精馏塔强度说明书模板

一、设计任务
1. 结构设计任务
完成各板式塔的总体结构设计，绘图工作量折合A1图共计4张左右，具体包括以下内容：
⑴各塔总图1张A0或A0加长；⑵各塔塔盘装配及零部件图2张A1。

2. 设计计算内容
完成各板式塔设计计算说明书，主要包括各塔主要受压元件的壁厚计算及相应的强度校核、稳定性校核等内容。

二、设计条件
1. 塔体内径D i = 2000mm，塔高比=59.299m ；
2. 设计压力p c=2.36 MPa，设计温度为t =90 C ；
3. 设置地区：山东省东营市，基本风压值q°=480Pa,地震设防烈度8度，场
地土类别III类，地面粗糙度是B类；
4. 塔内装有N=94层浮阀塔盘；开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台12 个，平台宽度B=900mm，高度为1200mm ；
5. 塔外保温层厚度为S s=100mm ,保温层密度p 2=350kg/m3；
三、设备强度及稳定性校核计算
1. 选材说明
已知东营的基本风压值q°=480Pa，地震设防烈度8度，场地土类别III类；塔壳与裙座对接；塔内装有N=94层浮阀塔盘；塔外保温层厚度为S s=100mm，保温层密度p _ 3
2=350kg / m ；塔体开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台12个，平台宽度B=900mm，高度为1200 mm ；设计压力p c=2.36 MPa，设计温度为t =90 C ；壳
3 mm，裙座厚度附加量2 mm ；焊接接头系数取为0.85 ；塔内径D i = 2000mm。

通过上述工艺条件和经验，塔壳和封头材料选用Q345R对该塔进行强度和稳定计算。

2. 主要受压元件壁厚计算
教育范文
本部分应包括常压塔的主要筒体及椭圆封头等重要受压元件的壁厚计算，裙座厚度
先按经验值取。

I
塔壳和封头材料选用Q345RI RJR P0.2）=325,[<r]t =i85MPa（16< 6 兰36）] 直径D i = 2000mm段圆筒及封头：
圆筒：
P c D 2. 36 X 2000
,c - 15.12mm 2 <y]t © _ p c 2 ■.<185 汉0. 85 — 2. 36
封头：. P c DK 2.36 x 2000 x 1 “ “
、.h c- 15.06mm 2[<1『© _ ° 5p c 2 x 185 x 0. 85 — 0. 5 x 2. 36
经圆整后，塔壳厚度取为22m m，封头厚度取为24m m，裙座壳厚度取为18m m。

3.原油分馏塔质量载荷的计算
质量载荷包括：塔体、裙座质量m oi ；塔内件如塔盘的质量m02；保温材料的质量m03；
操作平台及扶梯的质量m°4 ；操作时物料的质量m05 ；塔附件如人孔、接管、法兰等质量
m a；水压试验时充水的质量m w。

3. 14 2 2
m°1= 4 (2. 044 - 2 ) 59.299 7850=65020.53 kg 附属件质量m a=0.25 m°1 =16255.13 kg
则m01+ m a=65020.53+16255.13=81275.66 kg
■：■ 2
塔内件质量m02=- 2. 0 94 75 = 22137kg
:'i 2 2
保温层质量m03= (2. 244 -2.044 ) 350 50.725 =11958.17 kg
4
操作平台及扶梯的质量
■ 2 2 1
m04=—(4.044 - 2. 244 ) 150 12 —+40 59.299
4 2
=10372.46 kg
兀2
操作时物料的质量m05= 397 2. 0 0. 050 94=5861.90 kg
4
水压试验时充水的质量
兀 2
m^ = 1000 ( 2.0 50. 725 2 1. 1257) = 161608. 69 kg
塔体、裙座、封头质量
4
塔设备在正常操作时的质量
m o = m oi +m o2 + m b3 + m04 + m o5 + m a
=131605.19 kg
塔设备在水压试验时的最大质量m max= m01+ m o2+ m03+ m04+ m w + m a
=287351.98 kg
塔设备在停工检修时的质量m min=m01+0.2m02+ m03+ m04+ m a
=108033.69 kg
将塔高分成9段，每段的质量列于表1中。

表1 kg
【注】塔内构件浮阀塔盘的质量每m质量为75kg计算
平台质量按每m为150kg计算
笼式扶梯质量按每m为40kg计算
4.分段相关参数说明
将塔沿高度分成9段，在裙座开孔处及裙座和筒体连接处作为分段点，筒体以上每10 m平均分段。

具体参数见下图1所示。

5.风载荷与风弯矩的计算
因H/D =29 15而且高度H >30m,因此要同时计算顺风向和横风向载荷。

(1)顺风向水平风力计算
64m0H3
塔设备第一自振周期
64 域 131605. 19 汉 59.2993
1.91 105 1 06 3. 14 (
2. 0444 一24)
=0. 102 乂 \‘1.91 沢 105 如06 汇 3. 14沢(2.0444 - 24) = 化乞
因地面粗糙度是 B 类，基本风压q^q 0
塔设备中第i 计算段所受的水平风力按下式计算:
P
i
- K 1 K 2i f i q 0l i D ei
式中各参数按线性插值由标准查得，计算结果列于表
2
表2
段号i
1 2 3 4 5 6 7 8 9
K 1
0.7 q ° (N/m 2
)
480
f i 1 1 1 1.074 1.295 1.457 1.589 1.697 1.755 l i (m)
0.8
5.4 1.46 10 10 10 10 10 1.639 s v 冲- K 2i =1 十一!■旦
fi
1.04
3 1.043
1.068
1.294
1.563 1.866
2.270
2.463
2.482
z
2.959
V i
0.72 0.72 0.72 0.774 0.813 0.843 0.861 0.876 0.879 収
Zi
0.02 0.02 0.032 0.138 0.303 0.506 0.792 0.958 1.0 K/m)
0 0 0 1.8 1.2 1.2 1.2 1.8 0 D ei (m)
3.55 3.060
2.568
4.444
3.844
3.844
3.844
4.444
2.644
= 1.79
=2. 539s
-0.285
64m 0H E 二(D ： - D i 4)
二 0. 285
I 64 x 131605. 19 x 59.299’
..f
5
6
4
4
.1.91
10
10
3. 14 (2.044 - 2 )
二 0. 404s
塔设备第三自振周期一。

.
102
；心。

2
3 64m 0H
—
4
4
:Eg - D i )
64
131605. 19 59.2993 塔设备第二自振周期
9
P(N)
997. 5790. 1345. 22185. 23320. 29122. 37098. 44238. 6342.
8
8
4
2
4
5
2
1
5
0-0截面风弯矩：
=6. 100 109N.mm
1- 1截面风弯矩：
M^' = P2l 2
12)••…P 9(g 18 17 16 15 14 13 丄) 2 2 2
=5. 964
109 N.mm
11- 11 截面风弯矩：
--■■
17660 - 7800 P 4( ) P 5(l 5 / 2
17660 - 7800)
F 9(U 18
17 16 1 5 17660 - 7800)
2 9
4. 806
10 N.mm
III- III 截面风弯矩：
朋⑼
P 4^ 8500
&丄.17660 - 8500)
2
2
=4. 700 x 109N.mm
.....
P 9("扌 18 l 7 l 6 l 5
17600 - 8500)
(3 )横风向振幅计算
共振判别：设计风速 v 二 V H = 1.265._f t q ° =1.265 . 1.77 480 = 36.87m/s
船二砒P 与」)丄」)
P 占 18 17 16 15 14
临界风速计算: V c1
TS t
2. 244 2. 539 0. 2
=4. 42m/ s
T2S
2. 244
0. 404 0. 2
二 27. 77m/ s
因为v V c2 V ci，故应同时考虑第一振型和第二振型的振动。

横风塔顶振幅：
雷诺数Re =69v D a二69 36. 87 2244 二 5. 71 106 . 4 105时，C L =0.2
v丄4 42 丄
当H CI/H =(』)—(^^)0.16： 0 时，“1.56
v H 36. 87
阻尼比取为二-0.01
截面惯性矩I (D I D：,314 (20444 -20004) = 7.14 1010mm4
64 64
横风塔顶振幅诒C LDa V" 丁1 I。

』
49.4©丘七I
0. 2 2244 1.25 4.422592994 1. 56
- 49. 4 x 0. 01 x 1. 91 x 105x 7. 14 x 1010
二0. 0319m
(4)横风向弯矩计算
共振时临界风速风压作用下的顺风向风力列于表3中
表3
顺风向弯矩：
0-0截面风弯矩：
+ + J +h)+••…+P9(¥+ b+l7 + l6+l5+l4+l3+l2+ll)
2 2 2 2
=1. 281 108N.mm
I- I截面风弯矩：
M c-=P2l2 巴(［〔2)••…P9(g l8 l7 l6 l5 l4 l3 l2)
2 2 2
=1. 252 108N.mm
II- ll 截面风弯矩：
和打17660 — 7800 15
M w「= P4 P^-517660 - 7800) ••…
2 2=1. 002 汉108N.mm
F9(〔扌18l7l6l 517660 - 7800)
III- Ill 截面风弯矩：
17660 - 8500 l 5 M w丄P4 P5( 5• 17660 - 8500) ••…
2 2=0.980 X 108N.mm
F9(》18l7l61517660 - 8500)
横风向弯矩：
0-0 截面：
0 n 2二2、9 2 3. 14 2 9
M^=(^)2Y T? mkhk ；^ (- 址)20. 0319 2. 763 109
「心 2. 539
= 5.398 108N.mm
I-I
M
9
)馆,mg -800) ki
k z2
(2 3.14)2
(2. 539 )
0. 0319 2.710
=5. 294 108 N.mm ll-ll
2P9
截面：M Ca「「二(〒~)2Y r1' g( h k
T
1 k =4
-7800) k1
=(? 3.^4)20. 0319 2. 242 109
2. 539
=4.380X108Nmm
Ill-Ill
29
截面：％〔〔〔〔〔(M)2Y T「g(h k - 8500) k1
k =4
2 疋
3 14
.(■^3T)2 °.°319 2 195 109 * 288 108.mm
组合风弯矩:
0-0截面:
W 6. 100 汇109N.mm
(M0/)2• (M0/)2 = 5.548 108N.mm
l-l截面：虬厂
6. 100 109N.mm
=5. 964 汉109N.mm (M c-')2 (M c w )2 = 5.440 108N.mm
9
=5. 964 10 N.mm
ll-ll 截面：Me/二
M W」I= 4. 806 疋109N.mm
(%=)2 (MU' )2二 4.493 108N .mm
Ill-Ill
二 4. 806 109 N.mm
截面：叮一W 700 109N.mm
.(M=)2(%L)2 = 4.399 108N.mm
9
=4. 700 10 N.mm
6.地震弯矩计算
地震设防烈度8度，取〉m ax =0.16 ；
因场地土类别山类，则特性周期T g = 0.55s
阻尼比取为二0. 01
0. 05 —巴
阻尼调整系数2=1 1.519
0. 06 + 1.7©
0. 05 —巴
衰减指数吋0. 9 =0.978
0. 5 + t
地震影响系数^=(0) 2〉m ax =(0. 55 )0.978 1. 519 0.16 = 0.0544
T-i 2. 539
则0-0截面的地震弯矩：
M E/ r^^mgH2 r^'m o gH =兰0. 0544 131605. 19 9.8 59299
35 35 35
= 1.902 109N.mm
I- I截面的地震弯矩：
M E1 8 1mg5 (10H 3.5 -14hH2.5 4h3.5) = 1.866 109N.mm
17 5H
II- ll 截面的地震弯矩：
M/ = ^^5(10日3.5 -14h H2.5 4h 3.5) = 1. 552 109N.mm
III- III 截面的地震弯矩：
M E¥W蔦1罷(10H 3.5 -14h[[H 2.5 +4h谥5) = 1.521 汉109N.mm
以上计算是按塔设备基本振型的结果，此塔H/D-30 15且高度大于
20m，故还必须考虑高振型的影响。

采用一种简化的近似算法，则各截面的地震弯矩为：
M；41=1.25M E「二2. 378 109N.mm
M E F.25M = 2. 333 109N.mm
M E~=1.25M E1»= 1.94 109N.mm
M』lMll 1.25M E1‘T.901 109N.mm
7. 各种载荷引起的轴向应力的计算(1)最大弯矩
因塔体顶只悬有吊住，故可以忽略偏心弯矩M e。

确定最大弯矩时，偏保守的假设风弯矩、地震弯矩和偏心弯矩同时出现，且出现在塔设备的同一方向。

但考虑到最大风速和最高地震级别同时出现的可能性很小，在正常或停工检修时，取计算截面的最大弯矩为
0-0截面：
= 6. 100 109N.mm -皿严+ 0.25血=3.903 如09N .mm
1 J 6. 100 109N.mm（风弯矩控
制）
1-1截面:
MrJax' = *
购=5. 964 x 109N.mm
M E U亠0. 25IMT - 3. 824 109N.mm
5.964 109N.mm（风弯矩
控
11-11 截面：
M』aPl = J ——=4. 806 如09N.mm（风弯矩+ 0. 25肌尸1 = 3. 142 汇10 N.mm
控制）
III-III 截面:
矩控制）
4.700 109N.mm
M叫叫0.25幅讪=3. 076 如09N.mm= 4. 700述10“口％风弯
水压试验时，由于试验日期可以选择且持续时间较短，取最大弯矩为
M0°=0.3Mew= 1.83 109N.mm
I I 9
M = 0. 3Mew= 1. 789 10 N.mm
M11」=0. 3Mew二 1.442 109N.mm
M111山1= 0. 3Mew= 1. 410 109N.mm
（2）圆筒的强度及稳定性校核
计算11-11的轴向应力并进行校核，将结果写入表4中
筒体的有效厚度飞=22 -3 =19mm
11-11 截面：A =0.094 A =0.00179，查《过程设备设计》图4-8得B=150MPa。

R i 8. 裙座危险截面的强度与稳定校核
裙座筒体受到重量和各种弯矩的作用，但不承受压力。

重量和弯矩在裙座底
部截面处最大，因而裙座底部截面是危险截面。

此外，裙座上的检查孔或人孔、管
线引出口有承载削弱作用，这些孔中心横截面处也是裙座筒体的危险截面。

裙座筒
体不受压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。

因此，只需校核
危险截面的最大轴向压缩应力。

（1）0-0截面
裙座按圆锥形裙座进行验算
圆锥半顶角］=arctan 0.5(3200-2000)4.50
7800 —140 —32
M
max
组合压应力
液压力
(0. 3M°/ . mrndl )
1
' W
A ) cos -
9
0.3 6.100 10 287351.98 9.8 4) 1 ‘ 3.14 32002 16 3. 14 3200 16 ) cos 1
⑵l-l 截面
A =0.094 4 =0.00179，查《过程设备设计》图 4-8得B=150MPa 。

裙座出入口： l m = 230mm ； b m = 450mm ； 18mm ； D im = 3074.14mm
% 一 二 130476. 7kg
人皿计。

.。

0179，查《过程设备设计》图
4-8 得 B=150MPa 。

则［二］cr
碌心十诃叱取［%
K ［汀 二 222MPa
178.89MPa
液压许用应力［叮T
KB cos 2 P =178. 89MPa
0. 9KR L
二 351MPa
取［；「］T 二 178. 89MPa
0-0
:二 2
0- 0
m ° g
mg
131605. 19 9.8 3.14
3200 16
8. 02M ，
0-0
6
M ma0 4M ；a ； 6. 100 106 4 二D 2
- ©
3. 14 3. 22
0.016
47. 40M
0-0 / -c
二(
0-0 0-0\
匚 2
-
-3
) cos
55. 42
55. 59MPa ：：
［；「］cr cos 4. 5
=178. 89MPa
0-0
73. 58
cos 4. 5 =73. 81MPa ：［二］T
=178. 89MPa
A Sm 二二D im' es — (b m ，2' m )' es - A m
= 3.14
3074.14
16 - 2
(450
2 18) 16 - 2 230 18】
=155452. 79mm
W
m =2
常m 再可
-2
16 230
.1537. 072 - 2252 - 1. 119 107mr n 兀 2 r
叫m
D
m ^es -
(
b
m
D im
4
由试验压力引起的周向应力二：
4 -W m )
3074.142
16 _2
4
(450 3074. 14
16
_1. 2
119 107) = 1. 190 108mrm
重力引起的轴向应力6=
my 130476.7 9.8
A Sm 155452. 79 =8. 23MPa
M max 引起的轴向应力^3
M max
5.964 109 1. 190__108
50. 12MPa
组合压应力
—C 2—3-
)」-
cos 戸
58. 53MPa ：：：［二］cr = 178.
89MPa cos 4.5
液压力 0.3Me 「. m a g )
W m
A sm
cos
,0. 3 5. 964
109 1. 190
108
286223. 49 9. 8 1
----------------------- )h
155452. 79 33. 08 cos 4.5
-33. 18MPa ：：［二］T
=178. 89MPa 塔体水压试验时的应力校核 耐压试验压力P T = 1. 25p
f fa J
9. （校核ll-ll 截面） 二 1. 25 2. 36 185/ 185 二 2. 95MPa
~T
（P T +液注静压力）（D +6）
(2. 95
0. 505)( 2000 19)
2 x 19 x 0. 85
二 208. 13MPa
由试验压力引起的轴向应力「:
液压实验时重力引起的轴向应力 二2 :
10. 基础环设计 基础环内径。

血=3000mm
二 3
/0.3%「M e ^24.15MPa Ill-Ill
截面：A =0.094卫=0.00179，查《过程设备设计》图
4-8得
R
兀D ®i
由风弯矩引起的轴向应力匕:
B=150MPa 校核: 0 = 208. 13 c 0. 9R eL
* =248. 63 MPa
'KB ◎2
+ 码=47. 74 c [<r]cr
=」
=180 MPa 厶 7 J - 5 0. 9KR L
耳
_ cr 2 + cr 3 = 78. 93 < 0. 9KFe^ = 298. 35MPa 校核通
过。

P T (U +6)
~~
2. 95 (2000
19)
4 x 19
=78. 37MPa ,
287351. 98 9. 8
3. 14__2000__19 二 23. 59MPa,
基础环外径D ob = 3540mm 因b/l =152/（120 - 44） =0.927，查JB4710-2005《钢制塔式压力容器》表 8-7 C x - -0.13552 , C y =0.0899，则
2 2 M x = C x- b maX b 0. 13552 3.36 152 10520. 34 N.mm
2 2
M y = C ytTbmaX = 0. 0899 汉 3. 36 x 164 = 8124. 31 N.mm
因为 M X |»M y ，贝U M S = M x =10520.34 N.mm
则基础环厚度（-b 二185MPa ）为： 瓦=$M s / F]=十6 x 10520. 34 / 185 = 18.47mm 取 6b =32mm
【注】基础选用100#混凝土，其许用应力 R=5.0MPa
11. 地脚螺栓计算
地脚螺栓材料选用Q345
故取二B =2. 51MPa
Z b
"D Ob - D ：) 32D ob ■：( 35 404 - 30
004) 32 3540
2. 109 109mm
叫D Ob —
D ；)
3. 14 (35402 一
30002)
= 2.774 106mm
0 _0 max
-bmax
0. 3%
Z b
0 _0
mmg A b mnax g A b
6. 100 109 2. 109 109
131605.19 9.8
2.774 106
0.3 6. 100 109 2. 109 109 =3. 36MPa
287351.98 9.8
2. 774 x 106
二 1. 88MPa 取;-bmax 二 3. 36MPa
地脚螺栓承受的最大拉应力 匚B 按下式计算:
0 _0
mug
6. 100 109 Z b
A
0 _Q
0 _0
M E
0. 25IVL
2. 109 109
108033
.69 9.8 ,51MPa 2.774 106
mg 3.903 109
Z b
A b
9
2. 109 10
131605-91
9.8
= 1.39MPa
2. 774 10
取地脚螺栓是M56,36个
12. 裙座与塔壳连接焊缝验算（对接焊缝） M m a
J = M ma^n
= 4. 806 x 109N.mm
= %°一口 = 120827. 35kg
D it 二 D j = 2000mm ;、es 二 116mm 0.6K^W = 0.6 1.2 185 = 133.2MPa
:::0.6K A W
初选地脚螺栓个数是 地脚螺栓的小径d 1 ( d 1「4
讨 C 2
»n [cr]bt
36
t bt =170MPa ）为:
4 2.51 2.774 106
V 3. 14 X 36 X 170__
3 = 41.06mm
4M jJ-a J x _ m 0-J g
2 ■Dit ；
'es
Pres
4
4.806 109 3. 14
20002
16
120827. 35 9. 8 3. 14
2000
16
=83. 83MPa
验算合格。

四、典型零部件计算
主要是开孔补强的计算内容
(1)补强及补强方法判别 ① 补强判别 根据《过程设备设计》表 4-15，允许不另行补强的
最大接
管外径为：•:J 89mm 。

塔器上开孔大小不一，现以人孔为例进行计算。

开孔直径 是
500mm ，查HG21521-2005表3-1、3-2知，所用接管规格为 530 14，且
材料为Q345R 其中厚度附加量取2mm 。

② 补强计算方法判别
开孔直径 d =d j 2C =502 2 2 = 506mm
筒体开孔直径506mm ::: D i / 2 = 1000mm ，且d < 520mm ，满足等面积法 开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。

(2) 开孔所需补强面积 ①
筒
体
计
算
厚
度
2. 36 x 2000 2 185 0. 85 - 2. 36
②开孔所需补强面积 强度削弱系数f 「1，
接管有效厚度为 9 "nt -C =14-2 =12mm 开孔所需补强面积： A = = 506 15. 12二7650. 72mn ^
(3) 有效补强范围 ①有效宽度B
B =2d =2 506 = 1012mm
B 二 d 2 n 2 nt =506 2 22 2 14 = 578mm 故 B =1012mm
②有效高度 外侧有效高度h 1
n =
、d' nt 二 14 506 = 84.17mm 取小值 h| = 233mm
故 = 84.17mm
P c D
2?「r 一 久 =15. 12mm
取大值
内侧有效高度h2
h
2 = d-Ft = 14 506 =84.17mm 1 取小值
h ? = 0mm 故 h ? = 0。

(4) 有效补强面积
① 壳体多余金属面积
壳体有效厚度 飞=-C =22 — 3 =19mm 壳体多余金属面积A
A = (
B - d 3e — 6)=(1012 — 506)X (19 — 15. 12 ) = 1963. 28rn )m
② 接管多余金属面积
接管计算厚度
接管多余金属面积A 2
人=20 et -f r = 2 84. 17 12 - 3. 80 1 工 1380. 39mr n
③ 接管区焊缝面积(焊脚取6.0mm)
1 2 民=2 — 6.0 6.0 = 36.0mm 2 2
④ 有效补强面积
代A A = 1963. 28
1380.39 36 = 3379.67mm (5) 所需另行补强面积
人 =A - A A A i 工 7650. 72 - 3379. 67 工 4271.05mrh
采用补强圈补强。

(6) 补强圈设计
根据公称直径DN500选补强圈，参照补强圈标注 JB/T4736取补强圈外 径
D = 840mm ，内径d = 540mm 。

因B D ,补强圈在有效补强范围内。

A
4271 05
补强圈厚度为「•’ d. ——一14.24mm D -d 840 - 540 考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为18mm 但为了便于制造 时准备材料，补强圈名义厚度取为筒体的厚度，即 、；’=22mm 。

五、结论
设备计算结果总结 P c d i
2 j n …Pc 2. 36 x 502 2__185__0. 85 - 2. 36
=3. 80mm
通过以上计算，可知：
(1)各壁厚名义厚度筒体取22mm，封头取24mm，裙座厚度取18mm。

(2)取36个M56的地脚螺栓。

(3)基础环外径D°b =3540mm，内径D ib = 3000mm，厚度=32mm。

(4)人孔采用补强圈补强，厚度为J=22mm。

经过各危险截面的强度及稳定性校核，各种材料及所选参数均达到要求，故所设计的精丙烯塔符合要求。

六、参考文献。