第5章-塔設(shè)備設(shè)計(jì)(共42頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第5章 塔設(shè)備設(shè)計(jì)5.1 塔設(shè)備的分類和總體結(jié)構(gòu)5.1.1 塔設(shè)備的分類塔設(shè)備的分類方法很多。按單元操作可分為精料塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等；最常用的是按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔(圖5-1)和填料塔(圖5-2)兩大類。板式塔和填料塔的特點(diǎn)見表5-l。表5-1 塔的主要類型及特點(diǎn)類 型板 式 塔填 料 塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)塔內(nèi)設(shè)置有多層塔板每層板上裝配有不同型式的氣液接觸元件，如泡罩、浮閥等塔內(nèi)設(shè)置有多層整砌或亂堆的填料，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍型填料等填料為氣液接觸的基本元件操作特點(diǎn)氣液逆流逐級(jí)接觸微分式接觸，可采用逆流操作，也可采用并流操作設(shè)備性能空塔速度（亦即生產(chǎn)能力）高效率穩(wěn)

2、定壓力降大液氣比的適應(yīng)范圍大持液量大空塔速度（亦即生產(chǎn)能力）低小塔徑、小填料的塔效率高。直徑大效率低壓力降小要求液相噴淋量較大持液量小制造與維修直徑在600mm以下的塔安裝困難檢修清理容易金屬材料耗量大造價(jià)比板式塔便宜檢修清理困難可采用非金屬材料制造適用場(chǎng)合處理量大操作彈性大帶有污垢的物料處理強(qiáng)腐蝕性物料液氣比大真空操作要求壓力降小5.1.2 塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)均包括：塔體、內(nèi)件、支座及附件。塔體是典型的高大直立容器，多由筒節(jié)、封頭組成。當(dāng)塔體直徑大于800mm時(shí)，各塔節(jié)焊接成一個(gè)整體；直徑小的塔多分段制造，然后再用法蘭連接起來。內(nèi)件是物料進(jìn)行工藝過程的地方，由塔盤或填料支承等件

3、組成。支座常用裙式支座。附件包括人、手孔，各種接管、平臺(tái)、扶梯、吊柱等。專心-專注-專業(yè)圖5-1 板式塔1吊柱；2排氣口；3回流液入口；4精餾段塔盤；5殼體；6進(jìn)料口；7人孔； 8提餾段塔盤；9進(jìn)氣口；10裙座； 11排液口；12裙座人孔圖5-2 填料塔1吊柱；2排氣口；3噴淋裝置；4殼體； 5液體再分配器；6填料；7卸填料人孔； 8支撐裝置；9進(jìn)氣口；10排液口； 11裙座； 12裙座人孔5.2 塔設(shè)備設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟5.2.1 塔設(shè)備設(shè)計(jì)的內(nèi)容塔設(shè)備設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩方面。本課程設(shè)計(jì)是把工藝參數(shù)、尺寸作為已知條件，在滿足工藝條件的前提下，對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，并從制

4、造、安裝、檢修、使用等方面出發(fā)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。塔設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)書內(nèi)容和格式常按表5-2。表5-2 塔設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)書簡圖與說明比例設(shè)計(jì)參數(shù)及要求工作壓力，MPa1.0設(shè)計(jì)壽命設(shè)計(jì)壓力，MPa1.1填料形式、規(guī)格、容積工作溫度，170填料的密度，kg/m3 設(shè)計(jì)溫度，200填料的堆積方式介質(zhì)名稱浮閥（泡罩）規(guī)格/個(gè)數(shù)介質(zhì)密度，kg/m3800浮閥（泡罩）間距，mm傳熱面積， m2保溫材料厚度，100基本風(fēng)壓，N/m2400保溫材料密度，kg/m3300地震基本烈度8塔盤上存留介質(zhì)層高度100場(chǎng)地類別殼體材料16MnR塔形內(nèi)件材料塔板數(shù)目70裙座材料Q235-A塔板間距偏心質(zhì)量4000腐蝕速率偏心距20

5、00接管表符號(hào)公稱尺寸DN連接面形 式用 途符 號(hào)公稱尺寸DN連接面形 式用途a1.2人 孔g100突面回流口b1.232突面溫度計(jì)h1425突面取樣口c450突面進(jìn)氣口i1，215突面液面計(jì)d1.2100突面加料口j125突面出料口e1.225突面壓力計(jì)k18450突面人孔f450突面排氣口條 件 內(nèi) 容 修 改修改標(biāo)記修改內(nèi)容簽字日期修改標(biāo)記修改內(nèi)容簽字日期備注單位名稱工程名稱設(shè)計(jì)項(xiàng)目條件編號(hào)設(shè)備圖號(hào)位號(hào)/臺(tái)數(shù)提 出 人日 期5.2.2塔設(shè)備設(shè)計(jì)的步驟在閱讀了設(shè)計(jì)任務(wù)書后，按以下步驟進(jìn)行塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)。5. 2. 2. 1 進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算包括如下內(nèi)容： 了解設(shè)計(jì)條件； 選材；

6、 按設(shè)計(jì)壓力計(jì)算塔體和封頭壁厚； 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算； 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算； 地震載荷與地震彎矩計(jì)算； 偏心載荷與偏心彎矩計(jì)算； 各種載荷引起的抽向應(yīng)力； 塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核； 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核； 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)； 地腳螺栓計(jì)算。5.2.2.2 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1) 板式塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： 塔體與裙座結(jié)構(gòu)； 塔盤結(jié)構(gòu)是板式塔的主要結(jié)構(gòu)部分，包括塔盤板，降液管，溢流堰，緊固件和支承件等； 除沫裝置，用于分離氣體中夾帶的液滴，多位于塔頂出口處； 設(shè)備接管，包括用于安裝、檢修塔盤的人(手)孔，氣體和物料進(jìn)出口的接管，以及安裝化工儀表的接管等； 塔附件，包括支承保溫材料的保

7、溫圈，吊裝塔盤用的吊柱以及扶梯、平臺(tái)等。(2) 填料塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： 塔體與裙座結(jié)構(gòu)； 噴淋裝置； 液體再分布器； 填料支承結(jié)構(gòu)； 塔附件。5.3塔設(shè)備的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算根據(jù)課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，著重介紹等截面、等壁厚塔設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算。5.3.1塔設(shè)備的載荷分析和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則塔設(shè)備在操作時(shí)主要承受的以下幾種載荷作用：操作壓力、質(zhì)量載荷、地震載荷、風(fēng)載荷、偏心載荷。各種載荷示意圖及符號(hào)見圖5-3。圖 5-3 塔設(shè)備各種載荷示意圖及符號(hào)(a)質(zhì)量載荷；(b)地震載荷；(c)風(fēng)載荷；(d)偏心載荷塔設(shè)備的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算通常按下列步驟計(jì)算。 根據(jù)GBl50-1998相應(yīng)章節(jié)或參考文獻(xiàn)1第十一章，按壓力確定

8、圓筒有效厚度及封頭的有效厚度； 根據(jù)地震和風(fēng)載的需要，選取若干計(jì)算截面(包括所有危險(xiǎn)截面)，并考慮制造、安裝、運(yùn)輸?shù)囊?，設(shè)定各截面處圓筒有效厚度與裙座有效厚度。應(yīng)滿足，； 根據(jù)自支承式塔設(shè)備承受的質(zhì)量載荷、風(fēng)載荷、地震載荷及偏心載荷的作用，依次進(jìn)行校核和計(jì)算，并應(yīng)滿足各相應(yīng)要求，否則需重新設(shè)定圓筒的有效厚度，直至滿足全部校核條件為止。塔設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算常用符號(hào)及說明見表5-3。5.3.2 質(zhì)量載荷塔設(shè)備的操作質(zhì)量（5-1）塔設(shè)備的最大質(zhì)量（5-2）塔設(shè)備的最小質(zhì)量（5-3）式5-3中的0.2m02系考慮焊在殼體上部分內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量，如塔盤支持圈、降液管等。當(dāng)空塔起吊時(shí)，如未裝保溫層、平臺(tái)、扶梯，則

9、mmin應(yīng)扣除m03和m04。式中的殼體和裙座質(zhì)量m01按求出的殼體名義厚度、封頭名義厚度及裙座名義厚度計(jì)算，也可分段計(jì)算。部分塔設(shè)備零部件，若無實(shí)際資料，可參考表5-4，計(jì)算中注意單位統(tǒng)一。表5-3 塔設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算常用符號(hào)及說明符號(hào)符號(hào)說明符號(hào)符號(hào)說明B系數(shù)，按GB150相關(guān)章節(jié)，MPa殼體和裙座質(zhì)量，kgDi塔設(shè)備殼體內(nèi)直徑，mm內(nèi)件質(zhì)量，kgDib基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)直徑，mm保溫材料質(zhì)量，kgDO塔設(shè)備殼體外直徑，mm平臺(tái)、扶梯質(zhì)量，kgDOb基礎(chǔ)環(huán)外直徑，mm操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量，kgDOS裙座殼體外直徑，mm塔設(shè)備第i段的操作質(zhì)量，kgdO塔頂管線外徑，mm距地面hk處的集中質(zhì)量（見圖5-4），

10、kge偏心質(zhì)量重心至塔設(shè)備中心線的距離，mm塔設(shè)備的當(dāng)量質(zhì)量，取meq=0.75mo，kgE設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量，MPa任意計(jì)算截面I-I處的基本振型地震彎矩，N.mm fi風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按表5-7選取底截面0-0處的地震彎矩，N.mm塔設(shè)備底截面處的垂直地震力，N任意計(jì)算截面II處的風(fēng)彎矩，N.mm塔設(shè)備任意計(jì)算截面II處垂直地震力，N底截面0-0處的風(fēng)彎矩，N.mm集中質(zhì)量引起的基本振型水平地震力，N任意計(jì)算截面II處的最大彎矩，N.mmg重力加速度，取g=9.81m/s2基本風(fēng)壓值，N/m2H塔設(shè)備高度，mm基礎(chǔ)環(huán)計(jì)算厚度，mmHi塔設(shè)備頂部至第i段底截面的距離，mm圓筒的有效厚

11、度，mmhit塔設(shè)備第i段頂截面距地面的高度，mm封頭的有效厚度，mmhi塔設(shè)備第i段集中質(zhì)量距地面的高度，mm裙座的有效厚度，mmIi、Ii-1第i段、第i-1段的截面慣性矩，mm4圓筒的名義厚度，mmK載荷組合系數(shù)，取K=1.2封頭的名義厚度，mmK1體形系數(shù)，取K1=0.7裙座的名義厚度，mmK3籠式扶梯當(dāng)量寬度；當(dāng)無確切數(shù)據(jù)時(shí)，可取K3=400mm管線保溫層厚度，mmK4操作平臺(tái)當(dāng)量寬度，mm塔設(shè)備第i段保溫層厚度，mm第i計(jì)算段長度（見圖5-7），mm由內(nèi)壓和外壓引起的軸向應(yīng)力，MPa操作平臺(tái)所在計(jì)算段的長度，mm重力及垂直地震力引起的軸向應(yīng)力，MPa人孔、接管、法蘭等附屬件質(zhì)量，k

12、g最大彎矩引起的軸向應(yīng)力，MPa偏心質(zhì)量，kg試驗(yàn)壓力引起的周向應(yīng)力，MPa塔設(shè)備操作質(zhì)量，kg設(shè)計(jì)溫度下圓筒的許用軸向壓應(yīng)力，MPa液壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，塔設(shè)備內(nèi)充液質(zhì)量，kg試驗(yàn)介質(zhì)的密度（用水時(shí)=0.001kg/m3）表5-4 塔設(shè)備零部件質(zhì)量載荷估算表名 稱籠式扶梯開式扶梯鋼制平臺(tái)圓泡罩塔盤舌形塔盤質(zhì)量載荷40kg/m1524 kg/m150 kg/m2150 kg/m275 kg/m2名 稱篩板塔盤浮閥塔盤塔盤填充液保溫層瓷環(huán)填料質(zhì)量載荷65 kg/m275 kg/m270 kg/m230 kg/m700 kg/m5.3.3 自振周期分析塔設(shè)備的振動(dòng)時(shí)，一般情況下不考慮平臺(tái)與外部接管的限制作用

13、以及地基變形的影響，而將塔設(shè)備看成是頂端自由，底端剛件固定，質(zhì)量沿高度連續(xù)分布的懸臂梁。其基本震型的自振周期按式(5-4)計(jì)算：（5-4）5.3.4地震載荷當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，塔設(shè)備作為懸臂梁，在地震載荷作用下產(chǎn)生彎曲變形。安裝在七度或七度以上地震烈度地區(qū)的塔設(shè)備必須考慮它的抗震能力，計(jì)算出它的地震載荷。5.3.4.1 水平地震力任意高度hk處的集中質(zhì)量mk引起的基本振型水平地震力Fk1按式(5-5)計(jì)算：，N（5-5）式中綜合影響系數(shù)，取0.5；距地面hk處的集中質(zhì)量(見圖5-4)，kg；對(duì)應(yīng)于塔設(shè)備基本自振周期的地震影響系數(shù)值；地震影響系數(shù)，查圖5-5。圖中的曲線部分按式(5-6)計(jì)算，但不得小

14、于0.2； （5-6）地震影響系數(shù)的最大值，見表5-5；各類場(chǎng)地土的特征周期，見表5-6；基本振型參與系數(shù)；（5-7）圖5-4 水平地震力計(jì)算簡圖圖5-5 地震影響系數(shù)表5-5 地震影響系數(shù)最大值設(shè)計(jì)烈度7890.230.450.90表5-6 場(chǎng)地土的特征周期Tg場(chǎng)地土近振遠(yuǎn)振場(chǎng)地土近振遠(yuǎn)振0.20.250.40.550.30.40.650.855.3.4.2 垂直地震力地震烈度為8度或9度地區(qū)的塔設(shè)備還應(yīng)考慮向上和向下兩個(gè)方向垂直地震力作用，見圖 5-6。塔設(shè)備底截面處的垂直地震力按式(5-8)計(jì)算： （5-8）式中垂直地震影響系數(shù)最大值，取=0.65；塔設(shè)備的當(dāng)量質(zhì)量，取0.75，kg。任

15、意質(zhì)量i處垂直地震力按式(5-9)計(jì)算： （i=1,2，n） （5-9）5.3.4.3 地震彎矩塔設(shè)備任意計(jì)算截面JJ處基本振型地震彎矩M旨，按式(5-10)計(jì)算（i=1，2，n）（5-10）對(duì)于等直徑、等壁厚塔設(shè)備的任意截面I-I和底截面0-0的基本振型地震彎矩分別按式(5-11)和式(5-12)計(jì)算：（5-11） （5-12）當(dāng)塔設(shè)備，或時(shí)還需考慮高振型的影響，在進(jìn)行穩(wěn)定和其他驗(yàn)算時(shí)，也可按式（5-13）計(jì)算： （5-13）5.3.5風(fēng)載荷塔設(shè)備受風(fēng)壓作用時(shí)，塔體會(huì)發(fā)生彎曲變形。吹到塔設(shè)備迎風(fēng)面上的風(fēng)壓值，隨設(shè)備高度的增加面增加。為計(jì)算簡便，將風(fēng)壓值按塔設(shè)備高度分為幾段，假設(shè)每段風(fēng)壓值各自

16、均勻分布于塔設(shè)備的迎風(fēng)面上，如圖5-7所示。塔設(shè)備的計(jì)算截面應(yīng)選取在其較薄弱的部位，如：塔設(shè)備的底部截面00、裙座上人孔或較大管線引出孔處的截面hh、塔體與裙座連接焊縫處的截面22，見圖5-7所示。兩相鄰計(jì)算截面區(qū)間為一計(jì)算段；任一計(jì)算段的風(fēng)載荷，就是集中作用在該段中點(diǎn)上的風(fēng)壓合力。任一計(jì)算段風(fēng)載荷的大小，與設(shè)備所在地區(qū)的基本風(fēng)壓值有關(guān)，同時(shí)也和設(shè)備的高度、直徑、形狀以及自振周期有關(guān)。5.3.5.1 水平風(fēng)力兩相鄰計(jì)算截面間的水平風(fēng)力按式(5-14)計(jì)算： （5-14）式中Pl、P2、Pi-塔設(shè)備各計(jì)算段的水平風(fēng)力，N；De1、De2、Dei塔設(shè)備各計(jì)算段的有效直徑，mm；當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線

17、布置成180°時(shí)：（5-15）當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線布置成90°時(shí)，取下列兩式中較大者：（5-16）（5-17）DOi塔設(shè)備各計(jì)算段的外徑，mm；K21、K22K2i塔設(shè)備扦計(jì)算段的風(fēng)振系數(shù)，當(dāng)塔高時(shí)，取，當(dāng)時(shí)，按式(5-18)計(jì)算：（5-18）fi風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按表5-7查取；脈動(dòng)增大系數(shù)，按表5-8查?。坏趇段脈動(dòng)能響系數(shù)，按表5-9查??；zi第i段振型系數(shù)，根據(jù)與u查表5-10；K3籠式扶梯當(dāng)量寬度；當(dāng)無確切數(shù)據(jù)時(shí)，可取；K4操作平臺(tái)當(dāng)量寬度，mm；（5-19）第i段內(nèi)平臺(tái)構(gòu)件的投影面積(不計(jì)空檔投影面積)，mm2；第i計(jì)算段長度(見圖5-7)，mm；l0操作平臺(tái)所

18、在計(jì)算段的長度，mm；q0基本風(fēng)壓值，kNm：；各地區(qū)的基本風(fēng)壓值按全國基本風(fēng)壓分布圖或按當(dāng)?shù)貧庀蟛块T資料確定。表5-7 風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi距地面高度 地面粗糙度類型距地面高度 地面粗糙度類別ABCABC510152030401.171.381.521.631.801.920.801.001.141.251.421.560.540.710.840.941.111.2450607080901002.032.122.202.272.342.401.671.771.861.952.022.091.361.461.551.641.721.79注：A類地面粗糙度系指近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)

19、；B類系指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)；C類系指有密集建筑群的大城市市區(qū)。管線保溫層厚度，mm；塔設(shè)備第i段保溫層厚度，mm。表5-8 脈動(dòng)增大系數(shù)1020406080100200400600800100020004000600080001000020000300001.471.271.691.771.831.882.042.242.362.462.532.803.093.283.423.543.914.14注：計(jì)算時(shí)，對(duì)B類取，對(duì)A類，對(duì)C類。表5-9脈動(dòng)影響系數(shù)i粗糙度類別高度1020406080100A0.780.830.870.890.890.89B0.

20、720.790.850.880.890.90C0.660.740.820.860.880.89表5-10 振型系數(shù)相對(duì)高度頂、底有效直徑比相對(duì)高度頂、底有效直徑比10.80.610.80.60.10.020.020.010.60.480.440.410.20.070.060.050.70.600.570.550.30.150.120.110.80.730.710.690.40.240.210.190.90.870.860.850.50.350.320.291.01.001.001.005.3.5.2 風(fēng)彎矩塔設(shè)備任意計(jì)算截面II處的風(fēng)彎矩按式（5-20）計(jì)算：（5-20）塔設(shè)備底截面00處的風(fēng)

21、彎矩按式（5-21）計(jì)算：（5-21）5.3.6 偏心彎矩當(dāng)塔設(shè)備的外側(cè)懸掛有分離器、再沸器、冷凝器等附屬設(shè)備時(shí)，可將其視為偏心載荷。由。于有偏心距e的存在，偏心載荷在塔截面上引起偏心彎矩。偏心載荷引起偏心彎短沿塔高無變化，可按式(5-22)汁算：（5-22） 5.3.7 最大彎矩塔設(shè)備任意計(jì)算截面II處的最大彎矩按式（5-23）計(jì)算： 取其中較大值（5-23）塔設(shè)備底部截面0-0處的最大彎矩按式(5-24)計(jì)算： 取其中較大值（5-24）5.3.8 圓筒軸向應(yīng)力核核校核圓簡軸向應(yīng)力，使之滿足穩(wěn)定條件。5.3.8.1 圓筒軸向應(yīng)力圓筒任意計(jì)算截面II處的軸向應(yīng)力分別銨式（5-25）、式（5-2

22、6）和式（5-27）計(jì)算：由內(nèi)壓和外壓引起的軸向應(yīng)力：（5-25）其中設(shè)計(jì)壓力p取絕對(duì)值。操作或者非操作時(shí)重力及垂直地震力引起的鈾向應(yīng)力：（5-26）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。最大彎矩引起的軸向應(yīng)力：（5-27）5.3.8.2 圓筒穩(wěn)定校核圓筒許用軸向壓應(yīng)力按式(528)確定： 取其中較小值（5-28）圓筒最大組合壓應(yīng)力按式(5-29)或式(5-30)校核：對(duì)內(nèi)壓塔器 （5-29）對(duì)外壓塔器 （5-30）5.3.8.3 圓筒拉應(yīng)力校核圓筒最大組合拉應(yīng)力按式(5-31)或式（5-32）校核：對(duì)內(nèi)壓塔器 （5-31）對(duì)外壓塔器 （5-32）如校核不能滿足條件時(shí)，須重新設(shè)定有效厚

23、度，重復(fù)上述計(jì)算，直至滿足要求。5.3.9 塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核5.3.9.1 圓筒應(yīng)力對(duì)選定的各計(jì)算截面按式(5-33)、式(5-34)、式(5-35) 和式(5-36)進(jìn)行各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算：試驗(yàn)壓力引起的周向應(yīng)力：（5-33）式中試驗(yàn)介質(zhì)的密度(當(dāng)介質(zhì)為水時(shí)，)，； H液柱高度，cm。氣壓試驗(yàn)時(shí)，無液柱靜壓力。試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力：（5-34）重力引起的軸向應(yīng)力：（5-35）式中液壓試驗(yàn)時(shí)，計(jì)算截?cái)郔I以上的質(zhì)量(只計(jì)入塔殼、內(nèi)構(gòu)件、偏心質(zhì)量、保 溫層、扶梯及平臺(tái)質(zhì)量)，kg。彎矩引起的軸向應(yīng)力：（5-36）5.3.9.2應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)時(shí)，圓筒材料的許用軸向壓應(yīng)力按式（5-37）確定

24、： 取其中較小值（5-37）壓力試驗(yàn)時(shí)，圓筒最大組合應(yīng)力按以下公式校核：液壓試驗(yàn)時(shí)： （5-38）氣壓試驗(yàn)時(shí)： （5-39）液壓試驗(yàn)時(shí)： （5-40）氣壓試驗(yàn)時(shí)： （5-41） （5-42）5.3.10 裙座軸向應(yīng)力校核 塔設(shè)備常采用裙座支承。并根據(jù)承載不同，分為圓筒形和圓錐形兩種。由于圓筒形裙座。制造方便，采用極為廣泛。但需配置較多的地腳螺栓和具有足夠大求載由積的基礎(chǔ)環(huán)，以防止由于風(fēng)載荷或地震載荷所引起的彎矩而造成翻倒。若經(jīng)應(yīng)力校核不能滿足，只能選用圓錐形裙座支承。這里重點(diǎn)介紹圓筒形裙座。圓筒形裙座軸向風(fēng)力校核首先選取裙座危險(xiǎn)截面。危險(xiǎn)截面的位置，一般取裙座底截面 (0-0)或裙座檢查孔和較

25、大管線引出孔(hh)截面處(見圖5-8)。然后按裙座有效厚度驗(yàn)算危險(xiǎn)截面的應(yīng)力。5.3.10.1 裙座底截面的組合應(yīng)力裙座底截面的組合應(yīng)力按式(5-43)和式(5-44)校核：（5-43）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。（5-44）式中裙座底部截面積，mm2； 裙座圓筒和錐殼的底部截面系數(shù)，mm3。5.3.10.2裙座檢查孔和較大管線引出孔截面處組合應(yīng)力裙座檢查孔和較大管線引出孔(見圖5-8)hh截面處組合應(yīng)力按式（5-47）和式（5-48)校核：（5-47）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。（5-48）式中h-h截面處水平方向的最大寬度，mm；h-h截面處裙座殼的內(nèi)

26、直徑，mm；h-h截面處的垂直地震力。但僅在最大彎短為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)，N；檢查孔和較大管線引出孔加強(qiáng)管長度，mm； h-h截面處的最大彎矩，N·mm；h-h截面處的風(fēng)彎矩，N·mm；h-h截面以上塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的質(zhì)量，kg；h-h截面以上塔設(shè)備的操作質(zhì)量，kg；h-h截面處加強(qiáng)管的厚度(見圖5-8)，mm；h-h截面處裙座的截面積，mm2； （5-49）（5-50）h-h截面處的裙座殼截面系數(shù)，mm3； （5-51） （5-52）如校核不能滿足條件時(shí)，須重新設(shè)定裙座殼有效厚度，重復(fù)上述計(jì)算，直至滿足要求。5.3.11 地腳螺栓座5.3.11.1 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)(1

27、)基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)、外徑(見圖5-9、圖5-10)可參考式(5-53)、式(5-54)選?。海?-53）（5-54）(2)基礎(chǔ)環(huán)厚度按式(5-55)或式(5-56)計(jì)算：無筋板時(shí)(見圖5-9)基礎(chǔ)環(huán)厚度為 （5-55）式中基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力，MPa;對(duì)低碳鋼取；混凝土基礎(chǔ)上的最大壓力，MPa；（5-56）有筋板時(shí)（見圖5-10）基礎(chǔ)環(huán)厚度為（5-57）式中計(jì)算力矩，取矩形板X、Y軸的彎矩、中絕對(duì)值較大者，、按表5-11計(jì)算。無論無筋板或有筋板的基礎(chǔ)環(huán)厚度均不得小于l6mm。表5-11 矩形板力矩計(jì)算表0.11.60.21.70.31.80.41.90.52.00.62.10.72.20.82.30.

28、92.41.02.51.12.61.22.71.32.81.42.91.53.0注：l為兩相鄰筋板最大外側(cè)間距（見圖5-10）。5.3.11.2 地腳螺栓地腳螺栓座相關(guān)尺寸見圖5-11。地腳螺拴承受的最大拉應(yīng)力按式(5-58)計(jì)算： （5-58）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。式中地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力，MPa；Ab基礎(chǔ)環(huán)面積，mm2；（5-59）基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù)，mm3。（5-60）圖5-11 地腳螺栓座尺寸當(dāng)時(shí)，塔設(shè)備可自身穩(wěn)定，但為固定其位置，應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的地腳螺栓。當(dāng)時(shí)，塔設(shè)備必須設(shè)置地腳螺栓。地腳螺栓的螺紋小徑可按式(5-61)計(jì)算：（5-61） 式中地腳螺栓螺紋小徑

29、，mm；C2地腳螺栓腐蝕裕量，mm；取C23mm；N地腳螺栓個(gè)數(shù)，一般取4的倍數(shù)，最小直徑塔設(shè)備可取n6；對(duì)，取；對(duì)，取；圓整后地腳螺栓的公稱直徑不得小于M24。5.3.11.3 筋板筋板的壓應(yīng)力按式(5-62)計(jì)算：（5-62）式中筋板的壓應(yīng)力F一個(gè)地腳螺栓承受的最大拉力，N；對(duì)應(yīng)一個(gè)地腳螺栓的筋板個(gè)數(shù)；筋板寬度，mm；筋板厚度，mm。筋板的許用壓應(yīng)力按式(5-64)或式(5-65)計(jì)算：當(dāng)時(shí)（5-64）當(dāng)時(shí)（5-65）式中筋板的許用壓應(yīng)力，MPa；細(xì)長比，按式(5-66)計(jì)算，且不大于250；（5-66）i慣性半徑，對(duì)長方形截面的筋板取，mm； 筋板長度，mm；臨界細(xì)長比，按式(5-67)

30、計(jì)算；（5-67）E筋板材料的彈性模量；筋板材料的許用應(yīng)力，MPa；對(duì)低碳鋼;系數(shù)； （5-68） 筋板的壓應(yīng)力應(yīng)小于或等于許用應(yīng)力，即。但一般不小于基礎(chǔ)環(huán)厚度。5.3.11.4 蓋板 分塊蓋板最大應(yīng)力按式(5-69)或式(5-70)計(jì)算：無墊板時(shí)（5-69）有墊板時(shí)（5-70）式中分塊蓋板最大應(yīng)力， MPa；墊板上地腳螺栓孔直徑，mm；蓋板上地腳螺栓孔直徑，mm；筋板寬度，mm；筋板內(nèi)側(cè)間距，mm；墊板寬度，mm；蓋板厚度，mm；墊板厚度，mm。一般，分塊蓋板厚度不小于基礎(chǔ)環(huán)厚度。環(huán)形蓋板的最大應(yīng)力按式(5-71)或式(5-72)計(jì)算：無墊板時(shí)（5-71） 有墊板時(shí)（5-72）一般環(huán)形蓋板厚

31、度不小于基礎(chǔ)環(huán)厚度蓋板最大應(yīng)力應(yīng)等于或小于蓋板材料的許用應(yīng)力，即。對(duì)低碳鋼蓋板的許用應(yīng)力5.3.12 裙座與塔殼焊縫5.3.12.1 裙座與塔殼搭接焊縫搭接焊縫JJ截面處(見圖5-12)的剪應(yīng)力按式(5-73)或式(5-74)校核：（5-73）其中 僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。式中焊縫抗剪斷面面積，mm2；裙座頂部截面的外直徑，mm；搭接焊縫處的垂直地震力，N；搭接焊縫處的最大彎矩，N·mm；壓力試驗(yàn)時(shí)塔設(shè)備的最大質(zhì)量(不計(jì)裙應(yīng)質(zhì)量)，kg；JJ截面以上塔設(shè)備操作質(zhì)量，kg；JJ焊縫抗剪截面系數(shù)，mm；設(shè)計(jì)溫度下焊接接頭的許用應(yīng)力，取兩例母材許用應(yīng)力的小值，MPa；圖5

32、-12圖5-135.3.12.2 裙座與塔殼的對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫JJ截面處(見圖5-13)的拉應(yīng)力按式(5-77)校核：（5-77）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。式中裙座頂截面內(nèi)直徑，mm。5.3.13塔設(shè)備法蘭當(dāng)量設(shè)計(jì)壓力當(dāng)塔設(shè)備分段安裝采用法蘭連接時(shí)，考慮內(nèi)壓、軸向力和外力矩的作用，其當(dāng)量設(shè)計(jì)壓力按式(5-78)確定。（5-78）式中法蘭的當(dāng)量設(shè)計(jì)壓力，MPa；墊片壓緊力作用中心團(tuán)直徑艦，；F軸向外載荷，拉力時(shí)計(jì)入，壓縮時(shí)不計(jì)，N；P設(shè)計(jì)壓力，MPa；M外力矩，應(yīng)計(jì)入法蘭截面的最大力矩、管線推力引起的力矩和其他機(jī)械載荷引起的力矩，N·mm。5.3.14 塔設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)

33、算舉例5.3.14.1 塔設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)書（以表5-2所給參數(shù)為例）5.3.14.2 塔設(shè)備已知設(shè)計(jì)條件及分段示意圖首先，選取計(jì)算截面（包括所有危險(xiǎn)截面）。本例將全塔分成6段。其計(jì)算截面分別為0-0、1-1、2-2、3-3、4-4、5-5。已 知 設(shè) 計(jì) 條 件分 段 示 意 圖塔體內(nèi)徑Di2000mm塔體高度H40000mm設(shè)計(jì)壓力p1.1MPa設(shè)計(jì)溫度t2000C塔體材料16MnR許用應(yīng)力170MPat170MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量E1.9X10-5 MPa常溫屈服點(diǎn)s345 MPa厚度附加量C2mm塔體焊接接頭系數(shù)0.85介質(zhì)密度800Kg/m3塔盤數(shù)N70每塊塔盤存留介質(zhì)層高度hw100

34、mm基本風(fēng)壓值q0400N/m2地震設(shè)防烈度8度場(chǎng)地土類別類偏心質(zhì)量me4000Kg偏心距e2000mm塔外保溫層厚度s100mm保溫層材料密度2300 Kg/m3群座材料Q235-A許用應(yīng)力st113MPa常溫屈服點(diǎn)s235 MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Es厚度附加量Cs2mm人孔、平臺(tái)數(shù)8地腳螺栓材料Q235-A許用應(yīng)力bt140 MPa腐蝕裕量C23個(gè)數(shù)n325.3.14.3 塔設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算程序及步驟按 設(shè) 計(jì) 壓 力 計(jì) 算 塔 體 和 封 頭 厚 度計(jì) 算 內(nèi) 容計(jì) 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)塔內(nèi)液柱高度h,mh=2.34(僅考慮塔底至液封盤液面高度)液柱靜壓力pH,MPa（可忽略）計(jì)算壓力

35、pc,MPa圓筒計(jì)算厚度,mm圓筒設(shè)計(jì)厚度c ,mm圓筒名義厚度n,mm圓筒有效厚度e,mm封頭計(jì)算厚度h,mm封頭設(shè)計(jì)厚度hc ,mm封頭名義厚度hn,mm封頭有效厚度he,mm塔 設(shè) 備 質(zhì) 量 載 荷 計(jì) 算計(jì) 算 內(nèi) 容計(jì) 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)011223344556塔段內(nèi)直徑D，mm2000塔段名義厚度ni,mm12塔段長度li,mm100020007000100001000010000塔段高度H1，mm40000單位筒體質(zhì)量m1m,kg/m596筒體高度H1,mm36790筒體質(zhì)量m1,kgm1=596x36.790=21926.84封頭質(zhì)量m2,kgm2=438x2=876裙座

36、高度H3,mm3060裙座質(zhì)量m3,kgm3=596x3.06 =1823.76塔體質(zhì)量m01,kgm01= m1 +m2 +m3=21926.84+876+1823.76=2462759616304172596059606309塔段內(nèi)件質(zhì)量m02,kg(浮閥塔盤質(zhì)量qN=75kg/m2)2120518451844005m03 封頭保溫層質(zhì)量，（kg）1081401200220022068續(xù)表塔 設(shè) 備 質(zhì) 量 載 荷 計(jì) 算計(jì) 算 內(nèi) 容計(jì) 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)01122334455頂平臺(tái)，扶梯質(zhì)量m04,kg平臺(tái)質(zhì)量 qp=150kg/m2 籠式扶梯質(zhì)量 qF=40kg/m平臺(tái)質(zhì)量 n=

37、8 籠式扶梯質(zhì)量 HF=39m 4080943238717251685操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量m05,kg9446786552955294272人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量ma,kg按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為：1542311092171014851485充液質(zhì)量mw,kg118021991314163141631936偏心質(zhì)量me,kg再沸器：me=4000 14002600 操作質(zhì)量m0,kg790439319114227722188519824最小質(zhì)量mmin,kg790344910632130961220912348最大質(zhì)量mmax,kg790462934319486594777247488自 振 周

38、期 計(jì) 算計(jì) 算 內(nèi) 容計(jì) 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)塔體內(nèi)直徑Di,mm2000塔體有效厚度e,mm10塔設(shè)備高度H,mm40000操作質(zhì)量mo,kg88778塔設(shè)備的自振周期T1,s續(xù)表地 震 載 荷 與 地 震 彎 矩 計(jì) 算計(jì) 算 內(nèi) 容計(jì) 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)01122334455頂各段操作質(zhì)量mi,kg790439319114227722188519824各點(diǎn)距地面高度hi,mm500200065001500025000350001.12×1048.94×1045.24×1051.84×1063.95×1066.55×106

39、8.83×1063.93×1081.00×10104.18×10108.65×10101.30×10112.686×10111.25×1088.00×1092.75×10113.38×10121.56×10134.29×10139.88×10103.51×10135.25×10157.69×10163.42×10178.50×10171.274×1018A/B2.11×10-7基本振型參

40、與系數(shù)2.36×10-31.89×10-20.110.3870.8331.38綜合影響系數(shù)CZ取Cz=0.5地震影響系數(shù)最大值由表5-5 得 (設(shè)計(jì)烈度8度時(shí))各類場(chǎng)地土的特征周期Tg由表5-6 得Tx=0.3(類場(chǎng)土、近震時(shí))地震影響系數(shù)水平地震力0.84037.37948.793976.858336.5612345.17垂直地震影響系數(shù)操作質(zhì)量mo,kg88778當(dāng)量質(zhì)量meq,kg取meq=0.75ma=0.75×88778=66583.5底面處垂直地震力3.95×1058.79×1061.24×1083.24×108

41、5.47×1086.94×1081.716×109垂直地震力44.0978.713805.9438077.676.902.077268.73底截面處地震彎矩底截面處地震彎矩續(xù)表地震載荷與地震彎矩計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)01122334455頂截面1-1處地震彎矩.N·mm截面2-2處地震彎矩.N·mm風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)01122334455頂各計(jì)算段的外徑Doi,mm各計(jì)算段的外徑do,mm400第i段保溫層厚度si,mm100管線保溫層厚度po,mm100籠式扶梯當(dāng)量寬度K3400各計(jì)算段長度li,mm10002000

42、7000100001000010000操作平臺(tái)所在計(jì)算段長度lo,mm100020007000100001000010000平臺(tái)數(shù)001322各段平臺(tái)構(gòu)件的投影面積各計(jì)算段長度，A，mm2 009×1053×9×1052×9×1052×9×105操作平臺(tái)當(dāng)量寬度K400257.1540360360各計(jì)算段的有效直徑Dei，mm282426243081336431843184262426242881316429842984各計(jì)算段頂截面距地面高度hit1310203040風(fēng)壓高度變化系數(shù)根據(jù)hit查表5-70.80.81.01

43、.251.421.56體型系數(shù)K10.7基本風(fēng)壓值q0,N/m2400塔設(shè)備的自振周期T1，s1.751225續(xù)表風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)01122334455頂脈動(dòng)增大系數(shù)（B類）查表5-82.59脈動(dòng)影響系數(shù)（B類）查表5-80.720.720.720.790.820.85u1.0第i段據(jù)型系數(shù)根據(jù)與u查表5-100.020.020.110.350.661.00各計(jì)算段的風(fēng)據(jù)系數(shù)1.0471.0471.2051.5731.9872.411各計(jì)算段的水平風(fēng)力,N662.31324.67276.718520.525154.633531.50-0截面的風(fēng)彎矩.N·mm1

44、-1截面的風(fēng)彎矩.N·mm偏心彎矩計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)偏心質(zhì)量me，mm4000偏心距e,mm2000偏心彎矩Me，N·mm最大彎矩計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)0-0截面1-1截面2-2截面2.21×1092.12×1091.95×1091.52×1091.47×1091.37×109最大彎矩,N·mm2.21×1092.12×1091.95×109續(xù)表圓筒軸向應(yīng)力校核和圓筒穩(wěn)定校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度,mm10筒體內(nèi)徑,mm2000計(jì)算截

45、面以上的操作質(zhì)量,kg887788798883595設(shè)計(jì)壓力引起的軸向壓力1,MPa0055操作質(zhì)量引起的軸向壓力,MPa13.8513.7213.04最大彎矩引起的軸向壓力,MPa70.3467.4862.07載荷組合系數(shù)K1.2系數(shù)A設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力,MPa查表4-9（16MnR,200）得：（Q235-A,200）得：113113170系數(shù)B,MPa查表4-12（16MnR,200）得：B=118查表4-12（Q235-A,200）得：B=939393118KB,MPa111.6111.6141.6許用軸向壓應(yīng)力,MPa取以上兩者中小值111.6111.6141.6,MPa115

46、.26115.26173.40圓筒最大組合壓應(yīng)力,MPa對(duì)內(nèi)壓塔（滿足要求）84.1981.2075.11圓筒最大組合拉應(yīng)力,MPa對(duì)內(nèi)壓塔（滿足要求）56.4953.76104.03塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)試驗(yàn)介質(zhì)的密度（介質(zhì)為水）,0.001液柱高度H,cm4000液柱靜壓力,MPa0.408有效厚度,mm10筒體內(nèi)徑,mm2000續(xù)表塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)2-2截面最大質(zhì)量，kg實(shí)驗(yàn)壓力，MPa筒體常溫屈服點(diǎn)，MPa3452-2截面，MPa372.62-2截面KB，MPa141.6壓力試驗(yàn)時(shí)圓筒材料的許用軸向壓應(yīng)力，MPa取以上兩者中小值

47、141.6試驗(yàn)壓力引起的周向應(yīng)力，MPa液壓試驗(yàn)時(shí)：試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力，MPa重力引起的軸向應(yīng)力，MPa彎矩引起的軸向應(yīng)力，MPa壓力試驗(yàn)時(shí)圓筒最大組合應(yīng)力，MPa液壓試驗(yàn)時(shí)：（滿足要求）（滿足要求）裙座軸向應(yīng)力校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)裙座有效厚度，mm10裙座筒體內(nèi)徑，mm20000-0截面積，0-0截面系數(shù)，KB，MPa111.6，MPa135.6裙座許用軸向應(yīng)力，MPa取以上兩者中小值111.60-0截面最大彎矩，N·mm2.21×1090-0截面操作質(zhì)量，kg887780-0截面組合應(yīng)力，MPa檢查孔加強(qiáng)管長度，mm120檢查孔加強(qiáng)管水平方向的最大寬度bm，mm450檢查孔加強(qiáng)管厚度，mm12裙座內(nèi)直徑，mm2000續(xù)表裙座軸向應(yīng)力校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)1-1截面處裙座筒體的截面積，1-1截面處的裙座筒體截面系數(shù)，1-1截面最大彎矩，N·mm2.12×1091-1截面風(fēng)彎矩，N·mm2.04×1091-1截面以上操作質(zhì)量，kg879881-1截面以上最大質(zhì)量，kg1-1截面組合應(yīng)力，MPa基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)裙座內(nèi)徑，mm2000裙座外徑，mm基礎(chǔ)環(huán)外徑，mm基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑，mm基礎(chǔ)環(huán)伸出寬度b，mm相鄰兩筋板