塔设备强度设计计算

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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。

填料塔的简单介绍及其相应计算教材

目录一、塔设备的概述 (2)1.1 填料塔 (3)1.2 板式塔 (4)1.3填料塔与板式塔的比较 (5)二、塔设备设计的基本步骤 (6)三、塔设备的强度和稳定性计算 (6)3.1塔设备的载荷分析和设计准则 (6)3.2 质量载荷 (8)3.3地震载荷 (8)3.4偏心弯矩 (8)3.5最大弯矩 (8)3.6 圆筒轴向应力核核 (9)3.6.1 圆筒轴向应力 (9)3.6.2 圆筒稳定校核 (9)3.6.3 圆筒拉应力校核 (10)3.7裙座轴向应力校核 (10)3.7.1 裙座底截面的组合应力 (10)4.7.2裙座检查孔和较大管线引出孔截面处组合应力 (11)4.8轴向应力校核条件 (12)五、心得体会 (13)一、塔设备的概述塔设备是石油化工、化学工业、石油工业等生产中最重要的设备之一。

它可使气（汽）液或液液相之间进行充分接触，达到相际传热及传质的目的。

在塔设备中能进行的单元操作有：精馏、吸收、解吸，气体的增湿及冷却等。

表1中所示为几个典型的实例。

表1 塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比例实现气（汽）—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际传质和传热的目的。

塔设备广泛用于蒸馏、吸收、介吸、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置性能好坏、对整个装置的生产，产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。

因此对设备的研究一直是工程界所关注的热点。

随着石油、化工的发展，塔设备的合理造型及设计将越来越受到关注和重视。

为了使塔设备能更有效、更经济的运行，除了要求它满足特定的工艺条件，还应满足以下基本要求。

①满足特定的工艺条件；②气—液两相能充分接触，相际传热面积大；③生产能力大，即气、液处理量大；④操作稳定，操作弹性大，对工作负荷的波动不敏感；⑤结构简单、制造、安装、维修方便，设备投资及操作成本低；⑥耐腐蚀，不易堵塞。

为了便于研究和比较,人们从不同的角度对塔设备进行分类。

塔设备机械设计说明

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。

第八章-塔设备的机械设计

Fi hi
i 1
对于等直径、等壁厚塔器的底截面地震弯矩为：
M
00 E
16 35
1m0
gH
(N mm)
风载荷
风对塔体的作用之一是造成风弯矩，在迎风面的塔壁和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力；作用之二是气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡曼涡街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动，这种情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显，一般不予以考虑。
M
ii max
/
0.785Di2
S
e
2
式中M
ii max
maxM M
ii W
ii E
Me
25%M
ii W
M e
稳定条件：
组合轴向压应力要满足：
ii m a x压
[ ]cr
KB
minK[ ]t
式中K——载荷组合系数，取K=1.2; B——见书p172。
4 塔体拉应力验算
依前述，假设一有效壁厚Se3。计算σ1,σ2,σ3，并进行组合，满足如下强度条件：
m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me
(8-1)
塔设备在水压试验时的最大质量
mmax m01 m02 m03 m04 mw ma me (8-2)
塔设备在吊装时的最小质量
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma me (8-3)
地震载荷
(5)水压试验验算。
8.2 裙座设计
四个部分： 1.座体---承受并传
递塔体载荷。 2.基础环---将载荷
传递到基础上。 3.螺栓座---固定塔
于基础上。 4.管孔---人孔、排
气孔、引出管孔。

塔设备强度计算裙座基础环和螺栓计算

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。

塔设备计算机辅助强度计算及校核

厚度。
图２材料许用应力的选取
图１简体、封头壁厚计算
需要指出的是，进行壁厚计算时需要用到设计压力，而界面中用户输入的是工作压力，设计压力的确定是根据工作压力
收稿日期：０７０ — ３２０ — ８２
图３焊缝系数的选取
起的圆筒轴向应力校核，裙座壳轴向应力校核及塔器压力试验时的应力校核。为了便于操作，本软件将塔体各危险截面的校
测比例后单击“ 确定 ” 后显示结果，并在图１所示界面自动显示查询结果。采用这种查询方式，避免了用户另外查阅资料的麻烦，给用户的操作带来了极大的方便。封头包括标准椭圆封头、锥形封头、碟形封头等型式。封头参数的确定由两种方式，一种方式是根据用户输入的参数直接由公式计算，并将结果显示在相应的文本框中。另一种是采用与确定材料许用应力相同的方式将国家标准规定的封头的相
１塔设备计算机辅助强度计算
１１简体、．封头的壁厚计算进行简体厚度计算需要先在如图１所示对话框中输入相关参数，如工作压力、简体直径等，然后单击“ 确定” 钮，按程序开始简体壁厚计算，并将计算结果显示出来。同样，单击“ 上封头 ” 下封头 ” 或“ 也可以在此界面中很方便的得到上、下封头的
作者简介：吴俊飞（９８），１６一男青岛科技大学研究生处副处长，学博士，工副教授，硕士生导师，主要研究方向：化工设备安全技术，高压技术；超
付平（９１）女，１７一，青岛科技大学机电学院，硕士，授，副教主要研究方向：计算机辅助参数化设计。

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。

塔设备04

系数α值，按图2查取；
αmax——地震影响系数α的最大值，按表4选取；
图2
1.0α
α
max
Ⅰ类场地土 Ⅱ类场地土

0.2 max
0.3 max T
T
Ⅲ类场地土
0.2α
max

0.7 max T
0
0.2 0.3 0.7 1.0
1.5
2.0
3.0
3.5T1s
Ⅰ类微风化和中等风化的基石； Ⅱ类除Ⅰ、Ⅲ类之外的一级稳定土； Ⅲ类饱和松沙、淤泥和淤泥质土、冲填土、杂填土等；
i
——系数，按表3选取；
T1——塔设备的基本自振周期，s；由式（A）或（B）计算； li——计算段的长度，mm；
Dei——塔设备各段的有效直径，mm；当笼式扶梯与进出口管布置成180°时， ei Doi 2 si K 3 K 4 d 0 2 ps D
当笼式扶梯与进出口管布置成90°时，取下列二式中的
6
N
式中
q0 ——10 m高度处的基本风压值，按有关资料选取； fi ——风压高度变化系数，在100m以下时，按下式
计算或按表1选取： hit——塔设备第i段顶截面距地面的高度，m； K1——空气动力系数，取K1=0.7； K2i——风振系数， K 2i 1 i i
λi——系数，按表2求取；
塔设备任意危险截面I-I的最大弯矩按下面两式计算取大值：
M max M W M e
I I I I
N mm
M max M E
I I I I
0.25M W M e
I I
首先按内压或外压圆筒及封头的设计方法，确定圆筒及封头的有效厚度δe和δeh。再考虑制造、运输、安装的刚度要

塔设备设计课程设计

塔设备设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法，能够运用所学知识进行简单的塔设备设计。

具体来说，知识目标包括：掌握塔设备的基本结构和工作原理；了解塔设备设计的基本理论和方法；熟悉塔设备的常用材料和计算方法。

技能目标包括：能够运用CAD等软件进行塔设备的绘图；能够进行塔设备的选型和计算；能够独立完成简单的塔设备设计。

情感态度价值观目标包括：培养学生的创新意识和团队合作精神；增强学生对工程实践的认知和兴趣；培养学生对塔设备设计和制造的热爱和敬业精神。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括塔设备的基本原理、塔设备的结构设计、塔设备的强度计算、塔设备的材料选择、塔设备的制造工艺等。

具体来说，教学大纲如下：1.塔设备的基本原理：包括塔设备的定义、分类和应用；塔设备的工作原理和性能指标。

2.塔设备的结构设计：包括塔设备的塔体、塔板、塔内件等的设计方法和步骤。

3.塔设备的强度计算：包括塔设备的压力容器强度计算、塔板的强度计算等。

4.塔设备的材料选择：包括塔设备的常用材料、材料的性能和选择原则。

5.塔设备的制造工艺：包括塔设备的制造流程、制造技术和质量控制。

三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。

具体来说：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法。

2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解塔设备设计的具体应用和注意事项。

3.实验法：通过实验操作，使学生掌握塔设备的制造工艺和质量控制。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的塔设备设计教材作为主要教学资源。

2.参考书：提供相关的塔设备设计参考书籍，供学生自主学习。

3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，丰富教学手段。

4.实验设备：准备齐全的塔设备实验设备，为学生提供实践操作的机会。

《塔强度设计》

震级
地震规模的大小，由地震能量决定，能量越大、震级就越大。
地震烈度
发生地震时，地区的危害程度、震级越大、该地区距地震中心的距离（震中距）越小、地质条件越有利于地震波的传播，地震烈度就越大。
基本烈度设计烈度
某地区在今后一定时期内，可能遭遇到的最大地震烈度。基本烈度分为12个等级，12度最高，然后依次降低。当基本烈度在7度及以上时，就应考虑水平地震分量对塔设备的影响，当达到8度及以上时，应同时考虑水平和垂直地震分量对塔设备的影响。
选取塔板间距和塔高
计算塔径
塔盘布置与验算
结构设计
机械设计
六项内容中的前四项属于工艺设计
机械设计内容
1、按设计条件初定塔体壁厚； 2、计算塔在危险截面的总载荷； 3、同时考虑总载荷与操作压力校核塔体壁厚及塔的稳定性； 4、设计裙座、确定地脚螺栓的规格及数量。
本节主要讲载荷分析、塔体和裙座的强度及稳定性校核、塔设备的振动
a. 风压qi
若塔高H≤10m，以塔顶风压作为整个塔的风压；若H>10m，应从塔底每10m分为一段，按下式分段计算风压；
qi = fi qo 式中：qo ——基本风压，Pa；
fi ——风压随高度变化的系数。
①基本风压qo
qo
1 2
vo2
(qo可直接查表)
式中：ρ——空气密度，kg/m3，随当地的高度和湿度而异，中
国设计规范规定：各地均取一个大气压、10℃
时的干空气密度，即ρ =1.25kg/m3；
vo ——基本风速，m/s，随当地季节和离地面的高度而异，中国设计规范规定：取当大风速的平均值。
② 风压随高度变化的系数fi（fi可直接查表）
地表通常是凸凹不平的，当风刮过时，不平的地表对风速、风压产生阻碍作用，使其产生梯度。研究表明：在一定高度内，高度越大，风速、风压就越小，风速、风压随高度变化呈指数关系。

论述内压塔塔体强度设计计算思路

论述内压塔塔体强度设计计算思路内压塔是一种用于储存压力容器中的气体或液体的设备。

在设计内压塔时，塔体的强度是一个重要的考虑因素。

塔体的强度设计计算思路涉及到确定塔体的结构类型、选择材料、计算荷载和应力分析等方面。

首先，确定塔体的结构类型是设计计算的基础。

常见的内压塔结构类型包括圆柱形、球形、圆锥形和矩形等。

根据具体的使用要求和场地条件，选择适合的结构类型。

其次，选择合适的材料对于塔体的强度设计非常重要。

常用的材料包括碳钢、不锈钢和铝合金等。

根据塔体的使用环境和具体要求，选择材料的抗压强度、抗蠕变性能和耐腐蚀性能等指标，确保材料满足设计要求。

接下来，计算内压塔的荷载是进行强度设计的关键步骤。

塔体的内部压力是主要的荷载，通常以设计工作压力为准。

此外，还需要考虑塔体的温度、自重、地震荷载和风荷载等，以获取完整的荷载信息。

然后，进行应力分析是设计计算的核心内容。

通过应力分析，可以评估塔体的强度和稳定性，确保其能够承受设计荷载，并保证不会出现塑性变形、失稳或破坏等情况。

应力分析中涉及到的主要方法包括静力学分析、有限元分析和材料的损伤塑性理论等。

在进行应力分析时，需要考虑不同部位的应力集中情况。

塔体的连接部位、转角处和受力集中区域等容易出现应力集中的部位需要进行特殊的设计和计算。

最后，根据应力分析的结果，选择适当的安全系数进行设计计算。

安全系数是设计中的一个重要指标，它考虑了不确定性因素和材料的可靠性，确保塔体在使用过程中的安全性和可靠性。

除了上述提到的主要计算思路之外，塔体的设计还需要考虑其他因素，如焊接连接的设计、防震设计和防腐设计等。

这些设计因素都是为了保证内压塔的强度和安全性。

综上所述，内压塔塔体强度设计计算思路包括确定结构类型、选择材料、计算荷载、应力分析和选择安全系数等。

通过合理的设计计算，可以确保塔体在使用过程中具有足够的强度和稳定性，提高其安全性和可靠性。

化工设备设计基础塔设备强度设计计算

M M
ii W
ii E
Me
0.25M
ii W
Me
(取大值)
水压试验时间人为选定且时间较短，在试验情况下最大弯矩取值
M ii max
0.3M
ii W
Me
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4M
ii max
Di2 ei
㈣筒体壁厚效核
１．最大轴向组合应力旳计算
内压塔设备
外压塔设备
正常操作停修
正常操作
（1）水平风力旳计算
迎风面产生风压。与风速、
空气密度、地域和季节有关。
各地离地面10m处30年一遇
10分钟内平均风速最大值作为计算风压，
得到该地域旳基本风压q0，见表4-26。
风速随处面高度而变化。塔高于10m，应分段计算风载荷，视离地面高度旳不同乘
以高度变化系数fi，见表4-27。
风压还与塔高度、直径、形状以及自振周期有关。两相邻计算截面间旳水平风力为：
有多种振型，任意高度hK处集中质量mK引起基本振型旳水平地震力 FK1 Cza1hK1mK g
FK1-mK引起旳基本振型水平地震力 Cz-综合影响系数，直立圆筒Cz=0.5；
mK-距离地面hK处旳集中质量；
n
h1.5 K
mi
h1.5 i
hK1-基本振型参加系数， hK1
i 1
n
mi hi3
1、群座体与塔体对接焊缝
J-J截面旳拉应力校核
2、群座体与塔体搭接焊缝
J-J截面旳剪应力校核
思索题：
1.自支撑式塔设备设计时需要考虑哪些载荷？
2.简述内压塔操作时旳危险工况及强度校合条件。
一种是圆筒形，一种是圆锥形。

带导向支撑塔设备强度、挠度的计算

带导向支撑塔设备强度、挠度的计算邢玲谢腾腾解德甲于啸孙冬来（上海蓝滨石化设备有限责任公司）摘要采用公式解析法和有限元建立梁模型的方法分别计算塔设备在风载荷、地震载荷作用下的弯矩和挠度。

对比发现：公式解析法简单、易操作，但仅适用于塔体无变径、等厚且仅有一处支撑的模型；有限元软件建立梁模型的方法能够更加准确地模拟塔设备的受力情况，得到更加精确的结果。

关键词塔设备导向支撑公式解析法梁模型中图分类号TQ053.5文献标识码A文章编号0254-6094（2020）04-0526-04在化工、炼油、医药、食品及环境保护等领域，塔设备是一种重要的单元设备，其作用是实现气（汽）-液相或液-液相之间的充分接触，从而达到相间传质传热的目的％据统计，塔设备无论是投资费用还是所消耗的钢材重量，在整个过程设备中所占的比例都非常高&以年产120万吨催化裂化装置为例,塔设备重量占比高达48.9%⑴。

一方面，装置的大型化有着较高的效益,例如在乙烯生产中，随着装置的增大生产成本大幅降低，年产100万吨与年产50万吨乙烯装置相比,生产成本可降低约25%；年产150万吨与年产50万吨乙烯装置相比，生产成本可降低约40%；年产150万吨与年产100万吨乙烯装置相比，生产成本可降低约15%'2（。

另一方面，随着装置的大型化，出现了很多直径较小而高度很高（即大长径比$的塔设备，这些塔设备在地震载荷或者风载荷的作用下会产生较大的塔底弯矩和塔顶挠度%为满足塔的强度和挠度要求，在工程上通常采用两种方法：增加壁厚或者在塔体某个高度上加设导向支撑&由于增加壁厚会使成本增加较多，出于经济性考虑，通常采用导向支撑结构来分担风载荷和地震载荷，并且该做法在工程上得到了广泛应用。

加设导向支撑会改变塔体的支承方式，使塔内各截面弯矩重新分布，在不增加塔体壁厚的情况下大幅降低最大弯矩和塔顶挠度［3］。

但是，加设导向支撑使得塔设备的计算模型与标准中的模型不一致，其设计计算是个难点&目前对于带导向支撑塔设备的计算方法有⑷:采用有限元对塔设备整体分析，采用公式解析法计算弯矩和挠度（简化算法），借助软件采用梁模型计算弯矩和挠度（详细算法$&由于第1种计算方法对设计人员要求高、耗时长，因此在工程中的应用主要以后两种方法为主&笔者针对具体案例，通过对后两种计算方法的对比，找出两种计算方法的优缺点，以供工程技术人员参考。

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 。

塔设备强度设计计算概述

塔设备强度设计计算概述1. 引言塔设备强度设计计算是在塔式结构工程中十分重要的环节。

塔式结构广泛应用于电力、通信、航空等领域，在保障设备可靠性和安全性方面起着至关重要的作用。

本文将概述塔设备强度设计计算的基本原理和方法。

2. 设计目标塔设备的强度设计主要目标是确保设备在外部负荷作用下不发生破坏或失效。

一般而言，塔设备的设计目标包括以下几个方面：•承受外部荷载的能力：塔设备需要能够承受各种外部荷载，如风荷载、重力荷载、地震荷载等。

设计中需要考虑这些荷载的大小和方向，以确定设备的主要强度参数。

•抗震能力：特别是在地震频发地区，塔设备需要具备足够的抗震能力，以保护设备的安全运行。

•稳定性：塔设备需要保持稳定，不发生失稳现象。

在设计中需要考虑设备的结构刚度和形状参数。

3. 强度计算方法塔设备的强度计算通常基于力学原理和结构力学方法，常用的计算方法包括以下几种：•静力计算方法：根据外部荷载的大小和方向，通过应力分析和形变计算，确定设备的强度参数。

这种方法一般适用于静态荷载情况下的强度计算。

•动力计算方法：根据外部荷载的动态特性，通过振动分析和响应计算，确定设备的强度参数。

这种方法适用于考虑塔设备在地震或风荷载下的强度计算。

•有限元方法：利用有限元分析软件，在计算机上建立塔设备的有限元模型，通过数值求解得到设备的应力分布和形变情况。

这种方法适用于复杂的塔式结构和荷载情况。

4. 设计要点在塔设备强度设计计算中，需要注意以下几个要点：•荷载分析：对于各种可能的外部荷载，需要进行详细的分析和计算，确定荷载的大小和方向。

•强度参数选取：根据实际情况和设计要求，选取适当的强度参数，并结合设计规范进行计算。

•材料选择：塔设备所使用的材料需要具备足够的强度和韧性，能够满足设计要求。

•施工质量控制：在塔设备的施工过程中，需要严格控制质量，确保各个构件和连接部位的强度和稳定性。

5. 设计规范塔设备的强度计算需要遵循相应的设计规范，以确保设计的合理性和安全性。

塔强度计算-T0401强度说明书

过程设备强度设计计算书
计算单位计算条件塔型设计压力容器分段数（不包括裙座）压力试验类型压力试验计入液柱高度 H 试验压力（立试）试验压力（卧试） mm MPa MPa 封头上封头材料名称名义厚度腐蚀裕量焊接接头系数封头形状 mm mm 下封头 MPa
合格
筋板许用应力
合格
盖板许用应力
合格
裙座与壳体的焊接接头校核 kg
37786.6
焊接接头截面上的最大弯矩搭接接头横截面搭接接头抗剪断面模数搭接焊接接头在操作工况下最大剪应力搭接焊接接头在操作工况下的剪应力许可值搭接焊接接头在试验工况下最大剪应力搭接焊接接头在试验工况下的剪应力许可值搭接接头拉应力校核结果
组合应力校核
16.62 71.66
15.37 71.66
7.88 79.84 24.15 372.60
全国化工设备设计技术中心站
5
过程设备强度设计计算书
σA4 许用值 σ 许用值校核结果
SW6-98
23.60 71.66
22.95 71.66
4.78 79.84 78.61 310.50
0.00 7.86 7.51 7.86 0.00 20.68 2.27 113.00 59.71
20.43 6.48 5.60 2.28 25.54 3.08 1.70 170.00 66.53 19.55 204.00
20.43 6.48 5.60 2.28 25.54 3.08 1.70 170.00 66.53 19.55 204.00 7.88 79.84 24.15 372.60
mm mm ℃ mm mm mm

化工原理-板式塔及其设计计算

塔板间距 HT，m 0.2-0.3
0.3-0.35
0.35-0.45 0.45-0.6
0.5-0.8
≥0.6
（2）塔径确定原则：防止过量液沫夹带液泛步骤：先确定液泛气速 uf (m/s)；
然后选设计气速 u；最后计算塔径 D。
① 液泛气速
uf C
L V V
C
C20
20
0.2
C：气体负荷因子，与 HT、液体表面张力和两相接触状况有关。
②不均匀流动液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速不均；塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速不均，中间 > 近壁；
后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。
3.3 塔内气、液两相异常流动
（1）液泛如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液
层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为液泛。
缺点：浮阀易脱落或损坏。
（4）多降液管（MD）塔板优点：提高允许液体流量
3.5筛板塔化工设计计算
（1）塔的有效高度 Z 已知：实际塔板数 NP ；选取塔板间距 HT；
有效塔高： ZHT Np
理论塔板数计算
塔体高度：有效高+顶部+底部+ 其它选取塔板间距 HT ：
塔板间距和塔径的经验关系
塔.8-1.6 1.6-2.0 2.0-2.4 >2.4
化工原理-板式塔及其设计计算
3.1概述
高径比很大的设备称为塔 1.塔设备的基本功能和性能评价指标 ①使汽液两相充分接触，适当湍动，提供尽
可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离 ②在塔内使汽、液两相具有最大限度的接近逆流，以提供最大的传质推动力

塔设备的强度计算

K3 ——笼式扶梯当量宽度，当无确切数据时可取
K3 =400mm K4——操作平台当量宽度，
K4
2 l0
A
mm；
l——操作平台所在计算段长度，mm；
∑A——第i段内平台构件的投影面积（不计入空档的投影面积），mm2
上述载荷都合在塔壁产生轴向压应力：
2
Qii
Diei
为任意计算截面Ⅰ-Ⅰ 上所受到的重量载荷
在计算压应力时，常根据不同情况下的组合重量载荷计算
a、设备操作时的重量载荷： QⅠ—Ⅰ=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Qa)Ⅰ—Ⅰ
b、设备水压试验时的最大重量：
Qmax= Q1+Q2+Q3+Q4+Qa+QW c、设备吊装完毕但尚未运行时的最小重量：
H——塔总高 m
mi——塔设备的第i段的质量
Hi——第i段塔高 m
xi——第i段中心到地面的距离m
E——塔体材料的弹性模量 N/m2 m——塔变截面段数
Ji——第i段塔体截面惯性矩 m4 n——塔分段数
Ii 8
Di ei
3 ei
(圆形薄壁容器的惯性矩)
Dei——塔设备计算段的有效直径 m
当笼式扶梯和塔顶进出口管线布置成180º时：
K2i
1
izi
fi
ξ—脉动增大系数，与塔的自振周期有关 υi—脉动影响系数 φzi—第i段振型系数 fi—风压高度变化系数，高度取各计算段顶截面的高度 li—第i计算段塔高 q0 —基本风压值。各地区的基本风压值见GB50009中有关规定，但均不应小于300N/m2
我国“规定”中规定取该地区离地面高度10m处，30年

塔设备设计

24
3.7 最大弯矩
塔设备任意计算截面 I-I 处的最大弯矩按下式计算：
I− M maxI I ⎧ MW− I + M e ⎪ = ⎨ I−I I M E + 0.25 MW− I + M e ⎪ ⎩
取其中较大值
塔设备底部截面 0-0 处的最大弯矩按下式计算：
0− 0 M max 0 ⎧ MW− 0 + M e ⎪ = ⎨ 0− 0 0− 0 ⎪ M E + 0.25 MW + M e ⎩
取其中较小值
FVh−h —— 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入。
h− h h 0.3 MW− h + M e m max g ⎧ KB + ≤⎨ Z sm Asm ⎩ 0.9σ s
取其中较小值
Asb ——h-h截面处裙座的截面积，mm2 Z sb ——h-h截面处裙座壳截面系数，mm3
33
3.11 地脚螺栓座（基础环设计）
35
3.11 地脚螺栓座（地脚螺栓）
δ b ,max ——混凝土基础上的最大压力， MPa
0− 0 ⎧ M max m0 ⋅ g ⎪ Z + A ⎪ b b =⎨ 0 0.3 MW− 0 + M e mmax ⋅ g ⎪ + ⎪ Zb Ab ⎩
δ b ,max
取其中较大值
36
3.12 裙座与塔壳焊缝（搭接焊缝）
M
0− 0 W
l3 ⎞ l1 l2 ⎞ ⎛ ⎛ = P1 + P2 ⎜ l1 + ⎟ + P3 ⎜ l1 + l2 + ⎟ + LL 2 2⎠ 2⎠ ⎝ ⎝
23
3.6 偏心弯矩