塔设备设计与强度校核共28页
塔器强度校核
上封头校核计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力P c 0.13 MPa设计温度 t 145.00 ︒ C内径D i 7000.00 mm曲面深度h i 1500.00 mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力[σ]t 183.20 MPa试验温度许用应力[σ] 185.00 MPa钢板负偏差C1 0.30 mm腐蚀裕量C2 2.00 mm焊接接头系数φ 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P T = 1.25P ct][][σσ= 0.1650 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力[σ]t[σ]T≤ 0.90 σs = 292.50MPa试验压力下封头的应力σT =φδδ.2)5.0.(eeiTKDp+= 37.18MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+2ii2261hD = 1.2407计算厚度δh =KP DPc itc205[].σφ- = 3.68mm有效厚度δeh =δnh - C1- C2= 22.70mm 最小厚度δmin = 21.00mm 名义厚度δnh = 25.00mm 结论满足最小厚度要求重量9546.41 Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+= 0.81293MPa结论合格下封头校核计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力P c 0.15 MPa设计温度 t 145.00 ︒ C内径D i 7000.00 mm曲面深度h i 1500.00 mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力[σ]t 183.20 MPa试验温度许用应力[σ] 185.00 MPa钢板负偏差C1 0.30 mm腐蚀裕量C2 2.00 mm焊接接头系数φ 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P T = 1.25P ct][][σσ= 0.7489 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力[σ]t[σ]T≤ 0.90 σs = 292.50MPa试验压力下封头的应力σT =φδδ.2)5.0.(eeiTKDp+= 168.78MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+2ii2261hD = 1.2407计算厚度δh =KP DPc itc205[].σφ- = 4.20mm有效厚度δeh =δnh - C1- C2= 22.70mm 最小厚度δmin = 21.00mm 名义厚度δnh = 25.00mm 结论满足最小厚度要求重量9546.41 Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+= 0.81293MPa结论合格内压圆筒校核 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力 P c 0.14 MPa设计温度 t 145.00 ︒ C 内径 D i 7000.00mm 材料Q345R ( 板材 ) 试验温度许用应力 [σ]189.00 MPa 设计温度许用应力 [σ]t189.00 MPa 试验温度下屈服点 σs 345.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.30 mm 腐蚀裕量 C 2 2.00 mm焊接接头系数 φ0.85厚度及重量计算计算厚度 δ = P D P c it c 2[]σφ- = 3.04mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 13.70 mm 名义厚度 δn = 16.00 mm 重量160562.78Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值 P T = 1.25P [][]σσt = 0.7489 (或由用户输入)MPa 压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ 0.90 σs = 310.50MPa试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = 225.54 MPa校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [P w ]= 2δσφδe t i e []()D += 0.62760MPa 设计温度下计算应力 σt= P D c i e e()+δδ2= 35.66 MPa [σ]tφ 160.65 MPa校核条件 [σ]tφ ≥σt结论 合格。
塔设备图结构设计与强度计算
●双流塔板组件结构
D、分块塔板结构与尺寸
分块塔板结构——有自身梁式a和槽式b，增强抗弯变形能力。
大多采用自身梁结构； 碳钢塔板厚度一般3-4mm，不锈钢为2-3mm（根据液位及 载荷可计算出)
E、塔板间连接固定结构
●通道板与塔板及塔板间的固定连接 上、下均可拆结构
自身梁松开结构与拧紧固定结构
●塔板与支撑圈间连接
塔板分为——整块塔板和分块塔板
A、整块塔板结构
B、分块塔板
分为单流与双流塔盘，塔径800mm以上人可进入塔内，采用 分块塔板
C、分块塔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构与连接 ●单流塔板组件结构
1-通道板，2-矩形板，3-弓形板 4-支撑圈，5-筋板，6-受液盘 7-支撑板，8-固定降液板 9-可调堰板，10-可拆降液板 11-连接板
正压塔校核条件
不同工况下各种应力组合——式中的弯矩Mmax为裙座与筒体焊 接处的弯矩（2-2截面）
●裙座各截面强度校核公式
裙座人孔中心线处（1-1截面）
裙座人孔中心线处截面抗弯模量
裙座与塔体的焊缝强度校核（2-2截面）
基础环板弯曲强度和混凝土压缩强度
基础螺栓设计
螺栓埋入深度
7-蒸汽入口，8-塔盘，9-回流口，10-吊柱， 11-塔顶气体出口
2、裙座结构 裙座：有圆筒形和圆锥形 圆筒形——广泛使用，方 便制造 圆锥形——适用H/D特别大 的塔，为了多布置基础螺 栓提高抗风与地震载荷。 当筒体采用低合金钢， 如Q345R，裙座采用低碳钢时，裙座与塔体之间设置一个250350mm短节，避免异种材料焊接。 1-塔体，2,3-无保温层和有保温层时的排气孔，4-裙座，5-引出 管通道，7-排液孔，8-螺栓座 裙座总高——一般确定为5m，裙座人孔中心线距地面一般为1m
第三节 塔体强度校核
（1）风压的计算 ） 计算风压时，对于高度在10m以下的塔，按一段计算，以塔顶部 以下的塔， 计算风压时，对于高度在 以下的塔 按一段计算， 的风压值作为塔设备的均布风压，对于高度超过10m的塔体，应以 的塔体， 的风压值作为塔设备的均布风压，对于高度超过 的塔体 10m为一段分段计算，且将风力简化为作用于整段上的均布载荷。其 为一段分段计算， 为一段分段计算 且将风力简化为作用于整段上的均布载荷。 中任意计算段的风压为： 中任意计算段的风压为：
Doi------塔体各计算段处的外径，m； 塔体各计算段处的外径， ； 塔体各计算段处的外径 Do------塔顶管线外径，m； 塔顶管线外径， δsi ------ 塔设备第i段保温层厚度，m； 段保温层厚度， δps -------塔顶管线保温层厚度，m； 塔顶管线保温层厚度， K3------笼式扶梯当量宽度；当无确切数据时，可 取K3=0.400m 笼式扶梯当量宽度；当无确切数据时， K4------操作平台当量宽度，m； 操作平台当量宽度， ∑A------第i段内平台构件的投影面积，m2； 段内平台构件的投影面积， L0------操作平台所在计算段的长度，m； 操作平台所在计算段的长度，
1．正确选材 ． 金属材料的耐腐性能，与所接触的介质有关，因此，应根据介质的特性 合理选择。 2．采用覆盖层 ． 覆盖层的作用是将主体与介质隔绝开来。常用的有金属覆盖层与非金属 覆盖层。金属覆盖层是用对某种介质耐蚀性能好的金属材料覆盖在耐蚀性 能较差的金属材料上。常用的方法如电镀、喷镀、不锈钢衬里等。非金属 保护层常用的方法是在设备内部衬以非金属材料或涂防腐涂料。 3．采用电化学保护 ． 电化学保护是通过改变金属材料与介质电极电位来达到保护金属免受电 化学腐蚀的办法。电化学保护分阴极保护和阳极保护两种。其中阴极保护 法应用较多。 4．设计合理的结构 ． 塔设备的腐蚀在很多场合下与它们的结构有关，不合理的结构往往 引起 机械应力、热应力、应力集中和液体的滞留。这些都会加剧或产生腐蚀。 5．添加缓蚀剂 ． 在介质中加入一定量的缓蚀剂，可使设备腐蚀速度降低或停止。
化工机械基础 塔设备强度设计计算课件
4. 地震载荷 地震烈度七度及以上地区，设计时必须考虑地震载荷。 地震波作用下：
水平方向振动 垂直方向振动 扭转
其中以水平方向振动危害较大。 计算地震力时，仅考虑水平地震力，并把塔设备看成是悬
臂梁。
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（1）水平地震力 实际全塔质量按全塔或分段均 布。 计算地震载荷与计算风载荷一 样，将全塔沿高度分成若干段， 每一段质量视为集中于该段1/2 处。
操作压力、质量载荷、 风载荷、地震载荷、 偏心载荷等。
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㈠ 按设计压力计算筒体及封头壁厚
按第十章"容器设计基础"中内压、外压容器的设计方法， 计算塔体和封头的有效厚度。
㈡ 塔设备所承受的各种载荷计算
以下要讨论的载荷主要有： 操作压力； 质量载荷； 风载荷； 地震载荷； 偏心载荷。
meq-塔设备的当量质量， meq=0.75m0
任意质量i处垂直地震力：
Fii nmihi F00 i1,2,,n
mkhk
k1
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（3）地震弯矩
任意截面i-i基本振型地震弯矩：
n
Mii Ei
FK1 hKh
i1
任意截面的风弯矩：
M ii w
Pi
Li 2
Pi1 Li
Li1 2
Pi2 Leabharlann LiLi1
Li2 2
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等直径、等壁厚塔体和裙座， 风弯矩最大值为最危险截面。 变截面塔体及开有人孔的裙 座体，各个可疑的截面各自 进行应力校核。 图中0-0、1-1、2-2各截面都 是薄弱部位，可选为计算截 面。
塔设备机械强度校核
塔设备机械强度校核（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=[]22it pD C pσ+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125MpaΦ——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 1.610001000i 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[]2 2.3800421250.850.5 2.320.5id t pD C p δσ?=+=+??-?Φ- =12.71mm 。
为便于焊接，取封头与筒体等厚，即n δ=20mm 。
塔设备设计与强度校核
在Design页面可以进一步对流体的性质设置，如物系的发泡因子，系统 的过载量（其中发泡因子经验来自孙兰义的化工流程模拟实训P110 表7）
数据输入完毕后，点击run就可以得到结果，结果如下
结果可以看出我们的流量比较均匀，实际设计的时候我们将我们 的塔径设为1.8米，应该能够符合要求（注意设计定型设备的时候 塔径和塔板间距是有标准的，具体标准请参见化工工艺设计手册，
非定型设备价格较高需要订做，慎重考虑，实在设计不能完成时 可以计数据输
入到校核中，并对初步设计过程中没有的数据进行进一步设计！其中塔径按照上 一步圆整到1.8米，板间距按照上步0.6米，溢流数为1，堰高0.05米（堰高的经验 也在化工原理下册第三章）输入完毕后，若design有调整过则调整，没有则采用 默认设置（主要就是发泡因子有无调整），layout这一项选择塔板具体类型（我
最后形成计算说明书，并转化为pdf格式，基本上一个塔的工艺设计和强 度校核就算完毕了！
谢谢
于0.2-0.5 3.停留时间应该大于4秒）
可以看出浙江大学对板间距和塔径经过调整后是能够满足上 面提出的三点的！
• 至此，塔的工艺设计部分就算完成了！我 们可以得到的数据输入到sw6中进行强度校 核！
• 下面以我们自己的数据，模仿浙江大学的 设计过程，完成我们自己的塔设备设计与 校核！并对之前的设计过程进行详细的讲 解！
塔设备设计与强度校核
（此次说明以水洗塔为例）
2016年5月13日
王程
浙江大学的设计结果如下！
得到的塔的具体工艺结果如下，其中比较重要和余下部分部分相 关的就是直径，需要注意的是若直径相差太大就需要进行分段设
塔的强度设计
第六节塔的强度设计特点—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一、塔的载荷分析、，前面已讲㈠介质压力：包括p p工水㈡质量载荷⒈包括：m01——塔体、裙座质量；m02——塔内件如塔盘或填料的质量；m 03——保温材料的质量； m 04——操作平台及扶梯的质量； m 05——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。
⒉区分不同工况分别计算 塔设备在正常操作时的质量：00102030405a e m m m m m m m m =++++++ (7-13)塔设备在水压试验时的最大质量：max 01020304w a e m m m m m m m m =++++++ (7-14)塔设备在停工检修时的最小质量：min 010203040.2a e m m m m m m m =+++++ (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：e e M m ge = (7-16) 式中：g ——重力加速度，m/s 2；——偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线间的距离，m ；e M ——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： (1)平均风力（稳定风力），对结构的作用相当于静力的作用；是风载荷的静力部分，其值等于风压和塔设备迎风面积的乘积。
塔设备强度设计计算概述
塔设备强度设计计算概述首先，塔设备强度设计计算需要对材料的强度特性进行分析和评估。
这包括了材料的抗拉强度、屈服强度、弹性模量等参数的确定，以及对材料的疲劳和断裂性能进行评估。
通过对材料性能的分析，可以确定塔设备所需的材料强度指标，并为后续的结构设计提供基础。
其次，塔设备强度设计计算还需要根据结构的特点和使用环境对其结构强度进行分析和计算。
这包括了对结构的受力情况、应力分布以及可能存在的疲劳破坏和变形情况进行评估。
通过对结构强度的计算，可以确定塔设备的结构形式和尺寸，以满足其强度要求。
另外，塔设备强度设计计算还需要进行荷载计算。
这包括了对塔设备受力情况的分析，根据其所承受的外部荷载和内部荷载进行计算，以确保其在使用过程中能够稳定和安全地工作。
总的来说，塔设备强度设计计算是一项复杂的工程计算工作，需要对材料强度、结构强度和荷载等多个方面进行综合分析和计算。
通过科学合理的设计计算，可以保证塔设备在使用过程中具有足够的强度和稳定性，为生产运行提供可靠的保障。
塔设备强度设计计算在工程领域中的重要性不言而喻。
塔设备通常用于支撑和承载各种重要设备和结构，如通讯设备、风力发电机、天线、烟囱等。
塔设备的稳定性和强度显然是至关重要的，因为如果塔设备结构设计不当或计算不准确，可能会导致结构破坏甚至倒塌，造成严重的人员伤亡和财产损失。
一般而言，塔设备的强度设计计算需要从结构设计、材料选取、受力分析、以及荷载计算等多个方面进行综合考虑。
首先，对于塔设备的结构设计，需要确保塔身、角钢、连接部位等都能够承受预期的荷载。
这需要对实际使用环境、风荷载、地震荷载等进行全面的分析和评估。
因此，在强度设计计算过程中，需要考虑各种极端和临界情况下的力学响应。
其次，材料的选取也是很重要的。
在塔设备强度设计计算中，需要选择合适的结构材料，例如碳钢、合金钢、铝合金等，以保证塔设备在受力状态下有足够的强度和刚度。
材料的强度参数、蠕变性能、疲劳性能等都必须得到足够的评估和证明。
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16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
塔设备设计与强度校核
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
END