塔设备计算实例
塔器吊装计算书
附录5计算说明书一、受力分析及绳扣选择设备主吊简图如下：图1 图2图1是塔器下端各分段主吊简图，图2是塔器上段主吊简图。
件1为管式吊耳，件2和件4为吊装绳扣，件3为平衡梁，件5为板式吊耳，件6为吊装绳扣。
图1所示模型以苯塔Ⅰ段为例进行校核，图2所示模型以白土塔为例进行校核，件3平衡梁单独进行校核，其它各段不逐一校核。
1．苯塔Ⅰ段校核（直立状态受力最大）设备重量G=57.5吨，件1选用φ273×10无缝钢管（20#），长度为L=200mm=20cm（见下图），件2选用φ39mm×18m钢丝绳扣，件4选用φ39mm×20m钢丝绳扣，α为吊装绳扣与水平方向夹角。
1）主吊耳强度校核Gj=K*G=1.1×56=63.3t，K=1.1为动载系数；Q=1/2 Gj=1/2×63.3=31.7t=31700Kg；弯矩为M=Q*L/2=31700*20/2=3.17×105kg.cmφ273×10无缝钢管的抗弯模量为：W=πD3［1-（d/D）4］/32=3.14×27.33［1-（25.3/27.3）4］/32=523.84cm3 弯曲应力σ=M/W=3.17×105/523.84=605.2 kg/ cm2＜[σ]=1700 Kg/cm2；其中，[σ]=1700 Kg/cm2为20#无缝钢管许用弯曲应力。
剪应力τ＝Pcosα/A（此处α＝0）＝31700/82.6=384 Kg/cm2＜[τ]=1000 Kg/cm2组合应力[τ2＋(σM 2+σN2)]1/2＝[3842＋605.22)]1/2＝716Kg/cm2＜[σ]=1000 Kg/cm2；故件1强度满足要求。
2）吊装绳扣强度校核2.1件2选用钢丝绳扣φ39mm×18m一对，每根四股使用（每根工作绳数按3根绳计算）。
每根绳扣受力为：P1=Q=1/2Gj=1/2×63.3=31.7t=31700Kg；单根φ39mm钢丝绳破断拉力为S=52d2=52×392=79092 Kg钢丝绳扣使用安全系数为：n=3S/P=3×79092/31700=7.48≥[n]=6[n]=6为吊装钢丝绳扣许用安全系数。
塔设备计算实例讲解
《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)。
二. 设计参数与结构简图1、设计参数本课程设计的工艺条件由化工原理课程设计计算而得。
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。
塔吊附着计算(验算合格)
塔吊附着计算塔机安装位置至建筑物距离超过使用说明规定，需要增长附着杆或附着杆与建筑物连接的两支座间距改变时，需要进行附着的计算。
主要包括附着杆计算、附着支座计算和锚固环计算。
一. 参数信息二. 支座力计算塔机按照说明书与建筑物附着时，最上面一道附着装置的负荷最大，因此以此道附着杆的负荷作为设计或校核附着杆截面的依据。
附着式塔机的塔身可以视为一个带悬臂的刚性支撑连续梁，其内力及支座反力计算如下:1. 风荷载计算1) 工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值塔机所受风均布线荷载标准值 (Wo=0.2kN/m2)W k=0.8×0.7×1.95×1.54×0.2=0.34kN/m2q sk=1.2×0.34×0.35×1.8=0.25kN/m2) 非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值塔机所受风均布线荷载标准值 (本地区 Wo=0.30kN/m2)W k=0.8×0.7×1.95×1.54×0.30=0.50kN/m2q sk=1.2×0.50×0.35×1.80=0.38kN/m2. 塔机的倾覆力矩工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值M k=-2450+800=-1650.00kN.m非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值M k=-2450.00kN.m3. 力 Nw 计算工作状态下: N w=0.000kN非工作状态下: N w=0.000kN三. 附着杆内力计算塔吊四附着杆件的计算属于一次超静定问题,采用结构力学计算个杆件内力: 计算简图:方法的基本方程：计算过程如下：其中:∑1p为静定结构的位移；T i0为F=1时各杆件的轴向力；T i为在外力M和P作用下时各杆件的轴向力；l i为各杆件的长度。
考虑到各杆件的材料截面相同，在计算中将弹性模量与截面面积的积EA约去，可以得到：各杆件的轴向力为：考虑工作状态和非工作状态两个工况，以上的计算过程将θ从0-360度循环，解得每杆件的最大轴压力，最大轴拉力：杆1的最大轴向拉力为：102.2kN；杆2的最大轴向拉力为：62.57kN；杆3的最大轴向拉力为：62.57kN；杆4的最大轴向拉力为：102.2kN；杆1的最大轴向压力为：102.20kN；杆2的最大轴向压力为：62.57kN；杆3的最大轴向压力为：62.57kN；杆4的最大轴向压力为: 102.20kN。
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。
塔基础计算(圆柱式)
按构筑物抗震设计规范（ＧＢ－５０１９１－９３）的经验
公式 当Ｈ２／Ｄ０＜７００时
Ｔ１＝０.４０＋０.９８Ｘ１０－３Ｈ２／Ｄ０
0.4784当Ｈຫໍສະໝຸດ ／Ｄ０＞７００时Ｈ２／Ｄ０
80
Ｔ１＝０.２９＋１.１４Ｘ１０－３Ｈ２／Ｄ０
0
四．风荷载计算
Ｗ=DbzmsmzW0(kN/m)
bz=1+zufz/mz
ms
mz
4.48
一．设计资料
塔设备直径D（米） 3.2
塔设备高度H
（米） 16
基本风压W0(kN/m2) 0.4
地基承载力特征值fak(kPa) 400
抗震设防烈度 6
场地类别 2
设计地震分组 2
a1 0.12
二．荷载
塔设备自重(kN)
385
操作时塔总重(kN) 1350
塔试验重(kN)
1350
三．塔型设备自振周期
2.24
1.10 1.42
( 14.2.6 - 1 ) ( 14.2.6 - 2 )
mzW0D2
H/D
z
5.81632
5
2.1
塔基础顶面剪力（Ｑ）
塔基础顶面弯矩(kN-m)
Q=W*H(kN)
M=W*H2/2(kN-m)
71.729152
573.833216
地基承载力特征值fa(kPa) 400
u 0.84
-0.73
0.53
14.4
2
rl
Pjmax
R
1.8
107.4
2
R 1.6
r1/R 0.90
底板厚度h0取 0.5 米
-209.12
-0.5944 -0.5944
化工原理下册 第三章塔设备-2
xn1 yn (利用操作线方程)
（2）塔顶冷凝器的类型 (i)当塔顶为全凝器时,
y1 xd
则自第一块塔板下降的液相组成 x1 与 y1 成相平衡， 故可应用相平衡 方程由 y1 计算出 x1，自第二块塔板上升蒸汽组成 y2 与 x1 满足操作线方 程，由操作线方程以小 x1 计算得出 y2.
停留时间，即
A H
f T
LS
—液体在降液管中的停留时间，s
Af
（2）.降液管底隙高度 为保证良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取为
hO
m3 —降液管截面积，
hO hW 0.006 ~ 0.012 , hO
m
也不易小于 0.02～0.025m，以免引起堵塞，产生液泛。
孔，以供停工时排液。
18
19
3．溢流堰
根据溢流堰在塔盘上的位置
可分为进口堰和出口堰。
当塔盘采用平形受液盘时， 为保证降液管的液封，使液体 均匀流入下层塔盘，并减少液 流沿水平方向的冲击，应在液
体进口处设置进口堰。
20
21
4、溢流堰（出口堰）的设计
(1).堰长 lW : 依据溢流型式及液体负荷决定堰长,单溢流型塔板堰 长 lW 一般取 为 (0.6 ～ 0.8)D ；双溢 流型塔 板，两 侧堰长 取为 (0.5 ～ 0.7)D，其中 D 为塔径 (2).堰上液层高度 OW ： 堰上液层高度应适宜，太小则堰上的液体均布差，太大则塔板压 强增大，物沫夹带增加。对平直堰，设计时 hOW 一般应大于 0.006m， 若低于此值应改用齿形堰。 hOW 也不宜超过 0.06 ～ 0.07m ，否则可改 用双溢流型塔板。 平直堰的 hOW 按下式计算 式中
设备力矩与重心计算实例
设备力矩与重心计算设备吊装前，应对设备力矩与重心计算，找出吊点位置催化分馏塔吊装分析（稳定性校核计算）催化分馏塔由于现场吊装场地的限制，所以需采用整体吊装的方法进行，因为催化分馏塔设备体积较大的圆筒形设备，尤其是设备壁厚较薄，高度达到了56米，所以在吊装过程中保证设备自身的稳定性是整个吊装施工的重点。
1、催化分馏塔主要参数：材质：16MnR序号名称外形尺寸（直径*高*厚）单位重量（Kg）1 上封头4600×1205×12+3 Kg 26982 筒体1 4600×23450×12+3 Kg 400343 筒体2 4600×10000×16+3 Kg 216434 筒体3 4600×10000×20+3 Kg 262225 裙座4600×1000×20+3 Kg 244806 下封头4600×1205×20+3 Kg 41507 附件Kg 约14000催化分馏塔φ4600/55000Kg 132800催化分馏塔外形尺寸：2、催化分馏塔稳定计算主导思路根据催化分馏塔主要技术参数，拟定该塔的稳定性（刚性）计算应按以下步骤进行：1）静载荷时吊点处设备截面的受外力稳定性（刚性）计算，与钢材可塑性极限值做对比，根据校核结果考虑加固措施；2）整个设备（承受最大弯矩）重心位置的稳定性（刚性）计算，与钢材屈服强度、做对比，根据校核结果考虑加固措施；3）吊装过程中（动载荷）时吊点处设备截面的受外力稳定性（刚性）计算，与钢材可塑性极限值做对比，考虑是否需要加强该处加固措施。
3、计算前主要数据准备1）设备中心位置的确定（进行近似计算）首先计算设备下段的重心点位置：由于设备为圆筒形设备，重心点处于圆筒的轴心线上，假定设备下段的中心点为G1处，下段设备两段重心点距离的1/2为L，并设L距离重心点的距离为a，下段设备1/2的重量为Ga和Gb，（忽略下封头和底座环位置重量的突变）。
精馏塔强度计算实例
第六部分 塔内件机械强度设计及校核6.1精馏塔筒体和裙座壁厚计算选用16MnR 钢板，查《化工设备机械基础》表9-4得：，MPa 170][t =δ焊接采用双面焊100%无损探伤检查，焊接接头系数00.1=ϕ，则由筒体的计算厚度为：[]0.111823000.76()2217010.1118c i p D c mm t p δσϕ⨯===-⨯⨯-查《化工设备机械基础》表9-10得mm C 8.01=，加上壁厚附加量C=2mm ，并圆整，还考虑刚度、稳定性及多种载荷等因素，取筒体、封头和裙座的名义厚度Sn 为8mm ，则有效厚度 826mm e n C δδ=-=-=（）应力校核：采用水压试验，试验压力为[][]1701.25 1.250.11180.14170T tp pMPa σσ==⨯⨯=（） 压力试验时的薄膜应力()eT δδσ2D p e i T +=故()0.142300626.9()26T MPa σ⨯+==⨯查表9-4，16MnR 的MPa s 345=σ故0.90.91345310.5()26.9MP s T MPa a ϕσσ=⨯⨯==＞ 所以满足水压试验要求。
封头采用标准椭圆封头 6.2精馏塔塔的质量载荷计算 6.2.1塔壳和裙座的质量圆筒质量塔体圆筒总高度Z 8m =()1422iD -D Z m πρ=()2232.316 2.300137.85105916.554kg π=-⨯⨯⨯=6.2.2封头质量查的DN2300，壁厚8mm 的椭圆形封头的质量为251kg ，则kg 5022251m 2=⨯=6.2.3 裙座质量 圆筒裙座尺寸：23002316is os D mm D mm ==，。
()钢πρs 2is 2os 3H D -D 4m =2232.312 2.327.85106824kg π=-⨯⨯⨯=（） 011233640.955026824825m m m m kg =++=++=6.2.4塔内构件质量塔盘单位质量为175.59kg02175.59152633.9m kg =⨯=6.2.5人孔、法兰、接管与附属物质量010.250.2548251206.3a m m kg ==⨯=6.2.6保温材料质量03m '为封头保温层质量，查《化工工艺设计手册》选用硅酸钙制品，厚度为150mm()2203000203224s m D D H m δρ⎡⎤'=+-+⎣⎦π ()()222.31620.15 2.3161330020.5870.3983004643.204π⎡⎤=⨯+⨯-⨯⨯+⨯-⨯=⎣⎦kg6.2.7平台、扶梯质量()()[]F F P 2s 02s 004H q nq 212D -B 22D 4m +⨯+++=δδπ()()2212.31620.120.9 2.31620.1221504012423376.1π⎡⎤=⨯+⨯+⨯-+⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⎣⎦=kg式中：P q ------平台单位质量，为；2m /kg 150 F H -----扶梯高度，为12m ；F q ------笼式扶梯的单位质量，为；m /0kg 4 n------平台数量。
塔计算
三：塔型选择与依据最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。
作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。
此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：生产能力大；操作稳定，弹性大；流体流动阻力小;结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。
板式塔与填料塔都是气－液传质过程的常用设备。
板式塔是与填料塔具有不同特点的气－液传质设备。
与填料塔相比较，具有效率较稳定，检修清理较易，液气比适应范围较大的优点。
但它也有结构比较复杂，压降较大并且耐腐性较差的特点。
表6.4 板式塔与填料塔比较项目塔型板式塔填料塔压力降压力降一般比填料塔大压力降小，较适于要求压力降小的场合空塔气速（生产能力）空塔气速小空塔气速大塔效率效率稳定，大塔效率比小塔有所提高塔径在Φ1400mm以下效率较高，塔径增大，效率常下降液气比适应范围较大对液体喷林量有一定要求持液量较大较小材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难造价直径大时一般比填料塔造价低直径小于Φ800mm，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加重量较轻重因为板式塔处理量大、效率高、清洗检修方便且造价低，故工业上多采用板式塔。
因而本设计中选用板式塔。
板式塔大致可分为两类，一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S型、多降液管塔板等。
另一类是无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等，工业应用较多的是有降液管的浮阀、筛板和泡罩塔板等。
工业上常见的几种的板式塔及其优缺点：Ⅰ、浮阀塔：浮阀塔广泛应用于精馏、吸收和解吸等过程。
其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上的液层进行两相接触。
浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。
浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀。
盘式浮阀的主要优点是生产能力大，操作弹性较大，分离效率较高，塔板结构较泡罩塔简单。
塔式起重机地基基础的设计计算和十字型基础设计实例概要.
塔式起重机地基基础的设计计算1、前言塔式起重机（以下简称塔机）地基基础的设计应根据工程地质勘察资料，综合考虑工程结构类型及布置、施工条件、环境影响、使用条件和工程造价等因素，做到因地制宜且安全经济地设计计算。
塔机基础的设计应按独立状态下的工作状态和非工作状态的荷载分别计算。
塔机基础工作状态的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、起重荷载、风荷载，并应计入可变荷载的组合系数，其中起重荷载不应计入动力系数；非工作状态下的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、风荷载。
塔机在独立状态时，所承受的风荷载等水平荷载及倾覆力矩、扭矩对基础的作用效应最大；附着状态（安装附墙装置后）时，塔机虽然增加了标准节自重，但对基础设计起控制作用的各种水平荷载及倾覆力矩、扭矩等主要由附墙装置承担，故附着状态可不计算。
目前各工程项目塔机的地基基础均按塔机制造商提供的基础图施工，由于这些塔机基础图在全国各地使用中所处的风荷载、工程地质差异很大，当使用地的风荷载很大时就会不安全，而在风荷载较小地区就会导致浪费保守，例如利用天然地基承载的塔机基础图常注明地基承载力特征值不得小于200KN/m2，实际上不符合因地制宜的设计原则。
下面根据国家行业标准《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009，通过实例说明塔机独立状态下地基基础科学合理的设计计算。
2、塔机竖向荷载分析塔机的竖向荷载F K包括：塔身自重G0、起重臂自重G1、小车和吊钩自重G2、平衡臂自重G3、平衡块自重G4、最大起重荷载Q max、最小起重荷载Q min、塔机各分部重心至塔身中心的距离R Gi、最大或最小起重荷载至塔身中心相应的最大距离R Qi。
将塔机各构件自重及起重荷载分别计算的目的在于分析计算竖向荷载作用下的倾覆力矩，常用的QTZ60塔机竖向荷载如图1所示。
=10kN 4图1 QTZ60塔机竖向荷载简图3、塔机风荷载分析3.1 塔机风荷载取值的基本规定塔机工作状态的基本风压应按0.20 kN/m2取用，风荷载作用方向应按起重力矩同向计算；非工作状态的基本风压应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009中给出的50年一遇的风压取用，且不小于0.35kN/m2，风荷载作用方向应从平衡臂吹向起重臂。
塔设备机械计算
第四章塔设备机械设计塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。
机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。
4.1设计条件由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。
表4-1 设计条件表4.2设计计算4.2.1全塔计算的分段图4-1 全塔分段示意图塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。
分段示意图如图4-1。
4.2.2塔体和封头厚度塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ）液柱静压力：018.034.281.992.783101066=⨯⨯⨯==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60.185.0170220000.12=-⨯⨯⨯=-=c i c p D p φσδ（mm ）圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=∆++=∆++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60.15.085.0170220000.15.02=⨯-⨯⨯⨯=-=c i c h p D p φσδ（mm ）封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=∆++=∆++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3塔设备质量载荷1. 塔体质量查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。
塔设备计算实例(文书特制)
根据塔器使用条件（介质的腐蚀性、设计压力、设计温度）、材料的焊接性能、零件的制造工艺及经济合理性进行选材：
塔体：16MnR封头：16MnR
接管：20底座：Q235-B
塔盘：16MnR法兰：16MnII
（材料的许用应力按照《化工设备机械基础》表8-7查并列表）
2）塔盘结构
根据工艺条件、塔体直径，塔盘结构选为单液流分块式塔盘，具体塔盘结构及尺寸的选取见第十七章第三节（p430-438）。（自选）
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。
《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
一.设计任务书…………………………………………………………2
二.设计参数与结构简图………………………………………………4
塔设备强设计计算模板
σB≤0塔自身稳定，固定位置加螺栓σB>0，必须设地脚螺栓，螺纹小径
地脚螺栓个数取4的倍数，小直径塔取6个，圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24
第42页/共47页
（四）群座与塔底封头焊接结构
对接焊缝压应力，轴向载荷较高，一般用于大型塔，搭接焊缝受剪应力，一般用于小型塔
第43页/共47页
主要内容：
了解塔所承受载荷的特点。熟悉塔体和裙座承受的各项载荷计算及强度校核步骤。能够确定塔体和裙座体危险截面，并掌握塔体壁厚的校核方法。
第1页/共47页
一、塔体强度计算
室外H/D较大的塔，操作压力、质量载荷、风载荷、地震载荷偏心载荷等
第2页/共47页
㈠ 按设计压力计算筒体及封头壁厚
按第十五章"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。
第14页/共47页
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。
第15页/共47页
（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
第16页/共47页
FK1-mK引起的基本振型水平地震力Cz-综合影响系数，直立圆筒Cz=0.5；
第27页/共47页
表4-34 轴向最大应力的校核条件
第28页/共47页
3. 水压试验时应力校核
(1) 关于拉应力
① 环向拉应力的验算在第十五章② 最大组合轴向拉应力
第29页/共47页
(2) 设备充水（未加压）后最大质量和最大弯矩在壳体中引起的组合轴向压应力
K为载荷组合系数，取K=1.2。
塔设备计算实例讲解
《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)。
二. 设计参数与结构简图1、设计参数本课程设计的工艺条件由化工原理课程设计计算而得。
塔吊计算书
一、塔吊的基本参数信息塔吊型号:JL5613，塔吊起升高度H=39.000m，塔吊倾覆力矩M=1378.600fkN.m，混凝土强度等级:C35，塔身宽度B=1.500m，基础以上土的厚度D=1.500m，自重F1=390.000kN，基础承台厚度Hc=1.400m，最大起重荷载F2=60.000kN，基础承台宽度Bc=5.000m，桩钢筋级别:II级钢，桩直径或者方桩边长=0.500m，桩间距a=4.000m，承台箍筋间距S=200.000mm，承台砼的保护层厚度=50.000mm，空心桩（采用的预应力管桩）的空心直径:0.30m。
二、塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算塔吊自重（包括压重）F1=390.00kN，塔吊最大起重荷载F2=60.00kN，作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×(F1+F2)=540.00kN，塔吊的倾覆力矩M=1.4×1378.60=1930.04kN。
三、矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。
1. 桩顶竖向力的计算依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条。
其中n──单桩个数，n=4；F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=540.00kN；G──桩基承台的自重G=1.2×（25×Bc×Bc×Hc/4+20×Bc×Bc×D/4)=1.2×(25×5.00×5.00×1.40+20×5.00×5.00×1.50)=1950.00kN；Mx，My──承台底面的弯矩设计值，取1930.04kN.m；xi，yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=2.00m；Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN)；经计算得到单桩桩顶竖向力设计值，最大压力：N=(540.00+1950.00)/4+1930.04×2.00/(4×2.002)=863.75kN。
高塔基础计算书(手算)
基本计算资料：采用现行国家有关规范<<石油化工塔型设备基础设计规范>>,（SH 3030-1997）<<建筑结构荷载规范>>（GB50009-2001）<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）<<建筑抗震设计规范>>（GB50011-2001）<<高耸结构设计规范>>（GBJ135-90）<<构筑物抗震设计规范>>（GB50191-93）<<化工设备基础设计规定>>参考手册：〈〈高塔基础设计手册〉〉以塔401为例：计算如下：一、塔设备内径：D1=2.2m, 外径：D2=2.224m塔设备高度：30m基本风压：0.5kN/ m2㎡㎡地震烈度：7度，设计地震基本加速度：0.15g。
基础置于砾石层上，地基承载力特征值:f a=400kPa。
二、荷载空塔自重：22吨，生产时操作重：31吨充水水重：110吨，平台梯子重：7吨(含管道、保温等)三、周期计算：δ1＜＝30，当h2/D2=302/2.224=404.7<700T1=0.35+0.85x10-3x h2/D2 =0.694s四、风荷载计算：w k=βz u s u z u r(1+u e)(D2+2δ2)w0u s=0.6, u r=1.1, u e=0.23, δ2=0.3w k=0.6x1.1x1.23βz u z w0 D2=0.812βz u z w0 (D2+2δ2)离地面高度H(m) 10 20 30u z 1.0 1.25 1.42u z w00.5 0.625 0.71βz 1.35 1.82 2.23w k 1.55 2.6 3.6注：βz是按高耸结构设计规范计算作用在基础顶面的剪力：Q=[1.55+(1.55+2.6)/2+(2.6+3.6)/2]x10=67kN作用在基础顶面的弯矩：M=[1.55x5+1.55x15+2.6x25+0.5x16.7x1.05+0.5x26.7x1]x10=1180kN.m五、地震作用计算：G eq=31x10=310kNa1=(T g/T1) 0.9xa max=(0.35/0.694) 0.9x0.12=0.065F EK=a1xG eq=0.065x310=20.15kN作用在基础顶面的剪力：Q=F EK=20.15kN作用在基础顶面的弯矩：M=Qx2h/3=20.15x2x30/3=806 kN.m六、基础设计〈一〉、正常操作情况下的荷载标准组合假设基础直径5.2m，基础埋深3.0m,基础高出地面0.3m。
塔吊基础计算实例
群塔施工方案群塔施工方案1.编制依据1.1 慧谷阳光住宅小区一期工程施工组织总设计。
1.2 慧谷阳光住宅小区B、C、D、E座施工图纸。
1.3《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33—2001 J119—2001）1.4《高处作业分级》（GB3608-83）1.5《起重吊车指挥信号》（GB5082-85）1.6《起重机司机安全技术考核标准》（GB6702-86）1.7《建筑塔式起重机安全规程》（GB5144-85）1.8 《北京慧谷阳光住宅小区岩土勘察详勘报告》2.工程概况慧谷阳光住宅小区位于北京市朝阳区来广营乡侯家庄东，望京北路以东，北侧为北小河南滨河路，南侧为望京中环路。
施工现场南北长260m，东西宽240m，规划用地总面积6.23万平方米。
施工现场为杂土回填，地基承载力在100KPa左右。
本工程一期由4栋全现浇剪力墙板式高层及2座地下车库组成，其中B座住宅楼和1#车库建筑面积18130.67m2，B座主楼东西长89.87m，南北宽11.88m，建筑最大高度34.70m；C座住宅楼和2#车库建筑面积15550.97 m2， C座主楼东西长75.46m，南北宽11.88m，建筑最大高度35.0m；D座住宅楼建筑面积11435.72m2，东西长67.36m，南北宽11.88m，建筑最大高度37.50m；E座住宅楼建筑面积9960.99m2，东西长75.46m，南北宽11.88 m，建筑最大高度30.05m。
3. 塔吊设计方案3.1 塔吊平面布置3.1.1 平面布置原则3.1.1.1 塔吊施工消灭死角。
3.1.1.2 塔吊相互之间不干涉（不碰臂）。
3.1.1.3 便于安装和拆卸。
3.1.2 塔吊平面布置图3.1.2.1 B座住宅楼塔吊布置于B座楼15～16轴南侧，塔吊中心距南墙7.6m，塔基上皮标高为-3.75m。
3.1.2.2 C座住宅楼塔吊布置于C座楼13～14轴南侧，塔吊中心距南墙7.6m，塔基上皮标高为-7.35m。
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4、结构设计，设备法兰的型式及尺寸选用，管法兰等零部件选型。 1）零部件材料的选取
根据塔器使用条件（介质的腐蚀性、设计压力、设计温度）、材料的焊
接性能、零件的制造工艺及经济合理性进行选材：
塔体：16MnR
封头：16MnR
接管：20
底座：Q235-B
塔盘：16MnR
法兰：16MnII
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。
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)。
二. 设计参数与结构简图
1、设计参数
本课程设计的工艺条件由化工原理课程设计计算而得。
工作温度 °C： 120
设计温度 °C： 150
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]．
材料 16MnR
管法兰选取结果汇总：
进料管法兰
HG20594 法兰 1.0MFM 18
SO80- 16MnII
塔顶回流管法兰
HG20594 法兰 1.0MFM 18
SO80- 16MnII
塔顶蒸汽管法兰
HG20594 法兰 1.0MFM 18
SO80- I
塔底出料管法兰
HG20594 1.0MFM 28
封头高度h取450mm 3)开孔补强计算
开孔补强结构选用JB/T4736-2002补强圈结构，补强圈尺寸按照 《化工设备机械基础》p327（列出所选尺寸），焊接坡口尺寸选《化工
设备机械基础》第十四章第二节p375 C型。
开孔补强计算采用等面积补强法，其公式参照第十二章第一节
（p326-p335）。
其它开孔直径比人孔直径要小，故不需再进行开孔计算
（如计算结果需要补强，还需对其他接管进行补强计算）
4)筒体的稳定性校核
因圆筒不受外压，所以此处不必对圆筒的周向稳定进行校核。如筒
体工作压力为真空，筒体的轴向稳定性校核参照第九章第六节（p242-
244）。
5)裙座的轴向稳定性校核
裙座的轴向稳定性校核：参照《化工设备机械基础》p442图17-21
手孔选取同上，例：本设计中选用不锈钢板式平焊人孔（仅限凸 面），公称压力0.6MPa，公称直径150mm，标准号为HG20597-95。 9） 视镜和液位计的选取
视镜和液位计的选取根据《化工设备机械基础》表11-9、表11-11选 取 10） 焊接接头形式和和焊接材料的选取
焊接接头形式的选取参照《化工设备机械基础》第十四章第二节 （p367-377），标准为HG20583-1998，A、B类焊接接头按照HG205831998中DU4，D类焊接接头按照HG20583-1998中G2，带补强圈D类焊接 接头按照JB/T4736-2002中C，
外伸高度：h1= ==64.4 mm 内伸高度：h2= 0 mm ②壳体多余截面积
A1=(B-d)( -)-2et( -)(1-) （4-5）
代入式（4-5）
A1=(1036-518)(7-0.69)-27(7-0.69)(1-0.78) = 1211.2 mm2
③接管多余截面积
A2=2h1(et-t) +2h2(et-C2)
焊接材料的选取参照第十四章《化工设备机械基础》第四节（p379382），标准GB/T5117-95、GB/T5118-95 GB/T983-95
焊接接头的检验《化工设备机械基础》第十四章第三节(p378) 11）压力容器类别的划分
压力容器类别的划分按《压力容器安全技术监察规程》，本设计塔 器为低压分离设备，介质为易燃、中毒危害介质，故划分为一类压力容 器。
工作压力 MPa： 0.1
设计压力 MPa： 0.11
塔体内径 mm： 1800
塔 板 数 块： 63
介 质：醋酸-丙酸混合物
2、结构简图 （手画）
图1 塔结构简图
三. 设备的总体设计及结构设计
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、根据介质条件的不同，拟定管口方位。
4. 强度计 算…………………………………………………………… 7
5. 设计小 结…………………………………………………………..13
6. 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。
et=nt- Ct=8-1=7 mm
塔体材料：16MnR =170 MPa
接管材料：20 t=130 MPa
==0.78
代入式（4-4） A=+2et(1-)
=518+20.697(1-0.78) = 359.5 mm2
b. 有效补强范围内的补强面积：
①有效补强范围
有效宽度： B=2d=2518=1036 mm
管
管
管
管
公称直径 80
80
80
450
500
（mm）
4 ）压力容器法兰和接管法兰 压力容器法兰的选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700～
4707-2000标准。（按照《化工设备机械基础》（p263）写出选取过 程）
容器法兰选取结果如下表：
设备法兰
MFM 1800-0.25 JB/T47032000
式中 ：名义厚度； C1：腐蚀裕量； C2：钢板负偏差； ：圆整量； ：有效厚度； 查表《化工设备机械基础》表8-7=170 MPa pc：取塔体的设计压力，0.11 MPa 焊缝为双面焊，100%射线检测，取=1
代入数据到式（4-3）得： ==0.59 mm
C1 =1 mm C2 =0 mm 代入数据到式（4-2）得：名义厚度： = 2 mm 按标准椭圆封头最小厚度min 〉0.15%Di要求 取 = 6 mm 查《化工设备机械基础》(p196) 选标准椭圆形封头JB/T4746-2002封头直边高度h0取25mm
法兰SO450- 16MnII
在沸器回流管法兰 HG20594 1.0MFM 28
法兰SO500- 16MnII
5） 法兰密封垫片的选取 法兰密封垫片的选取参照《化工设备机械基础》表10-30
6） 裙座选取
裙座的选取根据参照《化工设备机械基础》图17-21确定裙座各尺 寸。 7）人孔设置
人孔的选取根据筒体直径和公称压力参照《化工设备机械基础》表 11-1和表11-6，例：本设计中选用带颈平焊法兰人孔，公称压力 1.0MPa，公称直径500 mm，标准号为HG20594-95。 8） 手孔设置
卧置水压试验压力：+ h 水压试验压力下的应力校核：
（3-8）
式中 ： 焊接接头系数 ： 塔体有效厚度 ： 塔体材料的屈服极限 ： 水压试验压力 ： 圆筒水压试验压力下的应力 ：试验温度下材料的许用应力 ：设计温度下材料的许用应力 Di： 圆筒内直径 代入数据到式（3-8） = 满足水压试验压力下的应力校核条件。
2) 封头的强度计算
（封头的设计参照第八章第二节p175-185）。
塔体封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式7-1
计算壁厚：
（4-3）
式中 ：塔体封头的理论计算壁厚，mm pc：塔体的计算压力，MPa Di：塔体内径，mm ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa ：焊接接头系数；
名义厚度： ； ； ；
（材料的许用应力按照《化工设备机械基础》表8-7查并列表）
2）塔盘结构
根据工艺条件、塔体直径，塔盘结构选为单液流分块式塔盘，具体
塔盘结构及尺寸的选取见第十七章第三节（p430-438）。（自选） 3）工艺接管
接管的选取根据介质流量，参照GB12771-91，接管的选取如下
表： 名称
进料管 塔顶回流 塔底出料 塔顶蒸汽 再沸器回流
五. 设计小结
（约300字左右）
六. 参考文献
[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]．
例：人孔开孔补强计算：
人孔选公称压力1.0MPa，公称直径500 mm，标准号为HG20594-95