浮閥塔設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)

1、山東大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)（論 文）設(shè)計(jì)(論文)題目：乙醇水浮閥式精餾塔設(shè)計(jì)姓 名 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 過(guò)程裝備與控制工程年 級(jí) 2012 級(jí) 指導(dǎo)教師 唐委校 宋清華 2015 年 12 月 31 日山東大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：過(guò)程裝備與控制工程 年級(jí)：2012級(jí)姓 名設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)（論文）題目乙醇水浮閥式精餾塔設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ)評(píng)定成績(jī)： 簽名： 年 月 日評(píng) 閱 人 評(píng) 語(yǔ)評(píng)定成績(jī)： 簽名： 年 月 日答 辯 小 組 評(píng) 語(yǔ) 答辯成績(jī)： 組長(zhǎng)簽名： 年 月 日目錄目錄摘 要IVAbstractV第一章 緒論- 1 -1.1設(shè)計(jì)背景- 1

2、 -1.2設(shè)計(jì)任務(wù)- 1 -設(shè)計(jì)任務(wù)概述- 1 -設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)- 2 -1.3設(shè)計(jì)方案- 2 -第二章 塔總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 3 -2.1總體結(jié)構(gòu)- 3 -2.2主體尺寸- 3 -塔高- 3 -（注：H指從基礎(chǔ)環(huán)到上封頭切線高度）- 5 -設(shè)計(jì)參數(shù)及材料指標(biāo)- 5 -壁厚- 5 -2.3總結(jié)- 6 -第三章 塔盤(pán)設(shè)計(jì)與校核- 7 -3.1塔盤(pán)型式設(shè)計(jì)- 7 -3.2塔盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 7 -塔盤(pán)結(jié)構(gòu)- 7 -浮閥- 7 -3.2.3 受液盤(pán)- 7 -3.2.4 排液孔- 8 -3.2.5 降液板- 8 -3.2.6 入口堰- 8 -3.2.7 出口堰- 8 -3.2.8 液封盤(pán)- 9 -3.3 塔盤(pán)的

3、校核- 9 -塔盤(pán)載荷計(jì)算- 9 -塔盤(pán)邊板強(qiáng)度校核- 10 -通道板的強(qiáng)度校核- 13 -3.4總結(jié)- 15 -第四章 塔設(shè)備的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與穩(wěn)定校核- 16 -4.1塔體載荷分析- 16 -質(zhì)量載荷- 16 -風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩- 19 -地震載荷- 22 -偏心彎矩- 25 -計(jì)算截面處載荷- 25 -將上述各截面的計(jì)算結(jié)果匯總于下表- 25 -最大彎矩- 26 -4.2筒體的強(qiáng)度及穩(wěn)定校核- 27 -操作工況- 27 -液壓實(shí)驗(yàn)- 29 -4.3裙座殼體軸向應(yīng)力校核- 30 -4.3.1 裙座底部截面的校核- 30 -檢查孔中心截面的校核- 31 -4.4 本章小結(jié)- 33 -第五章 塔附件設(shè)

4、計(jì)- 35 -5.1 保溫層與保溫圈- 35 -5.1.1 保溫層- 35 -5.1.2 保溫圈- 35 -5.2 裙座- 35 -5.2.1 裙座形式及材料- 35 -5.2.2 裙座與封頭連接結(jié)構(gòu)- 36 -5.2.3 地腳螺栓座- 36 -5.2.4 排氣管- 36 -5.2.5 塔底接管引出孔- 37 -5.3 塔頂?shù)踔? 37 -5.4 除沫器- 37 -5.5操作平臺(tái)與梯子- 38 -操作平臺(tái)- 38 -梯子- 39 -5.6 本章小結(jié)- 42 -第6章 裙座強(qiáng)度校核- 43 -6.1 基礎(chǔ)環(huán)強(qiáng)度校核- 43 -6.1.1 基礎(chǔ)環(huán)尺寸- 43 -基礎(chǔ)環(huán)強(qiáng)度校核- 43 -6.2地腳

5、螺栓座強(qiáng)度校核- 44 -6.2.1 筋板強(qiáng)度校核- 45 -蓋板強(qiáng)度校核- 46 -6.3 裙座與筒體對(duì)接焊縫強(qiáng)度校核- 46 -6.4 本章小結(jié)- 47 -第7章 開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 48 -7.1開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 48 -氣體出口補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 48 -氣體入口補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 50 -液體出口補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 52 -人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 54 -7.2接管及法蘭選型- 56 -7.3 本章小結(jié)- 58 -參考文獻(xiàn)- 59 -謝辭- 60 -摘 要 在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門(mén)，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備，它廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、氣提、萃取、氣體的洗滌、增濕及冷卻等單元操作中。而在這之中

6、，浮閥塔因其優(yōu)良的性能成為當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的塔型之一。本次設(shè)計(jì)以化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)、NB47041-2014塔式容器、GB150-2011壓力容器、塔設(shè)備等為主要依據(jù)，綜合考慮設(shè)計(jì)條件對(duì)塔總體結(jié)構(gòu)、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)、附件結(jié)構(gòu)、載荷分析、強(qiáng)度校核等幾個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算；并繪制裝配圖和零件圖。關(guān)鍵詞：浮閥塔；設(shè)計(jì)；校核AbstractThe tower equipment is an important unit operation equipment in the chemical industry,oil refining, pharmaceutical, food and

7、 environmental protection and other industrial sectors.It is widely used in distillation,absorption,extraction,gas lift,gas washing,humidification cooling and other unit operations.And in this,the float valve became one of todays most widely used tower type due to its excellent performance

8、.The design mainly based on the “Chemical Equipment Design Manual”, NB47041-2014“Tower Container”,GB150-2011“Pressure Vessel” and “Tower Equipment,considering the design conditions to design and calculate several aspects,including the overall structure of the tower,the structure of tray,he structure

9、 of accessory,load analysis,strength check and so on;and draw assembly and parts drawings.Keyword:Floating valve tower;design;check第一章 緒論 本章主要對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述，介紹設(shè)計(jì)的背景，給出并分析設(shè)計(jì)任務(wù)，確定設(shè)計(jì)方案。1.1設(shè)計(jì)背景 在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門(mén)，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備，它廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、氣提、萃取、氣體的洗滌、增濕及冷卻等單元操作中，它的操作性能好壞，對(duì)整個(gè)裝置的生產(chǎn)，產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、成本以及環(huán)境保

10、護(hù)、“三廢”處理等都有較大的影響。隨著石油、化工的迅速發(fā)展，塔設(shè)備的合理造型及設(shè)計(jì)將越來(lái)越受到關(guān)注和重視。浮閥塔是塔設(shè)備中應(yīng)用較多的一種類型，它是在20世紀(jì)50年代前后開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的，并在石油、化工等工業(yè)部門(mén)代替了傳統(tǒng)使用的泡罩塔，成為當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的塔型之一，并因具有優(yōu)異的綜合性能，在設(shè)計(jì)和選用塔型時(shí)常是被首選的板式塔。浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，比泡罩塔提高20-40%；操作彈性大，塔板效率變化?。恍矢?，氣液接觸好，霧沫夾帶??；重量輕,造價(jià)低，僅為泡罩塔的60-80%。1.2設(shè)計(jì)任務(wù) 本節(jié)對(duì)本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并以表格的形式給出了設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。設(shè)計(jì)任務(wù)概述精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)

11、計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分，本次設(shè)計(jì)是在化工原理課程設(shè)計(jì)即工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)。依據(jù)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)及使用條件等，從制造、安裝、使用、檢修等出發(fā)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等進(jìn)行校核，以保證設(shè)備的安全運(yùn)行。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)表1-1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.3設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)主要依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)、NB47041-2014塔式容器、GB150-2011壓力容器、塔設(shè)備等進(jìn)行以下方面的設(shè)計(jì)：塔的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核、塔體載荷分析、塔體校核計(jì)算、塔設(shè)備零部件設(shè)計(jì)、地腳螺栓座校核計(jì)算、塔體開(kāi)孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)等。下面將針對(duì)以上內(nèi)容逐章節(jié)展開(kāi)。第二章 塔總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本章主要對(duì)塔的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)，

12、確定塔大致結(jié)構(gòu)，并參考塔設(shè)備、過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)等文獻(xiàn)確定塔的主體尺寸如塔高、壁厚等。2.1總體結(jié)構(gòu)該設(shè)計(jì)主體塔的總體結(jié)構(gòu)如總裝圖所示，包括封頭、筒體、裙座、塔盤(pán)、塔附件、塔內(nèi)件、開(kāi)孔與接管等。2.2主體尺寸 本節(jié)主要根據(jù)塔設(shè)備、過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)等文獻(xiàn)確定塔的高度、壁厚等主體尺寸。塔高 本條主要是根據(jù)塔設(shè)備等書(shū)確定塔、筒體等部分的高度。.1封頭高度封頭為橢圓標(biāo)準(zhǔn)封頭。塔內(nèi)徑，取直邊段高度為。由文獻(xiàn)1,1314可知，封頭深度為，其結(jié)構(gòu)形式如圖2-1所示。圖2-1 橢圓標(biāo)準(zhǔn)封頭.2塔頂空間塔頂空間是指塔頂?shù)谝粚铀P(pán)到塔頂封頭切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取1.21.5m。此次設(shè)

13、計(jì)中，塔頂空間取值為。.3人孔布置在塔頂空間、精餾段、進(jìn)料板處、塔底空間各布置一個(gè)人孔，即人孔數(shù)目。.4塔板間距根據(jù)設(shè)計(jì)條件可得，普通塔板間距為，人孔處塔板間距為。對(duì)于進(jìn)料板處，此處開(kāi)人孔，故塔板間距也為700mm。.5塔底空間塔底空間是指塔底最末一層塔盤(pán)到塔底下封頭切線處的距離。由設(shè)計(jì)條件可得，塔底液柱高度為2000mm；塔底液面至最下層塔板之間留12m的間距，本次設(shè)計(jì)取為1375mm，則塔底空間高度為.6裙座高度由設(shè)計(jì)條件可得，裙座高為.7塔體總高（注：H指從基礎(chǔ)環(huán)到上封頭切線高度）.8塔主體高 設(shè)計(jì)參數(shù)及材料指標(biāo)設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度取，塔底液柱靜壓力為0.02Mpa。由于0.02Mpa &

14、lt;5%×0.9Mpa，故液柱靜壓力可忽略不計(jì)。 根據(jù)設(shè)計(jì)條件，筒體和封頭材料均為16MnR（Q345R），由文獻(xiàn)3,43，假設(shè)壁厚為316mm，設(shè)計(jì)溫度t=120下，材料的許用應(yīng)力，。壁厚 本條主要根據(jù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)等書(shū)確定筒體、封頭的壁厚。.1筒體壁厚 由文獻(xiàn)3,1314可知，焊接接頭系數(shù)可取。由文獻(xiàn)4,1可知，B類偏差固定負(fù)偏差為；由文獻(xiàn)5,115可知，腐蝕裕量可取。筒體計(jì)算厚度為 （2-1）筒體設(shè)計(jì)厚度為設(shè)計(jì)厚度加上厚度負(fù)偏差，并進(jìn)行圓整，取筒體名義厚度為筒體有效厚度.2封頭壁厚 焊接系數(shù)，厚度負(fù)偏差，腐蝕裕量。封頭計(jì)算厚度為 (2-2)封頭設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)厚度加上厚度負(fù)偏差，并

15、進(jìn)行圓整，取封頭名義厚度為封頭有效厚度2.3總結(jié)本章根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)給定的條件并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定了塔高、塔體壁厚等主體結(jié)構(gòu)尺寸，初步設(shè)計(jì)了塔的總體結(jié)構(gòu)。第三章 塔盤(pán)設(shè)計(jì)與校核 本章主要是對(duì)塔盤(pán)型式及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核，并選取了相應(yīng)的塔盤(pán)附屬部件，主要參考的文獻(xiàn)有塔設(shè)備、化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)、GB150-2011壓力容器、NB/T47041-2014塔式容器、SH/T3088-2012石油化工塔盤(pán)技術(shù)規(guī)范等。3.1塔盤(pán)型式設(shè)計(jì)由文獻(xiàn)6,10341035可知，塔徑為1000mm800mm，故選用單液流程分塊式浮閥塔盤(pán)；塔盤(pán)材料無(wú)特別說(shuō)明，選用16MnR；塔盤(pán)板厚度為4mm，降液板厚度4mm。3.2塔盤(pán)的結(jié)

16、構(gòu)設(shè)計(jì) 本節(jié)主要依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)、GB150-2011壓力容器、NB/T47041-2014塔式容器、SH/T3088-2012石油化工塔盤(pán)技術(shù)規(guī)范等文獻(xiàn)，對(duì)塔盤(pán)的尺寸、結(jié)構(gòu)、附件等進(jìn)行設(shè)計(jì)。塔盤(pán)結(jié)構(gòu)整個(gè)塔盤(pán)分為1塊塔盤(pán)通道板（寬度450mm）、2塊切角塔盤(pán)邊板，共3塊。具有結(jié)構(gòu)見(jiàn)塔盤(pán)部件圖。浮閥 為減少漏液，選用重閥；材料選用0Cr18Ni9；由文獻(xiàn)7,2可知，浮閥標(biāo)記為F1Z-4B，其基本參數(shù)如表3-1所示。表3-1 F1Z-4B型浮閥3.2.3 受液盤(pán)應(yīng)為所操作物料黏度小，不易結(jié)晶，并且塔徑較大?？紤]到凹形受液盤(pán)對(duì)流體有緩沖作用，可降低塔盤(pán)入口處的液封高度，使液流平穩(wěn)，有利于塔盤(pán)入口

17、處更好的鼓泡。故受液盤(pán)形式采用凹形受液盤(pán)。相關(guān)尺寸見(jiàn)圖紙。3.2.4 排液孔又稱為淚孔。為停工檢修時(shí)排液之用。為減小正常操作時(shí)對(duì)塔板效率的影響，此孔通常開(kāi)在塔盤(pán)的溢流堰附近，對(duì)受液盤(pán)、液封盤(pán)，不論其面積大小，至少應(yīng)開(kāi)設(shè)一個(gè)的排液孔。據(jù)此在每個(gè)受液盤(pán)、液封盤(pán)上開(kāi)設(shè)兩個(gè)的排液孔，其定位尺寸見(jiàn)零件圖。 降液板降液面積比塔盤(pán)面積>12%時(shí)采用傾斜式降液板，本設(shè)計(jì)中面積比為9.8%<12%，所以采用凹形受液盤(pán)，但仍采用垂直式式降液板。與塔體連接形式采用分塊式連接結(jié)構(gòu)：取降液板總高度，因，為便于通過(guò)人孔，采用分塊式連接結(jié)構(gòu)。降液板厚度取與塔盤(pán)板等厚，。 入口堰受液盤(pán)采用凹形受液盤(pán)，降液板高度比

18、較大，為避免入口堰與見(jiàn)夜班間隙過(guò)小導(dǎo)致液流速度過(guò)大，不設(shè)入口堰。3.2.7 出口堰（1） 橢圓形封頭壁厚出口堰形式 出口堰形式采用可調(diào)（高度）式平堰。（2） 出口堰板結(jié)構(gòu)尺寸取出口堰高度，厚度與塔盤(pán)板等厚，；出口堰板高度；出口堰板長(zhǎng)度與降液板等長(zhǎng)。 液封盤(pán)（1）液封盤(pán)結(jié)構(gòu)形式液封盤(pán)結(jié)構(gòu)形式采用可拆連接結(jié)構(gòu)。（2）受液盤(pán)結(jié)構(gòu)尺寸受液盤(pán)厚度同樣取4mm，據(jù)前所述，液封盤(pán)上開(kāi)設(shè)兩個(gè)的排液孔。3.3 塔盤(pán)的校核3.3.1塔盤(pán)載荷計(jì)算 塔盤(pán)邊板面積，通道板面積,塔盤(pán)板面積根據(jù)SH/T 3088-2012石油化工塔盤(pán)技術(shù)規(guī)范表5.4.1進(jìn)行計(jì)算1000均布載荷等于溢流堰高+50的水靜壓 水柱高塔盤(pán)上液層引

19、起的集中載荷等于二倍溢流堰高的液相介質(zhì)靜壓 液相高度塔盤(pán)板上100液相介質(zhì)靜壓所以，取最大值1000塔盤(pán)板質(zhì)量載荷（均布載荷）塔盤(pán)板的質(zhì)量：浮閥的質(zhì)量：卡子的質(zhì)量：螺栓的質(zhì)量：所以，安裝和檢修是，在塔盤(pán)中心半徑為r的小圓面積內(nèi)作用1150的載荷3.3.2塔盤(pán)邊板強(qiáng)度校核塔盤(pán)板的俯視圖如下圖（3-1）所示： 圖3-1 塔盤(pán)邊板截面視圖如下（3-2）所示： 圖3-2 塔盤(pán)邊板將此塔盤(pán)板作為一個(gè)形狀如截面，跨度為的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，校核操作條件下的應(yīng)力與撓度，以及安裝檢修的應(yīng)力。梁的截面由I、II和III三個(gè)矩形斷面組合而成。（1）確定截面的中性軸位置圖形面積形心至軸距離靜矩 I 932 62II 156

20、 58III 240 30總和利用表中計(jì)算結(jié)果，求出截面的中性軸距軸距離（2）截面對(duì)軸的組合慣性矩，列表如下圖形形心至軸距離面積各截面對(duì)于與軸平行的自身中性軸的慣性矩I93236406.25II156789.75III240159125總和由慣性矩平行軸原理求得組合慣性矩 （3-4）(3)在操作條件下，塔盤(pán)板承受的均布載荷和塔盤(pán)板自重塔盤(pán)板承受載荷：載荷集度： （3-5）塔盤(pán)板中心處承受最大彎矩，產(chǎn)生最大應(yīng)力和最大撓度 （2-6）（3-7）（3-8）校核合格(4)檢修條件下，塔盤(pán)板在任一點(diǎn)承受1150的集中載荷，塔盤(pán)板的受載如下圖（3-3）所示圖（3-3）塔盤(pán)載荷集中載荷：均布載荷：載荷集度：

21、集中載荷在處產(chǎn)生最大彎矩： （3-9）塔盤(pán)板自重在處產(chǎn)生最大的彎矩： （3-10）則最大彎矩為： （3-11）校核合格3.3.3通道板的強(qiáng)度校核校核前將通道板簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁查規(guī)范SHT 3088-2012有如下表1.40.07700.45180.78901.50.04830.48720.8320由插入法可知塔盤(pán)開(kāi)孔示意如下圖（3-4）：圖3-4 塔盤(pán)開(kāi)孔圖，塔盤(pán)板開(kāi)孔削弱系數(shù) （3-13）操作工況下，通道板承受均布載荷彎曲應(yīng)力為： （3-14）撓度： （3-15）校核合格3.4總結(jié) 本章對(duì)塔盤(pán)的型式與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)塔盤(pán)零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最后對(duì)塔盤(pán)的載荷進(jìn)行了分析并進(jìn)行了校核，并且校核安

22、全。第四章 塔設(shè)備的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與穩(wěn)定校核 本章先是對(duì)塔體的各種載荷進(jìn)行分析計(jì)算，然后對(duì)筒體、裙座及其連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度與穩(wěn)定校核，對(duì)裙座各零部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，主要參考的文獻(xiàn)有NB/T47041-2014塔式容器、化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)、GB150-2011壓力容器等。4.1塔體載荷分析 本節(jié)主要是對(duì)塔體所受的載荷和彎矩進(jìn)行分析計(jì)算，包括質(zhì)量載荷、風(fēng)載荷、地震載荷、偏心距、最大彎矩等，主要參考了NB/T47041-2014塔式容器、化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)等文獻(xiàn)。質(zhì)量載荷 相關(guān)符號(hào)解釋如下：-塔體、裙座質(zhì)量-塔內(nèi)件質(zhì)量-保溫材料質(zhì)量-操作平臺(tái)及扶梯質(zhì)量-操作時(shí)物料質(zhì)量-塔附件質(zhì)量-水壓試驗(yàn)充水質(zhì)量-偏心質(zhì)量.1封

23、頭、塔、體裙座質(zhì)量查JB/T 47462002，每個(gè)封頭質(zhì)量為72.1。塔體、裙座的質(zhì)量為： （4-1）塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量浮閥塔盤(pán)單位面積質(zhì)量為75，總塔盤(pán)數(shù)為23，塔內(nèi)件質(zhì)量為：.3保溫材料質(zhì)量封頭保溫層體積 （4-2）單個(gè)封頭保溫層質(zhì)量 。保溫層總質(zhì)量 （4-3）.4平臺(tái)、扶梯質(zhì)量在塔體的人孔處安裝操作平臺(tái)，共4層，平臺(tái)寬，包角180°，平臺(tái)與保溫層間隙，扶梯總高度，距地面2以上設(shè)計(jì)為籠式扶梯，2以下為開(kāi)始扶梯，平臺(tái)重 （4-4）.5操作時(shí)塔式容器內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量出口堰高，塔板上液層高度，塔盤(pán)持液高度。查國(guó)標(biāo)JB/T 47462002鋼制壓力容器用封頭,，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 （4-5）.6人孔、接

24、管、法蘭等附屬件質(zhì)量.7偏心質(zhì)量取偏心質(zhì)量，偏心距.8水壓試驗(yàn)時(shí)充水質(zhì)量（4-6）.9各種工況下的質(zhì)量載荷 塔在正常操作時(shí)的質(zhì)量（4-7）塔在水壓試驗(yàn)時(shí)的最大質(zhì)量（4-8）塔在停工檢修時(shí)的最小質(zhì)量 （4-9）風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩 本條是對(duì)塔體所受風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩的分析計(jì)算。.1塔高分段沿塔高將塔分為5段，從塔底部起，第1段為00.9,第2段為0.92，第3段為27，第4段為712，第5段為12以上部分。各段數(shù)據(jù)如下表：表4-2 塔高分段數(shù)據(jù)（kg）質(zhì)量12345367.09448.672039.412039.412100.5900294.52589.04471.24029350.6350.6372.5

25、91822967.93967.93 1703.860111.31435.3534.1427.30130.93927.03927.03979.400001000385.09610.975087.764481.085075.58385.09630.577579.467893.989627.68385.09499.673416.8443475.7845271.286塔段長(zhǎng)度9001100500050005150塔段中心距地面距離45014504500950014575人孔/平臺(tái)數(shù)00112塔板數(shù)005106.2塔的自振周期查標(biāo)準(zhǔn)GB.150.2-2011固定式壓力容器表B-13,在設(shè)計(jì)溫度（120）

26、下，Q345的彈性模量，由JB 4710-2005鋼制塔式容器公式有 (4-10)4.1.2.3水平風(fēng)力計(jì)算塔第i段所受的水平風(fēng)力（4-11）（1） 基本風(fēng)壓（2） 高度變化系數(shù)查表得各段高度變化系數(shù)如下： 因設(shè)備安裝在城市郊區(qū)，故地面粗糙度類別為B類。各段距地面高度（頂端），查風(fēng)壓高度變化系數(shù)表，由內(nèi)插法可得：，（3） 體型系數(shù)對(duì)西昌的圓柱形塔體結(jié)構(gòu)，體型系數(shù)（4） 風(fēng)振系數(shù)對(duì)塔高的塔設(shè)備，?。?） 塔設(shè)備迎風(fēng)面的有效直徑籠式扶梯與塔頂管線布置成180°，則 （4-12）塔設(shè)備段等徑 各段保溫層的厚度 塔頂管線外徑 管線保溫層的厚度 籠式扶梯的當(dāng)量寬度 操作平臺(tái)的當(dāng)量寬度 （4-1

27、3）所以，, （4-14）所以各段風(fēng)力為： （4-15）.4風(fēng)彎矩（1）0-0截面風(fēng)彎矩(4-16)（2）I-I截面風(fēng)彎矩 （4-17） （3）II-II截面風(fēng)彎矩（4-18）地震載荷4.1.3.1水平地震力此處不再計(jì)算水平地震力，在計(jì)算地震彎矩時(shí)可以用其他方法進(jìn)行。4.1.3.2垂直地震力地震烈度為8級(jí)的塔式容器應(yīng)考慮上下兩方向的垂直地震力。垂直地震力影響系數(shù)的最大值 （4-19）塔設(shè)備的當(dāng)量質(zhì)量塔式容器底截面處總的垂直地震力 （4-20）把塔設(shè)備分為五段，n=5，如下圖（4-1）所示：圖4-1 塔體分段圖任意質(zhì)量處所分配的垂直地震力為 （4-21） 每段的垂直地震力如下表所示：表4-3垂直

28、地震力分段12345各段質(zhì)量mi (kg)385.09610.975087.764481.085075.58質(zhì)心高度hi (m)0.451.454.59.514.575173.29885.9122894.9242570.2673976.58140500.96 (N)15.7280.372076.933861.796710.84地震彎矩設(shè)計(jì)溫度為120，查GB 150-2011固定式壓力容器第2部分GB150.2-2010附錄B表B-13，Q345R的彈性模量Et=195000MPa。塔的基本自振周期 （4-22）本設(shè)計(jì)，塔所在地區(qū)為北京東城，場(chǎng)地類型為類，地震烈度為8級(jí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為

29、0.20g，根據(jù)GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范附錄A得設(shè)計(jì)地震為第一組，查NBT 47041-2014塔式容器表9得場(chǎng)地土的特性周期=0.35。根據(jù)NBT 47041-2014塔式容器取一階振型阻尼比則衰減指數(shù)（4-23）阻尼調(diào)整系數(shù) （4-24）地震烈度為8級(jí)，查NBT 47041-2014塔式容器表8得地震影響系數(shù)的最大值，則按第一階振型計(jì)算的地震影響系數(shù) （4-25）塔體分段如圖4-1所示，總塔高H=17150mm=17.15m，塔的危險(xiǎn)截面為裙座底端截面0-0截面，裙座上檢查孔截面-截面，裙座與筒體的焊接截面-截面。各截面據(jù)地面的距離分別為H0=0，H1=900mm=0.

30、9m，H2=2000mm=2m.因?yàn)?，故需要考慮高振型影響，查NBT47041-2014塔式容器計(jì)算各截面的地震彎矩如下：0-0截面 （4-26） -截面 （4-27）-截面 (4-28)偏心彎矩取偏心距，偏心彎矩 （4-29）計(jì)算截面處載荷將上述各截面的計(jì)算結(jié)果匯總于下表截面風(fēng)彎矩地震彎矩偏心彎矩0-0I-III-II最大彎矩4.1.6.1正常操作或停工檢修工況計(jì)算截面處最大彎矩取大值（1）0-0截面 （4-30）（2）I-I截面 （4-31）（3）II-II截面 （4-32）4.1.6.2液壓試驗(yàn)取最大彎矩 （4-33）液壓試驗(yàn)時(shí)，各截面最大彎矩：將上述結(jié)果匯總與下表：工況0-0I-III

31、-II正常操作及停工檢修液壓試驗(yàn)4.2筒體的強(qiáng)度及穩(wěn)定校核 本節(jié)是對(duì)塔體各部分包括筒體、裙座、筒體與裙座連接處在操作工況和液壓試驗(yàn)情況下的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核。操作工況本條是對(duì)筒體在操作工況和液壓試驗(yàn)情況下的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核。 由內(nèi)壓引起的軸向應(yīng)力 （4-34）由重力和垂直地震力引起的軸向應(yīng)力，根據(jù)JB4710 8-27 （4-35）II-II截面以上塔設(shè)備承受的質(zhì)量 （4-36）II-II截面以上的地震力 （4-37） （4-38）最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 （4-39）.1筒體軸向應(yīng)力許用軸向拉應(yīng)力，, （4-40）對(duì)內(nèi)壓塔式容器校核合格。 （4-41）許用軸向壓應(yīng)力查JB4710 8-29取小者 （

32、4-42）查GB 150固定式壓力容器圖4-4 得 （4-43）最大組合壓應(yīng)力， （4-44）校核合格。液壓實(shí)驗(yàn)水壓試驗(yàn)所加壓力 （4-45）水壓試驗(yàn)引起的軸向應(yīng)力 （4-46）重力引起的軸向應(yīng)力 （4-47）II-II截面以上塔設(shè)備液壓試驗(yàn)時(shí)承受質(zhì)量 （4-48） （4-49）最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 （4-50）（1）軸向拉應(yīng)力校核 （4-51）校核合格。（2）軸向壓應(yīng)力校核取小值，（4-52） （4-53）綜合以上計(jì)算結(jié)果，筒體的強(qiáng)度滿足要求。4.3裙座殼體軸向應(yīng)力校核 裙座底部截面的校核裙座名義厚度，有效厚度。 （4-54）裙座殼為圓形，則。（4-55）查GB150-2011圖4-5得。

33、操作工況時(shí)軸向許用應(yīng)力，（4-56）液壓試驗(yàn)時(shí)軸向許用應(yīng)力，(4-57)0-0截面（裙座底部截面）0-0截面的抗彎截面系數(shù) （4-58）0-0截面的面積 （4-59）4.3.1.1操作工況（4-60）小于許用應(yīng)力；校驗(yàn)合格。4.3.1.2水壓試驗(yàn)（4-61）小于許用應(yīng)力；校驗(yàn)合格。綜上，裙座底截面滿足強(qiáng)度要求。4.3.2檢查孔中心截面的校核計(jì)算截面如下圖（4-2）所示：圖4-2檢查孔裙座上設(shè)置兩個(gè)A型檢查孔，相關(guān)尺寸如下：。加強(qiáng)管面積 裙座殼截面面積 （4-62）裙座殼的抗彎截面系數(shù)（4-63）（4-64）4.3.2.1操作工況（4-65）小于許用應(yīng)力；校驗(yàn)合格。4.3.2.2水壓試驗(yàn)（4-6

34、6）小于許用應(yīng)力；校驗(yàn)合格綜上檢查孔截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足要求。4.4 本章小結(jié)本章對(duì)塔體所受的質(zhì)量載荷、風(fēng)載荷、地震載荷、偏心載荷進(jìn)行分析計(jì)算，并計(jì)算出各種載荷對(duì)危險(xiǎn)截面的彎矩。進(jìn)而對(duì)塔體的三個(gè)危險(xiǎn)截面在各種工況下進(jìn)行強(qiáng)度校核，通過(guò)校核，所設(shè)計(jì)的塔滿足強(qiáng)度要求。第五章 塔附件設(shè)計(jì) 本章主要對(duì)塔的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型。其中零部件包括：保溫層、保溫圈、裙座、塔頂?shù)踔?、除沫器、操作平臺(tái)和梯子等。5.1 保溫層與保溫圈5.1.1 保溫層塔內(nèi)操作溫度大于環(huán)境溫度，且不允許塔壁散熱或防止高溫塔壁燙傷人體，塔體需設(shè)置保溫層。從設(shè)計(jì)中可知應(yīng)設(shè)置保溫層。保溫層材料選用巖棉，厚度為，密度為200kg/m3。5.1

35、.2 保溫圈為支撐保溫層，塔體上須設(shè)置保溫支持圈。保溫圈材料選用Q235A，單個(gè)保溫圈由幾個(gè)環(huán)塊組成，具體尺寸見(jiàn)零件圖。保溫圈與塔體直接焊接，類型分為塔頂保溫圈、塔體保溫圈及塔底封頭保溫圈三類。塔頂保溫圈置于塔頂距封頭焊縫一定尺寸處（見(jiàn)零件圖）；塔體保溫圈最底層置于裙座與封頭焊縫線以下400mm處，之間各塊間距33.5m。5.2 裙座 裙座形式及材料裙座采用圓筒形裙座結(jié)構(gòu)，材料選用Q235-AF。 裙座與封頭連接結(jié)構(gòu)5.2.2.1 連接形式采用焊接連接，接頭形式采用對(duì)接接頭，焊縫為全焊透連續(xù)焊，且與塔底封頭外壁圓滑過(guò)渡。5.2.2.2 連接處尺寸裙座內(nèi)徑和厚度均與殼體相等，Dis=1000mm

36、，dns=8mm。裙座頂部到底封頭切線的距離：查NBT 47041-2014 塔式容器，取h=39mm。 地腳螺栓座5.2.3.1 地腳螺栓座形式地腳螺栓座形式采用外螺栓結(jié)構(gòu)形式，包括有筋板、蓋板、墊板等零件。地腳螺栓座結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)SHT 3098-2011 石油化工塔器設(shè)計(jì)規(guī)范，選用A型地腳螺栓座，結(jié)構(gòu)尺寸如下： 表5-1地腳螺栓座尺寸(mm)螺栓規(guī)格ABC(D)L3L1LsL4d2d3d4M36X42507060（230）8516221616013080395050 排氣管裙座上端與底封頭對(duì)接焊縫以下400mm高度內(nèi)設(shè)置有保溫層，因此，應(yīng)在裙座上設(shè)置排氣管。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-22，

37、排氣管規(guī)格選用鋼管，數(shù)量為2。排氣管中心至裙座筒體上端距離H2=b2+dsi；查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-23，取封頭參數(shù)b2=220mm，H2=320mm。 塔底接管引出孔塔體底封頭處液體出口接管需伸出裙座殼壁外，故應(yīng)在裙座上設(shè)置引出孔。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-24，引出管規(guī)格為1084，引出孔規(guī)格取213×8（引出管不保溫）。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-25，取引出孔中心至封頭切線高度H=900mm，在介質(zhì)溫度（t=120）下，取支撐板與引出管間隙C=2mm。5.3 塔頂?shù)踔鶕?jù)起吊載荷重量和塔徑，選用HG/T21639塔頂?shù)踔鶚?biāo)準(zhǔn)化吊柱，最大起吊載荷，取W=500kg10。綜上，

38、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選用塔頂?shù)踔鶚?biāo)記為11：塔頂?shù)踔?G=500 S=1200 HG/T21639-2005 吊柱材料選用20號(hào)無(wú)縫鋼管。5.4 除沫器除沫器選用絲網(wǎng)除沫器。根據(jù)人孔設(shè)置在除沫器下方的條件，采用下裝式除沫器，氣液過(guò)濾網(wǎng)型式采用SP型。絲網(wǎng)及格柵、支撐件材料均選用Q235A。根據(jù)塔內(nèi)徑，查HG/T21618-1998絲網(wǎng)除沫器表5.0.1.6，將絲網(wǎng)除沫器主要外形尺寸列于表5-212：表5-2 絲網(wǎng)除沫器主要外形尺寸/mm公稱直徑DNHH1D1000150226920其標(biāo)記為：HG/T21618 絲網(wǎng)除沫器 X1000-150 SP Q235A/Q235A5.5操作平臺(tái)與梯子5.5.1操作

39、平臺(tái)依據(jù)GB4053.3-2009 選擇防護(hù)欄桿和平臺(tái)鋼材為Q235-B。塔外徑Do= 1000mm,根據(jù)HG/T 21543-2009，塔周圍平臺(tái)有1000mm、1200mm兩種寬度。查SHT 3098-2011 石油化工塔器設(shè)計(jì)規(guī)范，取平臺(tái)寬度W=1200mm。因?yàn)樗獠贾?00mm保溫層，取平臺(tái)內(nèi)邊緣距塔壁150mm。平臺(tái)標(biāo)高：平臺(tái)距人孔中心線800mm。鋪板采用6mm厚花紋鋼板。根據(jù)HG/T 21543-2009，每1.4左右鋼板上鉆 mm小孔，以利于排水。取每塊鋪板鉆一個(gè)孔。采用在托梁中部設(shè)置一道60x6加勁板。據(jù)HG/T 21543-2009表6，5-1 塔周圍圓形鋼平臺(tái)托臺(tái)選用表

40、（二）XTJ-12-2b選取平臺(tái)托架為懸臂式托架。依據(jù)GB4053.3-2009 因?yàn)槠脚_(tái)高度在2m和20m之間，取欄桿高度1050mm。采用L50X5立柱，依據(jù)GB4053.3-2009 立柱間隙不大于1000mm。，取平臺(tái)外圓形邊緣立桿5根。依據(jù)HG/T 21543-2009扶手采用38x2.5鋼管。依據(jù)GB4053.3-2009 取在扶手和腳踢板之間設(shè)置2道中間欄桿 選擇30x4的扁鋼。欄桿與上下間隙不應(yīng)小于500mm。依據(jù)HG/T 21543-2009 取從上至下間隙為350、300、390。腳踢板采用100x5 規(guī)格。依據(jù)GB4053.3-2009 因?yàn)樾枰潘∧_踢板與平臺(tái)間隙6m

41、m。5.5.2梯子5.5.2.1直梯設(shè)計(jì)依據(jù)HG/T 21543-2009 每個(gè)直梯段長(zhǎng)度小于8米，支撐點(diǎn)間距小于等于3米，取2米。（1） 開(kāi)式段 依據(jù)GB 4053.1-2009 材料為Q235-B 直梯第一踏棍距基準(zhǔn)面400mm，相鄰踏棍間距300mm ，直徑20mm；梯梁L63X6 間距500mm；直梯高2000 在，底部和1000處設(shè)置承撐。（2）籠式段護(hù)籠采取圓形結(jié)構(gòu)，直徑取700mm；護(hù)籠取5根立桿間距相等 選用 40x5規(guī)格；水平籠箍選用50x5規(guī)格，垂直間距取600mm；護(hù)籠頂欄38x2.5鋼管；依據(jù)護(hù)籠底部距離地面不小于2100mm，取2100mm。5.5.2.2梯子的校核圖

42、5-1梯子將踏棍簡(jiǎn)化為兩端固定的梁，如圖（5-2）其中。圖5-2 踏棍受力其中點(diǎn)撓度公式為 （5-1）依據(jù)GB 4053.1-2009踏棍設(shè)計(jì)載荷按在中點(diǎn)承受P=1kN垂直集中載荷計(jì)算。其中點(diǎn)撓度不得超過(guò)踏棍長(zhǎng)度的1/250。踏棍材料選擇Q235B，直徑為20mm。其在20下的彈性模量E=。圓形踏棍的，其中踏棍直徑D=20mm，則為168mm。 依據(jù)GB 4053.1-2009踏棍設(shè)計(jì)載荷按在中點(diǎn)承受P=1kN垂直集中載荷計(jì)算。其中點(diǎn)撓度不得超過(guò)踏棍長(zhǎng)度的1/250。 （5-2）梯子強(qiáng)度的校核：兩端固定梁的彎矩簡(jiǎn)圖如圖（5-3）圖5-3 梁彎矩圖其中最大彎矩；最大正應(yīng)力，圓形截面；則 （5-3

43、）經(jīng)查Q235B在常溫條件下的許用應(yīng)力因此該踏棍滿足要求。5.6 本章小結(jié)本章通過(guò)查閱相關(guān)參考書(shū)和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)選取了了塔的部分零部件。零部件包括：保溫層、保溫圈、裙座、塔頂?shù)踔?、除沫器。其中?biāo)準(zhǔn)件選取如下：塔頂?shù)踔?G=500 S=1200 HG/T21639-2005。絲網(wǎng)除沫器 HG/T21618 絲網(wǎng)除沫器 X1000-150 SP Q235A/Q235A第6章 裙座強(qiáng)度校核基于第4章的計(jì)算數(shù)據(jù)和第5章的地腳螺栓的選型，本章首先設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)，并校核；其次對(duì)地腳螺栓座進(jìn)行強(qiáng)度校核；最后對(duì)裙座與筒體之間的對(duì)接焊縫進(jìn)行強(qiáng)度校核。6.1 基礎(chǔ)環(huán)強(qiáng)度校核 基礎(chǔ)環(huán)尺寸根據(jù)前章中對(duì)裙座地腳螺栓座的設(shè)計(jì)：基

44、礎(chǔ)環(huán)外徑 ； （6-1）基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑 ； （6-2）基礎(chǔ)環(huán)伸出寬度 ; （6-3）基礎(chǔ)環(huán)面積 ; （6-4）基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù) 。 （6-5）基礎(chǔ)環(huán)強(qiáng)度校核混凝土基礎(chǔ)上的最大壓應(yīng)力：（6-6）上式中取較大值： ?；A(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算選用帶筋板的地腳螺栓座，并取地腳螺栓數(shù)目為8。由上述設(shè)計(jì)初步選定的地腳螺栓規(guī)格，則相鄰兩筋板最大外側(cè)間距由螺栓數(shù)據(jù)計(jì)算得。因?yàn)椋?。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-10，由線性插法得：（6-7）取其中絕對(duì)值較大者，即?；A(chǔ)環(huán)厚度 。 （6-8）6.2地腳螺栓座強(qiáng)度校核地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力（取下式中較大值）， （6-9）取上式中較大者，因此。確定螺紋根徑，取八個(gè)地腳螺栓，因此，地腳螺栓的小徑取，。（6-10）故選用8個(gè)M36的地腳螺栓滿足要求。6.2.1 筋板強(qiáng)度校核地腳螺栓個(gè)數(shù)n=8，,筋板寬度,筋板高,筋板個(gè)數(shù)。一個(gè)地腳螺栓受的力 （6-11）細(xì)長(zhǎng)比 （6-12）臨界細(xì)長(zhǎng)比 （6-13）由于<，筋板的許用應(yīng)力（6-14） （6-15）筋板穩(wěn)定性滿足要求。6.2.2蓋板強(qiáng)度校核地腳螺栓之間的距離 （6-16）因此選用環(huán)形蓋板加墊板(6-17)蓋板符合強(qiáng)度要求。6.3 裙座與筒體對(duì)接焊縫強(qiáng)度校核其焊縫形式為對(duì)接。對(duì)接焊縫截面J-J處的拉應(yīng)力， ； （6-18）焊縫許用應(yīng)力，；故滿足