化工机械设备课程设计浮阀塔设计.docx

摘 要21 前言31.1 研究的现状及意义31.2 设计条件及依据61.3 设备结构形式概述72 设计参数及其要求92.1 设计参数92.2设计条件92.3设计简图103 材料选择113.1 概论113.2塔体材料选择113.3裙座材料的选择114 塔体结构设计及计算124.1塔体和封头厚度计算124.1.1 塔体厚度的计算124.1.2封头厚度计算124.2塔设备质量载荷计算124.3风载荷与风弯矩的计算144.4地震弯矩的计算174.4.1地震弯矩的计算174.4.2偏心弯矩的计算184.5各种载荷引起的轴向应力194.6塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核204.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核204.6.2.塔体和裙座的稳定校核204.7塔体水压试验和吊装时的应力校核224.7.1水压试验时各种载荷引起的应力224.7.2水压试验时应力校核234.8基础环的设计244.8.1 基础环尺寸244.8.2基础环的应力校核244.8.3基础环的厚度254.9地脚螺栓计算254.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力254.9.2地脚螺栓的螺纹小径26符号说明27小结30参考文献30谢辞30图纸30摘 要 塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。在塔设备中完成的常见单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。为了适应各种化工产品的生产和发展，不仅需要新建大量的塔，还要对原有塔设备进行技术改造，因此陆续出现了一批能适应各方面要求的新塔型。 浮阀塔用于气液传质过程中。浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。 本设计书浮阀塔的机械设计做了较详细的叙述，主要包括：塔盘结构，塔底、塔顶空间，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。本塔设计符合的地震烈度为7到8度，设计基本风压为qo=400N/，塔高为50000mm，计算压力Pc=1.8MPa，温度t=2501 前言1.1 研究的现状及意义1.1.1塔设备的发展与现状 塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。在塔设备中完成的常见单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法冷制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。塔器技术的发展经历了一个漫长的过程。泡罩塔是出现较早并获得广泛应用的一种塔型，工业规模的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年才用于炼油工业。20世纪初，随着炼油工业的发展和石油工业的兴起，塔设备开始得到广泛应用，并逐渐积累了有关设计、制造、安装、操作等方面的数据和经验。20世纪中期，为了适应各种化工产品的生产和发展，不仅需要新建大量的塔，还要对原有塔设备进行技术改造，因此陆续出现了一批能适应各方面要求的新塔型。近年来，随着对筛板塔研究工作的不断深入和设计方法的日趋完善，筛板塔已成为生产上广泛应用的塔型之一。同时，填料塔也进入了一个新的阶段，一些新型高效塔内件和塔填料的问世，加上人们对传质工程的仿真模拟及放大效应的解决，使填料塔在以板式塔为主的应用场合中，尤其是大型塔的应用中得到了很好的发展，并取得了一定的经济效益。 塔器的性能直接关系到生产装置的投资、产能、质量、能耗及成本。据统计，石油和化学工业的能耗占工业总能耗的绝大部分，而其中约60%的能耗用于精馏过程，而精馏过程是由塔设备来实现的。塔设备的投资巨大，约占化工、石化项目总投资的30%-40%，其分离效率对产品的纯度、产品的回收率、工业过程的总能耗，都起着至关重要的作用。塔设备在各种分离过程中对装置的平稳运行、保证产品质量等也起着至关重要的作用，如果在装置中有一个塔器设计的不理想，就有可能影响整个装置的正常运行。由此可见塔设备的设计在整个工艺流程设计中的重要性。气液传质设备在化工生产过程中有着广泛的用途，是用来进行蒸馏、吸收、洗涤、增减湿以及气液的直接接触换热等过程的单元设备。气液传质设备的类型很多，其中应用较为广泛有填料塔和板式塔两类。1.1.2浮阀塔的分类 1.方形浮阀 它的阀盖呈方形，在孔内不会转动，其周边有波纹。这种波纹设计有利于减少雾沫夹带，并提供浮阀与塔板的平衡接触点，便于阀体顺利开启。它在低气速下的泄漏较少，具有低的操作下限。它的鼓泡面积大，可减少单位塔板面积上的阀数，降低成本。2.圆形浮阀 圆形浮阀自开发成功后，因其具有操作弹性大、效率高等诸多优点在工业生产中得到广泛的应用。但随着塔器技术不断进步，发现上述传统圆形浮阀塔板依然存在着不足，比如：阀阀盖上方无鼓泡区，其上方气液接触状况较差，造成塔板传质效率降低；塔板上液面梯度较大，气体在液体流动方向上分布不均匀；从阀孔出来的气体向四周吹出，导致塔板上液体返混程度较大；在操作中，浮阀和阀孔易被磨损，浮阀易脱落。为此，国内外对浮阀塔板的研究做了大量工作，推出了许多新型的浮阀塔板。 3.具有导流性能的条形浮阀 阀盖由传统的矩形进化为梯形、箭形(前端呈梯形后端为矩形的组合结构)或三角形，阀盖短边一侧朝向降液管。具有代表性的是梯形浮阀塔板。它特点是气体从梯形阀体两侧斜边喷出，因此气流方向与液流方向呈锐角，有助于推动液体在塔板上的流动，达到降低液面梯度、消除板上液体死区、减少返混、提高传质效率和降低塔板压降等目的。 在条形浮阀的阀盖上开孔，开孔方向朝着降液管，以导向浮阀J F复合浮阀塔板为表这种浮阀以独创的构思，在阀盖上开导向孔或舌孔，使阀盖上的气、液两相并流，气相推动液相流动，液面梯度及塔板压降减小，通量增大。更重要的是这类浮阀解决了传统浮阀上端存在传质死区的不足，板效率大大提高。 在浮阀的前阀腿上开孔该导流浮阀在条形浮阀的前阀腿上开一矩形孔，气流在水平通过阀体两侧的同时，增加一个向前吹出的气流动力，导引液体向前流动。它不但可以改善阀与阀之间的鼓泡状态，还有利于克服液体滞流与返混现象，减小液面落差，这对于降低塔板压降和提高塔板效率都有积极作用。该导流浮阀的塔板压降较F1浮阀平均降低约200250 Pa，塔板泄漏约低10，塔板效率提高约10。 4.新型椭圆形浮阀 这种椭圆浮阀综合了条形浮阀和圆形浮阀的优点，在增加了机械强度的同时提高了传质效率，如图23所示。其特点在于：该浮阀的阀盖由两个短轴相等、长轴不等的半椭圆组合而成，因此其重心向一端偏移，造成浮阀开启后阀体有一定的前后倾斜度，使得从阀孔中吹出的气体能推动塔板上的液体作定向流动；阀盖边缘的锯齿增加了气液接触的表面，同时减少了雾沫夹带，并使阀体的开启阻力大大减小。该浮阀继承了条形浮阀塔板开孔率高，同时又继承了圆形浮阀塔板机械强度较高的特点，保证了塔板的机械强度。 5.十字旋阀塔板 十字旋阀塔板的特点：“十”字形的结构和合理布置，塔板上任意相邻四阀喷出的气流与板上液流呈多角度交错，且气流通道面积大，气流速度低而均匀，从而大大减小了雾沫夹带；从十字阀孔吹出的气流与塔板上的液流互相接触，产生漩流，使垂直向上的气速分速度减小，且浮阀侧部的气体通道截面积大，明显减小了气液两相的对冲，改善了塔板的流体力学性能，使塔处理能力和分离效率显著提高；该十字旋阀塔板能够在同等操作条件下使气液两相均匀，降低塔板上的液面梯度，提高传质效果。 1.1.3国内浮阀塔的现状 一个国家化工产业的发展程度在很大意义上衡量着这个国家的工业水平和国防实力。那么作为化工生产中必不可少的塔设备，板式塔的重要性也日益增强。随着科学技术的进步，需要更多、更好的板式塔来进行生产，这就要求板式塔向着低耗损，低成本，高效率和环保的方向发展。而适合于中国国情的塔设备发展相对于欧美的一些发达国家还有着不小的差距，所以必须得加快发展。与世界上一些发达国家相比，我国塔器技术的发展起步较晚。但近几年，随着我国化工和石油化工行业的迅速发展，各种新型高效塔器的应用日益扩大，特别是规整填料、高性能塔板和以氟塑料制成的耐高温、耐腐蚀散堆填料正逐步受到重视。利用这些新技术、新材料，塔设备分离效率、处理能力、产品质量等方面都有了大幅度的提高。我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等，其中，浮阀塔为较先进的板式塔接触元件，应用广泛，并已开发出了导向浮阀及其衍生的改良的浮阀形式，它们的主要特点是采用长方形阀体，有效地防止了阀体的转动，延长了浮阀的使用寿命。近年来，参考国外塔设备设计的发展动向，也加强了对筛板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔型，并对大孔径筛板、双孔径筛板、穿流式可调开孔率筛板、浮阀筛板复合塔盘，以及喷杯塔盘、角钢塔盘、旋流塔盘、喷旋塔盘、旋叶塔盘等多种塔型进行了试验，部分研究成果已用于生产。在填料塔技术方面，我国自20世纪80年代以来，对鲍尔环,阶梯环，矩鞍环，波纹填料等进行了大量的基础和实验研究，在此基础上开发出了网孔波纹板，压延孔波纹板，共轭环，改进矩鞍环，扁环等新型填料，并成功推广应用。尤其在规整填料方面，取得了不少研究成果，天津大学与英国Aston大学联合开发出了以UnaPak命名的脉冲规整填料，天津大学填料中心开发了高效廉价的板花规整填料，清华大学和上海化工研究院分别开发了压延版网波纹填料，中石化洛阳工程公司开发了LH型规整填料，这些成果都已在工业生产中应用。在基础研究方面，国内的很多大学和研究所利用先进的测试技术，对大型塔内部流体浓度场、温度场、速度场的分布及界面作用、界面传递现象进行了冷态模拟和热态研究，获得了宝贵的数据，为大型塔的工程设计提供了理论依据。此外，塔设备的结构和强度设计方面，国内也做出了不断的改进，并引进了一下新的方法和标准规范，特别是计算机技术和流体力学模型的应用，给塔器的整体优化设计带来了很大的便利。 1.1.4国外浮阀塔的现状 国外近年来国际上涌现出来了一些新型板式塔，如美国联合化物公司林德子公司的林德筛板以及stone-webster工程改善开发的波纹筛板，日本三井造船公司的垂直筛板，瑞士kuhni公司的slit筛板和nutter工程公司的专利产品v型栅板等。在塔设备的技术改造中，国内多种性能优良的新型板式塔已经得到成功的应用，有石油大学与锦西炼油化工总厂合作的superrv1浮阀塔板装备的精馏塔和华东理工大学与锦西炼油化工总厂合作的导向浮阀塔板装备的精馏塔等，就不一一阐述了。板式塔作为重要的传质设备之一，可以在各种分离工艺过程中广泛应用，开发新型传质效率高、压降小、通量大的板式塔，塔内件始终是板式塔技术的发展方向。1.1.5浮阀塔的主要特点1.操作弹性大，在较宽的气液负荷变化范围内均可保持高的板效率。其弹性范围为5-9，比筛板塔和泡罩塔的弹性范围都大； 2.处理能力大，比泡罩塔大20-40，但比筛板塔略小； 3.气体为水平方向吹出，气液接触良好，雾沫夹带量小，塔板效率高，一般比泡罩塔高15左右； 4.干板压降比泡罩塔小，但比筛板塔大； 5.结构简单、安装方便，制造费用约为泡罩塔的60%-80，为筛板塔的120-130；由于浮阀具有生产能力大，操作弹性大及塔板效率高等优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他型式的塔板广泛，是目前新型塔板研究开发的主要方向。近年来研究开发出的新型浮阀有船型浮阀、管型浮阀、梯型浮阀、双层浮阀、V-V浮阀、混合浮阀等，其共同的特点是加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动更趋于合理，操作弹性和塔板效率得到进一步的提高。但应指出，在工业应用中，目前还多采用F1型浮阀，其原因是F1型浮阀已有系列化标准，各种设计数据完善，便于设计和对比。而采用新型浮阀，设计数据不够完善，给设计带来一定的困难，但随着新型浮阀性能测定数据的不断发表及工业应用的增加，其设计数据会逐步完善，在有较完善的性能数据下，设计中可选用新型浮阀。1.1.6研究浮阀塔的意义 浮阀塔是20世纪50年代开发的一种新塔型，其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔除安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入夜层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。浮阀塔属于一种板式塔，用于气液传质过程中。浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。 浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。在分离稳定同位素时采用在克服泡罩塔缺陷的基础上发展起鼓泡式接触装置。浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。浮阀主要有V型和T型两种，特点是：生产能力比泡罩塔约大2040；气体两个极限负荷比为56，操作弹性大；板效率比泡罩塔高1015；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小，常用于初浓段的重水生产过程。浮阀塔的工作原理是：在浮阀塔上开有许多孔，每个孔上都装有一个阀，当没有上升汽相时，浮阀闭合于塔板上，当有汽相上升时，浮阀受汽流冲击而向上启开，开度随汽相的量增加而增加，上升汽相穿过阀孔，在浮阀片的作用下向水平方向分散，通过液体层鼓泡而出，使汽液两相充分接触，达到理想的传热传质效果。1.2 设计条件及依据1.2.1设计内容1塔设备的结构设计包括：塔盘结构，塔底、塔顶空间，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。2 塔体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷及偏心载荷；（3）计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力；（4）计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力，并进行强度和稳定性校核。3 筒体和裙座水压试验应力校核4裙座结构设计及强度校核 包括：裙座体、基础环、地脚螺栓5 编写设计说明书一份6 绘制2号装配图一张1.2.2 设计条件1. 设备类型：自支承式塔设备（塔顶无偏心载荷）；2. 设置地区环境：基本风压：qo=400N/;设计地震烈度：7度（或8度）；场地土：2类。地震加速度0.15g（或者0.3g），地震系数根据自己的需要任取一组；3. 塔体及裙座的机械设计条件：（1）塔体内径Di=2200mm，塔高近似取H=50000mm；（2）计算压力Pc=1.8MPa（每组中各人的计算压力根据安排表中数据）,设计温度t=250；（3）塔体装有N=75层浮阀塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为hw=100mm，介质密度为1=800kg/m3；（4）沿塔高每5m左右开设一个人孔，人数为8-10个，相应在人孔处安装半圆形平台8-10个，平台宽度为B=900mm，高度为1000mm。（5）塔外保温层厚度为s=120mm，保温材料密度为2=300kg/m3；（6）塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为me=4000kg,偏心距e=2000mm；（7）塔体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数。（8）裙座统一采用Q235-A（9）塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数=0.85；（10）塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm；（11）参考图为书中图8-25，尺寸及数据根据自己组的具体情况设计、标注。1.3 设备结构形式概述 浮阀塔结构简单，有两种结构型式，即条状浮阀和盘式浮阀，它们的操作和性能基本是一致的，只是结构上有区别，其中以盘式浮阀应用最为普遍。盘式浮阀塔板结构，是在带降液装置的塔板上开有许多升气孔，每个孔的上方装有可浮动的盘式阀片。为了控制阀片的浮动范围，在阀片的上方有一个十字型或依靠阀片的三条支腿。前者称十字架型，后者称V型。目前因V型结构简单，因而被广泛使用，当上升蒸汽量变化时，阀片随之升降，使阀片的开度不同，所以塔的工作弹性较大。 浮阀精馏塔总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。 保证生产安全 生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。浮阀的结构也分为阀片和十字形挡架两部分。在十字形挡架下设置一可上下活动的阀片(带有三个外伸爪)，阀片中央开有蛇O mm的圆孔。阀片升起之前，塔板开孔率由直径20mm的孔决定；气量增大时，阀片开始升起，开孔率增加，一直到阀片达到挡架盖板。由于其特殊的结构设计，阀片不会被卡住或脱落，使用可靠；同时固定阀保证气体水平吹入液体，强化了气液接触时的湍动作用。黄洁等在经Stahl公司同意后，公开发表了此种塔板较完整的性能试验结果，明确了该塔板的优点及缺陷。条形浮阀的特点为：条形浮阀不会旋转，因而不易磨损，阀片不会卡死、脱落；由于条形浮阀的气体从两侧喷出，不像圆形浮阀从四周喷出，所以塔板上的液体返混小于圆形类浮阀塔板，效率相对较高；可以排出较圆孔形更大的开孔率，从而提高处理能力。经工业实践证明，条形结构的浮阀塔板操作性能较传统圆形浮阀塔板略为优秀。但是上述条形浮阀依然存在一些不足：与传统圆形浮阀类似，阀盖上方无鼓泡区，造成塔板传质效率降低；由于大多采用矩形阀腿，且前阀腿和后阀腿宽度一样，气流不能绕过前阀腿，阀前端存在传质死区；虽然其返混较圆形浮阀小，但对塔板弓形区的返混无太大改进；长条形阀孔的四个锐角会形成严重的应力集中，易引起塔板的机械损坏。因此近年来国内不仅对条形浮阀的性能进行大量研究，还针对条形浮阀的不足，开发出多种形式的条形浮阀。2 设计参数及其要求2.1 设计参数设计参数工作压力1.0塔体内径2200计算压力1.8塔高50000工作温度220设计寿命10设计温度250浮阀规格介质名称浮阀间距介质密度800保温材料厚度120传热面积保温材料密度300基本风压400塔盘上存留介质层高度100地震基本烈度8壳体材料16MnR场地类别II内件材料16MnR塔形75裙座材料Q-235-B塔板数目75偏心质量4000塔板间距偏心距2000腐蚀速率2.2设计条件1. 设备类型：自支承式塔设备（塔顶无偏心载荷）；2. 设置地区环境：基本风压：qo=400N/;设计地震烈度：7度（或8度）；场地土：2类。地震加速度0.15g（或者0.3g），地震系数根据自己的需要任取一组；3. 塔体及裙座的机械设计条件：（1）塔体内径Di=2200mm，塔高近似取H=50000mm；（2）计算压力Pc=1.8MPa（每组中各人的计算压力根据安排表中数据）,设计温度t=250；（3）塔体装有N=75层浮阀塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为hw=100mm，介质密度为1=800kg/m3；（4）沿塔高每5m左右开设一个人孔，人数为8-10个，相应在人孔处安装半圆形平台8-10个，平台宽度为B=900mm，高度为1000mm。（5）塔外保温层厚度为s=120mm，保温材料密度为2=300kg/m3；（6）塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为me=4000kg,偏心距e=2000mm；（7）塔体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数。（8）裙座统一采用Q235-A（9）塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数=0.85；（10）塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm；2.3设计简图3 材料选择3.1 概论 塔设备与其他化工设备一样，置于室外，无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有猪狗的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也比较成熟，因此，在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的有点。 3.2塔体材料选择 设计中塔体的材料选择是：；塔体是塔设备的外壳，由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所英气的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响，所以选择塔体的材料很重要。3.3裙座材料的选择 设计中裙座材料的选择是：Q235-B；塔体裙座是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定位置上进行正常工作，为此，它应当具有足够的强大和刚度，能够承受各种操作情况下的全塔质量，以及风力、地震等引起的载荷。4 塔体结构设计及计算4.1塔体和封头厚度计算4.1.1 塔体厚度的计算 考虑厚度附加量C=2mm，经圆整4.1.2封头厚度计算采用标准椭圆形封头：考虑厚度附加量C=2mm，经圆整4.2塔设备质量载荷计算（1）筒体圆筒、封头、裙座质量圆筒质量： 封头质量： 裙座质量：说明：塔体圆筒总高度为 查得DN 2200mm，厚度为18mm 的圆筒质量为985kg/m 查得DN 2200mm，厚度为18mm 的椭圆形封头质量为782kg/m（封头曲面深度550mm，直边高度40mm） 裙座高度3.060m(厚度按18mm计) （2）塔内构件质量 可有表8-1查得浮阀塔盘质量为，故 （3）保温层质量 其中， 为封头保温层质量,Kg（4）平台，扶梯质量 由表8-1查得，平台质量： 笼式扶梯质量： 笼式扶梯总高： 平台数量：n=10（5） 操作时物料质量 其中物料密度 封头容积，塔釜圆筒部分深度 塔板层数 N=75 塔板上液层高度（6）附件质量 按经验取附件质量为（7）充水质量 其中（8）各种质量载荷汇总如图所示，将全塔分为6段，计算下列各质量载荷（计算中略有近似）塔段01122334455顶合计塔段长度/mm10002000900012000120001400050000人孔及平台数00133310塔板数001023231975985275288651182011820136464988800285065546554541421372010823943192319235811246740801076191126273381911501232851169916991577529500246688221629552955341212472015403419545593455935093117785201400260000040001271626028512334233413935209135214各塔段最小质量/kg127150281772121189219052510392216全塔操作质量/kg全塔最小质量/kg水压试验时最大质量/kg4.3风载荷与风弯矩的计算 风载荷计算示例以2-3段为例计算风载荷P3（图8-26）：(N)其中式中：_体型系数，对圆筒形容器，=0.7_10m高处基本风压值，=400_风压高度变化系数，查表8-5得：=1.07_计算段长度，l3=9000mm_脉动影响系数，由表8-7查得：_=0.73_塔的基本自振周期，对等直径、等厚度圆载面塔: _脉动增大系数，根据自振周期T1，由 表8-6查得：2.72_振型系数，由表8-8查得：0.12_风振系数1.22_塔有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成，取以下a，b式中较大者a.b.400mm，,a.b.取3236mm 10654(N) 以上述方法计算出个段风载荷，列于表中。计算段平台数110004000.70.710.00752.721.0160.921003036794220004000.70.720.03752.721.0770.9530030361740390004000.70.750.11002.721.2041.11212003236108004120004000.70.790.35002.721.5831.292434503486239195120004000.70.830.66502.722.0141.483633003336334176140004000.70.871.00002.722.4171.67503260329652152表8-13（e） 风弯矩计算截面：0-0397000+3480000+81000000+430542000+1002510000+224253600037604650003.7605截面1-11740000+70200000+406623000+969093000+219038400036380400003.638截面2-248600000+358785000+902259000+208608000033957240003.3964.4地震弯矩的计算4.4.1地震弯矩的计算取第一振型脉动增大系数为则衰减指数 塔的总高度 H=50000mm全塔操作质量 重力加速度 地震影响系数由表8-2查得（设防烈度8级）由表8-3查得计算截面距离地面的高度h塔设备的基底截面0-0: h=0裙座上检查孔或较大管线引出空处的截面1-1: h=1000mm塔体与裙座连接焊缝处的截面2-2: h=3000mm等直径、等厚度的塔，按下列方法计算地震弯矩。塔设备的基底截面0-0 裙座上检查孔或较大管线引出空处的截面1-1截面2-24.4.2偏心弯矩的计算4.5各种载荷引起的轴向应力1.计算压力引起的轴向拉应力其中，2.操作质量引起的轴向压应力塔设备的基底截面0-0令裙座厚度；有效厚度；裙座上检查孔或较大管线引出空处的截面1-1其中，；塔体与裙座连接焊缝处的截面2-2其中，；3.最大弯矩引起的轴向应力塔设备的基底截面0-0其中， 截面1-1其中， 为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得：=27677000mm3截面2-2其中，4.6塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核4.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核 截面2-2塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的2-2截面上。其中， 满足要求。4.6.2.塔体和裙座的稳定校核截面2-2塔体2-2截面上的最大组合轴向压应力满足要求。其中，查图5-9得（16MnR，200）截面1-1 塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力满足要求其中，查图5-8得（Q235-AR，200）截面0-0 塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力满足要求其中，表4-1 各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面0-01-12-2塔体与裙座有效厚度e，es/mm161616截面以上的操作质量m0i-i/kg135214133943127683计算截面面积Ai-i/mm211052858630110528计算截面的抗压截面系数Zi-i/mm3最大弯矩 Mi-imax（N·mm）37.16×10834.74×108最大允许轴向拉应力Kt/MPa159.12_最大允许轴向压应力/MPaKB163163138Kt168168187计算压力引起的轴向拉应力1/MPa0061.88操作质量引起轴向拉应力2i-i/MPa1222.411.33最大弯矩引起的轴向应力3i-i/MPa63.15134.2857.16最大组合轴向拉应力i-imax/MPa_107.71最大组合轴向压应力i-imax/MPa75.15156.6868.49强度与稳定校核强度_满足要求稳定性满足要求满足要求满足要求4.7塔体水压试验和吊装时的应力校核4.7.1水压试验时各种载荷引起的应力（1）试验压力和液柱静压力引起的环向应力液柱静压力=rH1000×50=0.5（MPa）（2）试验压力引起的轴向拉应力（3）最大质量引起的轴向压应力（4）弯矩引起的轴向应力4.7.2水压试验时应力校核（1）简体环向应力校核 满足要求。（2）最大组合轴向拉应力校核 满足要求。（3）最大组合轴向压应力校核满足要求。4.8基础环的设计4.8.1 基础环尺寸取如图所示4.8.2基础环的应力校核其中（1）取以上两者中的较大值，。选用100号混凝土，由表8-9查得其许用应力。，满足要求4.8.3基础环的厚度；假设螺栓直径为M42，由表8-11查得，当，由表8-10查得：取其中较大值，故。按有筋板时计算基础环厚度：圆整后取4.9地脚螺栓计算4.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力其中（1）（2）取以上两数中的较大值，4.9.2地脚螺栓的螺纹小径，选取地脚螺栓个数n=40; ; 。由表8-12查得M48螺栓的螺纹小径，故选用40个M48的地脚螺栓，满足要求。符号说明塔设备设计计算常用符号及说明符号符号说明系数，按照GB150相关章节，Mpa塔设备壳体内直径，mm基础环内直径，mm塔设备壳体外直径，mm基础环外直径，mm裙座壳体底部截面的外直径，mm塔顶管线外径，mm设计温度下材料的弹性模量，Mpa风压高度变化系数，高度取各计算段顶截面的高度塔设备底截面处的垂直地震力，N塔设备任意计算截面I-I处垂直地震力，N集中质量mK引起的基本振型水平地震力，N重力加速度，取g=9.81m/s2塔设备高度，mm塔设备顶部至第i段底截面的距离，mm塔设备第i段顶截面距塔底截面的高度，m第i段集中质量距地面的高度，mm、第i计算段，第i-1计算段的截面惯性距，载荷组合系数，取K=1.2体型系数，取笼式扶梯当量宽度，当去确切数据时，可取=400mm操作平台当量宽度，mm偏心质点重心至塔设备中心线的距离，mm第i计算段长度，mm操作平台所在计算段的长度，mm人孔，接管，法兰等附属件质量，kg偏心质量，kg塔设备操作质量，kg液压试验时，塔器内充液质量，kg塔设备壳体和裙座质量，kg内件质量，kg保温材料质量，kg平台，扶梯质量，kg操作时塔内物料质量，kg塔设备第i计算段的操作质量，kg距地面hk处的集中质量，kg塔设备的当量质量，取，kg任意计算截面I-I以上塔式容器的操作质量，kg任意计算截面I-I的基本振型地震弯矩，N.mm底截面0-0处的基本振型地震弯矩，N.mm任意计算截面I-I处的风弯矩，N.mm底截面0-0处的风弯矩，N.mm任意计算截面I-I处的最大弯矩，N.mm基本风压值，N/m2地震影响系数对应于塔设备基本振型自振周期T1的地震影响系数地震影响系数的最大值