塔设备设计教材

7.塔设备课件制作：尹华杰概述塔设备的应用塔设备的投资入重量在过程设备中所占的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t，120万t/a催化裂化48.9炼油及煤化工34.8530万t/a乙烯25.3化纤44.94.5万t/a丁二烯54概述塔设备的应用塔设备的作用

实现气（汽）-液相或液-液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的塔设备的应用

蒸馏、吸收、气提、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却概述塔设备的应用塔设备的基本要求气液两相充分接触，相际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、安装、维修方便，设备的投资及操作费用低概述塔设备的选型塔设备的总体结构塔设备的分类按操作压力：加压塔、常压塔及减压塔按单元操作：精馏塔、吸收塔、气提塔、萃取塔、反应塔、干燥塔按内件结构：填料塔、板式塔概述塔设备的选型塔设备的总体结构填料塔的工作原理

塔内以填料作为气液接触和传质的基本构件。液体在填料表面呈膜状自上而下流动，气体以连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相间的传质和传热。两相的组分浓度或温度沿塔高呈连续变化。

填料塔属于微分接触型的气液传质设备概述填料塔的总体结构概述塔设备的选型塔设备的总体结构板式塔的工作原理

塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气-液相密切接触而进行传质与传热，两相的组分浓度呈阶梯式变化概述板式塔的

总体结构概述塔设备的选型塔设备的总体结构塔设备的基本组成塔体：塔设备的外壳，有等直径、等厚度的圆筒及上下封头组成。大型塔设备，为了节省材料也有采用不等直径、不等厚度的塔体。塔设备通常安装在室外，塔体除承受一定的操作压力、温度外，还要承受风载荷、地震载荷、偏心载荷。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求支座：塔体与基础的连接结构，通常采用裙式支座概述塔设备的选型塔设备的总体结构塔设备的基本组成人孔及手孔：为安装、检修、检查等需要，往往在塔体上设置人孔或手孔。不同的塔设备，人孔或手孔的结构及位置要求不同接管：用于连接工艺管线，使塔设备与其他相关设备相连接。按其用途可分为进液管、出液管、回流管、进气出气管、侧线抽出管、取样管、仪表接管、液位计接管概述塔设备的选型塔设备的总体结构塔设备的基本组成除沫器：用于捕集夹带在气流中的液滴。除沫器工作性能的好坏对除沫效率、分离效果都具有较大的影响吊柱：安装于塔顶，主要用于安装、检修时吊运塔内件概述塔设备的选型塔设备的选型填料塔与板式塔的比较

塔型项目填料塔板式塔压降小尺寸填料，压降较大，大尺寸填料及规整填料，压降较小较大空塔气速小尺寸填料气速较小，大尺寸填料及规整填料气速可较大较大塔效率传统填料，效率较低，新型乱堆及规整填料塔效率较高较稳定、效率较高

塔型项目填料塔板式塔液-气比对液体量有一定要求适用范围较大持液量较小较大安装、检修较难较容易材质金属及非金属材料均可一般用金属材料造价新型填料，投资较大大直径时造价较低概述塔设备的选型塔设备的选型下列情况优先选用填料塔分离程度要求高的情况下，某些新型填料具有很高的传质效率，可采用新型填料以降低塔的高度对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下填料塔具有腐蚀性的物料，可选用填料塔，因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等容易发泡的物料，宜选用填料塔，因为在填料塔内，气相主要不以气泡形式通过液相，可减少发泡的危险，此外，填料还可以使泡沫破碎概述塔设备的选型塔设备的选型下列情况优先选用板式塔塔内液体滞液量较大，要求塔的操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定液相负荷较小，因为这种情况下，填料塔会由于填料表面湿润不充分而降低其分离效率含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大，堵塞的危险较小在操作过程伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管；需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液量，以便与加热或冷却管进行有效地传热概述塔设备的选型塔设备的选型下列情况优先选用板式塔在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔，因为在压力较高时，塔内气液比过小，以及由于气相返混剧烈等原因，填料塔的分离效果往往不佳填料塔填料塔的基本特点

结构简单、压力降小、传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造。对于热敏性材料及容易发泡的物料，更显出其优越性近年来填料塔的研究方向开发多种形式、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料与不同填料相匹配的塔内件结构填料层中液体的流动及分布规律蒸馏过程的模拟填料塔填料

填料是填料塔的核心内件，它为气-液两相接触进行传质和换热提供了表面，与塔的其他内件共同决定了填料塔的性能。因此，设计填料塔时，首先要适当地选择填料。填料一般分为散装填料和整装填料散装填料

散装填料是指安装以乱堆为主的填料，也可以整砌。这种填料是具有一定外形结构的颗粒体，又称颗粒填料。其外形分为环形、鞍形及环鞍形填料塔填料散装填料散装填料的发展过程环形填料鞍形填料拉西环1914隔板环十字环θ环内螺旋环金属环阶梯环环鞍形弧鞍环矩鞍环改进矩鞍环半环填料（环-鞍）金属Intalox

（鞍-环）填料塔填料散装填料环形填料拉西环几何形状：高度和外径相等的圆柱体材料：陶瓷、金属、塑料装填方式：大尺寸（外径100㎜以上）一般采用整砌方式装填，小尺寸（75㎜以下）多采用乱堆方式装填。缺点：因为乱堆的填料间容易产生架桥，使相邻填料外表面间形成线接触，填料层内形成积液、液体偏流、沟流、股流等。此外，由于填料层内滞液量大，气体通过填料层绕填料壁面流动时折返路程较长，因此阻力较大，通量较小优点：结构简单、价格便宜填料塔填料散装填料环形填料θ环、十字环及内螺旋填料几何形状：在拉西环内分别增加一竖直隔板及十字隔板而形成的是θ环、十字环；在拉西环内增加螺旋形隔板而形成内螺旋环填料材料：陶瓷、金属、塑料装填方式：大尺寸的θ环、十字环填料多采用整砌装填于填料支承上，作为散装乱堆的过渡支承；内螺旋环填料，尺寸较大，一般采用整砌方式装填优点：与拉西环比较，分离效率有所提高其它改进型环形填料填料塔填料散装填料开孔环形填料

开孔环形填料是在环形填料的环壁上开孔，使断开窗口的孔壁形成一具有一定曲率指向环中心的内弯舌片。这种填料充分利用了环形填料的表面，又增加了许多窗孔，从而大大改善了气液两相物料通过填料层时的流动状况，增加了气体通量，减少了气相的阻力，增加了填料层的湿润表面，提高了填料层的传质效率填料塔填料散装填料开孔环形填料鲍尔环填料几何形状：是针对拉西环的一些缺点经改进而得到的，是高度与直径相等的开孔形填料，在其侧面开有两层长方形的孔窗，每层5个窗孔，每个孔的舌叶弯向环心，上下两层孔窗位置交错。孔的面积占环壁总面积的35%左右。材料：陶瓷、金属、塑料特点：同样尺寸与材质的鲍尔环与拉西环相比，相对效率高出30%左右，在相同压降下，鲍尔环的处理能力比拉西环增加50%以上，在相同的处理能力下，鲍尔环填料的压降仅为拉西环的一半填料塔填料散装填料开孔环形填料改进型鲍尔环填料几何形状：与鲍尔环相似，只是环壁上开孔的大小及内弯叶片的数量不同。每个窗孔改为上下两片叶片从两端分别弯向环内。叶片数比鲍尔环多出一倍，并交错地分布在四个平面上，同时，环壁的开孔面积也比鲍尔环填料有所增加特点：填料内的气、液分布情况得到改善，处理能力较鲍尔环提高10%以上填料塔填料散装填料开孔环形填料其它改进型鲍尔环填料其它改进型鲍尔环填料填料塔填料散装填料开孔环形填料队梯环填料几何形状：与鲍尔环类似，但其高度减小一半，且填料的一端扩为喇叭形翻边，不仅增加了填料环的强度，而且使填料在堆积时相互的接触由线接触为主变成为以点接触为主材料：陶瓷、金属、塑料特点：增加了填料颗粒的空隙，减少了气体通过填料层的阻力，促进了液膜的更新，提高了传质效率填料塔填料散装填料鞍形填料弧鞍形填料几何形状：如图材料：陶瓷特点：这种填料虽然与拉西环比较性能有一定程度的改善，但由于相邻填料容易产生套叠和架空现象，使一部分填料表面不能被湿润，不能成为有效的传质表面，目前基本被矩鞍形填料所取代填料塔填料散装填料鞍形填料矩鞍形填料几何形状：是一种敞开式的填料，是在弧鞍型填料的基础上发展起来的。将弧鞍填料的两端由圆弧改为矩形，克服了弧鞍填料容易相互叠合的缺点。材料：陶瓷、塑料特点：这种填料因为在床层中相互重叠的部分较少，空隙率较大，填料表面利用率高，与拉西环相比压降低，传质效率提高，与尺寸相同的拉西环相比效率约提高40%以上。这种填料不易被固体悬浮颗粒所堵塞，装填时破碎量较少填料塔填料散装填料鞍形填料改进矩鞍形填料几何形状：将原矩鞍填料的平滑弧形边缘改为锯齿状。在填料的表面增加皱折，并开有圆孔。材料：陶瓷、塑料特点：由于结构的改进，改善了流体的分布，增大了填料表面的湿润率，增强了液膜的湍动，降低了气体阻力，提高了处理能力和传质效率填料塔填料散装填料金属环矩鞍填料（Intalox）几何形状：将开孔环形填料和矩鞍填料的特点相结合，有类似于开孔环形填料的圆环、环壁开孔和内伸的舌片，又类似于矩鞍填料的圆弧形通道。这种填料是用薄金属板冲制而成的整体环鞍结构，两侧的翻边增加了填料的强度和刚度材料：金属特点：流体的通量大、压降低、滞留量小，有利于液体在填料表面的分布及液体表面的更新，从而提高传质性能，与金属鲍尔环相比，这种填料的通量提高15%~30%，压降降低40%~70%，效率提高10%左右。在乙烯、苯乙烯等减压蒸馏中获得广泛应用填料塔填料规整填料

规整填料是一种在塔内按均匀的几何图形规则、整齐地堆砌的填料，这种填料人为地规定了填料层中气液的流路，减少了沟流和壁流现象，大大降低了压降，提高了传热、传质的效果。规整填料的种类，根据其结构可分为丝网波纹填料、板波纹填料和块孔填料丝网波纹填料材料：不锈钢、铜、铝、

铁、镍、蒙及尔、塑料

、陶瓷填料塔填料规整填料丝网波纹填料结构

用丝网波纹片相互垂直排列叠合组成盘状规整填料。相邻两波纹片的波纹方向相反，波纹片间形成一相互交叉又相互贯通的三角形截面的通道网。叠合在一起的波纹片周围用带状丝网箍住，箍圈可以有向外的翻边以防壁流。波片的波纹方向与塔轴的倾角为30°或45°。通常填料盘的直径略小于塔体的内径。上下相邻两盘填料交错90°排列。对小塔径，填料整盘装填。填料塔填料规整填料丝网波纹填料特点：操作时，液体均匀分布于填料表面并沿丝网表面以曲折的路途向下流动，气体在网片间的交叉通道内流动，因而气、液两相在流动过程中不断地、有规则地转向，获得较好的横向混合。又因上下两盘填料的板片方向交错90°，故每通过一层填料后，气液两相进行一次再分布，有时还在波纹填料片上按一定的规则开孔，这样相邻丝网片间气、液分布更加均匀，几乎无放大效应。这样的特点有利于丝网波纹填料在大型塔器中的应用。缺点：造价高，抗污能力差，难以清洗填料塔填料规整填料板波纹填料材料：金属、塑料、陶瓷结构：保留丝网波纹填料几何规则的结构特点，不同的是改用表面具有沟纹及小孔的板波纹片代替丝网波纹片，每个填料盘由若干板波纹片相互叠合而成。相邻波纹片间形成通道且波纹流道成90°交错，上、下两盘填料中波纹片的叠合方向旋转90°，同样，对小型塔可用整盘的填料，而对于大型塔或无法兰连接的塔体则可用分块型填料板波纹填料板波纹填料板波纹填料填料塔填料规整填料板波纹填料特点：但其造价比丝网波纹填料要低的多，板波纹填料保留了丝网波纹填料压降低、通量高、持液量小，气液分布均匀，几乎无放大效应等优点，传质效率也比较高块孔规整填料块孔规整填料填料塔填料规整填料其它规整填料填料塔填料塔内件的结构设计填料塔内件的作用

填料塔内件是整个填料塔的重要组成部分。内件的作用是为了保证气液更好地接触，以便发挥填料塔的最大效率和生产能力。因此内件设计好坏直接影响到填料性能的发挥和整个填料塔的效率填料的支承装置

填料的支承装置安装在填料层的底部。其作用是防止填料穿过支承装置而落下；支承操作时填料层的重量；保证足够的开孔率，使气液两相能自由通过。因此不仅要求支承装置具备足够的强度及刚度，而且要求结构简单，使于安装，所用的材料耐介质腐蚀填料塔填料塔内件的结构设计填料的支承装置栅板型支承结构：由相互垂直的的栅条组成，放置于焊接在塔壁的支撑圈上。塔径较小时可采用整块式栅板，大型塔则可采用分块式栅板优点：结构简单缺点：是如将散装填料直接乱堆在栅板上，则会将空隙堵塞减少开孔率，故其广泛应用于规整填料塔。有时在栅板上先放置一盘波纹填料，然后再装散装填料填料塔支承栅板填料塔填料塔内件的结构设计填料的支承装置气液分流型支承

气液分流型支承属于高通量低压降的支承装置。其特点是为气体及液体提供了不同的通道，避免了栅板式支承中气液从同一孔槽中逆流通过。这样既避免了液体在板上的积聚，又有利于液体的均匀再分配波纹式：由金属板加工的网板冲压成波形，然后焊接在钢圈上。网孔呈菱形，波形沿菱形的长轴冲制。材料为碳钢、不锈钢波纹式气液分流型支承填料塔填料塔内件的结构设计填料的支承装置气液分流型支承驼峰式：这种支承装置的特点是：气体通量大，液体负荷高，液体不仅可以从盘上的开孔排出，而且可以从单元体之间的间隙穿过，最大液体负荷可达200m3/(m2·h)。它是目前性能最优的散装填料的支承装置。且适用于大型塔。对于直径大于3m的大塔，中间沿与驼峰轴线方向应加工字钢支承以增加刚度填料塔填料塔内件的结构设计填料的支承装置气液分流型支承孔管式：其特点是将位于支承板上的升气管上口封闭，在管壁上开长孔，气体分布较好，液体从支承板上的孔中排出，特别适用于塔体用法兰连接的小型塔填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器液体分布器的作用

液体分布器安装于填料上部，它将液相加料及回流均匀地分布到填料的表面上，形成液体的初始分布。在填料塔的操作中，因为液体的初始分布对填料塔的影响最大，所以液体分布器是填料塔最重要的塔内件之一液体分布器设计要点

液体分布器的设计应考虑液体分布点的密度，分布点的布液方式及布液的均匀性等因素，其中包括分布器的结构形式、几何尺寸的确定，液位高度或压头大小、阻力等填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器对液体分布器的要求

理想的液体分布器，应该是液体分布均匀，自由面积大，操作弹性宽，能处理易堵塞、有腐蚀，易起泡的液体，各部件可通过人孔进行安装和拆卸填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器喷淋点数的确定

为了保证液体初始分布均匀，应保证液体分布点的密度即单位面积上的喷淋点数。由于实际设备结构上的限制，液体分布点不可能太多，常用填料塔的喷淋点数可参照下列数值：

D≤400mm时，每30cm2的塔截面设一个喷淋点；

D≤750mm时，每60cm2的塔截面设一个喷淋点；

D≤1200mm时，每240cm2的塔截面设一个喷淋点。

对于规整填料，其填料效率较高，对液体分布均匀的要求也高，根据填料效率的高低及液量的大小，可按20~50cm2塔截面设置一个喷淋点填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器液体分布器的安装位置

液体分布器的安装位置，一般高于填料层表面150~300㎜，以提供足够的空间，让上升气体不受约束地穿过分布器

填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器管式液体分布器重力型管式液体分布器结构：由进液口、液位管、液体分配管及布液管组成。进液口为漏斗形，内置金属丝网过滤器，防止固体杂质进入液体分布器内。液位管及液体分配管可用圆管或方管制成。布液管一般由圆管制成，且底部打孔将液体分布到填料层上部。对于塔体分段由法兰连接的小型塔排管式液体分布器做成整体式，而对于整体式大塔，则可做成可拆卸结构，以便从人孔进入塔中，在塔内安装填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器管式液体分布器重力型管式液体分布器优点

塔在风载荷作用下产生摆动时，液体不会溅出。此外，液体管中有一定高度的液位，故安装时水平度误差不会对从小孔流出的液体有较大的影响，因而可达到较高的分布质量。因此一般用于中等以下液体负荷及无污物进入的填料塔中，特别是丝网波纹填料塔填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器管式液体分布器压力型管式液体分布器结构

靠泵的压头或高液位通过

管道与分布器相连，将液体分布到填料上，根据管子安排的方法不同，有排管式和环管式优点

结构简单，易于安装，占用空间小，适用于带有压力的液体进料。压力型管式分布器只能用于液体单相进料，操作时必须充满液体管式液体分布器填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器槽式液体分布器

属于重力型分布器，分孔流型和溢流型两种孔流型结构：由主槽和分槽组成。主槽为矩形截面敞开式结构，长度由塔径及分槽的尺寸决定，高度取决于操作弹性，一般取200~300mm。分槽的长度由塔径及排列情况确定，宽度由液体量及要求的停留时间确定，一般30~60mm，高度通常为250mm左右。填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器槽式液体分布器孔流型作用：主槽的作用是将液体通过其底部的布液孔均匀稳定地分配到各分槽中。分槽的作用是将主槽分配的液体，均匀地分布到填料的表面上。分槽是靠槽内的液位由槽底的布液孔来分布液体的，其设计的关键是布液结构。一般情况下，最低液位以50mm为宜，最高液位由操作弹性、塔内允许的高度及造价确定，一般200mm左右。填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器槽式液体分布器溢流型结构：槽式溢流型液体分布器与槽式孔流型分布器是相似的，它是将槽式孔流型分布器的底孔改成侧向溢流孔。溢流孔一般为倒三角形或矩形。主槽可设置一个或多个，视塔径而定，直径在2m以下的塔可设置一个主槽，直径在2m以上或液量很大的塔可设置2个或多外分槽。分槽宽度一般为100~120mm，高度为100~150mm，分槽中心距为300mm左右。填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器槽式液体分布器溢流型作用：液体先进入主槽，靠液位由主槽的矩形或三角形溢流孔分配至各分槽中，然后再依靠分槽中的液位从三角形或矩形溢流孔流到填料表面上。适用范围：它适用于高液量或物料内有脏物易被堵塞的场合。常用于散装填料塔中，由于其分布质量不如槽式孔流型分布器，故高效规整填料塔中应用不多。填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器喷洒式液体分布器

结构与压力型管式分布器相似，在液体压力下，通过喷嘴或喷头将液体分布在填料上

结构简单、造价低、易于支承。气体处理量大，液体处理的范围比较宽，但雾沫夹带较严重，需安装除沫器，且压头损失比较大，使用时要避免液体直接喷到塔壁上，产生过大的壁流。进料中不能含有气相及固相喷洒式液体分布器填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器盘式液体分布器

盘式液体分布器与前述的各种液体分布器的判别是：气液的流道分开，气体从升气管上升，液体在底盘上保持一定的液位，从喷淋孔流下。液体分布比较均匀，适用于规整填料及散装填料盘式液体分布器盘式液体分布器填料塔填料塔内件的结构设计填料塔的液体分布器液体分布器的选择

选择液体分布器时，一般对于金属丝网填料及非金属丝网填料，应选用管式分布器，对于比较脏的物料，应优先选用槽式分布器，对于分批精馏的情况，应选用高弹性分布器

关于液体分布器的性能比较见下表液体分布器的性能比较管式喷洒式槽式孔流槽式溢流盘式孔流盘式溢流重力压力压力重力重力重力重力液体分布质量高中低-中高低-中高低-中处理能力[m3/(m2·h)]0.25~100.25~2.5范围较宽范围宽范围宽范围宽范围宽塔径m任意>0.4任意任意,通常>0.6任意,通常>0.6<1.2<1.2留堵程度高高中-高中低中低气体阻力低低低低低-高高高水平度要求低无无低载荷时高高低载荷时高高腐蚀的影响中大大大小大小液相夹带低高高低低低低重量低低低中中高高填料塔填料塔内件的结构设计液体收集再分布器“干锥”现象

当液体沿填料层向下流动时，具有流向塔壁而形成“壁流”的倾向，结果造成液体分布不均匀，降低传质效率，严重时使塔中心的填料不能被湿润而形成“干锥”。液体收集再分布器的作用

由于“干锥”的出现，必须将填料分段，在各段填料之间需要将上一段填料下来的液体收集，再分布。液体收集再分布器的另一作用是当塔内气、液相出现径向浓度差时，液体收集再分布器将上层填料流下的液体完全收集、混合，然后均匀分布到下层填料，并将上升的气体均匀分布到上层填料以消除各自的径向浓度差填料塔填料塔内件的结构设计液体收集再分布器液体收集器斜板式液体收集器

斜板式液体收集器如图。上层填料下来的液体落到斜板上后沿斜板流入下方的导液槽中，然后进入底部的横向或环形集液槽。再由集液槽中心管流入再分布器中进行液体的混合和再分布。斜板在塔截面上的投影必须覆盖整个截面并稍有重叠。安装时将斜板点焊在收集器筒体及底部的横槽及环槽上

斜板液体收集器的特点是自由面积大，气体阻力小，一般不超过2.5mm水柱（=24.5Pa）。因此特别适用于真空操作填料塔填料塔内件的结构设计液体收集再分布器液体收集器升气管式液体收集器

结构与盘式液体分布器相同，只是升气管上端设置挡液，以防止液从升气近落下，这种液体收集器把填料支承和液体收集器合二为一，占据空间小，气体分布均匀，可用于气体分布性能要求高的场合。缺点是阻力较斜板式收集器的大，且填料容易挡住收集器的布液孔升气管式液体收集器填料塔填料塔内件的结构设计液体收集再分布器液体再分布器组合式液体再分布器

将液体收集器与液体分布器组合起来构成的组合式液体再分布器组合式液体

再分布器槽盘式液体再分布器填料塔填料塔内件的结构设计液体收集再分布器液体再分布器壁流收集再分布器填料塔填料塔内件的结构设计填料的压紧和限位装置

当气速较高或压力波动较大时，会导致填料层的松动从而造成填料层内各处的装填密度产生差异，引起气、液相的不良分布，严重时会导致散装填料的流化，造成填料的破碎、损坏、流失。为了保证填料塔的正常、稳定操作，在填料层上部应当根据不同材质的填料安装不同的填料压紧器或填料层限位器

一般陶瓷、石墨等脆性散装填料适用填料压紧器，而金属、塑料制散装填料及各种规整填料则使用填料层限位器填料塔填料塔内件的结构设计填料的压紧和限位装置填料压紧器

又称填料压板。常用的填料压板有栅条式，网板式结构。将其自由放置于填料层上部，靠其自身的重量压紧填料。当填料层移动并下沉时，填料压板随之一起下落。栅条式要求其空隙率大于70%，栅条间距约为填料直径的0.6~0.8倍，或是底面垫金属丝网以防止填料通过栅条间隙。网板式填料压板由钢圈、栅条及金属网制成。填料塔填料塔内件的结构设计填料的压紧和限位装置填料限位器

又称床层限位器。用于金属、塑料制散装填料，及所有规整填料。作用是防止高气速、高压降或塔的操作出现较大波动时，填料向上移动而造成填料层出现空隙，从而影响塔的传质效率。板式塔板式塔的分类按塔板的结构分

有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔板式塔板式塔的分类按气液两相流动方式分

有错流板式塔、逆流板式塔，或有降液管的塔板和无降液管的塔板板式塔板式塔的分类按液体流动型式分

有单溢流型和双溢流型板式塔板式塔的结构板式塔的结构泡罩塔结构：主要由泡罩、升气管、溢流堰、降液管及塔板等组成。泡罩有圆形和条形两大类，应用最广的是圆形泡罩，圆形泡罩的直径有φ80、φ100和φ150三种。前两种为矩形齿缝，并带有帽缘，φ150的圆形泡罩为敞开式齿缝。泡罩在塔盘上通常采用等边三角形排列，中心距一般为泡罩直径的1.25~1.5倍。两泡罩外缘的距离应保持25~75mm左右，以保持良好的鼓泡效果泡罩塔板式塔泡罩塔工作原理：液体由上层塔板通过左侧降液管下部流入塔盘，然后横向流过塔盘上布置泡罩的区段，此区域为塔盘的有效气液接触区，在出口堰前经初步分离液体中夹带的气泡，然后液体越过出口堰板流入右侧的降液管。在堰板上方的液层高度称为堰上液层高度，液体流入降液管内后经静止分离。蒸气上升返回塔盘，清液则流入下层塔板。蒸气由下层塔盘上升进入泡罩的升气管内，经过升气管与泡罩间的环形通道，穿过泡罩的齿缝分散到泡罩间的液层中去。蒸气从齿缝中流出时，形成气泡，搅动塔盘上的液体，并在液面上形成泡沫层。气泡离开液面时破裂而形成带有液滴的气体，小液滴相互碰撞形成大液滴降落，回到液层中。如上所述，蒸气从下层塔盘进入上层塔盘的液层并继续上升的过程中，与液体充分接触，并进行传热与传质板式塔泡罩塔操作弹性：在气、液量变化范围较大的情况下塔仍具有较高的传热传质效率，称为操作弹性大。反之则为操作弹性小。泡罩塔的设计或操作不当，可能出现液体流量很小或液封高度不够，此时从齿缝出来的蒸气会推开液体，掠过液面直接上升而形成锥流，使气液接触不良。若蒸气量太小，气体不能以连续鼓泡的形式通过液层时，下层塔盘逐渐积蓄蒸气，使压力升高，当升高到足够的数值后，气体才通过齿缝鼓泡溢出，此时又造成气压下降，停止鼓泡，待气压再次升高到一定数值后，才能重新鼓泡通过齿缝，为此蒸气的鼓泡以脉冲方式进行。如果液体量过大，蒸气量过小时，液体可能从泡罩的升气管流到下层塔板，称为倾流。尤其是在接近液体板式塔进口端的泡罩，倾流现象较为严重。这样液体没有传质就下流，使塔板效率明显下降。蒸气量过大，速度过高会形成过量的雾沫夹带。若气液量均很大，而降液管的容积又太小，此时部分液体不能通过降液管流下，而阻截在塔板上，使塔上泡沫层高度超过塔板间距而形成液泛，塔板效率下降，甚至塔的操作无法进行板式塔板式塔的结构板式塔的结构泡罩塔优点：操作弹性大，在负荷波动范围较大时，仍能保持塔的稳定操作及较高的分离效率；气液比的范围大，不易堵塞。目前只在某些情况如生产能力变化大，操作稳定性要求高，要求有相当稳定的分离能力等要求时，可考虑使用泡罩塔缺点：结构复杂、造价高、气相压降大、安装维修麻烦板式塔板式塔的结构板式塔的结构浮阀塔结构：浮阀塔塔盘上开有一定形状的阀孔，孔中安装可在适当范围内上下浮动的阀片，因而可适应较大的气相负荷变化。阀片的形状有圆形、矩形等。浮阀是浮阀塔的气液传质元件。目前国内应用最为普遍的是F1型浮阀。F1型浮阀分为轻阀和重阀两种，轻阀采用1.5mm薄板冲压而成，质量约为25g；重阀采用2mm的薄板冲压，质量约33g。由于轻阀漏液较大，除真空操作时选用外，一般用重阀浮阀塔浮阀塔板式塔板式塔的结构板式塔的结构浮阀塔工作原理：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。浮阀能随气速的增减在相当宽的气速范围内自由升降，以保持稳定的操作板式塔板式塔的结构板式塔的结构浮阀塔优点生产能力大，比泡罩塔提高20%~40%操作弹性大，在较宽的气相范围内，塔板效率变化较小，其操作弹性较筛板塔有较大的改善塔板效率较高，它的气液接触状态较好，且气体沿水平方向吹入液层，雾沫夹带较小塔板结构及安装较泡罩简单，重量较轻，制造费用低，仅为泡罩塔的60%~80%左右应用最广的塔型之一，因具有优异的综合性能，在设计和选用时常被首选板式塔板式塔的结构板式塔的结构浮阀塔缺点在气速较低时，仍有塔板漏液，故低气速时板效率有所下降浮阀阀片有卡死和吹脱的可能，会导致操作运转及检修的困难塔板压力降较大，妨碍它在高气相负荷及真空中的应用板式塔板式塔的结构板式塔的结构筛板塔结构：筛板塔塔盘分为开孔区、无孔区、溢流堰或降液管区。筛板上筛孔直径的大小及间距直接影响塔板的操作性能，一般液相负荷的塔板，筛孔孔径采用4~6mm。筛孔通常按正三角形排列，孔间距与孔径的比值通常取2.5~5，最佳值为3~4。溢流高度决定塔盘上液层深度，溢流堰高，则气液接触时间长，板效率高，在液相负荷较小时，也容易保证气液接触均匀，对筛板安装水平度的要求也可适当降低。但堰太高时，塔板压降增大；当气量较小时，筛板容易漏液，一般而言，常压操作时，溢流堰高可为25~50mm，减压蒸馏时，可取10~15mm板式塔板式塔的结构板式塔的结构筛板塔工作原理液体从上层塔盘的降液管流下，横向流过塔盘，越过溢流堰经溢流管流入下一层塔盘，塔盘上依靠溢流堰的高度保持其液层高度。蒸气自下而上穿过筛孔时，被分散成气泡，在穿越塔盘上液层时，进行气液两相间的传热与传质板式塔板式塔的结构板式塔的结构筛板塔优点：与泡罩塔相比，筛板塔结构简单，成本低（比泡罩塔减少40%左右），板效率提高10%~15%，安装维修方便。在理论及实践上获得了成熟经验，使筛板塔成为应用较广的一种塔型，近年来，发展了大筛孔（孔径达20~25mm），导向筛板等多种筛板塔板式塔板式塔的结构板式塔的结构无降液管塔结构：典型的气液逆流式塔。塔盘无降液管，塔盘上的气液通道为冲压而成的长条栅缝或圆形筛孔。栅板也可用扁钢条拼焊而成，栅缝宽度为4~6mm，长度60~150mm，栅缝中心距为（1.5~3）倍栅缝宽度，筛孔直径通常采用5~8mm，塔板的开孔率为15%~30%，塔盘间距可用300~600mm板式塔板式塔的结构板式塔的结构无降液管塔工作原理：操作时，蒸气由栅缝或筛孔上升，液体在塔盘上被上升的气体阻扰，形成泡沫。两相在泡沫中进行传热与传质。与气相密切接触后的液体又不断从栅缝或筛孔流下，气液两相，同时在栅缝或筛孔中形成上下穿流。又称为穿流式栅板或筛板塔板式塔板式塔的结构板式塔的结构无降液管塔优点由于没有降液管，结构简单，加工容易、安装维修方便，投资少因节省了降液管所占的塔截面（一般约为塔盘截面的15%~30%），允许通过更多的蒸气量，生产能力比泡罩塔大20%~100%因塔盘开孔率大，栅缝或筛孔处的气速比溢流式塔盘小，压力降较小，比泡罩塔低40%~80%，可用于真空蒸馏板式塔板式塔的结构板式塔的结构无降液管塔缺点板效率比较低，比一般板式塔低30%~60%，但因塔盘的开孔率大，气速低，形成的泡沫层高度较低，雾沫夹带量小，所以可以降低塔板的间距，在同样分离条件下，塔总高与泡罩塔基本相同操作弹性较小，能保持较好分离效率时，塔板负荷的上下限之比约为2.5~3.0板式塔板式塔的结构板式塔的结构导向筛板塔对普通筛板塔的两项改进开设导向孔，通过导向孔的气流对液流有一定的推动作用，有利于推进液体并减小液面梯度在塔板的液体入口处增设鼓泡促进结构，也称鼓泡促进器，用于液体刚进入塔板就迅速鼓泡，达到良好的气液接触，提高塔板利用率，使液层减薄，压降减小优点：与普通筛板塔相比，使用这种塔盘，压降可下降15%，板效率可提高13%左右，可用于减压蒸馏和大型分离装置板式塔板式塔的结构板式塔的结构斜喷型塔斜喷的作用：一般情况下，塔盘上气流垂直向上喷射（如筛板塔），这样往往造成较大的雾沫夹带，如果使气流在盘上沿水平方向或倾斜方向喷射，则可以减轻夹带，同时通过调节倾斜角度还可以改变液流方向，减小液面梯度和液体返混舌形塔

舌孔有两种：三面切口及拱形切口板式塔板式塔的结构板式塔的结构斜喷型塔浮动舌形塔板式塔板式塔的结构板式塔的比较生产能力的比较L、V-液相、气相流量，kg/s；ρL、ρV-液相、气相密度，kg/m3；μ-液相粘度，MPa·s板效率的比较压力降的比较板式塔性能比较塔型与泡罩塔相比的相对气相负荷效率操作弹性85%最大负荷时的单板压降mm水柱与泡罩塔相比的相对价格可靠性泡罩塔1.0良超45~801.0优浮阀塔1.3优超45~600.7良筛板塔1.3优良30~500.7优舌形塔1.35良超40~700.7良栅板塔2.0良中25~400.5中板式塔板式塔塔盘的结构塔盘整块式塔盘

当塔径DN≤700mm时，采用整块式塔盘。整块式塔盘分为定距管式塔盘和重叠式塔盘分块式塔盘

当塔径DN≥800mm时，采用分块式塔盘

定距管式塔盘重叠式塔盘整块式塔盘的角焊及翻边结构整块式塔盘的密封结构分块式塔盘分块式塔盘塔盘的连接结构塔盘的连接结构塔盘的连接结构塔盘的连接结构塔盘的连接结构板式塔板式塔塔盘的结构降液管降液管的型式圆形降液管：用于液体负荷低或塔径较小的场合，不适合容易起泡沫的液体弓形降液管：适用于大液量及大直径的塔，塔盘面积利用率高，降液能力大，气-液分离效果好板式塔板式塔塔盘的结构降液管降液管的尺寸

在确定降液管的结构尺寸时，应该使夹带气泡的液流进入降液管后具有足够的分离空间，能将气泡分离出来，从而，仅有清液流往下层塔盘。为此在设计降液管结构尺寸时，应遵守以下几点：液体在降液管内的流速为0.03~0.12m/s；液流通过降液管的最大压降为250Pa；液体在降液管内的停留时间为3~5s，通常<4s；降液管内清液层的最大高度不超过塔板间距的一半；越过溢流堰降落时抛出的液体，不应射及塔壁；降液管的截面积占塔盘总面积的比例，通常为5%~25%之间板式塔板式塔塔盘的结构降液管降液管的尺寸

为了防止气体从降液管底部窜入，降液管必须有一定的液封高度。降液管底端到下层塔盘受液盘面的间距应低于溢流堰高度，通常两者之差取6~12mm。大塔不小于38mm板式塔板式塔塔盘的结构降液管降液管的结构

降液管的结构板式塔板式塔塔盘的结构受液盘

为了保证降液管出口处的液封，在塔盘上设置受液盘，受液盘有平型和凹型两种平型受液盘

平型受液盘适用于物料容易聚合的场合凹型受液盘

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，应采用凹型受液盘。凹型受液盘的深度一般大于50mm，但不超过塔板间距的三分之一，否则加大塔板间距受液盘受液盘板式塔板式塔塔盘的结构溢流堰进口堰

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的冲击，在液流进入端设置入口堰出口堰

出口堰的作用是保持塔盘上液层的高度，并使液体均匀分布溢流堰塔设备的附件除沫器

在塔内操作气速较大时，会出现塔顶雾沫夹带，不但造成物料流失，也使塔效率下降，同时可能造成环境污染。为避免这种情况，需在塔顶设置除沫装置，减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作丝网除沫器折流板除沫器旋流板除沫器丝网除沫器折流板除沫器塔设备的附件裙座裙座结构裙座材料

按压力容器用钢

选用塔设备的附件裙座裙座与塔体的焊缝塔设备的附件吊柱

安装在室外，无框架的整体塔设备，为了安装及拆卸内件，更换或补充填料，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间有合适的夹角，使人能站在平台上操纵手柄，使吊柱的垂直线可以转到人孔附近，以便从人孔装入或取出塔内件塔的强度设计塔的轴向强度及稳定性校核的基本步骤按设计条件，初步确定塔的厚度和其他尺寸计算塔设备危险截面的载荷，包括重量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等危险截面的轴向强度和稳定性校核设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等塔的强度设计塔的固有周期等直径、等厚度塔的固有周期

计算模型为顶端自由、底部固定、质量沿高度均匀分布的悬壁梁。梁在动载荷作用下发生弯曲振动时，其挠度曲线随时间而变化，可表示为。设塔为理想弹性体、振幅很小、无阻尼、塔高与塔直径之比较大（大于5），在分布惯性力q的作用下的挠曲线微分方程为：xyH塔的强度设计塔的固有周期等直径、等厚度塔的固有周期

根据牛顿第二定律，梁上的分布惯性力q为

代入微分方程得：

采用分离变量法求解上式，令上式的解为塔的强度设计上式的特征方程及其解为：

Y(x)的解为：

边界条件：

边界条件代入后得，特征方程：

求此方程，得塔设备的前三个振形的k值分别为：塔的强度设计由k与圆频率ω的关系及ω与周期T的关系可得：0.22H0.5H0.13HH第一振型第二振型第三振型塔的强度设计塔的固有周期不等直径或不等厚度塔设备的固有频率

对于不等直径或不等厚度的塔，工程设计时常将其视为由多个塔节组成，将每个塔节化为质量集中于其重心的质点，并采用质量折算法计算第一振型的固有周期。直径和厚度相等的圆柱壳、改变直径用的圆锥壳可视为塔节

质量折算法的基本思路是将一个多自由度体系，用一个折算的集中质量来代替，从而将一个多自由度体系简化成一个单自由度体系。确定集中质量的原则是使两个相互折算体系在振动时产生的最大动能相等。h1h2hnhiHnHH2HiYiYnmaYn塔的强度设计设塔节数为n，塔体振动时i质点的振动速度为：

塔体振动时最大动能为各质点最大动能之和，即：

单自由度体系的折算质量为ma，则振动时产生的最大动能为：

根据质量折算法：塔的强度设计经对250多个塔用计算机计算，发现第一振型的振动曲线用下式近似，解出的固有频率具有很高的精度：由振动理论，弹簧常数为k，质点质量为m的弹簧上，一单质点振动的周期为：

式中y0为在自由端施加单位力时，在该处产生的挠度。根据材料力学可知，顶端作用单位力时，变截面梁在顶端的位移为：

塔的强度设计式中：Hi-第i段塔节底部截面至塔顶的距离，m；

Ei-第i段塔节材料在设计温度下的弹性模式量，Pa；

Ii-第i段塔节形心轴的惯性矩，其单位为，m4。对于圆柱形塔节，

对于圆锥形塔节，

Die-圆锥形塔节大端内直径，m；

Dif-圆锥形塔节小端内直径，m；

δei-第I段塔节的有效厚度，m；

若第I段塔节形状为圆柱形，则Die=Dif=Di塔的强度设计塔的载荷分析质量载荷塔体、裙座质量m01；塔内件如塔盘或填料的质量m02；保温材料的质量m03；操作平台及扶梯的质量m04；操作时物料的质量m05；塔附件如人孔、接管、法兰等质量ma；水压试验时充水的质量mw；偏心载荷me塔的强度设计塔的载荷分析质量载荷塔设备在正常操作时的质量

m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me塔设备在水压试验时的最大质量

mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me塔设备在停工检修时的最小质量

mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma塔的强度设计塔的载荷分析偏心载荷塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其他部件，承受偏心载荷，该载荷产生的弯矩为

Me=meg·e

式中：g-重力加速度，m/s2；

e-偏心距，即偏心质量中心至塔中心线间的距离，m；

Me-偏心弯矩，N·m塔的强度设计塔的载荷分析风载荷风载荷的影响：安装在室外的塔设备将受到风力的作用。风力除了使塔产生应力和变形外，还可能使塔产生顺风向的振动（纵向振动）及垂直于风向的诱导振动（横向振动）。过大的塔体应力会导致塔体的强度及稳定失效，而太大的塔体挠度会造成塔盘上的流体分布不均，从而使分离效率下降塔的强度设计塔的载荷分析风载荷风载荷的分解：风载荷是一种随机载荷，对于顺风向风力，可视为由两部分组成：平均风力（又称稳定风力）：它对结构的作用相当于静力的作用，其值等于风压和塔设备迎风面积的乘积脉动风力（又称阵风脉动），它对结构的作用是动力的作用，是非周期性的随机作用力，会引起塔设备的振动。计算时，通常将其折算成静载荷，即在静力的基础上考虑与动力有关的折算系数，称为风振系数塔的强度设计塔的载荷分析风载荷风力计算

塔设备中第i计算段所受的水平风力

基本风压q0

中国设计规范中，对空气密度ρ，统一采用一个大气压下，10℃时的干空气密度计算，ρ=1.25kg/m3；基本风速v0用该地区离地面高度10m处，30年一遇，采用10分钟为时距所得的平均最大风速。国家有关部门已制定了全国各地区基本风压q0的分布图塔的强度设计塔的载荷分析风载荷风力计算高度变化系数

由于风的粘滞作用，当它与地面上的物体接触时，形成一具有速度梯度的边界层气流。风速或风压随离地面的高度而变化。研究表明：在一定高度范围内，风速沿高度变化呈指数规律，风压等于基本风压q0与高度变化系数fi的乘积。塔设备中第i计算段所受的水平风力

式中：Z0-地面粗糙度，m；H1-标准风压值的基准高度，H1=10m；H2-计算截面距地面的高度，m风压高度变化系数fi

地面粗糙度类别距地面高度Hit，mABC51.170.800.54101.381.000.71151.521.140.84201.631.250.94301.801.421.11401.921.561.24502.031.671.36602.121.771.46702.201.861.55802.271.951.64902.342.021.721002.402.091.79塔的强度设计注：A类地面粗糙度指近海海面、海岸、海岛、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的中小城镇和大城市；C类指具有密集建筑群的大城市市区塔的强度设计塔的载荷分析风载荷风力计算计算段的选取

对于高度在10m以下的塔设备，按一段计算，以设备顶端的风压作为整个塔设备的均布风压；对于高度超过10m的塔设备，分段进行计算，每10m分为一个计算段，余下的最后一段取其实际高度ln/2l1/2l1/2l2/2l2/2l3/2l3/2li/2li/2li+1/2li+1/2l1l2l3lili+1lnH1tHHitPiPi+1PnP1P2P3qi+1qiqnq2q1q3塔的强度设计塔的载荷分析风载荷风力计算体型系数K1：在同样风速下，风压在不同体型结构表面分布亦不同，对细长的圆柱形塔体结构，体型系数K1=0.7风振系数K2i：风振系数是考虑风载荷的脉动性质和塔体的动力特性的折算系数。塔高H≤20m的塔设备，取K2i=1.70。而塔高H>20m时，按下式计算

式中：ξ-脉动增大系数；vi-第i段的脉动影响系数；φzi-第i段的振型系数塔的强度设计脉动放大系数ξ1020406080100ξ1.471.571.691.771.831.8820040060080010002000ξ2.042.242.362.462.532.80400060008000100002000030000ξ3.093.283.423.543.914.14注：表中q1为风压，对于B类地区q1=q0，，C类地区q1=0.71q0T1为第一自振周期塔的强度设计脉动影响系数vi

高度Hit/m粗糙度类别1020406080100A0.780.830.870.890.890.89B0.720.790.850.880.890.90C0.660.740.820.860.880.89注:表中Hit为塔设备第i计算段顶部截面至地面的高度，m塔的强度设计振型系数φziu相对高度Hit/H1.00.80.6u相对高度Hit/H1.00.80.60.10.020.020.010.60.480.440.410.20.070.060.050.70.600.570.550.30.150.120.110.80.730.710.690.40.240.210.210.90.870.860.850.50.350.320.291.01.001.001.00注：表中u为塔顶与塔底有效直径的比值；Hit为第i计算段顶部截面至地面的高度，m；H为塔设备总高度，m塔的强度设计塔的载荷分析风载荷风力计算塔设备迎风面的有效直径Dei

是该段所有受风构件迎风面的宽度总和当笼式扶梯与塔顶管线布置成180°时

当笼式扶梯与塔顶管线布置成90°时，取下列两式中的较大值塔的强度设计δsi-塔设备各计算段保温层的厚度，m；d0-塔顶管线外径，m；δps-管线保温层的厚度，m；K3-笼式扶梯的当量宽度，当无确定数据时，可取K3=0.40m；K4-操作平台的当量宽度，m；

A-第i段内操作平台构件的投影面积（不计空档的投影面积），m2；h0-操作平台所在计算段的高度，m塔的强度设计塔的载荷分析风载荷风弯矩计算

将塔设备沿高度分为若干段，水平风力在第i段塔底截面I-I处的风弯矩为ln/2l1/2l1/2l2/2l2/2l3/2l3/2li/2li/2li+1/2li+1/2l1l2l3lili+1lnH1tHHitPiPi+1PnP1P2P3qi+1qiqnq2q1q3塔的强度设计塔的载荷分析地震载荷

地震发生时，地面运动是一种复杂的空间运动，可分解为三个平动分量和三个转动分量。由于转动分量的实测数据很少，地震载荷计算时一般不予考虑。地面水平方向（横向）的运动会使设备产生水平方向振动，危害较大。而垂直方向（纵向）的危害较横向振动要小，所以只有当地震烈度为8度或9度地区的塔设备才考虑纵向振动的影响塔的强度设计塔的载荷分析地震载荷地震力计算

所谓地震力是指地震时地面运动对设备的作用力单质点体系水平地震力：对于底部刚性固定在基础上的塔设备，如将其简化成单质点的弹性体系，则水平地震力为该设备相对于地面运动时的惯性力

式中：Cz-综合影响系数，取0.5；mp-集中于单质点的质量，kg；α-地震影响系数，根据场地土的特性周期及塔自振周期确定mpF塔的强度设计地震影响系数α：

若自振周期>3s，则以3s计算，但其值不得小于0.2s

式中：Tg-特性周期，按场地土的类型及震区类型查表确定；

αmax-地震影响系数的最大值，查表确定地震影响系数的最大值αmaxαmaxα0.45αmax(Tg/T)0.9αmax3s00.1TET设计地震烈度789αmax0.230.450.90塔的强度设计场地土的特性周期Tg

Ⅰ类场地土：坚硬场地土；Ⅱ类场地土：中硬场地土；Ⅲ类场地土：中软场地土；Ⅳ类场地土：软弱场地土近震区：当该地区的地震烈度是来自与地震烈度相等或比地震烈度小一度的地震影响时，称该震区为近震区远震区：当某地区的基本烈度是来自于其大两度或两度以上的地震影响时，则该震区称为远震区场地土类型近震远震场地土类型近震远震Ⅰ0.20.25Ⅲ0.40.55Ⅱ0.30.40Ⅳ0.650.85塔的强度设计塔的载荷分析地震载荷地震力计算塔设备的水平地震力

塔设备是一个多质点的弹性体系，对于多质点体系，具有多个振型。根据振型叠加原理，可将多质点体系的计算转换成多个单质点体系相叠加。因此，对于实际塔设备水平地震力的计算，可在前述单质点体系计算的基础上，考虑振型对绝对加速度及地震力的影响，引入振型参考系数IIhmim1m2mkmnhihk塔的强度设计由塔设备的第一振型曲线的每段的位移Yi与最大位移Ya的关系：

可得相应于第一振型的振型参考系数ηk1：

第k段塔节重心处（k质点处）产生的相当于第一振型（基本振型）的水平地震力为：

式中：α1-对应于塔设备基本固有周期T1的地震影响系数α值塔的强度设计塔的载荷分析地震载荷地震力计算垂直地震力

在地震烈度为8度或9度的地区，塔设备应考虑垂直地震力的作用。一个多质点体系在地面的垂直运动作用下，塔设备底部截面上的垂直地震力为：

式中：-垂直地震影响系数的最大值，取

；-塔设备的当量质量，取

；m0-塔设备操作时的质量，㎏mim1m2mkmnhihk塔的强度设计塔的载荷分析地震载荷地震弯矩不等直径及不等厚度塔情况

由于水平地震力的作用，在塔设备的任意截面I-I处，基本振型的地震弯矩

式中：-任意截面I-I处基本振型的地震弯矩，N·m

IIhmim1m2mkmnhihk塔的强度设计塔的载荷分析地震载荷地震弯矩等直径、等厚度塔

设塔的单位高度质量为m，在距地面为

h处，取微元dh，则质量为mdh，其振型

系数为

水平地震力微元力dFx1为xyHdhhIIhmxdx塔的强度设计基本振型在I-I截面处的地震弯矩为

基本振型在塔底部截面0-0处，由基本振型产生的地震弯矩（h=0处）

考虑高振型在I-I截面处的地震弯矩

当H/D>15或塔设备高度H≥20m时，还必须考虑高振型的影响。这时应根据前三振型分别计算其水平地震力及地震弯矩。然后根据振型组合的方法确定作用于k质点处的最大地震力及地震弯矩。这样计算很复杂，工程上采用简化的近似算法，按第一振型的计划处结果估算地震弯矩IIhmxdx塔的强度设计塔的载荷分析最大弯矩

确定最大弯矩时，偏保守地假设风弯矩、地震弯矩和偏心弯矩同时出现，且出现在塔的同一方向。但考虑到最大风速和最高地震级别同时出现的可能性很小，在正常或停工检修时，取计算截面的最大弯矩为

在水压试验时，由于试验日期可以选择且持续时间较短，取最大弯矩为塔的强度设计塔体的计算步骤根据操作压力（内压或真空）计算塔体厚度对正常操作、停工检修及压力试验等工况，计算各工况下相应压力相应重量和垂直地震力最大弯矩及最大弯矩引起的轴向应力确定最大拉伸应力和最大压缩应力进行强度和稳定性校核如不满足须调整塔体厚度，重新进行应力校核塔的强度设计筒体的强度及稳定性校核正常操作、停工检修工况下筒体的轴向应力内压或外压在筒体中引起的轴向应力σ1

重力及垂直地震力在筒壁产生的轴向压应力σ2

式中：-任意截面I-I以上塔设备承受的质量，kg；

-垂直地震力，仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项，N塔的强度设计筒体的强度及稳定性校核正常操作、停工检修工况下筒体的轴向应力最大弯矩在筒体中引起的轴向应力σ3

组合筒体轴向应力组合轴向拉应力组合轴向压应力塔的强度设计筒体的强度及稳定性校核正常操作、停工检修工况下筒体轴向应力校核条件轴向拉伸应力

轴向压缩应力

塔的强度设计筒体的强度及稳定性校核压力试验工况下筒体的轴向应力筒体中引起的轴向应力σ1试

重力在筒壁产生的轴向压应力