化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟(jì)南大學(xué)

1、 4.1 概述概述 4.2 板式塔及其結(jié)構(gòu)設(shè)計板式塔及其結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.3 填料塔及其結(jié)構(gòu)設(shè)計填料塔及其結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.4 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計其他結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.5 板式塔設(shè)計舉例板式塔設(shè)計舉例 本章主要通過板式塔的設(shè)計實例來學(xué)習(xí)本章主要通過板式塔的設(shè)計實例來學(xué)習(xí)和掌握塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算步驟。和掌握塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算步驟。 設(shè)計條件： 塔徑2000mm 塔高20.35m（20m） 工作壓力0.5Mpa 工作溫度110 介質(zhì)：弱腐蝕性有機(jī)物（密度0.8) 地點：濟(jì)南 基本風(fēng)壓400pa 地震烈度8級 塔板距0.459+0.7m 周而復(fù)始 各接管： DN DN 裙座人孔 400 回流100 溫度 32

2、 取樣25 進(jìn)氣450 液面計15 進(jìn)料100 出料125 壓力計25 人孔450 出氣150 1、將塔器當(dāng)作容器，按設(shè)計壓力求其壁厚； 2、尋找危險截面，分析其危險因素； 3、將各危險因素疊加起來，進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核，對拉應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，對壓應(yīng)力，應(yīng)同時滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定條件； 4、校核地腳螺栓的個數(shù)及其直徑。 00截面：底面基準(zhǔn) 11截面：裙座人孔 22截面：塔、座焊縫 33截面：第二人孔下 44截面：頂面mmmm5 .104305. 7328 . 121110 據(jù)工作壓力0.5Mpa,工作溫度110，屬低壓常溫。 工作介質(zhì)微腐，故選Q235A。l補(bǔ)充：低溫：420 1、筒體壁厚 設(shè) P設(shè)

3、計壓力，應(yīng)略大于工作壓力； P=0.51.15=0.5750.58MPa PPDti2 MPat1138 . 0用單面對接焊，局探， 則， 查 取 查mmCd4 . 72mmC8.01mmn10 無變化t合適mmn10mm4 . 658. 08 . 01132200058. 0 2、封頭壁厚 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，取封頭壁厚為10mm。 1、設(shè)備自重 （1）塔體重m1 其中 NkgDHDDmnniini911509115108 . 701. 001. 022785. 02108 . 75 .17201. 022785. 0242243232220221mmH1755010003475023000

4、 （2）補(bǔ)充：內(nèi)構(gòu)件 板式塔的塔盤有整塊式（塔徑1m以下）和分塊式（塔徑1m以上）兩種。 A、整塊式塔盤塔 1)塔盤塔盤： 有小孔通氣相 有液封受液裝置接受液相 有溢流管排放液相 2）盤壁間密封結(jié)構(gòu) 塔盤圈塔盤圈焊在塔盤上，其高度溢流堰高度； 填料支持圈（板）填料支持圈（板）焊在塔盤圈上，其位置視填料高度而定； 填料填料塞在密封處； 壓圈壓圈壓在填料上； 壓板壓板壓在壓圈上； 螺栓螺栓焊在塔盤圈另一側(cè)，用于固定壓緊壓板。3）降液管降液管 焊在塔盤上，多為弓形。4）塔節(jié)內(nèi)塔盤的固定 塔節(jié)下部內(nèi)壁焊有支座支座，用于固定底層塔盤，每上層塔盤由定距管定距管支承，管內(nèi)有拉桿拉桿穿過各層塔盤，擰緊拉桿上的

5、螺母即把塔節(jié)內(nèi)各層塔盤緊固。5）塔節(jié)塔節(jié)由法蘭聯(lián)接組成全全塔塔。 1）塔身為整體圓筒，不分塔節(jié)，而塔盤板分為數(shù)塊安裝。 2）據(jù)塔徑不同，塔盤可分單、雙多流結(jié)構(gòu)，泄流。 3）圖3-7解說 筋板、受液盤、支持圈（板）、降液筋板、受液盤、支持圈（板）、降液板板都被焊在塔壁上，是支承塔板的固定件固定件。弓形板弓形板固定在支持板、受液盤和支持圈上；矩形板矩形板固定在支持板、受液盤和弓形板上；通道板通道板固定在支持板、受液盤、弓形板和矩形板上。自身梁自身梁 一種防止彎曲的手段。矩形板 無支承的一邊為自身梁結(jié)構(gòu)，有過渡凹平面，以備疊放通道板。通道板 無自身梁弓形板 弦邊為自身梁結(jié)構(gòu)5）塔板的連接與緊固A、固

6、定件 焊在塔壁上B、緊固件 塔板與支持板、塔板與受液盤、通道板與矩形板靠龍門、楔子結(jié)板緊固。 弓形板與支持圈靠卡板、楔子緊固。查P151表4-2，取浮閥塔盤重79kg/m2由工藝條件知共30個塔盤則 NkgDmi7065070653075422取保溫層厚度0.1m，密度300kg/m3 （JB） NkgoHDDmnini3495034953005 .1701. 0221 .201. 022785. 02224220223 由工藝條件知，每10個塔盤設(shè)一人孔，一平臺，共4個。每個平臺為半圓形，取平臺寬度0.9m，平臺自重查P151表4-2。q=1502mkg2mkgNkgqnDBDmnini26

7、4502645241501 . 0202. 0229 . 021 . 0201. 022785. 0222222422224 塔盤充液重查P151表4-2,取q=70 塔釜液面高1.8m2mkgNkgqnhDmi1111601111630708008.12785.0)(42025 各種管口（人孔、接管、法蘭）估計 取Nkgma150001500NkgHDmiw5495005495010005.172785.04202 以上各載按不同情況組合 操作時 水壓試驗時 安裝時Nkgmmmmmmma34936034936543210Nkgmmmmmmmwa787700787704321maxNkgmmm

8、mmma181680181682 . 04321min m0 mmax mmin 349360(N) 787700(N) 181680(N) 先確定最危險界面 0-0 裙座底部 1-1 裙座人孔 2-2 裙座與塔體連接處的焊縫計算段 0-1 1-2 2-3 3-4備注K1 0.7形狀系數(shù)K2 1.42風(fēng)振系數(shù)q0 400(Pa)基本風(fēng)壓fi 0.8 0.8 0.9 1.2高度系數(shù)hi 1 1.8 7.05 10.5各計算高度D效 2.62有效直徑Fi 8301500660913120各段風(fēng)載以3-4段為例：1、K1 空氣動力系數(shù)空氣動力系數(shù)，又名形狀系數(shù)，風(fēng)吹在不同的凹凸面上會產(chǎn)生不的風(fēng)力，對

9、于圓形，取0.7；有效DhfqKKFiii021imK12im2、K2 風(fēng)振系數(shù)風(fēng)振系數(shù)，風(fēng)速是脈動的，這種脈動離地越近，受建筑物影響越大，離地越遠(yuǎn)，脈動越小，這用高度系數(shù) 校正。（P153)l另外，塔的振動影響了風(fēng)載，這種影響動荷系數(shù)動荷系數(shù)l 與塔的自振周期自振周期T有關(guān)。smmmmMPammkgmmsDEHmHTin38.01020001010220000349362000033.901033.903335330 smmPamkgmDEHmHTin38. 0201. 010102203493620856. 2856. 2336530 smmPamNmDEHQHTin38. 0201. 0

10、1010220349360209125. 09125. 0336530國際單位制距地面高度 40 60 80 100 0.35 0.32 0.26 0.25 0.21im20im系數(shù)系數(shù)自振周期0.250.51.01.5 22.5 3 4 11.41.72.02.32.52.73.03.2 sT m系數(shù)5imK12 查 查 3、 4、 5、35. 0im2 . 1125. 038. 014 . 125. 05 . 0tg42. 12 . 135. 0112imK4003415200qPq表查基本風(fēng)壓2 . 1, 1, 8 . 04415243322110ffffPfi表查不同高度不一樣。高度變

11、化系數(shù)。風(fēng)力在mhhi5 .1043計算段長度。 6、mDFFhFKKmmKKmmDDKKDDDi62. 24 . 02 . 002. 2002,4002 . 01 . 022 ,202. 22,443300430效效效水平投影面積。平臺寬度扶梯寬度，保溫層厚外徑，有效直徑值見表其它效iiiFNDhqfKKF1312062. 25 .104002 . 142. 17 . 002143 (2)各段風(fēng)彎矩 前面我們求出了各段的風(fēng)力 ， 怎樣破壞塔體？顯然是要把塔吹彎。所以要研究風(fēng)力產(chǎn)生的彎矩： 彎矩彎矩=力力 矩矩NmhhhhFhhhFhhFhFMw24318025 .1005. 78 . 111

12、3120205. 78 . 11660928 . 11150021830)2()2()2(23210321021010000iFiwMiFNmhhhFhhFhFMw22153525 .1005. 78 . 113120205. 78 . 1660928 . 11500)2()2(232132121111NmhhFhFMw18467325.1005.713120205.76609)2(23232222 題外補(bǔ)充題外補(bǔ)充 地震以波的形式向四周傳播破壞，對建筑物來說，以水平振動危害較大。 （1）作用在單質(zhì)點上的水平地震力mgcFl式中：lc形狀系數(shù)，對鋼制圓形容器：c=0.5；l a地震影響系數(shù) 1

13、）據(jù)地震烈度查表4-8，選 2）再據(jù)T和基質(zhì)查圖4-48得 之系數(shù) 3） 本題中，據(jù)地震烈度 -查表4-8 得 T=0.38s按二類場地-查圖4-48 得系數(shù)0.8 故：maxmaxmax系數(shù)45. 0max36. 08 . 0max P155表4-9的解釋（參考） 一類場地：微風(fēng)化和中等風(fēng)化的基石； 三類場地：飽和松沙、淤泥和淤泥質(zhì)土、充填土等； 二類場地：除一、三類外的一級穩(wěn)定土。 全塔質(zhì)量不集中于一點，將塔分成幾段，求作用在質(zhì)點K（K段）的震力（由K段振型系數(shù)校正，它包括了各i段對K段的影響）。段振型系數(shù)地震系數(shù)結(jié)構(gòu)系數(shù)KacgmcaFkkkkmmihmmmKhmhmhhikkniiin

14、iiikk段質(zhì)心距地高度，；的作用點距地高度，段質(zhì)量1315 . 15 . 1 對質(zhì)量沿高度均布的等截面塔：總高操作時質(zhì)量HmhHdhhHmdhhHmhkHiHikk05 . 15 . 103005 . 105 . 158 截面i-I的震矩為自i以上至n各段震力對其力矩之和： 其中，hi-i面距地高度nKkkiiEhhFM1)( 對等徑、等厚之塔： 式中H、h的單位是mm m的單位是kg 上式為國際單位 注意：)41410(1758)(5 . 35 . 25 . 35 . 201mmNhhHHHgmcMhhFMiiEnKkkiiE)1234(3543430mNhhHHHmcMiiE25. 15

15、iiEiiEiMMDH柔性大時，注意：當(dāng)偏心距egemMee 因為是等直徑等壁厚的塔設(shè)備，所以4343025. 15220)1234(35iiEiiEiiiEMMDHhhHHHmcM為柔性結(jié)構(gòu)又)(65505052404025.1)(5240402034936036.05 .01254(350043000mNMmNHHmcMEE）)(61133048906325. 1)(48906312131204202034936036. 05 . 035)1234(351143434343011mNMmNhhHHHmcMEE)(53281242625025. 1)(426250128 . 238 . 22

16、04202034936036. 05 . 035)1234(352243434343022mNMmNhhHHHmcMEE0-01-12-2243180221535184673655050611330532812715843666714578980WMEMmaxM)(57898025. 0)(66671425. 0)(71584324318025. 065505025. 025. 0222222max111111max000000maxmaxmNMMMMmNMMMMmNMMMMMMMMMMeWEeWEeWEeiiWiiEeiiW取大偏心矩1、設(shè)計壓力產(chǎn)生的軸向應(yīng)力MpaPDni291042000

17、58. 0412、操作重量產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力MpammlldnmldnDSMpaSgmMpaDgmini8 . 51200586. 001. 012. 0201. 045. 0202. 02)2(96. 50586. 034936056. 501. 0214. 33493602221120022111101120002取短管長度。人孔直徑；人孔個數(shù)； 同樣的彎矩作用于不同的桿件會產(chǎn)生不同的結(jié)果，這說明彎曲還與桿的橫截面的面積、形狀及方向有關(guān)。這種橫截面的影響叫截面模量。截面模量。MPaPaDMWMni8 .222279754701. 02785. 071584342200max0000003 Mp

18、aDMWMMpaWMmdDildDnDWniii4 .1801. 02785. 057898047 .24027. 0666714027. 0245. 02212. 001. 02201. 0245. 0201. 02785. 0222242222max2222max2231111max113322222211 危險截面軸向應(yīng)力計算值0-01-12-2295.822.824.718.4niPD41Agm02WM3內(nèi)應(yīng)力彎矩力重載力 1、按軸向拉應(yīng)力驗算筒體壁厚 取筒體危險截面2-2，其拉應(yīng)力強(qiáng)度條件： t22322222122maxl左邊：29-5.8+18.4=41.6Mpal右邊：1130

19、.8=90.4Mpal左邊右邊 故滿足條件。 2、按組合軸向壓應(yīng)力驗算筒體和裙座壁厚 （1）驗算筒體危險截面2-2的組合 軸向壓應(yīng)力，其強(qiáng)度和穩(wěn)定條件為：取小REnt06.022322222maxl左邊：5.8+18.4=24.2Mpal右邊：許用應(yīng)力為113Mpa，而0.06200000 0.01/1=120Mpal因為24.2113，所以滿足條件 2）驗算裙座危險截面1-1軸向壓應(yīng)力取小REnt06.0113112l左邊=5.8+24.7=30.5右邊= 113l所以滿足條件 （3）0-0截面驗算 取小REnt06.0003002l左邊=5.8+22.8=28.6右邊= 113l所以滿足條

20、件 (1)強(qiáng)度驗算 1）環(huán)向拉應(yīng)力滿足條件水水水5 .2119 . 02359 . 01118 . 00018. 001. 020018. 001. 0225. 158. 02snniMpaCCDPmmCmmC8 . 0112 2）最大組合軸向拉應(yīng)力 （P157公式434）滿足條件右左ssieWniiMpaMpaDMMDgmPD9 . 01698 . 09 . 02355 .2501. 02785. 01846733 . 001. 0214. 378770001. 0421025. 158. 09 . 0785. 03 . 0425. 1max2622222max321max 3）塔充水后（未

21、加壓）最大質(zhì)量和最大彎矩在殼體中引起的組合軸向壓應(yīng)力(P157公式4-35)滿足要求右：左取小ininsinsieWniREMpaREMpaMPaREDMMDgm06. 012006. 01882358 . 08 . 03 .1401. 02785. 01846743 . 001. 0214. 378770006. 08 . 0785. 03 . 0max222222maxmax 1、選取基環(huán)直徑 （1）外徑 （2）內(nèi)徑mmDDnib232030020200030020mmDDnibi17203002020003002 2、基礎(chǔ)環(huán)厚度計算 無筋板時bbbbbWM6222max Cbbbbmax23即 有筋板時，可增加裙座底部剛性，減薄厚度。 關(guān)于b和L看P159圖4-55CMbgb6maxb板，需先求由以上知，無論有無筋的系數(shù)可得值查表據(jù)系數(shù)計算力矩。2max2max124blbbMMbbgg號混凝土。的取查混凝土設(shè)計表，為使?。ㄈ〈笏嚂r）操作時）水試操作1005 . 515 . 087. 02431803 . 09 . 1787700132. 21072. 134. 271584372. 13