平台单位质量，为150kg/m2；PH 12m；Fq 笼式扶梯的单位质量，为40kg/m；Fn 平台数量。NfL操作时塔内物料质量NfLhmh05

Di2 LL P4

Di2h0L

V2.320.068855.8654

2.320.0326855.8655.130.93441826.6kg充水质量m W

DHi0 i

f W全塔操作质量m m m m m m m0 01 02 03 04 05 a48252633.94643.23376.11826.11206.318510.6kg塔设备最小质量mminm m 0.2m m m mmin 01 02 03 04 a48250.22633.94643.13376.11206.314577.28kg塔设备最小质量mmaxm m m m m m mmax 01 02 03 04 a w48252633.94643.13376.11206.314577.28kg塔自振周期计算mHESD3e i01mHESD3e i0118510.6130001.910518510.6130001.9105623003地震载荷计算由表查得：a 0.45〔设计地震烈度8级。maxTg

0.3〔2类场地土，近震。T0.9

0.3 0.9地震影响系数1g

max 0.450.82T 0.15471构造综合影响系数CZ0.5。H/Di130005.65，确定危急界面，如附图。0-01-12300座人孔出截面，2-2截面为裙座与塔体焊缝处截面。计算危急截面的地震弯矩0-0截面：16M0-0E

C35

1mgH0160.50.8218510.69.8113000354.425108NmmM0-01.25M0-0E E1-1截面：

1.254.425108

5.531108Nmm8Cam

g M1-1 Z 1 0 10H3.5-14H2.5h4h3.5E 175H2.580.50.1418510.69.81175130002.5

10130003.514

.50004

3.56.741107NmmM1-11.25M1-11.256.741107

8.426107NmmE2-2截面：8C

Eamg M2-2 Z 1 0 10H3.5-14H2.5h4h3.5E 175H2.580.50.1418510.69.81175130002.5

10130003.514130002.52023420233.55.931107NmmM2-21.25M2-2E E风载荷计算风力计算风振系数

1.255.931107

7.414107NmmV各计算塔段的风振系数由式K2i

1 i Zi1.1。fi1.1各塔段的风振系数塔段号 12345计算截面距地面高度hit/m 1471013脉动增大系数〔B类〕脉动影响系数v〔B类〕i振型系数zi风压高度变化系数f〔B类〕iV

1.47K 12i

i Zi0.720.720.720.720.720.720.720.0160.03750.4020.75310.160.640.881.001.081.10581.0621.48351.79701.9800有效直径Dei设笼式扶梯与塔顶管线成90°角，取平台构建的投影面积A0.5m2，则D 取下ei列计算值中的较大者。D D 2 K Kei oi si 3 4D D 2 K d 2ei oi si 4 0 ps式中，塔和管线的保温层厚度 100mm，塔顶管线外径si ps2 Ad 862mm，K0

400mm，K 。4 li各塔段D 计算结果列于表1.2。ei

1.2Dei塔段号123567塔段长度li100010002023300030003000K300500333333333407840784578005003333333334078407845784411441144114 iDei水平风力计算

400由下使计算各塔段的水平风力 Pi

KK1

qflD2i 0ii

106 〕各段有关参数及计算结果列于表1.3。1.3各塔段水平风力计算结果塔段号 1 2 3 4 5 60.71.0810.71.0811.0921.2491.6162.1172.5323000.640.81.01.231.391.52100010002023300030003000407840784578441144114411592.5695.82401.55523.68177.410695.11K2iq/N/m〕0fil/mmiD /mmeiPi/N风弯矩计算：lll lll ll l M1-1Plill l

i1P

i2P l l

nw i2

2 i2i

i1 2

ni

i1

i2 20-0截面：l

l l l M0-0P

1Pl

2Pll

3Pll

l

l 6w 12

21 2

2 2

61

3 4 5 2592.51000695.8100010002401.52 2 1000100020235523.6 2 10001000202330008177.4 2 1000100020233000300010695.1 2 2100010002023300030003000221ll1-1截面：ll

Nmm〕l M1-1l

l2P

ll3Pl

l

P

l l

ll 6w 2

32 2

41

3 2

61

3 4 5 2695.810002401.5100020235523.62 2 1000202330008177.4100020233000300010695.1 2 2 10002023300030003000224.272-2截面：

Nmm〕l l l l M2-2P

3Pl 4Pll l l 5Pll l l l 6w 32

43 2

51

3 4 2

61 2 3

5 24184.4350011540.63500750017085.12 2 35007500

750022345.5350075007500

7500.0507

2 2 各种载荷引起的轴向应力计算压力引起的轴向应力

PD c

0.1118230010.71MPa1操作质量引起的轴向压应力2

4Se 460-0截面：00

m00g

m00g0

18510.69.814.19MPa2 A πDsb

Sises

3.1423006

m11g m11g0 0

3.07MPa2 A Asm sm

57977 Asm

------裙座人孔处截面的即积，由式得A sm 4

2316223002

57977mm22-2截面：m22g m22g

22 0 0

4.04MPa2 A πDS 3.1423006sm i e最大弯矩引起的轴向应力3

Mi

Mi-i最大弯矩Mi-i

max wmax1.4。

Mi-imax

Mi-iE

0.25Mi-iw1.4最大弯矩引起的轴向应力截面 0-0 1-1 2-2Mi-imax

/Nm〕6.109108 4.27108 1.0507109各危急截面的 计算如下：3M0-0 6.109108 6.10910800 max 24.18MPa3 Z sb

D2S

0.7852316264 is esM1-1 4.271081-1 max 32.76MPa3 Z 0.78516606000sm式中 Z ------裙座人孔处截面的抗弯截面系数，由式得Z 16606000mm3。sm smM2-2 M2-2

1.0507109223

maxZ

π

maxD2S

42.17MPa0.7852300264 i e筒体和裙座危急截面的强度与稳定性校核筒体的强度与稳定性校核2-2处的最大组合轴向拉应力

2-2 ：max组拉2-2 2222

10.714.0442.1748.84MPamax组拉 1 2 3轴向许用应力：Kt2132851364MPa由于2-2

t，故满足强度条件。max组拉1.6.1.2稳定性校核 筒体危急截面2-2处的最大组合轴向压应力

2-2 ：max组压2-2 2222

9.2542.1751.42MPamax组压 2

3

KB许用轴向压应力：

cr K

取其中较小值GB150《钢制压力容器》组合的规定，由0.0940.094R Si e0.0940.094R Si e查相应的材料图得B50MPaKB1.25060MPa 则Kt1.2170204MPa取 60MPacr由于2-2

，故满足稳定性条件。max组压 cr裙座的稳定性校核0-01-1处的最大组合轴向压应力0-0 0000

4.1924.1828.37MPamax组压 2 31-1 1111max组压 2 3

3.0732.7635.83MPa由A 0.094

0.094

0.00049R /Sis es

1150/6查相应的材料图得 B50MPaKB1.25060MPa

60MPacr则Kcr

0-0

由于 max组压max组压

crcr

故满足稳定性条件。裙座和筒体水压试验应力校核筒体水压试验应力校核由试验压力引起的环向应力σ

133试验压力 PT

1.250.1118

132

0.14MPap

0.0630.127523006 36.61MPa T i ei 2Sei

260.92450.85187.5MPas由于＜0.9 故满足要求。s由试验压力引起的轴向应力σ1P TDi0.17230016.29MPa水P1 4Sei

46水压试验时，重力引起的轴向应力m2-2g

76631.79.8122 max 26.27MPa2 πDSi e

3.14210012由弯矩引起的轴向应力22

0.3M2-2

0.31.050910912.65MPa3 πD2S4 i ei

0.785230026最大组合轴向拉应力校核2-2 2222

10.7126.2729.437.76MPamax组拉 1 2 3许用应力： 0.9K

s由于2-2

故满足要求。max组拉 s最大组应力校核2-2

222

223

26.2729.4357.7MPa轴向许用压应力 cr

0.9KKB s取其中最小值0.9Ks0.91.22452646MPa取

135.6MPaKB1.2113135.6MPa cr由于2-2

故满足要求。max组压 cr裙座水压试验应力校核水压试验时，重力引起的轴向应力σ2m0-0g

76631.79.8100 max 6.8MPa2 πD

Sis

3.14210012m1-1g

76031.79.8111 max 8.51MPa2 A 35180sm由弯矩引起的轴向应力σ3003

0.3M0-0wπwD2S

0.31.289109 0.78521002124 is es3

Zsm

0.31.26610925.87MPa16605988最大组合轴向压应力校核00 0000

6.822.3529.15MPamax组压 2 3max组压

2

3

8.5125.8734.38MPa轴向许用压应力

cr

0.9KKB

取其中最小值0.9Ks0.91.2235253.8MPa取

121.2MPaKB1.2101121.2MPa cr0-0

由于max组压

crcr

故满足要求。根底环设计根底环尺寸D取obDob

D 21003002500mmisD 21002001900mmis根底环尺寸的应力校核M0-0 mg max 0 Z A b b

取其中较大者bmax

0.3M0-0 m g

w max Ab b bπD4Z

D4ib

3.142500419004 7.37108mm3b 32Dob

322100π Ab4

D2 D2ob

0.7852500219002 2.16106mm3〔1〕

M00 max

m0g1.28910 84232.89.811.740.382.12MPa9bmax Zb

A 7.37108b

2.161060.3M00 m g 0.31.289109 86445.59.81〔2〕

max max 1.54MPabmax Z Ab

7.37108

2.16106取 2.12MPabmax选用75号混凝土，其许用应力R 3.5MPaa由于 ＜R 故满足要求。bmax a根底环厚度参见图，按由筋板时，计算根底环的厚度S。b2

D 125001916142mmos 2设地脚螺栓的直径为M36，l160mm则l/b0.9由表9-29查得M 0.142x

bmax

b20.1422.1214226070.2Nmm/mmM 0.0872y

l2bmax

0.08722.121602

4732.5Nmm/mm取M M6070.2Nmm/mms x根底材料的许用应力b6M6Msbb

140MPa666070.2140

16.129mm 取S 20mmb地脚螺栓计算地脚螺栓承受的最大拉应力M00 m g w minZ A b b

取其中较大值B M0-00.25M0-0 mg E Zb

w 0 AbM00

m g 1.289109 22090.12〔1〕

w min 1.74881.8MPaB Z Ab

7.37108 2.16106M0-0

0.25M0-0

mg 2.0081080.251.289109 84232.89.81

E w 0 B Z Ab b

7.37108

2.161060.70970.38250.3271MPa取 1.8MPa。B地脚螺栓直径由于

＞0n28，地脚螺栓材料的B许用应力bt

147MPa4Aπn4AπnB bbt41.82.161063.14281471

34.7mm9-30，取地脚螺栓为M3628个M36地脚螺栓，满足要求。以上各计算均满足强度条件及稳定性条件，塔的机械设计结果列于下表。本精馏系统关心设备主要包括泵、换热器、原料储罐等。储罐的选择储罐是用来暂存甲醇原料，主要起到缓