化工設備設計基礎第11章塔器設備設計課件

第11章塔器設備設計一、塔體壁厚的計算二、裙座設計一、塔體壁厚的計算結(jié)構組成：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備，一般都很高，且承受多種載荷作用。塔體除應滿足強度條件外，還需滿足穩(wěn)定條件。

1.按設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⑴塔設備重量載荷塔設備的操作質(zhì)量（Kg）：m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me設備最大質(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⑴塔設備重量載荷m01－塔設備殼體（包括裙座）質(zhì)量，Kg。根據(jù)求出的壁厚Sn、Sns、SnH；m02－塔設備內(nèi)構件質(zhì)量，kg；（0.2m02指考慮部分內(nèi)構件焊在殼體上）m03－塔設備保溫材料質(zhì)量，kg；m04－平臺；扶梯質(zhì)量，kg；m05－操作時塔設備內(nèi)物料質(zhì)量，kg，ma－人孔、法蘭、接管等附屬件質(zhì)量，kg；mw－設備內(nèi)充水質(zhì)量，kg；me－設備的偏心質(zhì)量，kg；一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算⑵地震載荷計算簡化假設：直徑、壁厚沿高度變化的圓筒形直立設備，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⑵地震載荷計算等直徑、等壁厚設備的基本自振周期：-不等直徑或不等壁厚設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⑵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；－－振型參數(shù)與系數(shù)

hk－計算截面I－I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⑵地震載荷計算任意計算截面I－I的地震彎矩h－計算截面距地面高度等直徑、等壁厚的設備任意截面I－I的地震彎矩底部截面的地震彎矩【注】當H/Di>5時，設備為柔性結(jié)構，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⑶風載荷計算兩相鄰計算截面間的風載荷為：p0=K1K20q0f0l0De0×10-6Np1=K1K21q0f1l1De1×10-6N·········Pi=K1K2iq0filiDei×10-6N

式中：q0－10米高度處的基本風壓值。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分鐘平均最大風速vmax(m/s)為標準，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⑶風載荷計算fi－風壓高度處變化系數(shù)，在100m以下時按表17－3選取，中間值按內(nèi)插法求取；K1－體型系數(shù)（空氣動力系數(shù)），對圓筒設備取K1＝0.7；K2i－風振系數(shù)，當塔高H≤20m時，K2i=1.7，當H≥20m時取；－脈動增大系數(shù)，按表17－4選取；－第i段脈動影響系數(shù)，按表17－5選?。唬趇段振型系數(shù)－同一直徑的兩相鄰計算截面間距離，mm；Dei－設備各段的有效直徑，mm；一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算⑶風載荷計算當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－設備各段的外徑，mm；－設備的保溫層厚度，mm；K3－系數(shù)，籠式扶梯當量寬度，K3=400mm；一、塔體壁厚的計算2.塔體承受的各種載荷的計算⑷偏心載荷計算塔設備在頂部懸掛的分離器、熱交換器、冷凝器等附屬設備對塔體產(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（壓應力校核）⑴設計壓力在塔體中引起的軸向應力：⑵重量載荷在塔體中引起的軸向應力：⑶彎矩在塔體中引起的軸向應力：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（壓應力校核）⑷壓應力校核⑸塔設備的危險工況內(nèi)壓塔設備為停車工況，即：外壓塔設備為操作工況，即：內(nèi)壓設備外壓設備一、塔體壁厚的計算5.塔設備水壓試驗時的應力驗算試驗壓力引起的環(huán)向應力試驗壓力引起的軸向應力重力引起的軸向應力彎矩引起的軸向應力一、塔體壁厚的計算5.塔設備水壓試驗時的應力驗算液壓試驗時圓筒材料許用軸向壓應力：計算所得的各項應力應滿足下列要求：二、裙座設計1.裙座的結(jié)構組成座體；基礎環(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，應用廣泛；圓錐形裙座應用于高塔（DN<1m，且H/DN>25或DN>1m，且H/DN>30）。二、裙座設計2.座體設計⑴基底危險截面操作工況水壓試驗工況二、裙座設計2.座體設計⑵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，N·mm；－人孔或較大管線引出孔處風彎矩，N·mm；－人孔或較大管線引出孔處以上設備操作質(zhì)量，kg；－人孔或較大管線引出孔處以上設備液壓試驗質(zhì)量，kg；Zsm－人孔或較大管線引出孔處抗彎截面模量。

二、裙座設計3.基礎環(huán)設計⑵基礎環(huán)厚度計算基礎環(huán)底面上所產(chǎn)生的最大組合軸向壓應力為：Zb－基礎環(huán)的抗彎截面模量，，mm3；Ab－基礎環(huán)的面積，，mm2；Sb－基礎環(huán)的厚度，mm；◎須滿足≤Ra（混凝土基礎的許用應力）二、裙座設計3.基礎環(huán)設計⑵基礎環(huán)厚度計算基礎環(huán)底面上所產(chǎn)生的最大組合軸向壓應力為：Zb－基礎環(huán)的抗彎截面模量，，mm3；Ab－基礎環(huán)的面積，，mm2；Sb－基礎環(huán)的厚度，mm；◎須滿足≤Ra（混凝土基礎的許用應力）［注意］基礎環(huán)上的最大壓應力值認為是作用在基礎環(huán)底面上的均勻載荷。二、裙座設計3.基礎環(huán)設計⑵基礎環(huán)厚度計算A.基礎環(huán)上無筋板時，基礎環(huán)作為懸壁梁，在均布載荷的作用下，其最大彎曲應力為：基礎環(huán)厚度計算：B.基礎環(huán)上有筋板時，基礎環(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?；A環(huán)厚度求出后，應加上壁厚附加量2mm，并圓整到鋼板規(guī)格厚度，但不得小于12mm。二、裙座設計4.基礎螺拴計算基礎中由螺栓承受的最大拉應力為：－設備底部截面地震彎矩，N·mm。如果σB≤0，則設備自身足夠穩(wěn)定，為了固定設備位置，應使用一定數(shù)量的地腳螺栓。如果σB>0，則設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、裙座設計5.裙座與塔體的連接⑴裙座與塔體連接焊縫結(jié)構對接結(jié)構搭接結(jié)構二、裙座設計5.裙座與塔體的連接⑴裙座與塔體連接焊縫結(jié)構對接結(jié)構(a)搭接結(jié)構(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、裙座設計5.裙座與塔體的連接⑵裙座與塔體對接焊縫的驗算對接焊縫的最大拉應力校核：Dit－裙座頂部截面的內(nèi)徑，mm；

⑶裙座與塔體搭接焊縫的驗算焊縫總剪切應力：二