塔设备强度计算-裙座基础环和螺栓计算
㈡基础环板设计
1. 基础环板内、外径的确定
裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用
（4-68）
式中：
D ob-基础环的外径，mm；
D ib-基础环的内径，mm；
D is-裙座底截面的外径，
mm。
2. 基础环板厚度计算
在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为：
（4-69）
式中：
A b-基础环面积，mm2；
W b-基础环的截面系数，mm3；
（1）基础环板上无筋板
基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度：
（4-70）
式中：
δb-基础环厚度，mm；
[σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。对低碳钢取[σ]b=140MPa。
（2）基础环板上有筋板
基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。基础环厚度：
（4-71）
式中：
δb-基础环厚度，mm；
M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按表4-35计算，N·mm/mm。无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。
㈢地脚螺栓
地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为：
（4-72）
式中：
σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。
当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。
当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算：
（4-73）
式中：
d1-地脚螺栓螺纹小径，mm；
C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；
n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6；
[σ]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24。
㈣裙座体与塔体底封头的焊接结构
裙座体与塔体的焊接形式有下表所示的两种：
名称结构要求特点适用对象
对接焊
缝裙座与塔体直径相等，二者对
齐焊在一起
焊缝承受压应力作用，可承受较高
的轴向载荷
大型塔设备
搭接焊
缝
裙座内径稍大于塔体外径焊缝承受剪应力作用，受力条件差小型塔设备1．裙座体与塔体对接焊缝（如附图）J-J截面的拉应力校核
（4-74）
式中D it-裙座顶截面的内直径，mm。
２．裙座体与塔体搭接焊缝（如附图）J-J截面的剪应力校核
（4-75）
（4-76）
式中：
A W-焊缝抗剪断面面积，mm2；
D ot-裙座壳顶部截面的外直径，mm；
M max J-J-搭接焊缝处的最大弯矩，N·mm；
m max J-J-压力试验时塔设备的最大质量（不计裙座质量），Kg；
m0J-J-J-J截面以上塔设备的操作质量，Kg；
W W-焊缝抗剪截面系数，mm3；
[ ]W t-设计温度下焊接接头的许用应力，取两侧母材许用应力的小值，MPa。
塔式容器
塔式容器 第一节概述 一、直立设备与塔式容器 化工厂的各种容器都是通过支座固定在生产过程中的某一位置上，我们把垂直安装的，外形为圆形的容器称为直立设备。常见的有塔器、反应器、立式罐等。 塔式容器是直立设备中的一种，是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到传质及传热的目的。塔式容器的主要特点是：体型高，长宽比大，荷载重，塔身除了承受压力载荷、温度载荷外，还承受风载荷、地震载荷和重量载荷。塔式容器的支座通常为裙式支座，塔式的整个重量都是由裙座支撑。地脚螺栓又将裙座固定在基础上。 二、钢制塔式容器标准简介 JB4710-92是我国现行的塔式容器设计、制造、检验与验收的行业标准。它适用于H/D>5，且H>10m的裙座自支承式钢制塔器。 塔式容器属于高耸结构，其承受的载荷除压力、温度载荷外，还有风载荷、地震载荷、重量载荷、偏心载荷等。由于以上诸多载荷的存在，塔式容器的计算方法也不同于一般的压力容器。高塔在压力较低时，风载荷、地震载荷决定了塔器的壁厚。而低矮的塔器的壁厚大多数取决于压力载荷和最小壁厚。 由于风载荷和地震载荷的计算都是动力计算。在作动力计算时，可视塔器为一底端固定的悬臂梁。其振动形式为剪切振动或弯曲振动，有时也可为剪、弯联合振动。当H/D≤4时，以剪切振动为主；4 《化工设备设计基础》 课程设计计算说明书 学生姓名：学号： 所在学院： 专业： 设计题目： 指导教师： 2006 年月日 目录 一.设计任务书 (2) 二.设计参数与结构简图 (4) 三.设备的总体设计及结构设计 (5) 四.强度计算 (7) 五.设计小结 (13) 六.参考文献 (14) 一、设计任务书 1、设计题目 根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（板式塔）设计。各个同学按照自己的工艺参数确定设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。 设计题目： 例：精馏塔（DN1800）设计 2、设计任务书 2.1设备的总体设计与结构设计 （1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式(填料塔、板式塔)； （2）根据化工工艺计算，确定塔板数目(或填料高度)； （3）根据介质的不同，拟定管口方位； （4）结构设计，确定材料。 2.2设备的机械强度设计计算 （1）确定塔体、封头的强度计算。 （2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。 （3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。 （4）裙式支座的设计验算。 （5）水压试验应力校核。 2.3完成塔设备装配图 （1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。 （2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。 3、原始资料 3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。 3.2参考资料： [1] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003. [2] 全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]． [3] GB150-1998.钢制压力容器[S]． [4] 郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002. [5] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]． 4、文献查阅要求 设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。5、设计成果 1、提交设计说明书一份。 2、提交塔设备(填料塔、板式塔)装配图一张(A1)。 第一章绪论 1.1塔设备概述 塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。以及吸附、离子交换、干燥等方法。相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。 在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为： （1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等； （2）内件，指塔盘或填料及其支承装置； （3）支座，一般为裙式支座； （4）附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液 体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。 塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。 支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。 塔设备强度计算的主要的内容是塔体和支座的强度和刚度计算。 化工生产对塔设备的基本要求 塔设备设计除应满足工艺要求外，尚需考虑下列基本要求：（1）气、液处理量大，接触充分，效率高，流体流动阻力小。 （2）操作弹性大，即当塔的负荷变动大时，塔的操作仍然稳定，效率变化不大，且塔设备能长期稳定运行。 （3）结构简单可靠，制造安装容易，成本低。 （4）不易堵塞，易于操作、调试及检修。 1.2板式塔 板式塔具有物料处理量大，重量轻，清理检修方便，操作稳定性好等优点，且便于满足工艺上的特殊要求，如中间加热或或冷却、多段取出不同馏分、“液化气”较大等。但板式塔的结构复杂，成本较高。由于板式塔良好的操作的性能和成熟的使用经验，目前在化工生产的塔设备中，占有很大比例，广泛用于蒸馏、吸收等传质过程。 板式塔内部装有塔盘，塔体上有进料口、产品抽出口以及回流口等。此外，还有很多附属装置，如除沫器、入手孔、支座、 塔设备的安装方法有分段吊装和整体吊装两类。分段吊装对抱杆的要求较低,但增加了现场高空作业的工作量。整体吊装用抱杆将设备一次起吊并安装就位。通常采用整体吊装法。整体吊装法又可分为单杆及双杆整体吊装,较大型的塔一般采用后者。而双杆整体吊装又有双杆整体滑移吊装、双杆整体递夺吊装以及联合整体吊装之分。对于载荷、高度和直径等都很大的塔设备,应采用双杆整体滑移吊装法〔1〕,其吊装情况如图1。 用双杆整体滑移吊装时,在起吊的一瞬间,应对吊点处塔体断面的切应力和弯曲应力进行校核,详见文献〔1〕。塔设备在起吊的瞬间,裙座底端受到较大的作用力,从而使裙座底端轴向截面处产生了弯曲应力。因此,在最大弯矩截面处应将其最大应力控制在许可范围内,否则有可能使该部位产生较大的不可恢复变形,严重者将使塔设备无法就位安装。因此,对起吊瞬间裙座底端的最大应力进行强度校核,是一个值得研究的问题,笔者对其进行了分析与研究。 1起吊瞬间裙座底端强度校核 1.1建立力学模型裙座底端由底板、盖板以及部分裙座筒体组成,见图2。较大的塔设备,其盖板应为整体式圆环板,不宜采用分块式结构。当盖板采用整体式圆环板时,其位于盖板和底板之间的部分可作为裙座筒体的一部分;但当盖板采用分块式时,则不可计入裙座筒体部分。由于筋板是分散的和有限的,因此在考虑起吊瞬间裙座底端的受力时,可忽略筋板的作用。还有,环板或底板因螺孔对强度的削弱亦可忽略不计。起吊瞬间作用于裙座底端的力如图2所示。Q为塔的其它部分的作用剪力,W′为底端部分的重力,p为地面反作用力,显然Q+W′=p。由于截面高度与裙座半径的比值较小,故可将其视为如图3a的一个圆环,裙座底端的应力就可以简化为圆环承受一对集中压力作用下的应力来分析。 1.2计算最大应力 圆环的几何形状和受力的对称性,使其变形和内力也是对称的。现将圆盘分成两部分(图3b),利用内力的对称性以及力平衡方程,则可求得作用于圆环截面上的力N0=p/2,剪力Q0=0。但弯矩M0(多余约束力矩)不能由平衡条件求出,因而为一次静不定系统,见图3c。基本静定系如图3d。以Δ1p表示基本静定系在p/2作用下m—n截面在M0方向上的转角,δ11表示在单位力偶矩M0作用下截面m—n在M0方向上的转角,如图3d,则在p/2和M0的共同作用下,m—n截面的转角应为: Δ1=δ11M0+Δ1p(1) 根据圆环变形对水平直径对称的要求,mn截面不应转动,即Δ1应为0, 于是有:δ11M0+Δ1p=0(2)求出δ11及Δ1p,就可求出M0,由图3d有: M=-pa2(1-cosφ)(3)由图3d,单位力偶矩在截面上引起的弯矩为: M0=1故Δ1p=∫π/20MM0aEIdφ=-pa22EI(π2-1)(5) δ11=∫π/20M0M0aEIdφ=πa2EI(6)式中:a为圆环中性层曲率半径,E为材料弹性模量,I为截面对中性轴惯性矩。 将Δ1p及δ11代入式(2),得:πa2EIM0+pa22EI(1-π2)=0(7) 故: M0=pa(12-1π)(8)在p/2和M0的共同作用下(图3c),任意截面上的弯 ㈡基础环板设计 1. 基础环板内、外径的确定 裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用 （4-68） 式中： D ob-基础环的外径，mm； D ib-基础环的内径，mm； D is-裙座底截面的外径， mm。 2. 基础环板厚度计算 在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为： （4-69） 式中： A b-基础环面积，mm2； W b-基础环的截面系数，mm3； （1）基础环板上无筋板 基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度： （4-70） 式中： δb-基础环厚度，mm； [σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。对低碳钢取[σ]b=140MPa。 （2）基础环板上有筋板 基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。基础环厚度： （4-71） 式中： δb-基础环厚度，mm； M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按计算，N·mm/mm。无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。 ㈢地脚螺栓 地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为： （4-72） 式中： σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。 当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。 当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算： 例1-1 有一塔设备（例1-1附图1-1），提馏段直径为2000mm ，精馏段直径为1600mm ，裙座 高5000mm ，在操作条件下个部分的质量如表（1-4）所示。已知平均风压为588Pa ，大气温度按15o C 考虑，塔壁保温层厚100mm 。如此塔发生共振，试确定塔振动时塔顶的振幅，塔底截面处的弯矩。 表1-4 操作条件下塔体各部分的质量 解： 1．计算塔的自振周期 根据直径的变化与质量分布的情形将塔分为10段（参见例1-1附图2）。 利用式（1-40）计算塔的自振周期： ∑∑∑==-=⎪⎭ ⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=n i i i B A n i i i n i i i H x m J h J H J H E T 13 32131331 因塔的直径只有一次变化，设分为A 、B 两大部分，惯性矩分别为JA 与JB ，则式（1-40）可写成： ∑=⎪⎭ ⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=n i i i B A A A B H x m J h J h J H E T 13 3 3331 4320197.0012.06.14.08 m s D J A =⨯⨯== π 4320448.0014.024.08 m s D J A =⨯⨯== π 塔体各分段部分的质量以及有关的计算值列于表（1-5）。 表1-5 塔体分段部分的质量及有关的计算值 塔分段序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 H mi ，m 5620 5620 5620 7420 7420 7420 3445 3445 3445 3445 31.69 xi ，m 1.617 4.85 8.083 11.316 14.549 17.782 20.938 24.01 27.082 30.154 xi/H 0.051 0.153 0.255 0.357 0.459 0.561 0.661 0.758 0.855 0.952 (xi/H)3xX103 0.133 3.585 16.594 45.532 96.768 176.675 288.429 434.920 624.131 861.525 m(xi/H)3，kg 0.747 20.146 93.258 337.844 718.020 1310.929 993.638 1498.301 2150.130 2967.955 10091 如Pa E 11 1006.2⨯= 则 s T 35.02.100770448.029.120197.029.120448.069.311006.231 233311 =⨯⎥⎦ ⎤ ⎢⎣⎡-+⨯⨯=π 2．计算临界风速 因风压值q0=588Pa ，在15oC 时空气的密度为p=1.226kg/m3，动力粘度m=1.79x10-5Pas ，设备外经D=2+0.028+2x0.1=2.228m ，根据伯努利方程，可知当地风速为： s m q v /31226 .1588 220 =⨯= = ρ 65 1072.410 79.1226 .131228.2⨯=⨯⨯⨯= = -μ ρ Dv R e 因Re>3.5x106，属于超临界区。在此区域内可取St=0.27，故第一临街风速为： s m S T D v T c c 6.2311=⋅= 相应的雷诺数为： 《化工设备基础及设计》课程设计蒸馏塔与裙座的机械设计 目录 板式塔设备机械设计任务书 (1) 1. 设计任务及操作条件 (1) 2. 设计内容 (1) 3. 设计要求 (1) 1、塔的设计条件及主要物性参数表 (2) 2、塔设备设计计算程序及步骤 (3) 按设计压力计算塔体和封头厚度 (3) 塔设备质量载荷计算 (3) 自振周期计算 (5) 地震载荷与地震弯矩计算 (5) 风载荷与风弯矩计算 (7) 偏心弯矩 (9) 最大弯矩 (9) 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核 (10) 塔设备压力试验时的应力校核 (11) 裙座轴向应力校核 (12) 基础环设计 (14) 地脚螺栓计算 (15) 3、设计结果汇总表 (16) 4、设计评论 (17) 5、参考资料 (18) 附图1 浮阀塔装配图 板式塔设备机械设计任务书 1. 设计任务及操作条件： 试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。 已知条件为：塔体内径Ｄi＝1800mm，塔高40m，工作压力为1.2MPa，设计温度为350℃，介质为原油，安装在湛江郊区，地震强度为7度，塔内安装45层浮阀塔板，塔体材料选用20R，裙座选用Q235A。 2. 设计内容 （1）根据设计条件选材； （2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力； （8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。 3. 设计要求： （1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（2＃图纸） 《过程设备设计》 教案 7—塔设备 课程名称:过程设备设计专业：过程装备与控制工程任课教师：贺华 第７章塔设备 §7-1 概述 一、塔设备在化工生产中的作用和地位 塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备，在石油、化工、轻工等生产过程中,塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程，如精馏、吸收、萃取、解吸等，这些过程大多是在塔设备中进行的。塔设备可以为传质过程创造适宜的外界条件，除了维持一定的压强、温度、规定的气、液流量等工艺条件外，还可以从结构上保证气、液有充分的接触时间、接触空间和接触面积,以达到相际之间比较理想的传质和传热效果。 塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比例 二、对塔设备的基本性能指标要求 三、塔设备的分类 按压力-----－-－－加压塔、常压塔、减压塔 按单元操作-－－-----精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等﹡按支承方式-----－－-框架塔、自支承式塔 ﹡按塔内件结构－--－－---板式塔、填料塔 四、塔设备的发展及现状 ·塔设备的形式繁多,规模范围也很大 ·塔设备的大型化发展趋势 （1)强度、刚度及流体均布等方面的问题 (2）全负荷运转 (3)大型塔设备的设计、制造、操作和维修 塔设备的设计内容： ﹡结构设计---－－－确定塔体结构;塔盘结构;溢流装置；紧固件及支持件;进出口接管结构；裙座及其它附件； ﹡机械设计－-----选择材料;计算塔体壁厚裙座壁厚；计算地脚螺栓直径及数量等; 工艺设计-----－计算理论塔板数;选择塔板效率并确定实际塔板数；选取板间距并初步确定塔高;计算塔径(或空塔气速);进行流体力学验算； （一） 已知条件： （1） 塔体直径i D =800mm ，塔高H=29.475m 。 （2） 设计压力p=2.3Mpa 。 （3） 设计温度t=19.25O C , （4） 介质为有机烃类。 （5） 腐蚀裕量2C =4mm 。 （6） 安装在济南地区（为简化计算，不考虑地震影响）。 （二） 设计要求 （1） 确定塔体和封头的厚度。 （2） 确定裙座以及地脚螺栓尺寸。 （三） 设计方法步骤 A 材料选择 设计压力p=2.3Mpa,属于中压分离设备，三类容器，介质腐蚀性不提特殊要求，设计温度19.25O C ，考虑选取Q235-C 作为塔体材料。 B 筒体、封头壁厚确定 先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及风载荷引起的弯曲应力进行强度和稳定性验算。 a 筒体厚度计算 按强度条件，筒体所需厚度 d δ=[]22i t pD C p σ+Φ-= 2.3800420.85125 2.3⨯+⨯⨯-=12.75 mm 式中[]t t σ——Q235-C 在19.25O C 时的许用应力。查《化工设备机械基础》为125Mpa Φ——塔体焊缝为双面对接焊，局部无损检测，Φ=0.85。 2C ——腐蚀裕量，取值4mm 。 按刚度要求，筒体所需最小厚度 min δ=22800 1.610001000 i D mm ⨯==。且min δ不小于3mm 。 故按刚度条件，筒体厚度仅需3mm 。 考虑到此塔较高，风载荷较大，而塔的内径不太大，故应适当增加厚度，现假设塔体厚度 n δ=20mm ，则假设的塔体有效厚度e δ=12n C C δ--=20-4.8=15.2mm 式中1C ——钢板厚度负偏差，估计筒体厚度在8～25mm 范围内，查《化工设备机械基础》的1C =0.8mm 。 b 封头壁厚计算 采用标准椭圆形封头，则 塔设备是广泛应用于化工机械领域的一种重要设备。 本次设计是关于脱轻组分塔的设计，依据GB150等的相关规范，对填料塔进行了结构设计和强度校核，设计的前半部分是结构设计，主要是根据给定的设计条件来进行整体结构设计和内部结构设计，其中包括筒体、封头、裙座、填料支撑装置、液体再分布装置等的选型以及设计计算。设计的后半部分是塔设备的强度设计和稳定校核，包括辅助装置和附件的选型，接管的开孔补强以及各种零件的稳定校核等。 关键词：填料塔结构设计强度校核 Tower equipment is widely used in chemical industry ，and it is an important equipment in the field of machinery. This design is about to take off the light component design of the tower, on the basis of GB150 and other related specification, packed tower for the structure design and intensity, the first part of the design is for the structure, mainly according to the given design conditions for the overall structural design and internal structure design, including cylinder, head, skirt, packing support device, liquid distribution device, such as selection and designing calculation. The second part of the design is the strength of the tower equipment and stability checking, including the selection of auxiliary equipment and accessories, to take over the opening of the reinforcement and stability check of all kinds of accessories, etc. Key words:packed tower;the structure designing;strength checking 塔器主体设计参数 压力试验类型：液压试验塔板分布段数：0 指定筒体材料负偏差为0: 未指定为0 填料分布段数： 2 筒体分段数（不包括变径段且不大于10）: 10 连接自下向上第2段与第3段筒 体的变径段 连接自下向上第1段与第2段筒体的变径段连接自下向上第4段与第5段筒体的变径段 连接自下向上第3段与第4段筒体的变径段连接自下向上第6段与第7段筒体的变径段 连接自下向上第5段与第6段筒体的变径段连接自下向上第8段与第9段筒体的变径段 连接自下向上第7段与第8段筒体的变径段 连接自下向上第9段与第10段 筒体的变径段 自下向上第1段筒体 计算条件 材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：14试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：1750试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.2602 自下向上第2段筒体 计算条件 材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：5410试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.2602 自下向上第3段筒体 计算条件 材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：4450试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.2602 自下向上第4段筒体 计算条件 材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算 刘武昌;关永祥;刘鑫杰;高建明 【摘要】对裙座兼作储液槽的化工塔器，提出了地脚螺栓和圆底板的强度计算方法---根据“维赫曼法”的概念，假设一个“虚拟基础环”。在抵抗外力矩时，该“虚拟基础环”所应提供的拉应力，由地脚螺栓的拉力来提供，由此计算出地脚螺栓的直径。对于圆底板，则按圆形截面计算出其抵抗外力矩所需提供的压应力，以此计算出圆底板的厚度。%Proposeastrengthcalculation methodforanchorboltsandroundbaseplate when chemicaltowerskirt doublesasaliquid storagetant.The methodis asfollows:according to Weiherrmannmethodconcept,assumea virtualbasering",whenresistingexte rnaltorque,the tensilestressshouldbeofferedby virtualbasering"isofferedbyanchorboltsinf act,thereby calculatethediameteroftheanchorbolt.Tocalculatestrengthoftheroundbasep late,calculateit s compressivestressstrengthresistingtoexternaltorqueaccordingtosizeofthecir cularcross-section, therebycalculatethethicknessofroundbaseplate. 【期刊名称】《化工设计通讯》 【年(卷),期】2013(000)002 【总页数】5页(P90-94) 裙座设计与校核 符号说明： b A ——基础环面积，2mm A ——按公式计算i e R 094.0A δ= B ——根据材料，查文献18中对应外压圆筒计算的图 b ——基础环外直径与裙壳体外直径之差的1/2，mm i D ——塔壳内直径，mm ib D ——基础环内直径，mm is D ——裙座壳底部内直径，mm it D 裙座顶截面的内直径，mm o D 塔壳外直径，mm ob D 基础环外直径，mm oi D 第i 段塔式容器外直径，mm 1d 地脚螺栓螺纹小径，mm E 设计温度下材料的弹性模量，Mpa vi F 任意质量i 处所分配到的垂直地震力，N I I v F -塔式容器任意计算截面I —I 处的垂直地震力，N 00v F -塔式容器底截面处的垂直地震力，N k 1F 集中质量k m 引起的基本振型水平地震力，N i f 风压高度变化系数，高度取各计算段顶截面的高度 H 塔式容器高度，mm i H 塔式容器顶部至第i 段底截面的距离，mm h 计算截面距地面的高度，mm i h 第i 段集中质量距地面的高度，mm h任意计算截面I—I以上的集中质量距地面的高度，mm k K载荷组合系数，取K=1.2 K体形系数 1 K塔式容器各计算段的凤振系数 i2 i l第i段计算长度，mm I I M-任意计算截面I-I处的地震弯矩，N·mm E M-底部截面0-0处的地震弯矩，N·mm E I I M-任意计算截面I-I处的最大弯矩， N·mm max J J M-塔接焊缝J-J处的截面处的最大弯矩，N·mm max M-底部截面0-0处的最大弯矩，N·mm max I I M-任意计算截面I-I处的风弯矩，N·mm w M-底部截面0-0处的风弯矩，N·mm w m附件质量，kg a m计算垂直地震力时，塔式容器的当量质量，kg eq m塔式容器第i计算段的操作质量，kg i m塔式容器液压试验状态时的最大质量，kg m ax m塔式容器安装状态时的最小质量，kg m in m塔式容器的操作质量，kg m塔壳、封头和裙座的质量，kg 01 m挡板、轴的质量，kg 02 m扶梯，电机及附件质量，kg 03 m物料质量，kg 04 m水压试验时质量，kg 05 第六节 塔的强度设计 特点一安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混凝土基础上 三种工况：正常操作、停工检修、压力试验。 轴向强度及稳定性校核的基本步骤： ① 按设计条件，初步确定塔的壁厚和其它尺寸。 ② 计算塔设备危险截面的载荷，包括重量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等。 ③ 危险截面的轴向强度和稳定性校核。 ④ 设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。 塔的强度设计的解题思路 介质压力 各 种重量 地慝载荷 风载荷 偏心载荷 、塔的载荷分析 厂介质压力 包括塔休、塔内件、介? 质、保温层"操作平台、 扶梯等附件的重量 ㈠介质压力：包括P 工、p 水，前面已讲 ㈡质量载荷 1.包括：moi ——塔体、裙座质量； m o2——塔内件如塔盘或填料的质量； m o3 ------ 保温材料的质量； m o4——操作平台及扶梯的质量； 承受载荷 由轴向力 」弓 1起的 各种重量 管道推力 偏心载荷 风载荷 要用到 A 固有周期T I 由弯矩引起的 应力校核 轴向总应力 承受载荷 m o5 ------ 操作时物料的质量； m a――塔附件如人孔、接管、法兰等质量；m w——水压试验时充水的质量；m e 偏 心载荷。 2•区分不同工况分别计算塔设备在正常操作时的质量： m° 二m oi m o2 m°3 m°4 m°5 m a m e (7-13) 塔设备在水压试验时的最大质量： m max =m°i■m o2 ■m o3 ■ mo4m w m a m e (7-14) 塔设备在停工检修时的最小质量： m min = m oi O.2m o2 m°3 m o4 m a m e (7-15) ㈢偏心载荷 定义：塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其它附件所引起的载荷。 载荷产生的弯矩为：M e = m e ge (7-16) 式中：g ――重力加速度，m/s2; ――偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线间的距离，m； M e——偏心弯矩，N・m。 ㈣风载荷 1•影响： (1)使塔体产生应力和变形；使塔体产生顺风向的振动(纵向振动)使塔体产生垂直 于风向的诱导振动(横向振动)； (2)过大的塔体应力会导致塔体的强度及稳定失效； (3)太大的塔体挠度会造成塔盘上流体分布不均，分离效率下降。 2•风载荷的构成： 一种随机载荷，大小和方向随时、随地变化；对于顺风向风力，认为由两部分组成: 3.1塔体及裙座的强度计算3・1」适用范围 本章计算适用于高度大于10m,且高度与直径之比大于5的裙座自支承式钢制塔设备。塔设备的设计压力可以是内压或外圧。 3丄2引用标准 JB 4710-92 “钢制塔式容器”、GB150-98 “钢制压力容器”。 3丄3设计计算条件3・1・3・1塔设备的设计•压力及设计•温度 设计圧力系指在相应设计温度下用以确定塔设计壳体片度的压力，其值不得小于塔设备顶部可能出现的最高压力。设计温度指塔壳体的设计温度，系指塔设备在正常操作情况，并在相应设讣压力下，设定的受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度。裙座设计温度一般取建塔地区室外计算温度（冬季b见表 3・1・3・2塔设备设计应考虑的载荷 ⑴设计压力; ⑵液柱静压; ⑶塔设备自®（包括内件和填料）以及正常操作条件下或试验状态下内容物的重力载荷；⑷附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯及平台等重力载荷; ⑸风载荷和地震载荷; 必要时，应考虑以下载荷的影响: ⑹连接管道和其它部件的影响; ⑺山于热膨胀量不同而引起的作用力; ⑻压力和温度变化的影响; ⑼塔设备在运输或吊装时承受的作用力。 上述载荷中⑴〜⑹部分载荷在本章计算中予以考虑。⑺〜⑼部分的载荷引起的机械计算应采用其它相应的计算方法。 ⑴最小壁厚 塔壳圆筒不包括腐蚀裕度的最小片度，对于碳钢和低合金钢制塔设备为2%。的 塔内径，且不小于4inm；不锈钢制塔设备为3mm；裙座最小壁•为6mm。 ⑵计算疗度 指按GB150及JB4710相应公式计算所得的片度，不包括壁疗附加量。 ⑶ 壁疗附加量、设计疗度、名义疗度及有效疗度详见JB4710第3章中的定义。3・1・3・4材料及其许用应力 ⑴受压元件用钢的选用原则、钢材标准、热处理状态及许用应力等均按GB150 中的相关规定。 塔设备机械设计 成绩 华北科技学院环境工程学院 《化工设备机械基础》课程设计报告 设计题目塔设备机械设计 学生姓名张森 学号201101034210 指导老师任学军 专业班级化工B112班 教师评语 设计起止日期： 2014年6月16日至2014年6月29日 化工设备机械基础课程设计 塔设备设计任务书 一、设计内容 1、根据操作条件选择塔体、裙座材料； 2、法兰选型； 3、塔设备机械设计； 4、塔设备结构设计； 5、编写设计计算说明书，主要内容： ①目录； ②设计任务书（题目）； ③设计方案的确定，包括材料选择、塔设备结构设计等； ④塔设备机械设计过程； ⑤标准零部件的选择，如法兰等； ⑥设计小结； ⑦参考资料； ⑧附图： 总装图 法兰结构图 塔盘板结构示意图； 塔板连结结构示意图； 塔盘支撑结构示意图； 裙座与塔体焊缝结构图； 1 16MnR s []183a, []189MPa, 345t MP MPa σσσ=== 51.9110E MPa =⨯ Q235-B MPa MPa MPa s t 235,113][,113][===σσσ 9、 塔体与裙座对接焊接，焊接接头系数0.85ϕ=； 10、塔体与封头厚度附加量C=2mm ，裙座厚度附加量C=2mm 。 二、按计算压力计算塔体和封头厚度 1、塔体厚度计算 []mm 74.72 .1-85.0183220002.1p -2p c t i c =⨯⨯⨯==ϕσδD 考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整后取12n mm δ=。 2、封头厚度计算 mm P D P c t i c 73.72 .15.085.0183220002.15.0][2=⨯-⨯⨯⨯=-=ϕσδ 考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整后取12n mm δ=。 三、塔设备质量载荷计算 1、筒体圆筒、封头、裙座质量01m 圆筒质量： kg 1442921.24596m 1=⨯= 封头质量： 24382876m kg =⨯= 裙座质量： kg 182406.3596m 3=⨯= kg 17129182487614429m m m m 32101=++=++= 说明：（1）塔体总高度塔设备计算实例讲解
塔设备机械设计说明
塔器吊装裙座强度
塔设备强度计算 裙座基础环和螺栓计算
塔设备例题习题
蒸馏塔与裙座的机械设计
《化工设备设计》教案
塔设备机械强度校核
脱轻组分塔设计
塔计算
塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算
裙座
塔的强度设计
塔体及裙座的强度计算(1)
塔设备机械设计