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

本标准仅适用于裙座自支承的塔器，所谓裙座自支承是指由裙座支承在基础上的独立塔器，塔与塔之间，塔与框架之间毫无关连。这也使计算自振特性时得以方便。

塔式容器的设计压力可以是内压，也可以是外压。

本标准主要引用标准有GB150《钢制压力容器》、GBJ9《建筑结构荷载规范》、GBJ11《建筑抗震设计规范》、GBJ17《钢结构设计规范》等。

第二节塔式容器计算

一、总则

1、设计压力

对最大工作压力小于0.1MPa的塔器取设计压力为0.1MPa 。这样一来，凡是符合本规定的塔器一律按压力容器对待，这对常压操作的塔器来说显然是提高了要求。塔器是工业装置的重要设备，对其要

求提高一些为保证安全运行是有好处的。

真空塔器按承受外压设计。

2、最小壁厚及名义厚度

最小壁厚主要是基于考虑在制造时满足焊接工艺对厚度的要求和保证几何尺寸的公差要求，还适当考虑了制造和运输过程中所需的刚度要求。

塔壳不包括腐蚀裕量的最小厚度按以下规定确定：

（1） 对于Di ≤3800mm ，用碳钢或低合金钢制塔器，δmin ≥

mm ，且不小于4mm 。 （2）对不锈钢制塔器，δmin ≥3mm 。

对塔壳和裙座，在任何情况下，其名义厚度不得小于最小厚度与腐蚀裕量之和。

考虑到制造、运输、安装的要求，设定裙座的有效厚度不小于6mm ，按规定，裙座壳的腐蚀裕量为2mm ，这样裙座壳体不含钢板负偏差的厚度应为8mm 。计入钢板负偏差，圆整至钢板规格厚度，则裙座的名义厚度应为10mm 。

3、塔壳以外构件的腐蚀裕量

严格地说，构件的腐蚀裕量应根据介质对材料的腐蚀率和构件的设计寿命决定。即C 2=K ·B

K ——腐蚀率 毫米/年

B ——构件设计寿命，一般为15~20年

1000

2Di

工程上下列构件腐蚀裕量一般按经验选取

裙座壳体C2=2mm

地脚螺栓C2=3mm

塔器内件（与塔壳材料相同时）按表1

表1塔器内件腐蚀裕量C2

4、许用应力

（1）受压构件许用应力按GB150规定；

（2）非受压构件许用应力，除裙座壳和焊于受压壳体上的重要内件、栅板等支承件的许用应力按受压件的许用应力选择外，其余按GBJ17的规定选取。

在地震载荷、风载荷的作用下，计算壳体和裙座的组合拉、压应力时，由于载荷为短期作用载荷，许用应力值可以提高1.2倍，即许用应力值在原来受压构件许用应力基础上乘一个系数K=1.2。

焊接接头系数、压力试验等均按GB150要求。

注意：塔器以卧置进行液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力+液柱静压力。

二、材料选用

1、受压元件材料选用按GB150规定；

2、裙座壳体按受压元件用钢要求选用。因为裙座壳体支撑塔体的整个重量，它的破坏直接影响塔器的正常使用。必要时裙座应设过渡段，使裙座顶部材料与塔体下部封头材料相同。

3、地脚螺栓一般选用Q235—A，许用应力按[σ]bt=147MPa。当环境温度低于0℃时，选用16Mn, 许用应力[σ]bt=170Mpa。如果选用其他碳素钢或优质碳素钢作地脚螺栓，其屈服安全系数n s≥1.6。

4、基础环，盖板及筋板一般选用低碳钢（Q235—A），其许用应力[σ]b=140MPa。

三、塔式容器及裙座计算

1、计算前的准备

（1）工艺必要的给定条件

（2）塔设备设置地区的条件

设置地区的基本风压值，地震设防烈度，场地土类别等。

（3）计算条件的确定

塔体的设计压力、设计温度，塔体（包括封头）材料及厚度附加量，裙座材料及厚度附加量，塔壳焊接接头系数，塔体与裙座的焊接结构等。

（4）偏心悬挂的附属设备的重量确定（最小、操作及最大重量）。

（5）确定危险截面位置。一般来说，危险截面为下述截面。

a.塔器裙座底截面。

b.裙座上开设人孔、手孔、引出管孔的中心位置截面。

c.塔器筒体与裙座对接焊缝（或搭接焊缝）处截面。

d.塔体等直径筒节上筒体壁厚变化处截面。

e.塔体筒体直径变化的截面。

（6）对塔体进行分段。

在作自振周期、地震载荷计算中一般把塔体最多分为9段，作风载荷计算时分段方法可不同于前者，分段越多，就越接近于实际的风载荷分布情况，塔体分段原则为：

a.危险截面处必须分段

b.每一段几何形状没有突变，每一段应是一个几何连续体。如直径相等的圆筒，半顶角不变的锥壳。

c.每一段的刚度连续，即要求分段的壳体厚度相等。

d.每一段质量分布没有突变，如筒体中有一定液位，气液分界面必须分开。

2、计算步骤

（1）根据GB150相应章节按压力确定圆筒和封头的有效厚度δe 和δeh。

（2）根据地震或风载荷选取若干计算截面，设定各截面圆筒的有效厚度δei和裙座的有效厚度δes。

（3）进行载荷计算和应力校核，并应满足各相应的要求。