化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)第11章塔器設(shè)備設(shè)計精選課件

1、第11章 塔器設(shè)備設(shè)計一、塔體壁厚的計算二、裙座設(shè)計一、塔體壁厚的計算結(jié)構(gòu)組成：塔體筒節(jié)、封頭和聯(lián)接法蘭內(nèi)件塔板或填料及其支撐裝置裙式支座和附件人孔、進出料接管、各儀表接管、液體和氣體的分配裝置、塔外的扶梯、平臺和保溫層。填料塔板式塔一、塔體壁厚的計算塔器多屬自支承式設(shè)備，一般都很高，且承受多種載荷作用。塔體除應(yīng)滿足強度條件外，還需滿足穩(wěn)定條件。 1.按設(shè)計壓力計算塔體及封頭壁厚按內(nèi)（外）壓容器及封頭的有關(guān)規(guī)定，計算塔體及封頭的有效厚度Se和SeH。一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算工作介質(zhì)壓力重量載荷風(fēng)載荷地震載荷偏心載荷 力學(xué)模型：底部固定支撐的懸臂梁。 一、塔體壁厚的計算2.

2、塔體承受的各種載荷的計算 塔設(shè)備重量載荷塔設(shè)備的操作質(zhì)量（Kg）：m0= m01+m02+m03+m04+m05+ma+me設(shè)備最大質(zhì)量（Kg） （水壓試驗時的質(zhì)量）：mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me設(shè)備最小質(zhì)量（Kg）（吊裝時的質(zhì)量，要考慮吊裝時的實際質(zhì)量包含的內(nèi)容）：mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 塔設(shè)備重量載荷m01塔設(shè)備殼體（包括裙座）質(zhì)量，Kg。根據(jù)求出的壁厚Sn、Sns、SnH；m02塔設(shè)備內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量，kg；（0.2m02指考慮部分內(nèi)構(gòu)件焊在殼體上）m03塔設(shè)備保溫材料質(zhì)量，kg；m

3、04平臺；扶梯質(zhì)量，kg；m05操作時塔設(shè)備內(nèi)物料質(zhì)量，kg，ma人孔、法蘭、接管等附屬件質(zhì)量，kg；mw設(shè)備內(nèi)充水質(zhì)量，kg；me設(shè)備的偏心質(zhì)量，kg；一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算簡化假設(shè)：直徑、壁厚沿高度變化的圓筒形直立設(shè)備，可視為一個多質(zhì)點體系。每一直徑和壁厚相等的一段長度間的質(zhì)量，可處理為作用在該段高度1/2處的集中載荷 高度hk處的集中載荷mk所引起的水平地震力 一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算Cz-結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，圓筒形直立設(shè)備取Cz=0.5； -設(shè)備基本自振周期為T1對應(yīng)的地震影響系數(shù)值 ；令T=T1按下圖查； -地震

4、影響系數(shù)的最大值 按下表選??；T設(shè)備自震周期，sT1設(shè)備基本振型自振周期，按下兩式進行計算 Cz-結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，圓筒形直立設(shè)備取Cz=0.5； -設(shè)備基本自振周期為T1對應(yīng)的地震影響系數(shù)值 ；令T=T1按下圖查； -地震影響系數(shù)的最大值 按下表選?。籘設(shè)備自震周期，sT1設(shè)備基本振型自振周期，按下兩式進行計算 Cz-結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，圓筒形直立設(shè)備取Cz=0.5； -設(shè)備基本自振周期為T1對應(yīng)的地震影響系數(shù)值 ；令T=T1按下圖查； -地震影響系數(shù)的最大值 按下表選?。籘設(shè)備自震周期，sT1設(shè)備基本振型自振周期，按下兩式進行計算 一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算

5、等直徑、等壁厚設(shè)備的基本自振周期：-不等直徑或不等壁厚設(shè)備的基本自振周期 式中 hi第i段集中質(zhì)量距地面的高度，mm； Hi塔頂至第i段底截面的高度，mm； H塔設(shè)備總高，mm； I第i段的截面慣性矩，mm4；Ii=0.393(Di+Sei)3Sei； mi第i段的操作質(zhì)量，kg； Di塔體內(nèi)直徑，mm； Ei，Ei-1第i段，第i-1段塔材料的彈性模數(shù)，MPa；一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算式中 hi第i段集中質(zhì)量距地面的高度，mm； Hi塔頂至第i段底截面的高度，mm； H塔設(shè)備總高，mm； I第i段的截面慣性矩，mm4；Ii=0.393(Di+Sei)3Se

6、i； mi第i段的操作質(zhì)量，kg； Di塔體內(nèi)直徑，mm； Ei，Ei-1第i段，第i-1段塔材料的彈性模數(shù)，MPa； 振型參數(shù)與系數(shù) hk計算截面II以上集中質(zhì)量mk的作用點距地面的高度，mm。 一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算任意計算截面II的地震彎矩h計算截面距地面高度 等直徑、等壁厚的設(shè)備任意截面II的地震彎矩底部截面的地震彎矩 【注】當(dāng)H/Di5時，設(shè)備為柔性結(jié)構(gòu)，須考慮高振型影響，在進行穩(wěn)定或其他驗算時，取地震彎矩值應(yīng)為上列計算值的1.25倍。一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算自支承式塔設(shè)備受風(fēng)壓作用的示意圖。塔體會因風(fēng)壓而發(fā)生彎

7、曲變形。吹到塔設(shè)備迎風(fēng)面上的風(fēng)壓值，隨設(shè)備高度的增加而增加。為了計算簡便，將風(fēng)壓值按設(shè)備高度分為幾段，假設(shè)每段風(fēng)壓值各自均布于塔設(shè)備的迎風(fēng)面上。塔設(shè)備的計算截面應(yīng)該選在其較薄弱的部位，如截面0-0，1-1，2-2等。兩相鄰計算截面區(qū)間為一計算段；任一計算段的風(fēng)載荷，就是集中作用在該段中點上的風(fēng)壓合力。任一計算段風(fēng)載荷的大小，與設(shè)備所在地區(qū)的基本風(fēng)壓值q0、設(shè)備的高度、直徑、形狀以及自振周期有關(guān)。 一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算兩相鄰計算截面間的風(fēng)載荷為：p0=K1K20q0f0l0De010-6 Np1=K1K21q0f1l1De110-6 NPi=K1K2iq0f

8、iliDei10-6 N 式中：q010米高度處的基本風(fēng)壓值。以一般空曠平坦地面、離地面10米高度處，統(tǒng)計得到的30年一遇10分鐘平均最大風(fēng)速vmax(m/s)為標(biāo)準(zhǔn)，按照 計算得來的。一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算fi風(fēng)壓高度處變化系數(shù)，在100m以下時按表173選取，中間值按內(nèi)插法求??；K1體型系數(shù)（空氣動力系數(shù)），對圓筒設(shè)備取K10.7；K2i風(fēng)振系數(shù)，當(dāng)塔高H20m時，K2i=1.7，當(dāng)H20m時取 ； 脈動增大系數(shù)，按表174選??； 第i段脈動影響系數(shù)，按表175選?。?第i段振型系數(shù) 同一直徑的兩相鄰計算截面間距離，mm；Dei設(shè)備各段的有效直徑，mm；

9、一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算當(dāng)籠式扶梯與進出口管布置成1800時，籠式扶梯與進出口管成900布置時，取二式中較大者：D0i設(shè)備各段的外徑，mm； 設(shè)備的保溫層厚度，mm；K3系數(shù)，籠式扶梯當(dāng)量寬度，K3=400mm；一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算K4系數(shù)，操作平臺當(dāng)量寬度， ，mm； 計算段設(shè)備的長度、該段內(nèi)平臺構(gòu)件的投影面積(不計入塔及空檔的投影面積)，mm，mm2； d0管線的外徑，mm； 管線保溫層厚度，mm。塔設(shè)備作為懸臂梁，在風(fēng)載荷作用下產(chǎn)生彎曲變形。任意截面的風(fēng)彎矩按下式計算：一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算

10、偏心載荷計算塔設(shè)備在頂部懸掛的分離器、熱交換器、冷凝器等附屬設(shè)備對塔體產(chǎn)生偏心載荷。偏心載荷所引起的彎矩為：式中：e偏心重物的重心至塔設(shè)備中心線的距離，mm。一、塔體壁厚的計算3.塔體穩(wěn)定驗算（壓應(yīng)力校核） 設(shè)計壓力在塔體中引起的軸向應(yīng)力： 重量載荷在塔體中引起的軸向應(yīng)力： 彎矩在塔體中引起的軸向應(yīng)力：式中 計算截面處的最大彎矩，一、塔體壁厚的計算3.塔體穩(wěn)定驗算（壓應(yīng)力校核） 壓應(yīng)力校核 塔設(shè)備的危險工況內(nèi)壓塔設(shè)備為停車工況，即：外壓塔設(shè)備為操作工況，即：內(nèi)壓設(shè)備外壓設(shè)備一、塔體壁厚的計算4.塔體拉應(yīng)力驗算內(nèi)壓塔設(shè)備為正常操作工況，即外壓塔設(shè)備為非操作工況，即總結(jié)壁厚確定：綜合按設(shè)計壓力、穩(wěn)

11、定條件驗算、抗拉強度驗算三種情況確定的壁厚Sei的大小，取其中較大值，再加上壁厚附加量，并考慮制造、運輸、安裝時剛度的要求，最終確定塔體壁厚。 內(nèi)壓設(shè)備外壓設(shè)備一、塔體壁厚的計算5.塔設(shè)備水壓試驗時的應(yīng)力驗算試驗壓力引起的環(huán)向應(yīng)力試驗壓力引起的軸向應(yīng)力重力引起的軸向應(yīng)力彎矩引起的軸向應(yīng)力一、塔體壁厚的計算5.塔設(shè)備水壓試驗時的應(yīng)力驗算液壓試驗時圓筒材料許用軸向壓應(yīng)力：計算所得的各項應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：二、裙座設(shè)計1.裙座的結(jié)構(gòu)組成座體；基礎(chǔ)環(huán)；螺栓座；管孔人孔、引出管孔、排氣管孔等。圓筒形裙座制造方便，經(jīng)濟上合理，應(yīng)用廣泛；圓錐形裙座應(yīng)用于高塔 （DN25或DN1m，且H/DN30）。二、裙座

12、設(shè)計2. 座體設(shè)計 基底危險截面操作工況： 水壓試驗工況： 基底截面的最大彎矩，Nmm； 基底截面的風(fēng)彎矩，Nmm；m0塔設(shè)備的操作質(zhì)量，kg；mmax設(shè)備的最大質(zhì)量，kg；Zsb基底截面的抗彎截面模量（ ），mm3；Asb基底截面的面積（3.14DisSs），mm2；Dis座體基底截面的內(nèi)直徑，mm； 設(shè)計溫度下座體材料的許用應(yīng)力，MPa；Ss座體計算壁厚，mm。 二、裙座設(shè)計2. 座體設(shè)計 基底危險截面操作工況 水壓試驗工況 二、裙座設(shè)計2. 座體設(shè)計 人孔危險截面操作工況： 水壓試驗工況： 人孔或較大管線引出孔處最大彎矩，Nmm； 人孔或較大管線引出孔處風(fēng)彎矩，Nmm； 人孔或較大管線引

13、出孔處以上設(shè)備操作質(zhì)量，kg； 人孔或較大管線引出孔處以上設(shè)備液壓試驗質(zhì)量，kg；Zsm人孔或較大管線引出孔處抗彎截面模量。 二、裙座設(shè)計2. 座體設(shè)計 人孔危險截面Asm人孔或較大管線引出孔處的截面積。 Am=2lmSm mm2bm人孔或較大管線引出孔接管處水平方向的最大寬度，mm；Ses裙座有效壁厚，mm；lm人孔或較大管線引出孔加強段長度，mm；Dim、Rim人孔或較大管線引出孔處裙座截面內(nèi)直徑和內(nèi)半徑，mm；Sm人孔或較大管線引出孔處加強段的厚度，mm。二、裙座設(shè)計3. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 基礎(chǔ)環(huán)尺寸的確定Dis裙座基底截面的內(nèi)徑，mm；D0b基礎(chǔ)環(huán)外徑，mm；Dib基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑，mm；二、裙座

14、設(shè)計3. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 基礎(chǔ)環(huán)厚度計算基礎(chǔ)環(huán)底面上所產(chǎn)生的最大組合軸向壓應(yīng)力為：Zb基礎(chǔ)環(huán)的抗彎截面模量， ，mm3；Ab基礎(chǔ)環(huán)的面積， ，mm2；Sb基礎(chǔ)環(huán)的厚度，mm； 須滿足 Ra（混凝土基礎(chǔ)的許用應(yīng)力）二、裙座設(shè)計3. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 基礎(chǔ)環(huán)厚度計算基礎(chǔ)環(huán)底面上所產(chǎn)生的最大組合軸向壓應(yīng)力為：Zb基礎(chǔ)環(huán)的抗彎截面模量， ，mm3；Ab基礎(chǔ)環(huán)的面積， ，mm2；Sb基礎(chǔ)環(huán)的厚度，mm； 須滿足 Ra（混凝土基礎(chǔ)的許用應(yīng)力）注意基礎(chǔ)環(huán)上的最大壓應(yīng)力值 認(rèn)為是作用在基礎(chǔ)環(huán)底面上的均勻載荷。二、裙座設(shè)計3. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 基礎(chǔ)環(huán)厚度計算A. 基礎(chǔ)環(huán)上無筋板時，基礎(chǔ)環(huán)作為懸壁梁，在均布載荷的作用下，其最大

15、彎曲應(yīng)力為：基礎(chǔ)環(huán)厚度計算：B.基礎(chǔ)環(huán)上有筋板時，基礎(chǔ)環(huán)的厚度計算：Ms計算力矩；取矩形板時X，Y軸的彎矩Mx，My中的絕對值較大者，按表17-9計算，N.m/m。基礎(chǔ)環(huán)厚度求出后，應(yīng)加上壁厚附加量2mm，并圓整到鋼板規(guī)格厚度，但不得小于12mm。二、裙座設(shè)計4.基礎(chǔ)螺拴計算基礎(chǔ)中由螺栓承受的最大拉應(yīng)力為： 設(shè)備底部截面地震彎矩，Nmm。如果B0，則設(shè)備自身足夠穩(wěn)定，為了固定設(shè)備位置，應(yīng)使用一定數(shù)量的地腳螺栓。如果B0，則設(shè)備必須安裝地腳螺栓，并須進行計算。計算時可先按4的倍數(shù)假定地腳螺栓數(shù)量n，此時地腳螺栓的根部直徑d1：二、裙座設(shè)計5.裙座與塔體的連接 裙座與塔體連接焊縫結(jié)構(gòu)對接結(jié)構(gòu)搭接結(jié)構(gòu)二、裙座設(shè)計5.裙座與塔體的連接 裙座與塔體連接焊縫結(jié)構(gòu)對接結(jié)構(gòu)(a)搭接結(jié)構(gòu)(b) (c)對接焊縫特點：裙座與塔體直徑相等，對齊焊在一起。對接焊縫受壓，可以承受較大的軸向載荷，用于大塔。由于焊縫在塔體底封頭的橢球面上，封頭受力情況較差。搭接焊縫特點：裙座內(nèi)徑稍大于塔體外徑，裙座搭焊在底封頭的直邊上。搭接焊縫承載后作剪切變形，受力情況不佳；對封頭來說，受力情況較好。二、裙座設(shè)計5.裙座與塔