板式塔设备机械
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。
设备分类
设备分类第一种方法：1、炉类：包括加热炉（箱式、管式、圆筒式）、煤气（油）发生炉、干馏炉、裂解炉、一段转化炉、热载体炉、脱氢炉等。
2、塔类：包括板式塔（即筛板、浮阀、泡罩）、填料塔、焦炭塔、于燥塔、冷却塔、造粒塔等。
3、反应设备类：包括反应器（釜、塔）、聚合釜、加氨转化炉、二段转化炉、变换炉、氨（甲醇）合成塔、尿素合成塔。
4、储罐类：包括金属储罐（桥架、无力矩、浮顶）、非金属储罐、球形储罐、气柜、各类容器。
5、换热设备类：包括管壳式换热器、套管式换热器、水浸式换热器、喷淋式换热器、回转（蛇管）式换热器、板式换热器、板翅式换热器、管翅式换热器、废热锅炉等。
6、化工机械类：包括真空过滤机、叶片过滤机、板式过滤机、搅拌机、干燥机、成型机、结晶机、挤条机、振动机、扒料机、包装机等。
7、橡胶与塑料机械类：包括挤压脱水机、膨胀干燥机、水平输送机、振动提升机、螺杆输送机、混炼（捏）机、挤压机、切粒机、压块机、包装机等。
8、化纤机械类：包括抽（纺）丝机、牵伸机、水洗机、柔软处理机、烘干机、卷曲机、卷绕（折叠）机、加捻机、牵切机、切断机、针梳机、打包机等。
9、通用机械类：泵类，包括离心泵、往复泵、比例泵、齿轮泵、真空泵、螺杆泵、旋涡泵、刮板泵、屏蔽泵。
压缩机，包括离心式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机、回转（刮板）式压缩机。
鼓风机，包括离心式鼓风机、罗茨鼓风机、冰机。
10、动力设备类：包括汽轮机、蒸汽机、内燃机、电动机(100kW以上）、直、交流发电机、变压器（100kV•A以上）、开关柜。
11、仪器、仪表类：包括测量仪表、控制仪表、电子计算机等。
12、机修设备类：机床类，包括车床、铣床、镗床、刨床、插床、钻床（钻孔直径在25mm以上）、齿轮加工机床、动平衡机等。
化铁炉(0.5吨以上）、炼钢炉（0.5吨以上）、热处理炉、锻锤、压力机（或水压机）、卷板机、剪板机、电焊机等。
13、起重运输和施工机械类：起重机，包括桥式起重机、汽车（轮胎）吊车、履带吊车、塔式吊车、龙门吊车、电动葫芦；皮带运输机；辐板车；插车；蒸汽机车；电动机车；内燃机车；汽车，包括载重汽车、三轮卡车、拖车、消防车、救护车；槽车；拖拉机；推土机；挖掘机；球磨机；粉碎机。
塔设备的机械设计
阶梯环：一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对 称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料 表面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降 降低，传质效率提高。
鞍形填料：这种填料重迭部分少，空隙率大，利 用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环，一种是 弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉西环传 质效率的波纹成４５°，盘与盘之间成９０°排列，结 构紧凑，比表面积大。传质好，且可根据物料温 度及腐蚀情况采用不同的材料。
一、 喷淋装置
液体喷淋装置设计的不合理，将导致液体 分布不良，减少填料的润湿面积，增加沟流和 壁流现象，直接影响填料塔的处理能力和分离 效率。液体喷淋装置的结构设计要求是：能使 整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单， 制造维修方便。
塔径DN=300～500mm时，塔节高度L=800～ 1000mm；塔径DN=600～700mm时，塔节高度 L=1200～1500mm。 为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。
降液管的结构有弓形和圆形两类
另设溢流堰圆形降液管
圆形降液管伸出塔盘表面兼作流堰的圆形降液管
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径 在800~900 mm以下时，建议采用整块式塔盘。 当塔径在800~900 mm以上时，人可以在塔内 进行装拆，一般采用分块式塔盘。
1. 整块式塔盘
此种塔的塔体由若干塔节组成，塔节与塔 节之间则用法兰连接。每个塔节中安装若干块 层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子 支承，并保持所需要的间距。图为定距管式支 承塔盘结构。
2．分块式塔盘
在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式 塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板 的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很 不方便。因此，当塔径在800 ～900 mm以上 时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整 体圆筒，不分塔节 。
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。
17.第十七章 塔设备
16
无降液管塔
（穿流式筛板塔）
筛孔φ5～8mm；
栅缝宽度4～6mm，
长度60～150mm； 筛孔或栅缝开孔率15～30%。
17
五、塔盘结构
塔盘设计要求：
有一定的强度和刚度以承载和维持水平，使塔盘上的液 层深度相对均匀； 塔盘和塔壁之间应保证一定的密封性以避免气液短路； 便于制造、安装和维修，制造成本低。
由泡罩、升气管组成
11
②浮阀塔
是用钢板冲压而成的圆形钢片，下面有三条腿。 把三条阀腿装入塔板孔后，用工具将腿的阀脚扭转90°， 则浮阀就被限制在阀孔内只能上下运动而不能脱离塔板。
12
③筛板塔
塔板上开设许多直径3～5mm的 筛孔，结构简单。
13
导向筛板塔
14
④舌形塔
15
浮 动 舌 形 塔
5
三、板式塔的总体结构
塔体的最下部为裙座，是用 塔中部是塔盘和溢流装置， 包括塔顶的气液分离部分、 来支承塔体的，塔的顶部还 气-液两相在塔盘上充分传 中部的气液传质部分、塔底
设有吊柱，便于吊装塔的零 质。上面设有溢流堰、降液 的液体排出部分及裙座。
部件。 管和受液盘。 塔顶气液分离部分具有较大 另外塔体上还安装有进料管、 塔底部是塔釜，具有较大空 空间，以降低气体上升速度，
31
（二）弓形板、矩形板与通道板
通道板是没有
自身梁的塔盘 板，安装检修 时，上下层塔 盘间需要有通 道，故设通道 板。
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（三）自身梁式塔盘与槽式塔盘
为增大塔盘的刚度，每块塔盘冲压出折边。
有自身梁式与槽式两种。
33
⑴自身梁式塔盘板
34
通道板
通道板从上下两个方向均可打开。一般设置在塔中央 处附近。 各层设在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。
第六章 塔设备的机械设计
自支承式塔设备的塔体除承受工作介质压力 之外，还承受自重载荷、风载荷、地震载荷及 偏心载荷的作用。
（1）塔设备自重载荷的计算
塔设备的操作质量：
(kg) (6-2) 塔设备水压试验时的质量，这时设备质量最大， 简称设备最大质量 m0 m01 m02 m03 m04 mw ma me (kg) (6-3) 设备吊装时的质量，这时设备质量最小，简称 设备最小质量： m0 m01 0.2m02 m03 m04 ma me (kg) (6-4)
M
00 E
8CZ 1 m0 g (10 H 3.5 14 H 2.5 h 4h3.5 ) 175H 2.5
(Nmm)
底部截面的地震弯矩 16 I I M E CZ 1 mo gH 35
(Nmm)
（3）风载荷的计算
图6-31所示为自支承式塔设备受风压作用 的示意图。塔体会因风压而发生弯曲变形。吹 到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增 加而增加。为了计算简便，将风压值按设备高 度分为几段，假设每段风压值各自均布于塔设 备的迎风面上，如图所示。
Fk Cz α1k mk g (N )
式中 Ｃz—— 结构综合影响系数，对圆筒形 直立设备取Cz=0. 5； α1—— 对应于塔器基本自振周期T（利用图630查取α1值时，应使T =T1）的地震影响系数 α值； ηk—— 基本震型参与系数；
关于 α—— 地震影响系数，按图6-30确定；图中曲 Tg 0.9 线部分按公式
（6-19）
（4 ）偏心载荷的计算
有些塔设备在顶部悬挂有分离器、热交换 器、冷凝器等附属设备，这些附属设备对塔体 产生偏心载荷。偏心载荷所引起的弯矩为： Me=me g e (6-20) 式中 me—— 偏心质量Kg e—— 偏心质量的重心至塔设备中心线的距离， mm
塔设备设计说明书
塔设备设计说明书概述塔设备的设计和选型是建立在对循环吸收工段、精制工段流程的模拟、优化的基础上。
在满足工艺要求的条件下，考虑设备的固定投资费用和操作费用，进行进一步模拟计算、设计和选型。
设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。
工艺参数设计对该塔的生产能力、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计；机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。
我们完成了对全厂2 座塔设备的工艺参数设计、基本参数设计和机械设计，并选取其中最有代表性的二氧化碳吸收塔给出了详细的计算和选型说明。
详细的设备装配图见工艺设计施工图。
烟道气吸收塔设计说明书第1 部分概要烟道气吸收塔是吸收的关键设备之一，其作用是贫液吸收烟道气中的二氧化碳，从而达到使二氧化碳从烟道气中分离的目的。
塔的吸收能力直接影响到二氧化碳的回收率。
吸收塔的设计应符合一下塔设备的基本要求：1生产能力大，即气液处理量大；2分离效率高，即气液相能充分接触；3 适应能力及操作弹性大，即对各种物料性质的适应性强并且在负荷波动时能维持操作稳定，保持较高的分离效率；4流体流动阻力小，即气相通过每层塔板或单位高度填料层的压降小；5 结构简单可靠，材料耗用量少，制造安装容易，以降低设备投资；设计说明书包括工艺参数设计、基本结构设计和机械工程设计三部分。
工艺参数设计对该塔的生产能力、吸收效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计、塔板负荷性能校核等内容的设计；机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。
第2 部分工艺参数设计2.1 生产能力项目年产十万吨二氧化碳，根据物料横算，气体进料量为7119.88kg/h ，液体进料量为294619kg/h ，塔顶物流量为54990.8kg/h ，塔底物流量为309748Kg/h 。
蒸馏塔与裙座的机械设计
《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）1、塔的设计条件及主要物性参数表将全塔分为6段，计算截面分别为0－0、1－1、2－2、3－3、4－4、5－5、。
表1 设计条件及主要物性参数表已知设计条件分段示意图塔体内径D i2000mm塔体高度H40000mm工作压力p o 1.2MPa设计压力p 1.3MPa设计温度t350℃塔体材料20R 许用应力[σ] 133MPa[σ]t86MPa设计温度下弹性模量E 1.73×105MPa 常温屈服点σs235MPa厚度附加量C 1.8mm塔体焊接接头系数φ 1.0 介质密度ρ810kg/m3塔盘数N45每块塔盘存留介质层高度h w100mm 基本风压值q0750N/m2地震设防烈度7度场地土类别Ⅱ类偏心质量m e4000kg偏心矩e1800mm 塔外保温层厚度δs100mm保温材料密度ρs300kg/m3裙座材料Q235-A许用应力75MPa 常温屈服点σs225MPa 设计温度下弹性模量E s厚度附加量C s 1.8mm 人孔、平台数7地脚螺栓材料Q235-A 许用应力[σ]bt 147MPa 腐蚀裕量C23mm 个数n162、塔设备设计计算程序及步骤按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容计算公式及数据液注静压力p H /MPa 可忽略计算压力p c /MPa 3.1==+=p p p p H c圆筒计算厚度δ/mm 71.133.10.186218003.1][2=-⨯⨯⨯=-=cti c p D p φσδ圆筒设计厚度δc /mm 51.158.171.13=+=+=C n δδ 圆筒名义厚度δn /mm 20=n δ圆筒有效厚度δe /mm 2.188.120=-=-=C n e δδ封头的计算厚度δh /mm66.133.15.00.186218003.15.0][2=⨯-⨯⨯⨯=-=ctic h p D p φσδ封头设计厚度δhc /mm 46.158.166.13=+=+=C h hc δδ 封头名义厚度δhn /mm 20=hn δ封头有效厚度δhe /mm2.188.120=-=-=C hn he δδ塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计算内容计算公式及数据0～11～22～33～4 4～5 5～顶塔段内直径D i /mm 1800塔段名义厚度δni /mm20塔段长度l i /mm 100020007000100001000010000塔体高度H 1/mm 40000 筒体密度ρ/kg/m 3 7.85×103【1】单位筒体质量 m 1m /kg/m 898 筒体高度H 1/mm 36350筒体质量m 1/kg 30.3264235.368981=⨯=m 封头质量m 2/kg 2.114021.5702=⨯=m 【2】裙座高度H 3/mm3000计算内容 计算公式及数据 0～11～22～3 3～44～55～顶裙座质量m 3/kg 269438983=⨯=m塔体质量m 01/kg3647626942.114030.3264232101=++=++=m m m m8982366628689808980 8966塔段内件质量m 02/kg858875458.1442202=⨯⨯⨯=⨯⨯=ππN i q N D m(浮阀塔盘质量2/75m kg q N =)【3】 －－1145267224812290保温层质量m 03/kg6832300)89.020.1(230035.36)84.104.2(42])2()22[(42203202203=⨯-⨯+⨯⨯-⨯='++-++=πρδδδπm H D D m n i s n i m 03'——封头保温层质量，（kg ）【4】－ 93 1280 1828 1828 1803平台、扶梯质量m 04/kg平台质量q p ＝150kg/m 2 笼式扶梯质量q F ＝40kg/m 平台数量n ＝7 笼式扶梯高度H F ＝39m5924394015075.0])1.0202.028.1()9.021.0202.028.1[(421])22()222[(4222203=⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯+-⨯+⨯+⨯+⨯=⨯+⨯++-+++=πδδδδπFF p n i n i H q nq D B D m4080903 1647 1647 1607操作时塔内物料质量m 05/kg1370681089.0810)8.1451.0(8.14)(42110205=⨯+⨯+⨯⨯⨯=++=πρρπf w i V h N h D m－721 4947 2886 2679 2473人孔、接管、法兰等附件质量m a /kg按经验取附件质量为：91193647625.025.001=⨯==m m a224 592 1571 2245 2245 2242计算内容计算公式及数据 0～11～22～3 3～44～5 5～顶充液质量m w /kg9428081089.02100035.368.1424202=⨯⨯+⨯⨯⨯=+=πρρπwf w i w V H D m－890 17813 25447 25447 24683 偏心质量m e /kg再沸器：m e ＝4000－－4000－－－ 操作质量m 0/kg8464540009119137065924683285883647605040302010=++++++=++++++=ea m m m m m m m m1162 3852 20132 20258 19860 19381 最小质量m min /kg64069400091195924683285882.0364762.004030201min =++++⨯+=+++++=ea m m m m m m m1162 3131 14269 15235 15196 15076最大质量m max /kg16521940009119942805924683285883647604030201max =++++++=++++++=ea w m m m m m m m m11624021 32998 42819 42628 41591自 振 周 期 计 算计算内容计算公式及数据塔体内直径D i /mm 1800 塔体有效厚度δe /mm 18.2 塔设备高度H ，mm 40000 操作质量m 0/kg84645塔设备的自振周期T 1/s55.1101800201073.140000846454000033.901033.903353301=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=--ie D E H m HT δ地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算各段操作质量m i /kg 1162 3852 20132 20258 19860 19381 各点距地面高度500 20006500 150002500035000计算内容 计算公式及数据 0～1 1～22～3 3～44～5 5～顶h i 1.5 1.12×104 8.94×104 5.24×105 1.84×106 3.95×106 6.55×106m i h i 1.51.30×1073.44×108 1.05×1010 3.73×1010 7.84×1010 1.27×1011∑==615.1i ii h m A2.536×1011h i 3 1.25×1088.00×1092.75×10113.38×10121.56×10134.29×1013m i h i 31.45×1011 3.08×1013 5.54×1015 6.85×1016 3.10×1017 8.31×1017∑==613i ii h m B1.215×1018 A/B2.09×10－7基本振型参与系数ηk15.175.111009.2iik h h BA -⨯==η 0.00234 0.0187 0.110.3850.8261.37综合影响系数C Z取C Z ＝0.5【5】 地震影响系数最大值 αmaxαmax ＝0.23【5】（设计烈度为7度）各类场地土的特征周期T gT g ＝0.3【5】（Ⅱ类场地土、近震时）地震影响系数α1max9.0max 9.0112.0052.023.055.13.0ααα>=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=TT g1α不得小于46.023.02.02.0max =⨯=α水平地震力F k1/Ngm C F k k Z k 111ηα=0.69418.37 564.84 1989.30 4184.10 6772.35操作质量m 0/kg84645底截面处地震弯矩001-E M/N ·mm801001109478.34000081.984645052.05.035163516⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==-gHm C M Z E α计算内容计算公式及数据 0～11～22～3 3～44～5 5～顶底截面处地震弯矩00-EM/N ·mm880010010935.4109478.325.125.1⨯=⨯⨯==--E EMM截面1－1处地震弯矩11-EM/N ·mm85.35.25.35.25.35.25.35.2011111110861.4)10004100040000144000010(4000017581.984645052.05.0825.1)41410(175825.125.1⨯=⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+⋅-⨯==--hh HHHg m C M MZ E Eα截面2－2处地震弯矩22-EM/N ·mm85.35.25.35.25.35.25.35.2012212210417.4)30004300040000144000010(4000017581.984645052.05.0825.1)41410(175825.125.1⨯=⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+⋅-⨯==--hh HHHg m C M MZ E Eα风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据0～11～22～33～44～55～顶各计算段的外径D Oi /mm184020218002=⨯+=+=n i Oi D D δ塔顶管线外径d O /mm 300 第i 段保温层厚度 δsi /mm100 管线保温层厚度 δps /mm100 笼式扶梯当量宽度K 3400 各计算段长度l i /mm 1000 2000 7000 10000 10000 10000 操作平台所在计算段的长度l 0/mm 1000 2000 7000 10000 10000 10000 平台数0 0 1 2 2 2 各段平台构件的投影面积∑A/mm 28.1×1052×8.1×1052×8.1×1052×8.1×105风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据 0～11～2 2～3 3～44～5 5～顶操作平台当量宽度K 4/mm42l A K ∑=操作平台当量宽度 K 4/mm0 0231.4 324 324 324各计算段的有效直径D ei /mmpsO si Oi ei d K D D δδ224++++= 2540 2540 2771 28642864 2864432K K D D si Oi ei +++=δ24402440 2671 2764 2764 2764 各计算段顶截面距地面的高度h it /m 1310203040风压高度变化系数f i 根据h it 查课程设计指导书表5-7【6】 0.80.81.01.25 1.42 1.56体型系数K 1 0.7 基本风压值 q 0/N/m 2750 塔设备的自振周期 T 1/s1.55 q 0T 121802脉动增大系数ξ（B 类） 查课程设计指导书表5-8【6】2.75脉动影响系数νi （B 类） 查课程设计指导书表5-8【6】 0.72 0.72 0.72 0.79 0.82 0.85 h it /H 0.0250.0750.250.50.751u1.0第i 段振型系数φzi 根据h it /H 与u 查课程设计指导书表5-10【6】0.020.020.11 0.35 0.66 1.00各计算段的风振系数K 2iizii i f K φξν+=121.0491.049 1.2181.6082.048 2.498各计算段的水平风力P i /N602110-⨯=ei i i i i D l f q K K P1119.1 2238.1 12403.4 30222.4 43727.1 58593.5风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容 计算公式及数据0～11～22～3 3～44～5 5～顶0-0截面的风弯矩0-WM /N ·mm96543216321321211001068.35.58593350001.43727250004.30222150004.1240365001.223820001.1119500)2()2()2(2⨯=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=++++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅++++++=-l l l l l l P l l l P l l P l P M W1-1截面的风弯矩11-WM /N ·mm9654326432432322111054.35.58593340001.43727240004.30222140004.1240355001.22381000)2()2()2(2⨯=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=+++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅++++++=-l l l l l P l l l P l l P l P M W2-2截面的风弯矩22-WM /N ·mm965436543543433221024.35.58593320001.43727220004.30222120004.124033500)2()2()2(2⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=+++++++++=-l l l l P l l l P l l P l P M W偏 心 弯 矩计算内容 计算公式及数据偏心质量m e /kg 4000 偏心距e/mm 1800偏心弯矩M e /N ·mm710063.7180081.94000⨯=⨯⨯==ge m M e e最 大 弯 矩计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面 2-2截面 eii W M M +-3.75×1093.61×109 3.31×109 eii W i i E MM M++--25.01.48×109 1.43×109 1.32×109 最大弯矩ii M -max /N ·mm3.75×1093.61×1093.31×109计算内容 计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度 δei /mm 18.2 筒体内径D i /mm 1800计算截面以上的操作质量m 0i-i/kg846458348379631设计压力引起的轴向应力σ1/MPa14.322.18418003.141=⨯⨯==eii pD δσ32.14操作质量引起的轴向应力σ2/MPaeii ii D gm δπσ-=02 8.07 7.967.59最大弯矩引起的轴向应力σ3/MPa eii ii D M δπσ2max24-=80.97 77.95 71.59载荷组合系数K 1.2系数A00094.0100010094.0094.0=⨯==ieiR A δ 设计温度下材料的许用应力[σ]t /MPa（20R ，350℃）， []MPat86=σ【7】（Q235-A ，350℃），[]MPat75=σ【7】757586系数B/MPa（20R ，350℃），118=B 【8】（Q235-A ，350℃），118=B 【8】118118 118 KB/MPa 141.6 141.6 141.6 K[σ]t /MPa9090 103.2 许用轴向压应力[σ]cr /MPa 取以上两者中小值 90 90 103.2 K[σ]t φ/MPa 9090103.2圆筒最大组合压应力（σ2+σ3）/MPa对内压塔器[]cr K σσσ≤+32（满足要求）89.0485.91 79.06计算内容 计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面圆筒最大组合拉应力（σ1—σ2+σ3）/MPa对内压塔器[]φσσσσtK ≤+-321（满足要求）72.90 69.99 96.02塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据试验介质的密度（介质为水）γ/kg/cm 30.001 液柱高度H/cm 4000 液柱静压力 γH/9.81/MPa 0.408 有效厚度δei /mm 18.2 筒体内径D i /mm18002-2截面最大质量m T 2-2/kg 1600364027116216521922=--=-T m试验压力p T /MPa [][]513.2861333.125.125.1=⨯⨯==tT pp σσ筒体常温屈服点 σs /MPa235 2-2截面0.9K σs /MPa253.8 2-2截面KB/MPa141.6压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力[σ]cr /MPa取以上两者中小值 141.6试验压力引起的周向应力σT /MPa9.1452.182)2.181800)(408.0513.2(2))(81.9/(=⨯++=++=eiei i T T D H p δδγσ液压试验时：s T K σσ9.09.145<=（满足要求）试验压力引起的轴向应力σT1/MPa13.622.1841800513.241=⨯⨯==ei i T T D p δσ重力引起的轴向应力 σT2/MPa25.152.18180081.9160036222=⨯⨯⨯==-πδπσeii TT D gm塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据弯矩引起的轴向应力 σT3/MPa5.222.181800)10063.71024.33.0(4)3.0(42792223=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=-πδπσeii e WT D M M压力试验时圆筒最大组合应力/MPa38.695.2225.1513.62321=+-=+-T T T σσσ液压试验时：φσσσσs T T T K 9.038.69321<=+-（满足要求）cr T T ][75.375.2225.1532σσσ<=+=+（满足要求）裙 座 轴 向 应 力 校 核计算内容 计算公式及数据裙座有效厚度δes /mm18.2 裙座筒体内径D is /mm 18000-0截面积A sb /mm 2 521003.12.181800⨯=⨯⨯==πδπis is sb D A0-0截面系数Z sb /mm 3 7221063.42.18180044⨯=⨯⨯==πδπs is sb D ZKB/MPa 141.6 K[σ]t s /MPa141.6 裙座许用轴向应力/MPa取以上两者中小值 141.60-0截面最大弯矩00max-M/N ·mm91075.3⨯0-0截面操作质量m 00-0/kg846450-0截面组合应力/MPa KBA g m Z Msbsb<=⨯⨯+⨯⨯=+-06.891003.181.9846451063.41075.3579000max检查孔加强管长度l m /mm120【9】 检查孔加强管水平方向的最大宽度b m /mm 450【9】检查孔加强管厚度 δm /mm12【9】 裙座内直径D im /mm1800裙 座 轴 向 应 力 校 核计算内容 计算公式及数据A m28801212022=⨯⨯==m m m l A δ1-1截面处裙座筒体的截面积A sm /mm 241014.9]28802.18)122450[(22.181800])2[(⨯=-⨯⨯+⨯-⨯⨯=-+-=∑πδδδπm es m m es im sm A b D A Z m622221081.3225900120102222⨯=-⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=m im mes m b D l Z δ1-1截面处的裙座筒体截面系数Z sm /mm 3()76221092.31081.31.9180045022.181800424⨯=⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∑πδδπm es im m es im sm Z D b D Z1-1截面最大弯矩11max-M/N ·mm3.75×1091-1截面处的风弯矩11-WM/N ·mm3.54×1091-1截面以上操作质量110-m /kg834831-1截面以上最大质量11max-m /kg1640571-1截面组合应力/MPaKBA g m Z Msmsm <=⨯⨯+⨯⨯=+--05.1011014.981.9834831092.31061.347911011max6.14150.461014.981.91640571092.310063.71054.33.03.0477911max 11<=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=++--smsmeW A g m Z M M计算内容计算公式及数据裙座内径D is /mm 1800裙座外径D os /mm 4.18362.18218002=⨯+=+=es is os D D δ基础环外径D ob /mm 21003001800300=+=+=is ob D D 基础环内径D ib /mm 15003001800300=-=-=is is D D基础环伸出宽度b/mm 132)4.18362100(21)(21=-=-=os ob D D b相邻两筋板最大外侧间距l /mm160【9】基础环面积A b /mm 26222210696.1)15002100(4)(4⨯=-=-=ππib ob b D D A基础环截面系数Z b /mm 3844441073.6210032)15002100(32)(⨯=⨯-=-=ππobib ob b D D D Z最大质量m max /kg 165219 操作质量m 0/kg 84645 0-0截面的风弯矩00-WM/N ·mm3.68×1090-0截面最大弯矩00max-M/N ·mm3.75×109 偏心弯矩M e /N ·mm7.063×107基础环材料的许用应力[σ]b /MPa []MPab140=σ【10】水压试验时压应力 σb1/MPa1.610696.181.9846451073.61075.3689000max1=⨯⨯+⨯⨯=+=-bbb A g m Z Mσ操作时压应力σb2/MPa7.210696.181.91652191073.610063.71068.33.03.06879max 002=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=++=-bbeWb A g m Z M M σ混凝土基础上的最大压力σbmax /MPa 取以上两者中大值 6.1 b/l825.0160/132/==l b计算内容计算公式及数据2max b b σ1062861321.622max =⨯=b b σ 2max l b σ1561601601.622max =⨯=l b σ对X 轴的弯矩M x /N ·mm/mm由b/l 得：【11】8.1756310628616525.0=⨯=x M对Y轴的弯矩M y /N ·mm/mm 由b/l 得：【11】2.1219915616007812.0=⨯=y M计算力矩M s /N ·mm/mm取以上两者中大值17563.8有筋板时基础环厚度/mm 44.271408.175636][6=⨯==bs b M σδ 经圆整取30=b δ地 脚 螺 栓 计 算计算内容 计算公式及数据最小质量m min /kg 64069 操作质量m 0/mm 84645 0-0截面的风弯矩00-WM/N ·mm3.68×109底截面处地震弯矩001-E M/N ·mm4.935×108 偏心弯矩M e /N ·mm7.063×107最大拉应力σB1/MPa20.510696.181.9640691073.610063.71068.36879min 001=⨯⨯-⨯⨯+⨯=-+=-bbeWB A g m Z M M σ最大拉应力σB2/MPa72.110696.181.9846451073.610063.71068.325.010935.425.0687980000002=⨯⨯-⨯⨯+⨯⨯+⨯=--++=---bVbeWEB A F g m Z M M M σ基础环中螺栓承受的最大拉应力σB取以上两者中大值020.5>=B σ 塔设备必须设置地脚螺栓地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据地脚螺栓个数n 16【12】地脚螺栓材料的许用应力[σ]bt/MPa 对Q-235A，取[]MPabt147=σ地脚螺栓腐蚀裕量C2/mm 地脚螺栓取mmC32=地脚螺栓螺纹小径d1/mm[]1.7231471610696.120.544621=+⨯⨯⨯⨯⨯=+=πσπσCnAdbtbB故取16—M76地脚螺栓满足要求3、设计结果汇总表计算结果塔体圆筒名义厚度δn/mm20（满足强度和稳定性要求）塔体封头名义厚度δhn/mm20（满足强度和稳定性要求）裙座圆筒名义厚度δen/mm20（满足强度和稳定性要求）基础环名义厚度δb/mm30（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓个数16（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓公称直径d/mm76（满足强度和稳定性要求）4、设计评论本次是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计，设计结果如汇总表所示。
塔设备机械设计
第五章 塔设备设计 9
课程设计 5.3.3 自振周期 将塔设备看成是顶端自由，底端刚性固定，质量沿高 度连续分布的悬臂梁。 其基本震型的自振周期T1按式(5-4)计算：
T1 90 .33 H mo H 10 3 E e Di
(s)
如校核不能满足条件时，须重新设定有 效厚度，重复上述计算，直至满足要求。
第五章 塔设备设计 20
课程设计
5.3.9 塔设备压力试验时的应力校核 5.3.9.1 圆筒应力 对选定的各计算截面按式(5-33)、式 (5-34)、式(5-35)和式(5-36)进行各项应力 计算： 试验压力引起的周向应力：
第五章 塔设备设计 7
5.3.1 塔设备的载荷分析 塔设备在操作时主要承受以下几种载荷作 用： 1、操作压力 2、质量载荷 3、地震载荷 4、风载荷 5、偏心载荷 （各种载荷示意图及符号见图5-3）
第五章 塔设备设计 8
课程设计
（塔设备设计计算常用符号及说明见表5-3）
课程设计
5.3.2 质量载荷 塔设备的操作质量mo（Kg） mo=mo1+mo2+mo3+mo4+mo5+ma+me 塔设备的最大质量mmax mmax =mo1+mo2+mo3+mo4+mw+ma+me 塔设备的最小质量mmin mmin =mo1+0.2mo2+mo3+mo4+ma+me
5.4.1 板式塔的总体结构 其总体结构可以分为五大部分： ①塔体与裙座 ②塔盘结构 ③除沫装置 ④设备接管 ⑤塔附件（扶梯、平台、吊柱、保温圈）
(完整)板式塔
板式塔一、板式塔的概念、用途、示意图板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。
用途：广泛应用于精馏和吸收，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程.操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。
每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。
板式塔结构示意图如右图：塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位,塔板决定了塔的操作性能，一般由以下三个部分组成：1 气体通道为保证气液两相充分接触2 溢流堰为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面3 降液管使液体有足够的停留时间二、各类型塔板的结构及其特点：按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。
错流塔板为塔内气、液两相成错流流动,即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。
逆流塔板亦称穿流板,板上不设降液管，气、液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。
这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层,操作范围较小,分离效率也低，工业上应用较少.常见塔板泡罩塔板 Bubble-cap tray泡罩塔塔板上的主要部件是泡罩。
罩内覆盖着一段很短的升气管，升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。
塔下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达罩与管之间的环形空隙,然后从罩下沿的小孔或齿 缝分散气泡而进入板上的液层。
优点：弹性大、操作稳定可靠。
缺点:结构复杂,成本高，压降大.对于大直径塔，塔板液面落差大,导致塔板操作不均匀。
现状：近二、三十年来已趋于淘汰三、板式塔的工艺设计筛板塔化工设计计算 （1）塔的有效高度 Z已知：实际塔板数 N P ； 塔板间距 H T ；有效塔高：塔体高度=有效高+顶部+底部+其他塔板间距和塔径的经验关系：（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pT N H Z ⋅=VVLf C u ρρρ-=2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=σC CC ：气体负荷因子,与 HT 、 液体表面张力和两相接触状况有关. 两相流动参数 FLV ：② 选取设计气速 u 选取泛点率： u / u f一般液体， 0.6 ～0。
化工设备机械基础判断练习题及答案
化工设备机械基础判断练习题及答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、密封装置的失效形式主要表现为泄漏。
A、正确B、错误正确答案：A2、形式代号为“BEM”，则换热器为填料函式换热器。
A、正确B、错误正确答案：B3、储存压力容器主要用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。
A、正确B、错误正确答案：A4、搅拌设备由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。
A、正确B、错误正确答案：A5、GB150《压力容器》适用于设计压力不大于35MPa的压力容器设计。
A、正确B、错误正确答案：A6、三种流型通常同时存在，轴向流与径向流对混合起主要作用，切向流应加以抑制。
A、正确B、错误正确答案：A7、拉西环的外径与高度相等，结构简单、可由陶瓷、金属、塑料等制成。
A、正确B、错误正确答案：A8、接管、法兰处一般需采用T字形焊接接头。
A、正确B、错误正确答案：A9、搅拌机包括搅拌装置及其密封装置和传动装置。
A、正确B、错误正确答案：A10、填料函式换热器现在应用较少。
A、正确B、错误正确答案：A11、泡罩塔工作原理：通常用来使蒸气（或气体）与液体密切接触以促进其相互间的传质作用。
塔内装有多层水平塔板，板上有若干个供蒸气（或气体）通过的短管，其上各覆盖底缘有齿缝或小槽的泡罩，并装有溢流管。
A、正确B、错误正确答案：A12、两个相互连接零件再接头处有部分重合在一起，中面互相平行进行焊接的接头称为搭接接头。
A、正确B、错误正确答案：A13、半圆管夹套缺点：焊缝多，焊接工作量大，筒体较薄时易造成焊接变形。
A、正确B、错误正确答案：A14、支座必须保证塔体坐落在确定的位置上进行正常的工作。
为此，它应当具有足够的强度和刚度，能承受各种操作情况下的全塔重量，以及风力、地震等引起的载荷。
最常用的塔体支座是裙式支座，即裙座。
A、正确B、错误正确答案：A15、径向流：流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下二个循环流动。
第五章_塔设备
鞍形填料
属敞开型填料，如图所 示。敞开形填料的特点 是表面全部散开，不分 内外，液体在表面两侧 均匀流动，表面利用率 高，气体流动阻力小， 制造也方便
(5)塔附件 塔附件包括人孔、手孔、吊柱、平台 等。根据塔板结构，板式塔可分为泡 罩塔、浮阀塔、筛板塔等形式。
（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）基本类型
——按照塔板结构，板式塔可分为泡罩塔、
浮阀塔、筛板塔等形式。
1．泡罩塔 泡罩塔是最早应用于工业
生产的典型板式塔。泡罩塔盘 由塔板、泡罩、升气管、降液 管液流溢等组成。最常用的是 圆形泡罩。 优点：操作稳定性较好，易于控 制，负荷有变化时仍有较好的 弹性，介质适应范围广。 缺点：生产能力较低，流体流经 塔盘时阻力与压降大，且结构 较复杂，造价较高，制造加工 有较大难度。
分类： 常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板除沫
器、旋流板除沫器等。
1．丝网除沫器 优点：丝网除沫器具有比表面积大、重量轻、空隙率大、效率 高、压降小和使用方便等特点，从而得到广泛应用。 适用：丝网除沫器适用于洁净的气体，不宜用于液滴中含有易 粘结物的场合，以免堵塞网孔。 组成： 丝网除沫器由丝网、格栅、支承结构等构成。丝网可 由金属和非金属材料制造。常用的金属丝网材料有奥氏体不锈 钢、镍、铜、铝、，钛、银、钼等有色金属及其合金；
一般直径在75mm以下的拉西环采用乱堆方式；直径大于 100mm的拉西环多采用整砌方式，以降低流体阻力。
四氟拉西环
金属拉西环
四氟拉西环 拉西环可用陶瓷、金属、塑料及石墨等材质制造。 瓷质拉西环
板式塔设备机械设计
1 板式塔设备机械设计任务书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mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
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。
.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（A3图纸）2 塔设备已知条件及分段示意图按设计压力计算塔体和封头厚度塔设备质量载荷计算自振周期计算地震载荷与地震弯距计算风载荷与风弯距计算偏心弯距最大弯距圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核地脚螺栓计算计算结果4 计算结果总汇1 按设计压力计算塔体和封头厚度4 后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
计算量比较大，计算公式繁琐，数据比较大。
在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。
在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题，但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。
只要把大家的力量聚集起来，就没有解决不了的问题。
这次课程设计让我们感受到，工程类的设计是多么的有特色，数据查找难，计算量大，公式繁琐。
最后感谢老师的指导，组员的帮助，其他舍友以及其他同学的共同努力，让本次课程设计顺利完成。
5 设计图纸见附图6 参考文献[1] 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000 .6,63~64[2] 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.,169~171[3] 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.,125~125[4] 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000 .6,85~85[5] 路秀林.王者相主编.化工设备设计全书塔设备.北京：化学工业出版社.2004 .1,324~3277主要符号说明。
塔设备的分类介绍
随着化工生产工艺的不断发展，塔设备也形成了形式繁多的结构和类型，以满足各种工艺要求。
为了便于研究和比较，对塔设备从不同的角度进行分类。
例如：按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精储塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的和流动过程中形成相界面的塔等等，下面介绍几种塔设备的常规分类。
1 .按用途分类(1)精储塔利用液体混合物中各组分挥发度的不同来分离其各液体组分的操作称为蒸储，反复多次蒸储的过程称为精储，实现精储操作的塔设备称为精储塔。
如常减压装置中的常压塔、减压塔，可将原油分离为汽油、煤油、柴油及润滑油等；粕重整装置中的各种精储塔，可以分离出苯、甲苯、二甲苯等。
(2)吸收塔、解吸塔利用混合气中各组分在溶液中溶解度的不同，通过吸收液体来分离气体的工艺操作称为吸收；将吸收液通过加热等方法使溶解于其中的气体释放出来的过程称为解吸。
实现吸收和解吸操作过程的塔设备称为吸收塔、解吸塔。
如催化裂化装置中的吸收、解吸塔，从炼厂气中回收汽油、从裂解气中回收乙烯和丙烯，以及气体净化等都需要吸收、解吸塔。
(3)萃取塔对于各组分间沸点相差很小的液体混合物，利用一般的分储方法难以奏效，这时可在液体混合物中加入某种沸点较高的溶剂（称为萃取剂）；利用混合液中各组分在萃取剂中溶解度的不同，将它们分离，这种方法称为萃取（也称为抽提），实现萃取操作的塔设备称为萃取塔。
如丙烷脱沥青装置中的抽提塔等。
萃取塔中以脉动塔和转盘塔用得较多。
（4）洗涤塔用水除去气体中无用的成分或固体尘粒的过程称为水洗或除尘，采用的塔设备称为洗涤塔或除尘塔。
这里特别指出，有些设备就其外形而言属塔式设备，但其工作实质不是分离而是换热或反应。
如凉水塔属冷却器，合成氨装置中的合成塔属反应器。
2 .按操作压力分类塔设备根据其完成的工艺操作不同，其压力和湿度也不相同。
但当达到相平衡时，压力、温度、气相组成和液相组成之间存在着一定的关系。
塔器设备设计
根据塔器设备的材料和结构特 点，选择合适的焊接方法，如 手工电弧焊、气体保护焊等。
焊接工艺评定
对焊接工艺进行评定和验证， 确保焊接质量符合要求。
焊接操作要点
制定焊接操作规程，规范焊接 工艺参数和操作要求，确保焊 接质量稳定可靠。
焊接质量检测
对焊接质量进行检测和检验， 包括外观检查、无损检测等， 确保焊接质量符合标准要求。
故障诊断与预测
利用智能化技术对塔器设备进行故障诊断和预测，通过分析设备运行数据和历史数据，预 测设备可能出现的故障和问题，提前采取措施进行维护和修复，降低设备故障率。
优化操作
通过智能化技术对塔器设备进行优化操作，提高设备的运行效率和生产效益。例如，利用 人工智能算法对塔器设备的操作参数进行优化调整，实现节能减排、降低能耗和提高产品 质量的目标。
检测与试验操作要点
制定检测与试验操作规程，规范检测 与试验工艺参数和操作要求，确保检 测与试验结果准确可靠。
检测与试验结果评价
对检测与试验结果进行评价和分析， 确定塔器设备的性能和质量是否符合 设计要求和使用安全。
04
塔器设备的设计优化
塔器设备的节能设计
01
节能设计
塔器设备的节能设计旨在降低能耗，提高能源利用效率。例如，采用高
器重量、提高传热效率、降低能耗。
塔器设备的可靠性设计
可靠性评估
在塔器设备设计阶段进行可靠性评估，预测设备在各种工 况下的性能表现和故障模式，以便及时采取措施提高设备 的可靠性和稳定性。
冗余设计
通过增加备份系统、采用并联结构等方式，提高塔器设备 的可靠性。在设备发生故障时，冗余系统可以迅速投入运 行，确保生产过程的连续性和稳定性。
塔器设备的强度计算
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
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板式塔设备机械1 板式塔设备机械设计任务书1.1 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mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
1.2 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。
1.3.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（A3图纸）2 塔设备已知条件及分段示意图已知设计条件分段示意图塔体内径iD2000mm塔体高度H 30000mm设计压力P 1.2MPa 设计温度t300℃塔体材料16MnR 许用应力[σ] 170MPa[σ]t144MPa 设计温度下弹性模量EMPa51086.1⨯常温屈服点sσ345MPa 厚度附加量C2mm塔体焊接接头系数φ0.85 介质密度ρ3/800mkg 塔盘数N 55 每块塔盘存留100mm介质层高度wh基本风压值0q500N/㎡ 地震设防烈度 7度 场地土类别 II 类 地面粗糙度 B 类 偏心质量em4000kg 偏心距e 2000mm 塔外保温层厚度sδ100mm保温材料密度2ρ3/300m kg材料Q235-A裙座许用应力t s][σ 86MPa常温屈服点sσ 235MPa设计温度下弹性模量sE厚度附加量sC 2mm 人孔，平台数 6地 脚 螺材料 Q235-A许用应力bt][σ 147MPa栓 腐蚀裕量2C3 个数n 323 塔设备设计计算程序及步骤3.1 按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容 计算公式及数据计算压力MPa p c,Pc=1.2Mpa 圆筒计算厚度 mm ,δ=-=c t i c p D p φσδ][29.92.185.0144220002.1=-⨯⨯⨯+圆筒设计厚度 mm c,δ9.1129.9=+=+=C c δδ圆筒名义厚度mm n,δ14=n δ 圆筒有效厚度 mm e,δ12=-C n δ封头计算厚度 mm h,δ/(2[]0.5)t h c i p D p δσϕ=-mm 8.9)2.15.085.01442/(20002.1=⨯-⨯⨯⨯=封头设计厚度8.1128.9=+=+=C h hc δδmm hc ,δ封头名义厚度mm hn,δ14=hn δ封头有效厚度mm he,δ12214=-=-=C hn he δδ3.2 塔设备质量载荷计算计算内容 计算公式及数据0~11~22~3 3~4 4~顶塔段内直径 mm D i,2000 塔段名义厚度mm ni,δ14塔段长度 mml i ,1000 20007000 10000 10000 塔体高度mmH ,130000 单位筒体质量m kg m m/,1695筒体高度 mmH ,126230筒体质量 kg m ,1 85.1833923.266951=⨯=m封头质量 kgm ,2 6.97128.4852=⨯=m裙座高度mmH ,33000裙座质量kgm,3208536953=⨯=m塔体质量kgm,0145.2128620856.97185.1822932101=++=++=mmmm695 1875.8 4865 69506900.65塔段内件质量kgm,02()1295975550.2442202=⨯⨯⨯=⨯⨯=ππNiqNDm)/75(2mkgqN=浮伐塔盘质量0 0 2591.75654.94712.4保温层质量kgm,0303222032])2()22[(4mHDDmnisni++-++=ρδδδπ()()[]22014.020.21.02014.020.24⨯+-⨯+⨯+=π()30013.135.1230063.26⨯-⨯+⨯⨯=5473()kgm—封头保温层质量，'030 146.2 1469.92071.61785.3计算内容计算公式及数据0~1 1~2 2~3 3~4 4~顶平台，扶梯质量kg m ,04平台质量2/150m kg q N= 笼式扶梯质量m kg q N/40=平台数量n=6 笼式扶梯总高mH F 29=()()[]F F p ni n iH q nq D B D m +⨯++-+++=212222242204δδδδπ()()[221.02014.020.29.021.02014.020.24⨯+⨯+-⨯+⨯+⨯+=π2940150621⨯+⨯⨯⨯5410=4080 1606.6 1726.61686.8 操作时塔内物料质量kgm,05()1102054ρρπf w i V h N h D m ++=6.147238001257.1800)0551.0(0.242=⨯+⨯+⨯⨯⨯=π0 900.62764.636031.925026.6人孔、接管、法兰等附件质量kg m a, 按经验取附件质量为：6.532145.2128625.025.001=⨯==m m a173.75 468.951216.25 1737.5 1725.16充液质量kg m w,wf w i w V H D m ρρπ2402+=4.8465510001257.12100023.260.242=⨯⨯+⨯⨯⨯=π1125.7 23116.32541278719.7 .1 偏心质量kg m e,再沸器：4000=em14002600 0 操作质量kg m ,0ea m m m m m m m m ++++++=0504030201040006.53216.14723514054731259545.21286++++++=81.68903=908.753471.5115914.0826775.5221836.91 最小质量kgm,minea m m m m m m m +++++=04030201min 2.040006.532151405473125952.045.21286++++⨯+= 85.43812=908.752570.9511076.0916216.6813040.39最大质量kgm,m axea w m m m m m m m m ++++++=04030201max 6.53214.84655514054731259545.21286++++++=46.138835=908.753696.65 36266.3553282.344681.413.3 自振周期计算计算内容计算公式及数据塔设备的自振周期s T ,1301390.3310e i m H T HE D δ-=⨯922.0102000161086.13000065.689033000033.90335=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-3.4 地震载荷与地震弯距计算计算内容计算公式及数据0~11~22~33~44~顶各段操作质量kg m i, 908.75 3471.55 15914.08 26772.52 21836.91各点距地面高度mm h i, 5002000 6500 15000 250005.1ih41012.1⨯ 41094.8⨯ 51024.5⨯ 61084.1⨯61095.3⨯ 5.1i i h m71002.1⨯81011.3⨯101083.0⨯101092.4⨯111086.0⨯∑==515.1i i i h m A111044.1⨯计算内容计算公式及数据0~11~2 2~3 3~4 4~顶 3i h 81025.1⨯ 91000.8⨯ 111075.2⨯ 111038.3⨯ 131056.1⨯ 3i i h m111014.1⨯131078.2⨯151037.4⨯ 161004.9⨯171041.3⨯∑==513i i i h m B171036.4⨯BA /7103068.3-⨯基本振型参与系数1k η5.175.11103068.3i i k h h BA -⨯==η31070.3-⨯21096.2-⨯0.1730.6071.307阻尼比iζ0.02衰减指数γ 975.002.055.002.005.09.055.005.09.0=⨯--+=--+=i i ζζγ 阻尼调整系数2η319.102.07.1.06.002.005.017.106.005.012=⨯+-+=+-+=i i ζζη地震影响系数最大值maxα12.0max =α()设计基本地震加速度度时设计烈度,7 场地土的特征周期gTg T ()类场土地地震分组为第一组， 35.0= 地震影响系数 1α75.135.055922.035.0g 1=⨯===T T T g ＜＜0616.012.0319.1922.035.0·)(975.0max211=⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛==αηαγT T g水平地震力NFk ,1gm F k k k 111ηα=2.028 61.981664.829818.4017231.22垂直地震影响系数 max,V α2925.045.065.065.0max max ,=⨯==ααV操作质量kg m ,047263.6当量质量kgm eq,取7.3544775.00==m meq底截面处垂直地震力NF V,00-5.10171481.97.354472925.0max ,00=⨯⨯=••=-g m F eq V V α ii h m51012.4⨯61058.4⨯71025.8⨯ 81067.2⨯81041.3⨯∑=51i i i h m81095.6⨯计算内容计算公式及数据垂直地震力N F V,11-1100581101714.56.9510i iV V i i kkk m h F F m h mh --===⨯⨯∑60.3670.3 12078 39088.849922.4 底截面处地震弯距mmN ME •-,001gH m M E 010013516α=-81070.5300008.981.689030616.03516⨯=⨯⨯⨯⨯=截面1-1处地震弯距mmN M E •-,111)41410(17585.35.25.35.201111h h H H Hg m M E +⨯-=-α85.35.25.35.21044.5)10004100030000143000010(300001758.981.689030616.08⨯=⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=截面2-2处地震弯距mmN M E •-,221)41410(17585.35.25.35.201221h h H H Hg m M E +⨯-=-α85.35.25.35.21091.4)300004300030000143000010(300001758.981.689030616.08⨯=⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=3.5 风载荷与风弯距计算计算内容 计算公式及数据0~11~2 2~33~4 4~顶各计算段的外径mmDOi ,=+=ni Oi D D δ220281422000=⨯+塔顶管线外径mm d O,400第i 段保温层厚度mmsi,δ 100 管线保温层厚度mmps ,δ100 笼式扶梯当量宽度3K400 计算内容计算公式及数据0~11~2 2~33~44~顶各计算段长度mm l i,100020007000 10000 10000操作平台所在计算段的长度 mm l ,00 2000 7000 10000 10000 平台数 0 0 22 2 各段平台构件的投影面积2,mm A ∑0 51018⨯51018⨯51018⨯操作平台当量宽度mm K ,442l A K ∑=873.8 514.3 360 360各计算段的有效直径mmDei, psOsiOiei d K D D δδ224++++=28282828 3342.3 3188 3188432K K D D si Oi ei +++=δ26282628 3142.3 2988 2988 取大值mmDei/ 2828 2828 3342.3 3188 3188 各计算段顶截面距地面的高度m h it,13102030风压高度变化系数i f根据ith 查表5-221.01.0 1.0 1.25 1.42体型系数1K 0.7 基本风压值2/,m N q500 塔设备的自振周期s T ,10.922210T q04.425922.05002=⨯脉动增大系数ξ 查表5-23 2.25 脉动影响系数iV查表5-240.720.72 0.72 0.79 0.83 Hh it /0.0330.10.330.671计算内容计算公式及数据0~11~2 2~3 3~4 4~顶第i 段振型系数Ziφ 根据H h it/与u 查表5-25 0.02 0.02 0.068 0.34 0.612各计算段的风振系数 iK 2izii i f V K φζ+=121.0324 1.0324 1.292 1.7692.315各计算段的水平风力N P i,612010i i i i ei P K K q f l D -=⨯1021.92043.710579.724673.136679.7 0-0截面的风弯距mmN MW•-,00)2()2()2(254321532132121100l l l l l P l l l P ll P l P M W ++++++++++=- 91036.17.36679250001.24673150007.1057965007.204320009.1021500⨯=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=1-1截面的风弯距mm N MW•-,11)2()2()2(25432543243232211l l l l P ll l P l l P l P M W ++++++++++=-91029.17.79.366240001.24673140007.1057955007.20431000⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=2-2 截 面 的 风 弯 距mm N M W•-,22)2()2(254354343322l l l P ll P l P M W +++++=-91014.17.36679220001.24673120007.105793500⨯=⨯+⨯+⨯=3.6 偏心弯距计算内容 计算公式及数据偏心质量kg m e,4000 偏心距mm e , 2000偏心弯距mm N M e•,=e M 710848.7200081.94000⨯=⨯⨯=e e g m3.7 最大弯距计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面 2-2截面 ei i W M M +-91044.1⨯91037.1⨯91022.1⨯ei i W i i E M M M ++--25.081089.9⨯ 81045.9⨯ 81054.8⨯ 最大弯距mm N M i i •-,max91044.1⨯91037.1⨯91022.1⨯3.8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容 计算公式及数据0-0截面 1-1截面 2-2截面有效厚度mmei ,δ12 筒体内径mm D i,2000计算截面以上的操作质量kg m i i ,0-68903.81 67995.06 64523.51设计压力引起的轴向应力MPa ,1σ==ei i pD δσ415012420002.1=⨯⨯ 050操作质量引起的轴向应力MPa ,2σeii i i D g m δπσ-=028.968.848.39最大弯距引起的轴向应力MPa ,3σeii i i D M δπσ2max34-=38.2236.35 32.38 载荷组合系数K 1.2系数A==i ei R A δ094.0310128.1100012094.0-⨯=⨯设计温度下材料的许用应力MPa t,][σ 查图9-4(16MnR ，300℃)得:：144][=tσ (Q235-A ，300℃) 得：86][=σt s86 86 144计算内容 计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面系数MPa B ,查图10-18(16MnR ，300℃)得：B=96 (Q235-A ，300℃)得：B=959595 96 MPaKB , 114 114 115.2 []MPaK t,σ103.2103.2 172.8许用轴向压应力MPacr ,][σ 取以上两者中小值103.2 103.2 115.2 []MPaK t,φσ87.7287.72146.88 圆筒最大组合压应力MPa ),(32σσ+对内压塔器 )(32σσ+≤cr][σ（满足要求）47.18 45.1840.77 圆筒最大组合压拉力MPa),(321σσσ+-对内压塔器)(321σσσ+-≤[]φσtK （满足要求） 29.26 27.51 73.993.9 塔设备压力试验的应力校核计算内容 计算公式及数据试验介质的密度3/,m kg s γ1000 液柱高度mHw,27.28 液柱静压力MPa sgH w,γ0.272-2截面最大质06.13423065.369675.90846.13883522=--=-T m量kgmT,22-试验压力MPa p T, [][]771.11441702.125.125.1=⨯⨯==tT pp σσ筒体常温屈服点MPa s,σ3452-2截面MPa K s,9.0σ372.62-2截面MPa KB ,115.2 计算内容 计算公式以及数据 压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力MPa cr,][σ取以上两者中小值115.2试验压力引起的周向应力MPa T,σ 1.171122)122000()27.0771.1(2))((=⨯+⨯+=++=ei ei i w S T T D gH p δδγσ液压试验时: STK σσ9.01.171<= 试验压力引起的轴向应力MPaT ,1σ1T σ=eiiTD p δ4=79.731242000771.1=⨯⨯ 重力引起的轴向应力MPaT ,2σ==-eii T D g m δπσ220245.171220008.906.134230=⨯⨯⨯π弯矩引起的轴向应力MPaT ,3σeii e w T D M M δπσ2223)3.0(4+=-15.11122000)10848.71014.13.0(4279=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=π压力试验时圆筒最大组合应力,MPa1T σ-2T σ+49.6715.1145.1779.733=+-=T σ液压试验时1T σ-2T σ+49.673=T σφσs K <(满足要求)2T σ+06.2815.1145.173=+=T σcr ][σ<(满足要求)3.10 裙座轴向应力校核计算内容 计算公式以及数据0-0截面积2,mm A sb4105.7122000⨯=⨯⨯==πδπis is sb D A0-0截面系数2,mm Z sb72210770.312200044⨯=⨯⨯==πδπis is sb D ZMPa KB ,114 MPaK S t ,][σ103.4 裙座许用轴向应力MPa , 取以上两者中小值 103.40-0截面组合应力MPa ,00max o sb sbM m g Z A -+=KB <=⨯⨯+⨯⨯20.47105.78.981.689031046.21044.1479KBA gm Z M M sbsb e W <=++-96.283.0max 0检查孔加强管长度mmlm,120检查孔加强管水平方向的最大宽度mm b m,450检查孔加强管厚度mmm,δ122,m A mm 28801212022=⨯⨯==m m m l A δ1-1截面处裙座筒体的截面积2,mm A sm[(2)]sm im es m m es m A D b A πδδδ=-+-∑()[]41098.6288012122450122000⨯=-⨯⨯+⨯-⨯⨯=π3,m Z mm222()()22m IM m es m b D Z l δ=-6221081.2)225()1000(120122⨯=-⨯⨯⨯=1-1截面处的裙座筒体截面系数3,smZmm2()42essm im es m imm Z D b D Z δπδ=--∑7621025.3)1081.262000450(21220004⨯=⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯=π1-1截面最大弯矩mmN M•-,11max91064.1⨯1-1截面组合应力MPa ,1111max 0sm sm M m Z A --+KB <=⨯⨯+⨯⨯=71.511098.68.906.679951025.31037.14791111max 0.3w sm smM m g Z A --+KB <=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=69.331098.68.971.1379261025.310848.71029.13.047793.11 基础环设计计算内容计算公式以及数据裙座内径mm D is , 2000裙座外径mm D os , 2os is es D D δ=+20281422000=⨯+=基础环外径mm D ob , 2280 基础环内径mm D ib , 1720基础环伸出宽度mm b , 252)17202280(21)(21=-=-=os ob D D b 相邻两盘板最大外侧间距mm l ,160基础环面积2,mm A b 622221076.1)17202280(4)(4⨯=-=-=ππib ob b D D A基础环截面系数3,mm Z b 844441087.7228032)17202280(32)(⨯=⨯-=-=ππobIb ob b D D D Z基础环材料的许用应力MPa b ,][σ140水压试验时压应力MPa b ,1σ=+=-b b b A g m Z M 000max 1σ21.21076.18.981.689031087.71044.1689=⨯⨯+⨯⨯操作时压应力MPa b ,2σ=++=-bb e W b A g m Z M M max 0023.0σ39.11076.18.946.1388351087.710848.71036.13.06879=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯ 混凝土基础上的最大压力取以上两者中大值2.21MPa b ,max σl b /6.1160/252/==l b矩形板力矩yC C x、系数查表5-27得：1260.00485.0y x+=-=C C；对X 轴的弯距mm mm N M X/,•XM =7.68062maxx-=b C b σ对Y 轴的弯距mm mm N M y/,•yM6.71282max y ==l C b σ计算力矩mm mm N M s/,•取以上两者中大值7128.6有筋板时基础环厚度mm ,[]48.171406.712866=⨯==bSb M σδ 经圆整取18=bδ3.12 地脚螺栓计算计算内容 计算公式及数据最大拉应力MPa B ,1σ=-+=-bb e W B A g m Z M M min 001σ58.11076.18.986.438121087.710848.71036.16879=⨯⨯-⨯⨯+⨯最大拉应力2,B MPa σ=--++=---bV b e W E B A F g m Z M M M 0000000225.0σ87.01076.18.981.689031087.710848.71036.125.01070.568798=⨯⨯-⨯⨯+⨯⨯+⨯基础环中螺栓承受的最大拉应力 Bσ去以上两者中大值 B σ=1.58>0塔设备必须设置地脚螺栓 地脚螺栓个数n 32 地脚螺栓材料的许用应力 MPa bt ,][σ 取对,235A Q -MPa bt147][=σ地脚螺栓腐蚀裕量 mmC ,2mmC 32=地脚螺拴取地脚螺栓螺纹小径mm d ,1=+=21][4C n A d btbB σπσ44.303147321076.158.146=+⨯⨯⨯⨯⨯π故取32-M36地脚螺栓满足要求 筋板及盖板计算略裙座与塔壳焊缝验算略塔设备法兰当量设计压力3.13 计算结果塔体圆筒名义厚度mm n,δ14(满足强度和稳定性要求)塔体封头名义14(满足强度和稳定性要求)厚度mmhn,δ 裙座圆筒名义厚度mmen,δ14(满足强度和稳定性要求) 基础环名义厚度mm b,δ28(满足强度和稳定性要求)地脚螺栓个数 32(满足强度和稳定性要求) 地脚螺栓公称直径mm d , 36(满足强度和稳定性要求)4 计算结果总汇1 按设计压力计算塔体和封头厚度项目 数据 计算压力MPa p c,1.2 圆筒计算厚度 mm ,δ9.9 +圆筒设计厚度 mm c,δ11.9 圆筒名义厚度mm n,δ14 圆筒有效厚度 mm e,δ12封头计算厚度 mm h,δ9.8封头设计厚度mm hc,δ11.8 封头名义厚度mm hn,δ14 封头有效厚度mm he,δ122 塔设备质量载荷计算项目 数据0~11~22~3 3~4 4~顶塔段内直径 mm D i,2000 塔段名义厚度mm ni,δ14塔段长度 mml i ,1000 20007000 10000 10000 塔体高度mmH ,130000 单位筒体质量m kg m m/,1695 筒体高度 mmH ,126230 筒体质量kgm ,118339.85封头质量kgm,2971.6 裙座高度mmH,33000裙座质量kgm,32085塔体质量kgm,0121286.45695 1875.8 4865 69506900.65塔段内件质量kgm,0212959)/75(2mkgqN浮伐塔盘质量0 0 2591.75654.94712.4保温层质量kgm,0354730 146.2 1469.92071.61785.3项目数据0~1 1~2 2~3 3~4 4~顶平台，扶梯质量kgm,04541040 80 1606.61726.61686.8操作时塔内物料质量kgm,0514723.60 900.6 2764.66031.5026.392 6人孔、接管、法兰等附件质量kg m a, 5321.6173.75 468.951216.25 1737.5 1725.16充液质量kg m w,84655.40 1125.723116.9 32541.7 27871.1 偏心质量kg m e,4000 0 014002600操作质量kg m ,068903.81908.753471.5115914.08 26775.5221836.91最小质量kgm,min43812.85908.752570.9511076.09 16216.6813040.39最大质量kgm ,m ax138835.46908.753696.6536266.3553282.344681.413 自振周期计算计算内容 计算公式及数据塔设备的自振0.922周期s T ,14 地震载荷与地震弯距计算项目数据0~11~22~33~44~顶各段操作质量kg m i, 908.75 3471.55 15914.08 26772.52 21836.91各点距地面高度mm h i, 5002000 6500 15000 250005.1ih41012.1⨯ 41094.8⨯ 51024.5⨯ 61084.1⨯61095.3⨯ 5.1i i h m71002.1⨯ 81011.3⨯ 101083.0⨯ 101092.4⨯ 111086.0⨯ A 111044.1⨯3ih81025.1⨯ 91000.8⨯ 111075.2⨯ 111038.3⨯ 131056.1⨯ 3i i h m111014.1⨯131078.2⨯151037.4⨯ 161004.9⨯171041.3⨯∑==513i i i h m B171036.4⨯BA /7103068.3-⨯基本振型参与系数1k η31070.3-⨯21096.2-⨯0.173 0.607 1.307阻尼比i ζ0.02 衰减指数γ 0.975 阻尼调整系数1.3192η地震影响系数最大值maxα0.12 场地土的特征周期gT0.35地震影响系数 1α0.0616水平地震力NFk ,12.028 61.981664.82 9818.4017231.22垂直地震影响系数 max,V α0.2925 操作质量kg m ,047263.6 当量质量kgm eq,35447.7 底截面处垂直地震力NF V,00-101714.5ii h m51012.4⨯61058.4⨯71025.8⨯ 81067.2⨯81041.3⨯∑=51i i i h m81095.6⨯垂直地震力N F V,11-60.3 670.3 1207839088.849922.4底截面处地震弯距mmN ME •-,00181070.5⨯截面1-1处地震弯距mmN M E •-,11181044.5⨯截面2-2处地震弯距mmN M E •-,22181091.4⨯5 风载荷与风弯距计算项目 数据0~11~22~33~44~顶各计算段的外径mmDOi ,2028 塔顶管线外径mm d O,400 第i 段保温层厚度mmsi,δ 100 管线保温层厚度mmps ,δ100 笼式扶梯当量宽度3K400各计算段长度mm l i,100020007000 10000 10000操作平台所在计算段的长度 mm l ,00 2000 7000 10000 10000 平台数 0 0 22 2 各段平台构件的投影面积2,mm A ∑51018⨯51018⨯51018⨯操作平台当量宽度mm K ,40 873.8 514.3 360 360取大值mmDei/ 2828 2828 3342.3 3188 3188 各计算段顶截面距地面的高度m h it,13102030风压高度变化系数if1.0 1.0 1.0 1.25 1.42体型系数1K0.7 基本风压值2/,m N q500 塔设备的自振周期s T ,10.922 210T q425.04脉动增大系数ξ 2.25脉动影响系数iV 0.72 0.72 0.72 0.79 0.83 H h it/ 0.0330.10.33 0.671项目 数据0~1 1~2 2~3 3~44~顶第i 段振型系数Ziφ0.02 0.020.0680.34 0.612各计算段的风振系数 iK 21.0324 1.0324 1.292 1.7692.315各计算段的水平风力 N P i,1021.92043.710579.724673.136679.70-0截面的风弯距mmN M W•-,0091036.1⨯ 1-1截面的风弯距mmN MW•-,1191029.1⨯2-2 截 面 的 风 弯 距 mm N M W•-,2291014.1⨯6 偏心弯距偏心质量kg m e ,4000 偏心距mm e , 2000偏心弯距mm N M e•,710848.7⨯7 最大弯距项目数据0-0截面1-1截面 2-2截面 ei i W M M +-91044.1⨯91037.1⨯91022.1⨯ei i W i i E M M M ++--25.081089.9⨯ 81045.9⨯ 81054.8⨯ 最大弯距mm N M i i •-,max91044.1⨯91037.1⨯91022.1⨯8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核项目 数据0-0截面 1-1截面 2-2截面有效厚度mmei ,δ12 筒体内径mm D i,2000计算截面以上的操作质量68903.8167995.0664523.51kgm i i ,0-设计压力引起的轴向应力MPa ,1σ5050操作质量引起的轴向应力MPa ,2σ8.96 8.84 8.39最大弯距引起的轴向应力MPa ,3σ38.22 36.35 32.38载荷组合系数K 1.2系数A310128.1-⨯设计温度下材料的许用应力MPa t,][σ 查图9-4(16MnR ，300℃)得:：144][=tσ (Q235-A ，300℃) 得：86][=σt s86 86 144系数MPa B ,查图10-18(16MnR ，300℃)得：B=96(Q235-A ，300℃)得：B=959595 96 MPaKB , 114114 115.2 []MPaK t,σ103.2 103.2 172.8 许用轴向压应103.2103.2115.2力MPacr,][σ[]MPaK t,φσ87.7287.72146.88 圆筒最大组合压应力MPa ),(32σσ+对内压塔器 )(32σσ+≤cr][σ（满足要求）47.18 45.1840.77 圆筒最大组合压拉力MPa),(321σσσ+-对内压塔器)(321σσσ+-≤[]φσtK （满足要求） 29.26 27.51 73.999 塔设备压力试验的应力校核试验介质的密度3/,m kg s γ1000 液柱高度mHw,27.28 液柱静压力MPa sgH w,γ0.27 2-2截面最大质量kgmT,22-134230.06 试验压力MPa p T, 1.771 筒体常温屈服点MPa s,σ3452-2截面MPa K s,9.0σ372.62-2截面MPa KB , 115.2压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力MPacr ,][σ115.2 试验压力引起的周向应力MPa T,σ171.1液压试验时: STK σσ9.01.171<=试验压力引起的轴向应力MPa T ,1σ73.79 重力引起的轴向应力MPaT ,2σ 17.45 弯矩引起的轴向应力MPaT ,3σ11.15 压力试验时圆筒最大组合应力,MPa67.492T σ+06.283=T σcr ][σ<(满足要求)10 裙座轴向应力校核计算内容 计算公式以及数据0-0截面积4105.7⨯2,mm A sb0-0截面系数2,mm Z sb710770.3⨯MPaKB , 114 MPaK S t ,][σ103.4 裙座许用轴向应力MPa , 103.40-0截面组合应力MPa , 00max o sb sbM m gZ A -+=KB <20.47KBA gm Z M M sbsb e W <=++-96.283.0max 00检查孔加强管长度mmlm,120检查孔加强管水平方向的最大宽度mm b m,450检查孔加强管厚度mmm,δ12 2,mA mm28801-1截面处裙座筒体的截面积2,mm A sm41098.6⨯ 3,m Z mm61081.2⨯1-1截面处的裙座筒体截面系数3,smZmm 71025.3⨯1-1截面最大弯矩mmN M•-,11max91064.1⨯1-1截面组合应力MPa ,1111max 0sm smM m Z A --+KB <=71.511111max 0.3w sm smM m gZ A --+KB <=69.33 11 基础环设计裙座内径mm D is , 2000 裙座外径mm D os , 2028 基础环外径mm D ob , 2280 基础环内径mm D ib , 1720基础环伸出宽度mm b , 252相邻两盘板最大外侧间距mm l ,160基础环面积2,mm A b 61076.1⨯基础环截面系数3,mm Z b 81087.7⨯基础环材料的许用应力MPa b ,][σ140水压试验时压应力MPa b ,1σ2.21操作时压应力1.39MPa b ,2σ混凝土基础上的最大压力MPa b ,max σ2.21l b /1.6 矩形板力矩yC C x、系数1260.00485.0y x +=-=C C ；对X 轴的弯距mm mm N M X/,•-6806.7 对Y 轴的弯距mm mm N M y/,•7128.6计算力矩mm mm N M s/,•7128.6有筋板时基础环厚度mm ,17.48圆整取1812 地脚螺栓计算最大拉应力MPa B ,1σ 1.58最大拉应力2,B MPa σ0.87 基础环中螺栓承受的最大拉应力 Bσ1.58 地脚螺栓个数n 32 地脚螺栓材料的许用应力 MPa bt ,][σ 147 地脚螺栓腐蚀裕量 mmC ,23地脚螺栓螺纹小径mm d ,130.44故取32-M36地脚螺栓满足要求 筋板及盖板计算略裙座与塔壳焊缝验算略塔设备法兰当量设计压力13 计算结果塔体圆筒名义厚度mm n,δ14(满足强度和稳定性要求) 塔体封头名义厚度mmhn,δ14(满足强度和稳定性要求) 裙座圆筒名义14(满足强度和稳定性要求)厚度mmen,δ基础环名义厚度mm b,δ28(满足强度和稳定性要求) 地脚螺栓个数 32(满足强度和稳定性要求) 地脚螺栓公称直径mm d ,36(满足强度和稳定性要求)4 后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。