R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计
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第11期
- 11 -
R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计
刘旭
（四川泸天化弘旭工程建设有限公司化工机械厂， 四川 泸州 646300） [摘 要] 本文以某公司海南基地化肥一期R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计过程为例，总结出吊盖式吊耳的一种设计方法， 可供业内同行参考。 [关键词] R101尿素合成塔；吊装；吊盖式吊耳；设计计算
要进行塔体内部衬里更换。准 备将原塔体从中部一分为二截 断，将上部重约140吨的塔体吊 装至地面后进行翻转。要实现 这一方案，其中最关键是要设 计出一个能满足上部重约140吨 塔体吊装的顶部吊盖式吊耳。
2 设备概况 R101尿素合成塔为单层板
卷式，设备内直径2150mm， 外直径2360mm，总高 45215mm。
τa
kg／cm2
σb
kg／cm2
σab
kg／cm2
τs
kg／cm2
σM
kg／cm2
σt
kg／cm2
τt
kg／cm2
4 吊盖式吊耳设计 4.1 初始数据 4.1.1 许用应力值
最不利组合载荷 螺栓圆上的单位载荷 吊盖法兰螺栓圆半径 设备抬头时设备头部提升力 钢材标准常温抗拉强度 钢材标准常温曲服强度 拧紧螺母时所需力矩
- 12 -
论文广场
石油和化工设备 2018年第21卷
3 设计计算中涉及到的参数符号
表2 符号表
符号 A Aa1 Aa2 Ar1 Ar2 Ab As B Bc D1 D2 dc d E F Fn Ft Fb Fs Fp Fab fs hp
K
Kt
Kz
L1 L2 L3 L4 M M1 M3 Mu Ma m N Nb Pθ PT PL
吊盖吊耳板 Q345R δ＝130mm 480
285
吊装螺柱 35CrMoA M64×4
805
685
抗拉Ft 160 268
许用应力值(MPa)
抗弯Fb 160 268
剪切Fs 128 214
抗压Fp 160 /
角焊缝许用 应力Fab 112
/
注：Ft=Rm／3，Fb=Rm／3，Fs=Rm×0.8／3，Fp=Rm／3，Fab＝Rm×0.7／3。 4.1.2 吊装段设备重心位置
按照《化工设备制造与吊装》第292页介绍的方法，确定吊装段设备重心的位置。 起吊点到尾端吊点的间距：L1＝2206.5cm；起吊点到重心的间距：L2＝1203.25cm；尾端吊点到重心 的间距：L3＝1003.25cm；尾端吊点到设备中心线的间距：L4＝118cm。
单位 cm cm2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱcm2 cm2 cm2
cm2 cm cm cm cm cm cm cm kg kg MPa MPa MPa MPa MPa kg cm
cm cm cm cm kg•cm kg•cm kg•cm cm kg•cm 个 个 个 kg kg kg
符号含义 吊耳宽度 吊耳孔处有效面积 卸扣处有效面积 吊耳孔处需要的面积 卸扣处需要的面积 螺柱性能参数 单个吊装螺柱最小面积 吊耳孔中心到吊盖下表面的距离 吊盖法兰螺栓圆直径 吊耳板中心孔直径 卸扣直径 吊装螺柱最小直径 吊盖法兰螺栓孔直径 吊耳孔中心到吊盖上表面的距离 吊装螺柱的预紧力 吊装螺柱校核参数 抗拉强度许用应力 抗弯强度许用应力 抗剪切强度许用应力 抗压强度许用应力 角焊缝强度许用应力 单个螺柱的剪切力 距载荷作用点的边缘距离
表1 R101尿素合成塔主要性能参数
名称
性能参数
设计压力 MPa（G）
16.7
设计温度 ℃
210
介质
甲铵、氨、二氧化碳、水、尿 素
水压试验压力MPa（G）
22.13（卧式），21.71 （立式）
图2 R101尿素合成塔顶部法兰密封面示意图
图1 R101尿素合成塔顶部法兰示意图
作者简介：刘旭（1977—），男，四川泸州人，本科，工程师， 在四川泸天化弘旭工程建设有限公司化工机械制造厂工艺技术组从 事压力容器制造工艺技术工作。
塔设备吊装选用的吊耳通常按照HG/T 215742008《化工设备吊耳及工程技术要求》进行设计 计算，但吊盖式吊耳我国现有国家标准规范未给 出具体的设计规定。本文以某公司海南基地化肥 一期R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计过程为例， 得出吊盖式吊耳的一种设计方法。
1 项目介绍 某公司海南基地化肥一期R101尿素合成塔需
吊装螺柱总数量 每个角位的螺柱数量
托起端载荷 吊耳横向载荷 吊耳纵向载荷
备注
查《压力容器设计手册 第三版》表7-10
表7，表8 Ft=Rm／3 Fb=Rm／3 Fs=Rm×0.8／3 Fp=Rm／3 Fab＝Rm×0.7／3
表5 GB50798-2012，p14，K≥1.5 HG／T 21574-2008，p72，K＝1.65 GB50798-2012，p64，Kt=0.2 GB50798-2012，p65，Kz=0.3
综合影响系数，取1.65
拧紧力矩系数，取0.2 吊盖式吊耳与设备顶部法兰间的综合摩擦系数，
取0.3 起吊点到尾端吊点的距离
起吊点到重心的距离 尾端吊点到重心的距离 尾端吊点到设备中轴线的距离 螺栓圆上单位载荷在底板上的弯曲力矩 吊耳对吊盖底部径向弯矩 吊耳对吊盖顶部径向弯矩
吊装螺柱校核参数 吊装螺柱校核参数 结合面数目，取1
表5 表5 表7，表8 表7，表8
表7，表8 表5 表5 表5
第11期
刘旭 R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计
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PE
kg
Q
kg
Rc
cm
Ra
kg
Rm
MPa
ReL
MPa
T
kg•cm
Tf
cm
TL
cm
Tθ
kg
Tb
W1
kg／cm
W2
kg／cm
W
kg／cm
WL
kg
Wd
kg
Xn
cm
Z
cm3
θ
°
α
°
σa
kg／cm2
吊盖厚度 吊耳板的厚度
尾端载荷 螺柱性能参数 纵向力矩引起的吊耳拉伸载荷 横向力矩引起的吊耳拉伸载荷 吊耳拉伸载荷
设备重量 吊装载荷 螺柱中心距Y轴距离 抗弯截面模量 提升角（设备中心轴线与地面夹角） 螺栓圆中心与单个螺柱中心连线与Y轴的夹角 吊耳角焊缝拉应力 吊耳角焊缝剪应力 吊耳角焊缝弯曲应力 吊耳组合应力 单个螺柱的剪切应力 弯矩M3引起的吊耳的弯曲应力 单个螺柱拉应力 单个螺柱剪应力
表5
Ra＝PE最大
表5 查《压力容器设计手册 第三版》表7-10
表5 表5 表5
Wd＝WL×K 表7，表8
表5 表7，表8
表5 表5 表5 表5 表5
表7，表8 表7，表8
表3 许用应力值表
部件名称 材料
规格
钢 材 标 准 抗 钢材标准 拉 强 度 下 限 常温屈服点 值Rm(MPa) ReL(MPa)
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R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计
刘旭
（四川泸天化弘旭工程建设有限公司化工机械厂， 四川 泸州 646300） [摘 要] 本文以某公司海南基地化肥一期R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计过程为例，总结出吊盖式吊耳的一种设计方法， 可供业内同行参考。 [关键词] R101尿素合成塔；吊装；吊盖式吊耳；设计计算
要进行塔体内部衬里更换。准 备将原塔体从中部一分为二截 断，将上部重约140吨的塔体吊 装至地面后进行翻转。要实现 这一方案，其中最关键是要设 计出一个能满足上部重约140吨 塔体吊装的顶部吊盖式吊耳。
2 设备概况 R101尿素合成塔为单层板
卷式，设备内直径2150mm， 外直径2360mm，总高 45215mm。
τa
kg／cm2
σb
kg／cm2
σab
kg／cm2
τs
kg／cm2
σM
kg／cm2
σt
kg／cm2
τt
kg／cm2
4 吊盖式吊耳设计 4.1 初始数据 4.1.1 许用应力值
最不利组合载荷 螺栓圆上的单位载荷 吊盖法兰螺栓圆半径 设备抬头时设备头部提升力 钢材标准常温抗拉强度 钢材标准常温曲服强度 拧紧螺母时所需力矩
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论文广场
石油和化工设备 2018年第21卷
3 设计计算中涉及到的参数符号
表2 符号表
符号 A Aa1 Aa2 Ar1 Ar2 Ab As B Bc D1 D2 dc d E F Fn Ft Fb Fs Fp Fab fs hp
K
Kt
Kz
L1 L2 L3 L4 M M1 M3 Mu Ma m N Nb Pθ PT PL
吊盖吊耳板 Q345R δ＝130mm 480
285
吊装螺柱 35CrMoA M64×4
805
685
抗拉Ft 160 268
许用应力值(MPa)
抗弯Fb 160 268
剪切Fs 128 214
抗压Fp 160 /
角焊缝许用 应力Fab 112
/
注：Ft=Rm／3，Fb=Rm／3，Fs=Rm×0.8／3，Fp=Rm／3，Fab＝Rm×0.7／3。 4.1.2 吊装段设备重心位置
按照《化工设备制造与吊装》第292页介绍的方法，确定吊装段设备重心的位置。 起吊点到尾端吊点的间距：L1＝2206.5cm；起吊点到重心的间距：L2＝1203.25cm；尾端吊点到重心 的间距：L3＝1003.25cm；尾端吊点到设备中心线的间距：L4＝118cm。
单位 cm cm2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱcm2 cm2 cm2
cm2 cm cm cm cm cm cm cm kg kg MPa MPa MPa MPa MPa kg cm
cm cm cm cm kg•cm kg•cm kg•cm cm kg•cm 个 个 个 kg kg kg
符号含义 吊耳宽度 吊耳孔处有效面积 卸扣处有效面积 吊耳孔处需要的面积 卸扣处需要的面积 螺柱性能参数 单个吊装螺柱最小面积 吊耳孔中心到吊盖下表面的距离 吊盖法兰螺栓圆直径 吊耳板中心孔直径 卸扣直径 吊装螺柱最小直径 吊盖法兰螺栓孔直径 吊耳孔中心到吊盖上表面的距离 吊装螺柱的预紧力 吊装螺柱校核参数 抗拉强度许用应力 抗弯强度许用应力 抗剪切强度许用应力 抗压强度许用应力 角焊缝强度许用应力 单个螺柱的剪切力 距载荷作用点的边缘距离
表1 R101尿素合成塔主要性能参数
名称
性能参数
设计压力 MPa（G）
16.7
设计温度 ℃
210
介质
甲铵、氨、二氧化碳、水、尿 素
水压试验压力MPa（G）
22.13（卧式），21.71 （立式）
图2 R101尿素合成塔顶部法兰密封面示意图
图1 R101尿素合成塔顶部法兰示意图
作者简介：刘旭（1977—），男，四川泸州人，本科，工程师， 在四川泸天化弘旭工程建设有限公司化工机械制造厂工艺技术组从 事压力容器制造工艺技术工作。
塔设备吊装选用的吊耳通常按照HG/T 215742008《化工设备吊耳及工程技术要求》进行设计 计算，但吊盖式吊耳我国现有国家标准规范未给 出具体的设计规定。本文以某公司海南基地化肥 一期R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计过程为例， 得出吊盖式吊耳的一种设计方法。
1 项目介绍 某公司海南基地化肥一期R101尿素合成塔需
吊装螺柱总数量 每个角位的螺柱数量
托起端载荷 吊耳横向载荷 吊耳纵向载荷
备注
查《压力容器设计手册 第三版》表7-10
表7，表8 Ft=Rm／3 Fb=Rm／3 Fs=Rm×0.8／3 Fp=Rm／3 Fab＝Rm×0.7／3
表5 GB50798-2012，p14，K≥1.5 HG／T 21574-2008，p72，K＝1.65 GB50798-2012，p64，Kt=0.2 GB50798-2012，p65，Kz=0.3
综合影响系数，取1.65
拧紧力矩系数，取0.2 吊盖式吊耳与设备顶部法兰间的综合摩擦系数，
取0.3 起吊点到尾端吊点的距离
起吊点到重心的距离 尾端吊点到重心的距离 尾端吊点到设备中轴线的距离 螺栓圆上单位载荷在底板上的弯曲力矩 吊耳对吊盖底部径向弯矩 吊耳对吊盖顶部径向弯矩
吊装螺柱校核参数 吊装螺柱校核参数 结合面数目，取1
表5 表5 表7，表8 表7，表8
表7，表8 表5 表5 表5
第11期
刘旭 R101尿素合成塔吊盖式吊耳设计
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PE
kg
Q
kg
Rc
cm
Ra
kg
Rm
MPa
ReL
MPa
T
kg•cm
Tf
cm
TL
cm
Tθ
kg
Tb
W1
kg／cm
W2
kg／cm
W
kg／cm
WL
kg
Wd
kg
Xn
cm
Z
cm3
θ
°
α
°
σa
kg／cm2
吊盖厚度 吊耳板的厚度
尾端载荷 螺柱性能参数 纵向力矩引起的吊耳拉伸载荷 横向力矩引起的吊耳拉伸载荷 吊耳拉伸载荷
设备重量 吊装载荷 螺柱中心距Y轴距离 抗弯截面模量 提升角（设备中心轴线与地面夹角） 螺栓圆中心与单个螺柱中心连线与Y轴的夹角 吊耳角焊缝拉应力 吊耳角焊缝剪应力 吊耳角焊缝弯曲应力 吊耳组合应力 单个螺柱的剪切应力 弯矩M3引起的吊耳的弯曲应力 单个螺柱拉应力 单个螺柱剪应力
表5
Ra＝PE最大
表5 查《压力容器设计手册 第三版》表7-10
表5 表5 表5
Wd＝WL×K 表7，表8
表5 表7，表8
表5 表5 表5 表5 表5
表7，表8 表7，表8
表3 许用应力值表
部件名称 材料
规格
钢 材 标 准 抗 钢材标准 拉 强 度 下 限 常温屈服点 值Rm(MPa) ReL(MPa)