毕业设计（论文）-年产3.2万吨乙烯加压精馏塔设计

1内容摘要全套图纸加V信153893706或扣3346389411精馏塔设备是炼油、煤化工、石油化工等生产中最重要的设备之一，化工企业生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中一些混合物需要通塔设备将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。目前对精馏塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。并且随着石油化工的迅速发展，塔设备的合理造型及设计将对这些相关行业越来越重要。精馏主要是利用混合物中各组分的挥发度不相同而加热控制温度将各组分加以分离的一种分离过程。塔设备能够实现这一工艺过程，是分离装置，因此在乙烯的制取中则需要合适的塔设备来满足生产要求。需要分离的混合液体从塔的进料管进入塔体，经过再沸器的加热，蒸汽上升，与塔顶冷凝回流下来过程中的液体接触，难挥发的组分向下降液中转移，易挥发组分随着蒸汽上升，所以易挥发组分浓度愈高，从而达到分离的目的。本次设计为年产3.2万吨乙烯精馏筛板塔。设计内容包括两个部分，第一部分为塔设备的工艺计算，包括对进出塔组分的分析，回流比的计算，塔直径的确定，塔高，塔板结构以及流体演算和塔附属设备的计算。第二部分为塔设备的强度校核，包括对壳体的强度计算，质量载荷计算，地震以及风弯矩的计算，以及裙座和裙座附属结构的计算。通过这次设计我了解到筛板塔主要优点有:结构比浮阀塔更简单，易于加工，方便安装检修等操作；处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15%；塔板效率高，气液可以在塔内保持充分的接触，其效率比泡罩塔高15%左右；压降较低，每板压力比泡罩塔约低30%左右。塔体总高27.65m，塔体直径1600mm，塔壳壁厚14mm，42块筛孔塔板，裙座高为2.1米，塔内操作压力为2.1Mpa。满足生产需求以及工艺和操作的要求，塔体符合压力容器安全技术规定，实现了安全，经济的要求。关键词：精馏塔；筛板塔；乙烯；操作压力AbstractRectifyingcolumnisoilrefining,chemical,petrochemicalandotherproductionequipment,oneofthemostimportantequipmentinchemicalenterpriseproductionintheprocessingofrawmaterials,intermediateproducts,coarseproductarealmostcomposedofseveralcomponentsmixture,needtopasssomeofthemixturewillseparatethemixturefortowerequipmentispureoralmostpuresubstances.Atpresent,thedesignandresearchofdistillationtowerequipmenthavebeenpaidgreatattentionbychemicalindustry.Andwiththerapiddevelopmentofpetrochemicalindustry,reasonablemodelinganddesignoftowerequipmentwillbemoreandmoreimportanttotheserelatedindustries.DistillationisaseparationprocesswhichUSESdifferentvolatilitiesofthecomponentsinthemixturetoseparatethecomponentsbyheatingandcontrollingthetemperature.Towerequipmentcanachievethisprocess,isaseparationdevice,soinethyleneproductionneedstheappropriatetowerequipmenttomeettheproductionrequirements.Themixedliquidtobeseparatedentersthetowerbodyfromthefeedairofthetower.Afterbeingheatedbythereboiler,thesteamrisesandcontactswiththeliquidintheprocessofcondensationandrefluencecomingdownfromthetopofthetower.Thedifficultvolatilecomponentsaretransferredtothedescendingliquid.Thisdesignisanannualproductionof32,000tonsofethylenedistillationsieveplatetower.Thedesignconsistsoftwoparts.Thefirstpartistheprocesscalculationoftowerequipment,includingtheanalysisofcomponentsinandoutoftower,calculationofrefluxratio,determinationoftowerdiameter,towerheight,towerplatestructure,fluidcalculationandcalculationoftowerauxiliaryequipment.Thesecondpartisthestrengthcheckoftowerequipment,includingthestrengthcalculationofshell,massloadcalculation,earthquakeandwindbendingmomentcalculation,andthecalculationofskirtandskirtaccessorystructure.Throughthisdesign,Ilearnedthatthemainadvantagesofsieveplatetowerare:thestructureissimplerthanthefloatingvalvetower,easytoprocess,convenienttoinstallandrepairandotheroperations;Theprocessingcapacityislargerthanthatofblistertowerwiththesamediameter,whichcanbeincreasedby10~15%.Theefficiencyofthetrayishigh,andthegas-liquidcontactcanbemaintainedinthecolumn,whichisabout15%higherthanthatofthebubbletower.Thepressuredropwasrelativelylow,about30%lowerperplatethanthebubbletower.Thetotalheightofthetoweris27.65m,thediameterofthetoweris1600mm,thethicknessofthetowershellis14mm,42sievetrayplates,theheightoftheskirtis2.1m,andtheoperatingpressureinthetoweris2.1mpa.Tomeettherequirementsofproduction,processandoperation,thetowermeetsthetechnicalrequirementsofpressurevesselsafety,realizingtherequirementsofsafetyandeconomy.Keywords:Rectifyingcolumn;Sieveplatecolumn;ethylene;Operatingpressur目录第一部分工艺计算 第一部分工艺计算1.1物料衡算对于C2H4对各个组分进行物料衡算：因为塔顶乙烷含量<0.0015(摩尔分率)，塔釜的乙烯含量<0.035(摩尔分率)，所以可取XDC2H6=0.0015XWC2H4=0.035

对于CH4：0.00658F=XDCH4①

对于C2H4：0.88989F=DXDC2H4+0.035W②

对于C2XDCH4+XDC2XWC2H4+XWC联立上式，并代入数据，解得：

F=179.11kmol/h

D=160.15kmol/h

W=18.96kmol/h

所以又可求：XDC2H4=0.991143、总结摩尔分率计算结果列入下表：组分合计塔顶产品流量/(Kmol/h)1.18158.730.240160.15组成0.007360.991140.001501.0塔底产品流量/(Kmol/h)00.6617.390.9118.96组成00.0350.916840.048161.01.2确定塔温塔顶温度假设温度为-23℃，根据P-T-K图查得合计0.007360.991140.001501.05.051.00.680.180.001460.991140.0022100.99481因为xi<1，所以重新假设温度为-23℃假设温度为-24℃，根据P-T-K图查得合计Y0.007360.991140.001501.0K5.010.990.660.16X0.001461.001150.0022701.00488因为xi>1，所以在-23℃与-24℃之间用插值法可求得塔顶温度为-23.5℃2、塔底温度假设温度为-2℃，根据P-合计00.0350.916840.048161.05.91.551.010.33=00.0540.92600.01590.9959xi≈1,∴塔顶温度为-2℃3、进料温度合计X0.006580.889890．98430．00511.0K15．01.00.680.18Y=X·K0.032900.889890.066930.000920.9909xi≈1,∴进料温度为-23℃（泡点进料）1.3、塔板数的计算1、确定最小回流比各组分相对挥发度的计算（对重关键组分）：组分XDKDKW0.006580.0073605.025.96.620.889890.991140.0351.01.551.510.098430.00150.916840.671.011.00.0051000.048160.170.330.29假设塔内各组分的相对挥发度恒定，且为衡分子流，取乙烯为轻关键组分，乙烷为重关键组分，由恩德伍德公式试差得：=1-q因为q=1所以=0代入数据解方程得：θ=1.0由式Rmin=-1=2.12∵R=(1.1-2.0)所以取实际回流比R=42、确定最小理论板数全塔平均相对挥发度：α由=0.99114即最小理论板数为22.7块3、确定理论板数取实际回流比R=4则由=4-2.124+1=0.376查吉利兰图得:N-NminN+2=取N=36块（不包括再沸器）。4、实际板数板效率，利用康奈尔的经验公式ET=0.49（αuL）-0.245由各组分物性参数公式可求得各组分黏度组分塔顶uLi（mPa·s）4.4896×10-66.1638×10-27.9036×10-2—塔釜uLi（mPa·s）—5.0308×10-25.942×10-20.114∴uD=xiuLi=6.121×10-2mPa·suW=xiuLi=6.173×10-2mPa·suL=uD·uW=6.1469×10-2∴ET=0.49（αuL）-0.245=87.7%∴N实=NET∴N实=42（层）5、确定进料板的位置设精馏段和提馏段所需要的理论板数分别为n和m（m包括塔釜）lgnm=0.206lgWD代入n+m–1=N取m=18（层）n=25（层）则进料位置在塔顶往下26层板上。1.4塔径的计算1气液相负荷及重度（1）塔顶各组分的临界性质:XDPc（MPa）Pc%（分子）Tc(k)Tc×%分子量MM×%(分子)0.007364.5990.0338190.561.402160.11780.991145.0404.997282.34279.8382827.75190.00154.8720.00731305.320.458300.045合计1.05.038281.69827.91对比压力：Pr===0.417对比温度：Tr===0.886由《轻碳氢化合物数据手册》（一）查得压缩系数：Z=0.72N=V=L+D=RD+D=800.75Kmol/h体积流量：VSD===569.565（m3/h）(2)进料的各组分临界性质：组分XFPc（MPa）Pc×%（分子）Tc（K）Tc×%M（分子量）M×%（分子）0.006584.5990.0303190.561.254160.10530.889895.0404.485282.34251.2522824.9170.098434.8720.479305.3230.053302.9530.005104.6650.0238365.571.864420.2142合计1.05.0181284.42328.1895对比压力：Pr===0.418对比温度：Tr===0.879由《轻碳氢化合物数据手册》（一）查得压缩系数：Z=0.71体积流量：===576.105（m3/h）（3）塔底的各组分临界性质：组分Pc（MPa）Pc×%（分子）Tc（K）Tc×%M（分子量）M×%（分子）0.0355.0400.1764282.348.492280.840.916844.8724.4668305.32281.1063027.6090.048164.6650.2247365.5718.143422.0874合计1.04.8679307.74130.5364对比压力：Pr==0.436对比温度：Tr==0.881由《轻碳氢化合物数据手册》（一）查得压缩系数：Z=0.69体积流量：VSw===592.868（m3/h）精馏段气相负荷：VS=提馏段气相负荷：V’S=精馏段气相密度：kg/m3提馏段气象密度:kg/m3液相密度：塔顶：==查《轻碳化合物数据手册》得：=424.5kg/m3=467kg/m3推出=426.362kg/m3同上计算的塔底数据如下：=0.03212=0.90158=0.06630查《轻碳化合物数据手册》得：=427kg/m3=350kg/m3=555kg/m3所以由得=430.541（kg/m3）同上计算进料可得：=0.88722=0.10515=0.00763查《轻碳化合物数据手册》得：=424kg/m3=465kg/m3=582.5kg/m3所以由得=428.867（kg/m3）精馏段液相密度：==427.613（kg/m3）提馏段液相密度：=429.703（kg/m3）精馏段液相负荷：Ls=RDMDρL=提馏段液相负荷：==55.9692、塔径的估算（1）精馏段：气相密度=40.971kg/液相密度=427.613kg/m液气动能参数：查《塔设备》表2-11取板间距：HT=0.5m塔板上清夜层高度：hL=0.075m∴HT-hL=0.5-0.075=0.425m查史密斯关联图有：C20=0.067查《碳氢化合物数据手册》第一册，图（4-1）和图（4-3）有塔顶温度下混合液表面张力：=3.40（达因/厘米）=6.10（达因/厘米）=3.4×0.99114+6.10×0.0015=3.379（达因/厘米）则C=C2020δm0.2允许最大空塔气速：m/s选取：u=0.7=0.1009m/s塔径：=1.42m塔径圆整为1.6m实际空塔截面积：==2.0110m2（取标准）精馏段实际空塔气速：u==0.0791m/s（2）提馏段：气相密度ρs＇=液相密度ρV＇=429.703液气动能参数：板间距：HT=0.5m塔板上清夜层高度：hL=0.075m查表3-1（史密斯关联图），有：C20=0.061塔底温度下混合液表面张力：δC2H4=1.28（达因/厘米）δC2H6=3.58（达因/=1.28×0.035+3.58×0.91684+10.46×0.04816=3.83（达因/厘米）则==允许最大空塔气速：m/s选取：u=0.75塔径：塔内径圆整为1.6m实际空塔截面积：==2.0110m2（取标准）提馏段实际空塔气速：u1.5、塔内物件的工艺尺寸1、精馏段⑴溢流程数的选择D=1.6m和液体流量Ls=41.812m3/h，采用分块式单流塔盘。并选用弓形降液管。⑵校核溢流强度，100米3/米小时①堰长lw，取：lw=0.7D=0.71.6=1.12m（取标准）溢流强度校核：Li=L∴合格，采用平堰⑶溢流堰高度h选平直堰，堰上液层高度由下式计算由Lslw2.5=41.8121.122.5=则堰上液层高度=2.84堰高hw=0.075-0.032=0.043圆整取塔板上的实际清夜层高度hL=0.05+0.032=0.082m⑷校核液体在降流管内的停留时间由《化工原理（下册）》图3-10查得:Wd/D=0.14A/A故弓形溢流管截面积Ad=0.091×2.0110=0.175m2弓形溢流管宽度Wd=0.143×1.6=0.229m气体流道截面积A=1.828m2液体在溢流降液管中停留时间θ=3600AdHTL故溢流管设计合理溢流管中液体的流速:m/s⑸降液管下端距塔盘的距离ho查《塔设备》表4-10或者《化工原理》下册表3-12取降液管底隙高度ho=hw-0.006=0.044m取ho=0.04m则液体通过降液管底隙时的速度ud'=LSl选用凹形受液盘深度h'w=50mm⑹安定区和无效区安定区：∵D=1.6m>1.5m,∴破沫区宽度：Ws=80～110mm取Ws=100mm无效区：Wc=60m⑺开孔效率选用δ=4mm碳钢板，筛孔直径d0=5㎜，将筛孔按照正三角形排列。取筛孔的中心距t=4d0=20㎜φ0=0.907d0⑻塔盘布置①开孔区面积(塔盘分为四块)==1.6/2-(0.229+0.1)=0.462m=1.6/2-0.06=0.74m故==1.2722∵φ0=A0②筛孔计算及其排列筛孔数：n=A0π4取筛孔数n=3674个筛板孔气速：u2、提馏段⑴溢流程数的选择D=1.6m和液体流量LS＇=55.969m3⑵校核溢流强度，100米3/米小时①堰长lw，取：lw=0.7D=0.71.6=1.12m（取标准）溢流强度校核：Li=Lslw==4<100所以合格，所以采用平堰⑶溢流堰高度h选平直堰，堰上液层高度由下式计算由Lslw2.5=55.9691.122.5=则堰上液层高度=2.841000ELsl堰高=0.075-0.039=0.036圆整取=0.05m塔板上的实际清夜层高度hL'=0.05+0.039=0.08⑷校核液体在降流管内的停留时间由《化工原理（下册）》图3-10查得:Wd/D=0.14A/A故弓形溢流管截面积Ad=0.091×2.0110=0.183m2弓形溢流管宽度Wd=0.143×1.6=0.229m气体流道截面积A=1.828m2液体在溢流降液管中停留时间θ=3600AdHTL故溢流管设计合理溢流管中液体的流速:m/s⑸降液管下端距塔盘的距离ho查《塔设备》表4-10或者《化工原理》下册表3-12取降液管底隙高度ho=hw-0.006=0.034m取ho=0.04m则液体通过降液管底隙时的速度ud'=LSlwh选用凹形受液盘深度h'w=50mm⑹安定区和无效区安定区：∵D=1.6m>1.5m,∴破沫区宽度：Ws=80～110mm取Ws=100mm无效区：Wc=60m⑺开孔效率选用δ=4mm碳钢板，筛孔直径d0=5㎜，将筛孔按照正三角形排列。取筛孔的中心距t=4d0=20㎜φ0=0.907d0⑻塔盘布置①开孔区面积(塔盘分为四块)==1.6/2-(0.229+0.1)=0.462m=1.6/2-0.06=0.74m故==1.2722∵φ0=A0②筛孔计算及其排列选用δ=4mm碳钢板，筛孔直径，将筛孔按照正三角形排列。筛孔数：n=A0π4取筛孔数n=3674个筛板孔气速：u1.6、流体力学验算1、精馏段⑴、气体流过的塔板的压降h①干板压力降h气体通过筛孔的速度为W0d0S=54=1.25查《塔设备》图2h②液层阻力βhL=0.082m∴h则单板压降∆⑵、淹塔为了防止淹塔现象发生。要求控制浆液管中清液液层高度故取液体通过降液管的压头损失=0.153液柱0.0728+0.082+0.0103=0.1651m液柱取Φ=0.50.5（0.5+0.005）=0.275m液柱>0.1651m液柱可见符合防止淹塔的要求⑶雾沫夹带ev=0.0057σunHT-unhev=0.0057σunHT-h故，雾沫夹带量在允许的范围内⑷漏液量对筛板塔，取漏液量10%时的气象动能因子为F则u实际孔速u0=2.212、提馏段⑴、气体流过的塔板的压降h①干板压力降h气体通过筛孔的速度为W0d0S=54=1.25查《塔设备》图2h②液层阻力βhL'∴h则单板压降∆⑵、淹塔为了防止淹塔现象发生。要求控制浆液管中清液液层高度故取液体通过降液管的压头损失=0.153m液柱Hd'=0.0736+0.079+0.0184取Φ=0.50.5（0.5+0.004）=0.252m液柱>0.171m液柱可见符合防止淹塔的要求⑶雾沫夹带ev=0.0057σunHT-unhev'=0.0057σunHT-hf故，雾沫夹带量在允许的范围内⑷漏液量对筛板塔，取漏液量10%时的气象动能因子为F则u实际孔速u0=2.251.7、塔的操作负荷性能图1、精馏段的操作负荷性能图⑴、雾沫夹带线以ev=0.1kg液/kg气ev=0.0057σhf=2.5hwh故hf=0.125+1.548Le整理得V操作范围内,任取几个值,依上式计算值结果列于表中0.00100.00550.01000.01450.01902.3542.1391.9851.8521.733由上表数据即可作出雾沫夹带线⑵、液相负荷下限线对于平直堰,取堰上液层高度how=0.006m作为最小液体负荷标准.由式h则LS,min=由此可做出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线⑶、液相负荷上限以θ=5s作为液体在降液管中停留时间的下限θ=AdH由此可做出与气体流量无关的垂直液相负荷上限⑷、漏液线前已求得u0,minV据此可作出与液体流量无关的水平漏液线⑸、液泛线令Hd由H联立得忽略,将与,与,与的关系带入上式,并整理得式中φ=0.5，β=0.425将有关的数据代入得：a=b=0.5×0.5+c=d=2.84×故1.506V在操作范围内,任取几个值,依上式计算结果列于表中0.00100.00550.01000.01450.01900.3590.3390.3210.2990.274由上表数据即可作出液泛线在负荷性能图上，做出操作点A，链接OA，即作出操作线。由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得Vs,max,=0.247m32、提馏段的操作负荷性能图⑴、雾沫夹带线以ev=0.1kg液/kg气ev=0.0057σhf=2.5hwh故hf=0.1+1.548Le整理得V操作范围内,任取几个值,依上式计算值结果列于表中0.00100.00550.01000.01450.01902.5182.3032.1492.0161.897由上表数据即可作出雾沫夹带线⑵、液相负荷下限线对于平直堰,取堰上液层高度how=0.006m作为最小液体负荷标准.由式h则LS,min=由此可做出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线⑶、液相负荷上限以θ=5s作为液体在降液管中停留时间的下限θ=Ad＇由此可做出与气体流量无关的垂直液相负荷上限⑷、漏液线前已求得u0,minV据此可作出与液体流量无关的水平漏液线⑸、液泛线令Hd由H联立得忽略,将与,与,与的关系带入上式,并整理得式中φ=0.5，β=0.425将有关的数据代入得：a=b=0.5×0.5+c=d=2.84×故1.5V在操作范围内,任取几个值,依上式计算结果列于表中0.00100.00550.01000.01450.01900.3680.3480.3300.3090.285由上表数据即可作出液泛线在负荷性能图上，做出操作点A，链接OA，即作出操作线。由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得Vs,max,=0.188m3如上计算可知，塔的各项参数如下：型式精馏段提馏段型式精馏段提馏段数值及说明备注数值及说明备注数值及说明备注数值及说明备注塔径D/m1.601.60单板压降△P305.39P310.25P塔板间距（m）0.50.5液体在降液管内停留的时间θ/s7.885.89塔板形式单溢流，弓形降液管分块式塔板单溢流，弓形降液管分块式塔板堰长l1.121.12堰高h0.050.05板上液层高度h0.0820.089堰上清液高度h0.0320.039降液管底隙高度h0.040.04降液管内清液高度H0.16510.1710开孔率%5.675.67有效传质区域面积A1.27221.2722筛孔直径d/m0.0050.005筛孔中心距t/m0.020.02筛孔数N/个3674正三角排列3674正三角排列筛孔气速u2.212.251.8、附属设备的选择⑴全凝器在塔顶温度为-23.5℃时查T-H图得全凝器热量衡算表甲烷乙烯乙烷M162830Hv158150156HL07665XD0.007360.991140.0015H=HLP=28即:=（R+1）×D×（-）=(4+1)×160.15×(4188.41-2112.07)=1662629.255kcal/h总传热系数K的取值范围为500—1500Kcal取k=出料温度：-23.5℃（汽）→-23.5℃采用液氨冷却：-35℃→-25℃△则A=⑵、再沸器的热量衡算在塔底温度为-2℃时查T-H图得再沸器热量衡算表乙烯乙烷丙烯M283042Hv157160160HL928269Xw0.0350.916840.04816H=HLW=28即:=（R+1）×W×（-）=(4+1)×18.96×(4878.33-2485.15408)=226873.0772kcal/h总传热系数K的取值范围为500—1500Kcal取k=出料温度：-2℃（液）→-2℃（汽）选择20℃的水：=20—（-2）=22℃则A=⑶回流泵的选择①求塔高H：初估塔高：塔顶空间H塔底空间H封头高度H1=0.4m（总深度裙座顶端到封头切线距离h=76mm每10层塔板设置一人孔，共np=3个人孔，人孔处板间距裙座上开一个直径为550mm的人孔，H2共2.1米所以：H=N-n==27.65m②选取回流泵扬程把泵设计在地面上：H=△Z=5m△P=2.0MPa△u2=1m/s所以：H=481.8m1.9、管径的确定（1）塔顶蒸汽管取WV=10m/s（查《化工原理》上册表1-1查表取：外径159mm公称直径150mm厚壁4.5mm，法兰外径D=300mm。（2）塔顶回流管为用泵回流取WR=1m/sd查表取：外径133mm公称直径125mm厚壁4.5mm，法兰外径D=270mm。（3）进料管取Wd查表取：外径89mm公称直径80mm厚壁4.5mm，法兰外径D=200mm。(4)塔釜出料管取Wwd查表取：外径32mm公称直径25mm厚壁3.5mm，法兰外径D=115mm。(5)釜液进再沸器管取uLD查表取：外径159mm公称直径150mm厚壁4.5mm，法兰外径D=300mm。(6)再沸器蒸汽入塔管取蒸汽速度uD查表取：外径159mm公称直径150mm厚壁4.5mm，法兰外径D=300mm。第二部分强度及稳定性计算由于Dn=1.6m>1.0m，但是HD塔上每个人孔外设一个操作平台。共5个平台，宽1.2m，单位质量150Kg/m2,180°包角，再沸器操作质量3500Kg.筒体采用16MnDR材料，σ2.1封头与圆筒厚度的确定计算压力p1、圆筒厚度的计算加上材料厚度负偏差C1=0.3mm,腐蚀裕量并向上圆整后取：名义厚度δn=14mm有效水压试验P∵σ∴校核合格2、标准椭圆封头厚度的计算椭圆形封头：Di/(2hi)=2计算厚度δ加上厚度负偏差C1=0.3mm,并向上圆整后取：名义厚度δn=14mm有效2.2质量载荷的计算⑴圆筒壳，裙座壳和封头质量：m⑵人孔、法兰、接管等附件质量：ma=0.25m01=3945kg⑶内部构建质量：m02=π4×1.6⑷保温材料质量：m03=π4×(1.8282-⑸平台和扶梯的质量：m04=25×40+π⑹操作时塔内物料质量：m05=π⑺充水质量：mw=（π4×⑻塔器的操作质量：m0=m01+m⑼塔器的最大质量：mmax=m01+m⑽塔器的最小质量：mmin=m01+0.2将塔沿高度分成6部分，第一段为群座2.1m，其他每段高为5110mm，其质量列入下表:123456m01+ma17893587.23587.23587.23587.23587.2m02-657.51095.91095.91095.9657.5m03840.74840.74840.74840.74840.74m04841060.11060.11060.11060.11060.1m05-422.8704.6704.6704.6422.8mw-1026910269102691026910269m018736568.347288.547288.547288.546568.34mmax187316414.516852.916852.916852.916414.5mmin18735619..55707.25707.25707.25619..52.3塔的自振周期因为H/D=17.28>15且H>20m，所以必须考虑高振型的影响。==T2=162.4地震载荷及地震弯距计算将塔沿高度方向分成6段，每一段的连续分布质量按质量静力等效原则分别集中于该段的两端，一端点处相邻单元的集中质量应予叠加。各阶振型下各集中质量引起的水平地震力分别列于下表。表格SEQ表格\*ARABIC1一阶水平地震力塔段号i123456m4220.76928.47288.57288.56928.43284.2h2100721012320174302254027650X0.00980.10520.27810.49980.74621.0000m41.4728.92026.93642.85170.03284.2m0.476.7563.71820.73857.83284.2A/BA=k=16mkX1k=14894.2B=k=1η0.0151990.1631550.4313050.7751401.1572821.550914系数取ξ1=0.01，γ=0.9+η2=1+0.05-ξ10.08+1.6αα1=TgT1γF29.5519.01443.22593.83681.22338.5表格2二阶水平地震力塔段号i123456m4220.76928.47288.57288.56928.43284.2h2100721012320174302254027650X﹣0.0559﹣0.4417﹣0.7155﹣0.52140.13581.0000m﹣235.9﹣3060.3﹣5214.9﹣3800.2940.93284.2m13.21351.73731.31981.4127.83284.2A/BA=k=16mkX1k=﹣8086.2B=k=16mη0.0430920.3404970.5515630.401936﹣0.104685﹣0.770878系数取ξ1=0.01，γ=0.9+η2=1+0.05-ξ10.08+1.6αα2=η2αmaxF202.22622.14468.23256.1﹣806.2﹣2813.9表格3三阶水平地震力塔段号i123456m4220.76928.47288.57288.56928.43284.2h2100721012320174302254027650X0.14260.73930.3144﹣0.5728﹣0.31851.0000m601.95122.22291.5﹣4174.9﹣2206.73284.2m85.83786.8720.42391.4702.83284.2A/BA=k=16mkX1k=4918.2B=k=1η0.0639240.3314100.140938﹣0.256772﹣0.1427760.448275系数取ξ1=0.01，γ=0.9+η2=1+0.05-ξ10.08+1.6αα3=0.773T3+0.036F191.41628.6728.6﹣1327.4﹣701.61044.2各计算截面的组合地震弯矩:（1）0-0截面的地震弯矩（2）Ⅰ-Ⅰ截面的地震弯矩M（3）Ⅱ-Ⅱ截面的地震弯矩M表格4垂直地震力塔段号i123456m4220.76928.47288.57288.56928.43284.2h021007210123201743022540m01.45×105.26×108.98×101.21×107.40×10k=1k=1ααvmax=0.65αmax=0.65mmeq/kFFF00.0587.52135.13638.34902.32998.1F14261.314261.313673.811538.77900.42998.12.5风载荷和风弯矩计算1顺风向载荷计算水平风力按下式计算：p各段计算结果列于下表项目段号123塔段长度，m0-1010-2020-27.65，45×9.81=441.450.7（B类）2.26（B类）0.720.790.810.1940.601.0（B类）1.001.251.38K1.3161.8572.327，mm10000100007650，mm400，mm600，mm3980(扶梯与顶管成90度),N16347.8828835.5030517.050-0截面风弯矩

M代入数据得MW0­Ⅰ-Ⅰ截面风弯矩M代入数据得MWⅠ­Ⅰ=1.17Ⅱ-Ⅱ截面风弯矩M代入数据得MWⅡ­Ⅱ=1.2.6最大弯矩（1）0-0截面MMe=0MW0ME0所以Mmax0­（2）Ⅰ­Ⅰ截面M所以MmaxⅠ­Ⅰ=1.17（3）Ⅱ­Ⅱ截面M所以MmaxⅡ­Ⅱ2.7圆筒的应力校核验算塔壳Ⅱ­Ⅱ界面处的稳定和强度，计算结果见表计算截面Ⅱ­Ⅱ塔壳有效厚度δe10.7计算截面以上操作质量m037257.8计算截面横截面积A=πDi53756.8计算截面断面系数Z=π42.15×10计算截面最大弯矩MmaxN·1.09×10许用轴向压缩应力σcr138许用轴向拉应力σt=1.2217.2操作压力引起的轴向应力σ1=MPa78.50重力引起的轴向σ2=m6.8Mmax引起的轴向应力σ3=50.70组合压应力σc=57.50＜138组合拉应力σt=122.4＜217.22.8裙座壳轴向应力校核群座壳材料选用Q245R[ReL=245MPa，σt=147MPa]，因裙座壳为圆筒形（即cosβ=1）查GB150.3图4-4，B=136MPa（1）0­0截面KB许用轴向拉应力σB=136MPa0.9许用轴向压应力σ因为ZM0.30-0截面安全（2）Ⅰ­Ⅰ截面（人孔所在截面）人孔：=250mm，=450mm，=16mmh=1000mm则=2=8000===2.379==I-I截面安全2.9基础环厚度计算基础环外径1600+400=2000mm基础环内径=1600-400=1200mm=====∴基础环筋板间距：取筋板厚度t=18mm，n=16，=374.5mm基础环外伸宽度：=200mm则两筋板间基础环部分长宽比为查表得：∵∴因此基础环的厚度（）为：故取2.10地脚螺栓==σ取==1.816Mpa地脚螺栓螺纹小径d1（30CrMoAσbt=取地脚螺栓为M485，16个。2.11筋板一个地脚螺栓所承受最大拉力：F==1.816×结构中：=300mm，=200mm，=20mm，=2筋板细长比：=临界细长比：=∵筋板的许用压应力：其中：=筋板的压应力：=∴σG2.12盖板机构中：=200mm，=100mm，=100mm，=51mm，=65mm，=20mm,=26mm则故取盖板26mm，垫板20mm2.13裙座与塔壳对接连接焊缝的验算对接焊缝的拉应力：其中==1600mm，=10.7mm因为最大弯矩中不含地震弯矩，所以不计入=0.6×1.2×181=130.32Mpa校核合格2.14开孔补强的计算根据GB150的规定可采用补强圈补强1、塔顶蒸汽管⑴开孔所需补强面积A=dδ+2δδ接管有效厚度为δ开孔直径d=所以A=158⑵壳体有效厚度减去计算厚度之外多余的