設(shè)計(jì)計(jì)算說明書—乙醇水浮閥精餾塔設(shè)計(jì)

1、山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目乙醇-水浮閥精餾塔設(shè)計(jì)姓 名 陳鑫 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 過程裝備與控制工程 年 級(jí) 2009級(jí)過控班 指導(dǎo)教師 唐委校 宋清華 2013年1月16日山東大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：過程裝備與控制工程 年級(jí)：2009級(jí)姓 名陳鑫設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)（論文）題目乙醇-水浮閥精餾塔設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ)評(píng)定成績(jī)： 簽名： 年 月 日評(píng) 閱 人 評(píng) 語(yǔ)評(píng)定成績(jī)： 簽名： 年 月 日答 辯 小 組 評(píng) 語(yǔ)答辯成績(jī)： 組長(zhǎng)簽名： 年 月 日乙醇-水浮閥精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算說明書目錄山東大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表1摘要-

2、1 -abstract- 2 -第1章 緒論- 3 -1.1 設(shè)計(jì)背景- 3 -1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)- 3 -1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書- 3 -1.2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)分析- 4 -1. 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容- 4 -第2章 塔總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 5 -2.1 總體結(jié)構(gòu)- 5 -2.2 主體尺寸- 5 -2.2.1 塔高- 5 -2.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及材料指標(biāo)- 6 -2.2.3 筒體和封頭壁厚- 6 -第3章 塔盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核- 7 -3.1 塔盤整體形式與結(jié)構(gòu)- 7 -3.2 塔盤材料- 7 -3.3 塔盤零部件設(shè)計(jì)- 7 -3.3.1 浮閥- 7 -3.3.2 塔盤組裝結(jié)構(gòu)- 8 -3.3.3 塔盤板- 8

3、 -3.3.4 升氣孔排列- 10 -3.3.5 降液板- 11 -3.3.6 受液盤- 12 -3.3.7 入口堰- 12 -3.3.8 出口堰- 12 -3.3.9 液封盤- 13 -3.4 塔盤強(qiáng)度校核- 13 -3.4.1 塔盤載荷計(jì)算- 13 -3.4.2 通道板強(qiáng)度校核- 14 -3.4.3 塔盤板強(qiáng)度校核- 14 -第4章 塔體載荷分析與校核- 16 -4.1 塔體載荷分析- 16 -4.1.1 質(zhì)量載荷- 16 -4.1.2 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩- 18 -4.1.3 地震載荷- 21 -4.1.4 偏心載荷- 24 -4.1.5 計(jì)算截面處載荷- 24 -4.1.6 最大彎矩- 2

4、4 -4.2 筒體強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核- 25 -4.2.1 操作工況- 25 -4.2.2 液壓試驗(yàn)- 26 -4.3 裙座殼體軸向應(yīng)力校核- 27 -4.3.1 裙座底部截面的校核- 27 -4.3.2 通道口中心截面的校核- 28 -第5章 零部件設(shè)計(jì)- 29 -5.1 保溫層與保溫圈- 29 -5.1.1 保溫層- 29 -5.1.2 保溫圈- 29 -5.2 裙座- 29 -5.2.1 裙座形式及材料- 29 -5.2.2 裙座與封頭連接結(jié)構(gòu)- 29 -5.2.3 地腳螺栓座- 30 -5.2.4 排氣管- 30 -5.2.5 塔底接管引出孔- 31 -5.2.6 裙座檢查孔- 31 -

5、5.3 塔頂?shù)踔? 31 -5.4 除沫器- 31 -第6章 裙座地腳螺栓座校核計(jì)算- 32 -6.1 基礎(chǔ)環(huán)強(qiáng)度計(jì)算- 32 -6.1.1 基礎(chǔ)環(huán)尺寸- 32 -6.1.2 基礎(chǔ)環(huán)所受載荷- 32 -6.2 地腳螺栓強(qiáng)度計(jì)算- 32 -6.3 筋板強(qiáng)度計(jì)算- 33 -6.3.1 筋板壓應(yīng)力- 33 -6.3.2 筋板許用應(yīng)力- 33 -6.4 蓋板強(qiáng)度計(jì)算- 33 -6.5 裙座與筒體對(duì)接焊縫的校核- 34 -第7章 開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 35 -7.1 開孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 35 -7.1.1 接管選擇- 35 -7.1.2 法蘭選擇- 35 -7.1.3 法蘭連接尺寸- 36 -7.1.4 法

6、蘭結(jié)構(gòu)尺寸- 36 -7.1.5 法蘭密封面形式選擇- 36 -7.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 37 -7.2.1 補(bǔ)強(qiáng)分析- 37 -7.2.2 氣體出口補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 37 -7.2.3 人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 38 -7.2.4 氣體入口補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 39 -7.2.5 液體出口管補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)- 39 -致謝- 42 -參考文獻(xiàn)- 43 -iii摘要塔設(shè)備是化工及石油化工生產(chǎn)中最重要的單元設(shè)備之一。塔設(shè)備通過其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)可以使氣液兩相或液液兩相之間充分接觸，完成質(zhì)量或熱量傳遞。浮閥塔是指塔盤上開有一定形狀的閥孔，孔中安裝可在適當(dāng)范圍內(nèi)上下浮動(dòng)的閥片的一種板式塔。浮閥塔具有蒸汽負(fù)荷量大、操作彈性大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在

7、設(shè)計(jì)和選用塔型時(shí)常是被首選的板式塔。本設(shè)計(jì)以乙醇-水為介質(zhì)，主要依據(jù)gb150-2010固定式壓力容器、jb24710-2005鋼制塔式容器、化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)浮閥精餾塔進(jìn)行了較全面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞： 精餾；浮閥塔；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)abstracttower is one of the most important unit in the chemical and petrochemical production equipment. tower equipment through its internal structure can make the gas-liquid two-phase or

8、liquid-liquid full contact between the two phases, the completion of the mass or heat transfer. the float valve tower means to open the valve hole of a certain shape on the tray, a plate tower mounted floating up and down within the appropriate range of the valve sheet hole. float valve tower has a

9、large amount of steam load, operating flexibility, and high efficiency in the design and selection of tower type is often preferred plate tower. the design to ethanol - water as a medium, mainly based on the gb150-2010 fixed pressure vessel jb24710-steel the tower container, chemical equipment desig

10、n manual more comprehensive structural design of floating valve distillation column .keywords: distillation; floating valve tower; mechanical design第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景塔設(shè)備是化工生產(chǎn)中不可或缺的一種過程設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。浮閥塔是在篩板塔基礎(chǔ)上，在每個(gè)篩孔處安裝一個(gè)可上下移動(dòng)的閥片。當(dāng)篩孔氣速高時(shí)，閥片被頂起上升，空速低時(shí)，閥片因自身重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使進(jìn)入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在閥片下

11、側(cè)水平方向進(jìn)入液層，既減少液沫夾帶量，又延長(zhǎng)氣液接觸時(shí)間，故起到很好的傳質(zhì)效果。塔盤是浮閥塔完成工藝的主要功能結(jié)構(gòu)，塔的工藝性能主要取決于塔盤的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。 目前，我國(guó)大部分石油化工企業(yè)使用的浮閥塔版為f1型塔板，該類型塔板優(yōu)點(diǎn)是效率較高，但塔板的壽命較低。改進(jìn)浮閥形式可以提高塔設(shè)備的整體性能，但此內(nèi)容超出本設(shè)計(jì)范圍，故不再討論。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書表1-1 設(shè)計(jì)任務(wù)書內(nèi)徑1600mm精餾段提餾段介質(zhì)乙醇-水平均壓力（mpa）0.810.82液相比重850kg/m3平均溫度（）8293浮閥數(shù)128-160個(gè)塔板數(shù)157保溫材料巖棉塔板間距（mm）450保溫厚度100mm塔

12、頂壓力（mpa）0.8保溫層密度200 kg/m3塔底壓力（mpa）0.82材質(zhì)殼體、封頭q345r塔底液柱高度（m）2板q345r塔底工作壓力（mpa）0.84裙座q235-af設(shè)計(jì)壓力（mpa）0.9允許腐蝕裕度2mm設(shè)計(jì)溫度（）150封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭壓力容器等級(jí)i弓形高150mm裙座高（mm）2000塔外附件重3500kg地震烈度8當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓350pa場(chǎng)地類型b設(shè)備估重參數(shù)平臺(tái)寬900mm（半圓形），平臺(tái)重150 kg/m2，平臺(tái)構(gòu)件投影面積a=0.5 m2?；\式扶梯40 kg/m2，開式扶梯20 kg/m2。1.2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)分析塔設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)包括工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分。工藝設(shè)計(jì)主要是

13、根據(jù)工藝要求確定塔設(shè)備的各工藝參數(shù)，使塔設(shè)備可以滿足工藝要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于工藝設(shè)計(jì)的結(jié)果，對(duì)塔設(shè)備的整體和各部分結(jié)構(gòu)作全面設(shè)計(jì)，使塔可以正常運(yùn)行并達(dá)到工藝要求。本設(shè)計(jì)假設(shè)工藝設(shè)計(jì)完成，僅進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1. 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)將主要依據(jù)以gb150-2010固定式壓力容器、jb24710-2005鋼制塔式容器、化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)為主要依據(jù)對(duì)乙醇-水浮閥精餾塔進(jìn)行了較全面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括塔的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、塔盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)校核、塔體載荷分析、塔體校核計(jì)算、塔設(shè)備零部件（包括保溫層、裙座、塔頂?shù)踔俺鞯龋┰O(shè)計(jì)、地腳螺栓座校核計(jì)算、塔體開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)等。下面各章節(jié)將針對(duì)以上內(nèi)容一一展開

14、。第2章 塔總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)如總裝圖所示，包括封頭、筒體、裙座、塔盤、塔附件、塔內(nèi)件、開孔與接管等。2.2 主體尺寸2.2.1 塔高2.2.1.1 塔頂空間高度塔頂空間高度是指塔頂部第一塊塔板至塔頂封頭切線之間的垂直距離。取塔頂空間高度。2.2.1.2 封頭高度，直邊段高度。2.2.1.3 塔板間距塔板間距，人孔板間距，進(jìn)料板間距。2.2.1.4 塔底空間高度塔底空間高度是指塔底第一塊塔板至塔底切線的距離。取塔底第一塊塔板至塔釜液面高度為1400mm，塔釜液面高度為2000mm，以此，計(jì)算塔底空間高度。2.2.1.5 裙座高度取裙座高度。2.2.1.6 人孔布置在塔頂空間、

15、塔底空間、精餾段、提餾段各布置一個(gè)人孔，即人孔數(shù)目n=4。2.2.1.7 塔板布置精餾段塔板數(shù)，提餾段塔板數(shù)，實(shí)際塔板數(shù)。2.2.1.8 全塔高全塔高： 2.2.1.9 圓筒高度圓筒高： 2.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及材料指標(biāo)設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度取，塔底液柱靜壓力為。由于，故液柱靜壓力可忽略不計(jì)。筒體、封頭材料均為q345r，根據(jù)gb150.2-2010固定式壓力容器，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力（設(shè)壁厚為316mm），。2.2.3 筒體和封頭壁厚2.2.3.1 筒體取焊接系數(shù)，鋼板厚度負(fù)偏差，；筒體計(jì)算厚度厚度；筒體設(shè)計(jì)厚度；設(shè)計(jì)厚度加上鋼板厚度負(fù)偏差，并圓整，取筒體名義厚度；筒體有效厚度。2.2.3.2 封

16、頭取焊接系數(shù)為，厚度負(fù)偏差，；則封頭的計(jì)算厚度；封頭設(shè)計(jì)厚度；設(shè)計(jì)厚度加上鋼板厚度負(fù)偏差，并圓整，取封頭名義厚度；封頭有效厚度。第3章 塔盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核3.1 塔盤整體形式與結(jié)構(gòu)塔盤整體為分塊式浮閥塔盤，采用單液流程，結(jié)構(gòu)如下圖：圖4-1 塔盤總體結(jié)構(gòu)3.2 塔盤材料無特殊聲明，各零部件選用q345r材料。3.3 塔盤零部件設(shè)計(jì)3.3.1 浮閥浮閥采用f1型浮閥，升氣孔尺寸為。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)jb/t1118-2001f1形浮閥，選用f1z-4a規(guī)格浮閥，其基本參數(shù)和尺寸為：表3-1 f1z-4a型浮閥標(biāo)記基本參數(shù)踏板厚度尺寸材質(zhì)f1z-4a閥厚閥重4hlabc0cr13232.712.516.51

17、0.25.334.63.3.2 塔盤組裝結(jié)構(gòu)塔盤（狹義，塔盤板組成）分2個(gè)切角塔盤板、2個(gè)塔盤邊板、通道板組裝而成。塔盤板厚度取。根據(jù)塔體內(nèi)徑，化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-56，塔盤板的其它相關(guān)尺寸如下：塔盤直徑，塔盤支撐圈寬高，塔盤與支撐圈緊固用螺栓至塔盤邊板距離。塔盤板長(zhǎng)度。3.3.3 塔盤板3.3.3.1 切角塔盤板塔盤上在通道板兩側(cè)設(shè)置兩塊切角塔盤板，其結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸如下圖：圖3-2 切角塔盤板為增加塔盤剛度，塔盤板設(shè)有幅板，根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-57，取幅板高度，螺孔邊距。3.3.3.2 通道板為使檢修時(shí)方便通過各層塔盤，塔盤上設(shè)置有通道板，通道板與其周圍零部件的連接方式應(yīng)設(shè)計(jì)為雙

18、面可拆結(jié)構(gòu)。塔盤板長(zhǎng)度，根據(jù)要求，每層塔盤的通道板應(yīng)分為兩塊設(shè)置。通道板結(jié)構(gòu)如下圖：圖3-3 帶幅板塔盤通道板圖3-4 無幅板塔盤通道板為方便拆、裝通道板，通道板設(shè)有提手，提手尺寸，厚度取。圖3-5 通道板提手3.3.3.3 塔盤邊板由下圖可知，塔盤連接尺寸方程式：圖3-6 塔盤連接尺寸以此，塔盤邊板弓高。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)推薦，塔盤邊板與支撐圈緊固用螺孔所在中心線半徑為：。塔盤邊板的結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖所示：圖3-7 塔盤邊板3.3.4 升氣孔排列塔盤板上的升氣孔采用等腰三角形排列，底邊尺寸取，高度取。各塔盤板上的升氣孔排列如下：圖3-8 切角塔盤板升氣孔排列每個(gè)切角塔盤板布置42個(gè)升氣孔。圖3-9 通道

19、板升氣孔排列每個(gè)通道板布置22個(gè)升氣孔。圖3-10 塔盤邊板板升氣孔排列每個(gè)通道板布置3個(gè)升氣孔。3.3.5 降液板3.3.5.1 降液板形式降液板形式采用傾斜式降液板。3.3.5.2 降液板分塊規(guī)格與塔體連接形式采用分塊式連接結(jié)構(gòu)：取降液板總高度，因，為便于通過人孔，采用分塊式連接結(jié)構(gòu)。降液板厚度取與塔盤板等厚，。3.3.5.3 降液板與其支撐件的尺寸弓形高，查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-44，弓形降液管弦長(zhǎng)；弓形所對(duì)半弦角；，；連接板寬度；降液板長(zhǎng)度。3.3.6 受液盤3.3.6.1 受液盤形式受液盤形式采用凹形受液盤。3.3.6.2 受液盤及其支撐件尺寸取凹受液盤寬度，深度，厚度與塔盤板等厚

20、，；連接板厚度取與支撐圈等厚，；連接板高度；弦高，查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-44，；連接板處半弦角；連接板寬度；凹形受液盤結(jié)構(gòu)直徑；受液盤長(zhǎng)度。3.3.6.3 淚孔為檢修時(shí)排出凹受液盤中殘液，在凹受液盤上設(shè)有淚孔。淚孔直徑，孔中心至受液盤豎直段外沿距離為。3.3.7 入口堰受液盤采用凹形受液盤，降液板高度比較大，為避免入口堰與見夜班間隙過小導(dǎo)致液流速度過大，不設(shè)入口堰。3.3.8 出口堰3.3.8.1 出口堰形式出口堰形式采用可調(diào)（高度）式平堰。3.3.8.2 出口堰板結(jié)構(gòu)尺寸取出口堰高度，厚度與塔盤板等厚，；出口堰板高度；出口堰板長(zhǎng)度與降液板等長(zhǎng)，；取出口堰板與降液板連接螺栓間距。3.3.9

21、 液封盤3.3.9.1 液封盤結(jié)構(gòu)形式液封盤結(jié)構(gòu)形式采用可拆連接結(jié)構(gòu)。3.3.9.2 受液盤結(jié)構(gòu)尺寸取液封盤寬度，深度，厚度與塔盤板等厚，；弦高，查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-44，；連接板處半弦角；連接板高度；液封盤外徑與塔盤外徑相等，；液封盤長(zhǎng)度。，?？ㄗ涌拙嗝芊獗P上端面高度。3.3.9.3 淚孔為檢修時(shí)排出液封盤中殘液，在液封盤上設(shè)有淚孔。淚孔直徑，孔中心至受液盤豎直段外沿距離為。3.4 塔盤強(qiáng)度校核3.4.1 塔盤載荷計(jì)算3.4.1.1 塔盤載荷取塔盤上液層高度高于溢流堰，；塔盤上液層引起的集中載荷，??；塔盤自身重量引起的均布載荷，取。3.4.1.2 受液盤載荷取受液盤上液層高度為；受液盤

22、上液層引起的集中載荷，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，受液盤上的均布載荷要求不小于，取。3.4.1.3 液封盤載荷取液封盤所受均布載荷；取停工檢修時(shí)承受的集中載荷，作用點(diǎn)位于塔盤板中心處。3.4.2 通道板強(qiáng)度校核如圖3-11所示，將通道板視為簡(jiǎn)支梁模型：圖3-11 通道板簡(jiǎn)化模型操作工況下，通道板承受均布載荷；，所以板中心最大應(yīng)力；板中心最大撓度；綜上，通道板強(qiáng)度校核安全。3.4.3 塔盤板強(qiáng)度校核同上，對(duì)塔盤板進(jìn)行簡(jiǎn)化，取組合慣性矩。3.4.3.1 操作工況下強(qiáng)度校核操作工況下，塔盤承受的載荷：；載荷集度；塔盤中心出所受最大彎矩：；最大應(yīng)力：；最大撓度：。3.4.3.2 停工檢修時(shí)強(qiáng)度校核塔盤自身均布載荷，載荷

23、集度；集中載荷在塔盤中心產(chǎn)生的最大彎矩：；塔盤自身重量在塔盤中心產(chǎn)生的最大彎矩：；最大彎矩：；最大應(yīng)力：；綜上，塔盤板強(qiáng)度校核安全。第4章 塔體載荷分析與校核4.1 塔體載荷分析4.1.1 質(zhì)量載荷塔體封頭、筒體材料選用q345r，裙座可選用q235-af，其密度均為。4.1.1.1 封頭、筒體、裙座質(zhì)量（1）封頭質(zhì)量對(duì)，的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，根據(jù)jb/t4746-2002鋼制壓力容器用封頭表b-2，封頭質(zhì)量。（2）筒體質(zhì)量。（3）裙座質(zhì)量。封頭、筒體、裙座質(zhì)量：。4.1.1.2 塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量取浮閥塔盤質(zhì)量載荷；塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量：。4.1.1.3 保溫層質(zhì)量保溫層厚度，保溫層密度，覆蓋上下封頭、筒體及裙

24、座在裙座與筒體焊縫以下范圍內(nèi)。因此，保溫層質(zhì)量：。4.1.1.4 平臺(tái)及扶梯質(zhì)量（1）平臺(tái)質(zhì)量平臺(tái)與人孔配合，數(shù)量為4，半圓環(huán)形平臺(tái)寬900mm，重；平臺(tái)質(zhì)量：；（2）扶梯質(zhì)量裙座上扶梯采用開式扶梯，筒體處采用籠式扶梯；。4.1.1.5 操作時(shí)的物料質(zhì)量液相比重，塔盤出口堰高，塔板上液層高度，塔盤持液高度；查標(biāo)準(zhǔn)jb/t4736-2002鋼制壓力容器用封頭表b-1，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭容積；。4.1.1.6 附件質(zhì)量附件質(zhì)量。4.1.1.7 水壓試驗(yàn)時(shí)充水質(zhì)量。4.1.1.8 偏心質(zhì)量取。4.1.1.9 各工況下的質(zhì)量載荷將以上各種質(zhì)量列于表4-2：表4-2 質(zhì)量載荷/kg載荷數(shù)值5688.93315

25、.81654.22938.68074.13500100031015.4正常操作時(shí)的質(zhì)量：水壓試驗(yàn)時(shí)的最大質(zhì)量：停工檢修時(shí)的最小質(zhì)量：4.1.2 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩4.1.2.1 塔高分段沿塔高將塔分為5段，從塔底部起，第1段為01m，第2段為12m，第3段為27m，第4段為712m，第5段為12m以上部分。各段數(shù)據(jù)如表4-3：表4-3 塔高分段數(shù)據(jù)塔段12345hi/mm50015004500950014500li/mm10001000500050005350m01+ma/kg529.6529.62648.12648.12833.5m02/kg001080.11080.11155.7m03/kg0

26、0538.8538.8576.5m04/kg2020758.8758.8783.4m05/kg00263026302814.1mw/kg0010102.710102.710809.9me/kg500500000m0/kg1049.61049.67655.98253.38166.8(注：指每段長(zhǎng)度，指每段中心到塔底面的距離)4.1.2.2 塔的自振周期查標(biāo)準(zhǔn)gb150.2-2010固定式壓力容器表b-13，在設(shè)計(jì)溫度（150）下，q345(碳素鋼)的彈性模量。由jb4710-2005鋼制塔式容器公式：。4.1.2.3 水平風(fēng)力計(jì)算塔第i段所受的水平風(fēng)力。（1）基本風(fēng)壓（2）高度變化系數(shù)查表得各段

27、高度變化系數(shù)如下：地面粗糙度類別為b類，各段距地面高度h1t=1m、h2t=2m、h3t=7m、h4t=12m、h5t=17.35m，查風(fēng)壓高度變化系數(shù)表，有內(nèi)插法可得：。（3）體形系數(shù)對(duì)細(xì)長(zhǎng)圓柱形塔體，取。（4）風(fēng)振系數(shù)塔高小于20m，取風(fēng)振系數(shù)=1.7。（5）塔設(shè)備迎風(fēng)面的有效直徑籠式扶梯與塔頂管線布置成180，則；塔設(shè)備段等徑，；各段保溫層的厚度，；塔頂管線外徑，=0.3m；管線保溫層的厚度，=0.1m；籠式扶梯的當(dāng)量寬度，操作平臺(tái)的當(dāng)量寬度，；由此，各段迎風(fēng)面有效直徑：，。（6）各段所受水平風(fēng)力：，。4.1.2.4 隨風(fēng)向風(fēng)振塔的高徑比，且，因此，不再考慮隨風(fēng)向風(fēng)陣的影響。4.1.2.

28、5 風(fēng)載荷計(jì)算數(shù)據(jù)將上述計(jì)算結(jié)果列于表4-4：表4-4 風(fēng)載荷計(jì)算數(shù)據(jù)塔段號(hào)12345q0350pak10.7k2i1.7k4000.20.20.19fi1.001.001.001.061.18dei/m2.7162.7162.9162.9162.903pi/n113111316073643776334.1.2.6 風(fēng)彎矩塔體危險(xiǎn)截面包括：0-0截面（裙座底部截面），i-i截面（裙座檢查孔中心所在截面），ii-ii截面（裙座與筒體焊接處截面）。0-0截面： i-i截面：ii-ii截面：4.1.3 地震載荷4.1.3.1 水平地震力第k段塔節(jié)重心處產(chǎn)生的相當(dāng)于第一振型的水平地震力，。（1）綜合影

29、響系數(shù)取。（2）地震影響系數(shù)取設(shè)計(jì)地震分組第二組，場(chǎng)地土類型ii，查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-4，場(chǎng)地土特征周期值，查地震影響系數(shù)圖，此位于曲線下降段；地震影響系數(shù)，；地震烈度8，地震影響系數(shù)的最大值；取塔的阻尼比，；衰減指數(shù)，；阻尼調(diào)整系數(shù)， ；故，地震影響系數(shù)：。（3）對(duì)應(yīng)第一振型的振型參與系數(shù)對(duì)應(yīng)第一振型的振型參與系數(shù)，；，；（4）各段重心處產(chǎn)生的相當(dāng)于第一振型的水平地震力：，。4.1.3.2 垂直地震力地震烈度為8級(jí)，應(yīng)考慮垂直地震力。在地面垂直運(yùn)動(dòng)下，對(duì)于多質(zhì)點(diǎn)系，塔設(shè)備底部截面上的垂直地震，；垂直地震影響系數(shù)最大值，；塔的當(dāng)量質(zhì)量，??； ；塔任意質(zhì)量中心i處的垂直地震力，；，；各段垂

30、直地震：，。4.1.3.3 地震彎矩（1）0-0截面0-0截面地震彎矩：（2）i-i截面i-i截面地震彎矩：（3）ii-ii截面ii-ii截面地震彎矩： 4.1.4 偏心載荷取偏心距，。4.1.5 計(jì)算截面處載荷將上述各截面處的載荷計(jì)算結(jié)果列于表4-5：表4-5 計(jì)算截面處載荷截面風(fēng)彎矩地震彎矩偏心彎矩0-0i-iii-ii4.1.6 最大彎矩4.1.6.1 正常操作或停工檢修工況計(jì)算截面處最大彎矩，（取其中較大值）。（1）0-0截面；（地震彎矩控制）。（2）i-i截面（地震彎矩控制）（3）ii-ii截面處的最大彎矩（地震彎矩控制）4.1.6.2 液壓試驗(yàn)取最大彎矩，；液壓試驗(yàn)時(shí)，各截面最大彎

31、矩：將上述計(jì)算結(jié)果列于表4-6：表4-6 最大彎矩工況0-0截面i-i截面ii-ii截面正常操作及停工檢修液壓試驗(yàn)4.2 筒體強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核4.2.1 操作工況4.2.1.1 筒體軸向應(yīng)力由內(nèi)壓引起的軸向應(yīng)力，；由重力和垂直地震力引起的軸向應(yīng)力：；ii-ii截面以上塔設(shè)備承受的質(zhì)量，ii-ii截面以上塔設(shè)備所受垂直地震力；最大彎矩引起的軸向應(yīng)力：。4.2.1.2 軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力，（取其中較小者）；，查標(biāo)注gb150固定式壓力容器圖6-4，得；最大組合壓應(yīng)力，；，校核安全。4.2.1.3 軸向拉應(yīng)力校核許用軸向拉應(yīng)力，；筒體最大組合拉應(yīng)力， ；，校核安全。4.2.2 液壓試驗(yàn)4.

32、2.2.1 軸向應(yīng)力試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力， ；重力引起的軸向應(yīng)力，；ii-ii截面以上塔設(shè)備液壓試驗(yàn)時(shí)承受質(zhì)量：，；最大彎矩引起的軸向應(yīng)力：。4.2.2.2 軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力，（取其中較小值）；最大組合壓應(yīng)力為；，校核安全。4.2.2.3 軸向拉應(yīng)力校核軸向許用拉應(yīng)力，；最大組合拉應(yīng)力為：；，所以校核安全。4.3 裙座殼體軸向應(yīng)力校核4.3.1 裙座底部截面的校核4.3.1.1 操作工況軸向許用壓應(yīng)力，（取其中較小值），；最大組合壓應(yīng)力：；，校核安全。4.3.1.2 液壓試驗(yàn)軸向許用壓應(yīng)力，（取其中較小值），；最大組合壓應(yīng)力：；，校核安全。4.3.2 通道口中心截面的校核4.3.

33、2.1 正常工況i-i截面通過檢查孔中心，加強(qiáng)管長(zhǎng)度，人孔水平方向?qū)挾?，加?qiáng)管厚度；i-i截面以上塔設(shè)備承受質(zhì)量，；i-i截面以上塔設(shè)備的垂直地震力，；i-i截面處裙座截面積：；i-i截面處裙座斷面系數(shù)：；最大組合壓應(yīng)力，；，校核安全。4.3.2.2 液壓試驗(yàn)下i-i截面以上塔設(shè)備液壓試驗(yàn)時(shí)承受的質(zhì)量：；最大組合壓應(yīng)力，;，校核安全。第5章 零部件設(shè)計(jì)5.1 保溫層與保溫圈5.1.1 保溫層塔內(nèi)操作溫度大于環(huán)境溫度，且不允許塔壁散熱或防止高溫塔壁燙傷人體，塔體需設(shè)置保溫層。此外，塔的溫度較高，塔體與裙座間的溫度差會(huì)引起不均勻熱膨脹，使裙座與塔體的連接焊縫處受力情況惡化，因此須對(duì)裙座加以保溫。保

34、溫層材料選用巖棉，截面為圓環(huán)狀，厚度為，密度為200kg/m3。塔外保溫層布置在從塔頂封頭至塔底封頭連接焊縫以下處。5.1.2 保溫圈為支撐保溫層，塔體上須設(shè)置保溫層。保溫圈材料選用q235a，單個(gè)保溫圈由四個(gè)環(huán)塊組成，寬度為70mm，厚度為8mm。保溫圈與塔體直接焊接，類型分為塔頂保溫圈、塔體保溫圈及塔底封頭保溫圈三類。塔頂保溫圈置于塔頂封頭焊縫處；塔體保溫圈最底層置于裙座與封頭焊縫線以下400mm處，之間各塊間距33.5m；塔底封頭保溫圈至下封頭切線的距離取h=291mm。具體布置結(jié)構(gòu)見總裝圖。5.2 裙座5.2.1 裙座形式及材料裙座采用圓筒形裙座結(jié)構(gòu)，材料選用q235-af。5.2.2

35、 裙座與封頭連接結(jié)構(gòu)5.2.2.1 連接形式采用焊接連接，接頭形式采用對(duì)接接頭，焊縫為全焊透連續(xù)焊，且與塔底封頭外壁圓滑過渡。5.2.2.2 連接處尺寸裙座內(nèi)徑和厚度均與殼體相等，。裙座頂部到底封頭切線的距離：。5.2.2.3 底封頭焊縫處裙座缺口設(shè)計(jì)為避免焊縫重疊，在封頭拼接焊縫處，裙座設(shè)置有缺口。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-46，取缺口寬w=70mm，缺口半徑r=35mm。5.2.3 地腳螺栓座5.2.3.1 地腳螺栓座形式地腳螺栓座形式采用外螺栓結(jié)構(gòu)形式，包括有筋板、蓋板、墊板等零件。5.2.3.2 地腳螺栓座結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-17推薦的結(jié)構(gòu)尺寸，選取尺寸如下：表5-1

36、地腳螺栓座尺寸(mm)螺栓規(guī)格bcd(d)3008070220（260）100202620190150100516570并初定，后面章節(jié)將對(duì)上述結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行強(qiáng)度校核。5.2.3.3 地腳螺栓查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-21，由裙座直徑，取地腳螺栓數(shù)n=12。螺栓材料采用q235a，常溫下的許用應(yīng)力。地腳螺栓間距，。，地腳螺栓座蓋板形式采用連續(xù)環(huán)形蓋板。5.2.4 排氣管裙座上端與底封頭對(duì)接焊縫以下400mm高度內(nèi)設(shè)置有保溫層，因此，應(yīng)在裙座上設(shè)置排氣管。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-22，排氣管規(guī)格選用鋼管，數(shù)量為2。排氣管中心至裙座筒體上端距離；查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-23，取封頭參數(shù)，。5.2

37、.5 塔底接管引出孔塔體底封頭處液體出口接管需伸出裙座殼壁外，故應(yīng)在裙座上設(shè)置引出孔。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-24，引出管公稱直徑，引出孔直徑?。ㄒ龉懿槐兀２榛ぴO(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-25，取引出孔中心至封頭切線高度h=700mm，在介質(zhì)溫度（t=150）下，取支撐板與引出管間隙c=2mm。5.2.6 裙座檢查孔檢查孔選用圓形，查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-26，取檢查孔尺寸d=450mm，數(shù)量取n=1。檢查孔加強(qiáng)管長(zhǎng)度取m=250mm，檢查孔中心至基礎(chǔ)環(huán)的距離取h=1000mm。5.3 塔頂?shù)踔鶕?jù)起吊載荷重量和塔徑，選用hg/t21639塔頂?shù)踔鶚?biāo)準(zhǔn)化吊柱。最大起吊載荷，取w=500kg

38、。塔外徑為do=1616mm，初設(shè)e=250mm，s取兩者較大者并向上圓整，取s=1200mm。綜上，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選用塔頂?shù)踔臉?biāo)記為：塔頂?shù)踔?g=500 s=1200 hg/t21639-2005吊柱材料選用20號(hào)無縫鋼管。吊柱豎直中面與人孔中心線的夾角取75。5.4 除沫器除沫器選用絲網(wǎng)除沫器。根據(jù)人孔設(shè)置在除沫器下方的條件，采用下裝式除沫器，氣液過濾網(wǎng)型式采用sp型。絲網(wǎng)及格柵、支撐件材料均選用q235a.根據(jù)塔內(nèi)徑，查hg/t21618-1998絲網(wǎng)除沫器表5.0.1.6，將絲網(wǎng)除沫器主要外形尺寸列于表5-2：表5-2 絲網(wǎng)除沫器主要外形尺寸/mm公稱直徑dnhh1d160015022

39、61520其標(biāo)記為：hg/t21618 絲網(wǎng)除沫器 x1600-150 sp q235a/q235a第6章 裙座地腳螺栓座校核計(jì)算6.1 基礎(chǔ)環(huán)強(qiáng)度計(jì)算6.1.1 基礎(chǔ)環(huán)尺寸根據(jù)上章中對(duì)裙座地腳螺栓座的設(shè)計(jì)：基礎(chǔ)環(huán)外徑，；基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑，；基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù)，；基礎(chǔ)環(huán)截面積， ；6.1.2 基礎(chǔ)環(huán)所受載荷混凝土基礎(chǔ)上的最大壓應(yīng)力： ；，經(jīng)測(cè)算，；查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-10，由內(nèi)插法得：；6.2 地腳螺栓強(qiáng)度計(jì)算地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力（取下式中較大值），；地腳螺栓的小徑：故選用12個(gè)m48的地腳螺栓滿足要求。6.3 筋板強(qiáng)度計(jì)算6.3.1 筋板壓應(yīng)力一個(gè)地腳螺栓對(duì)應(yīng)2個(gè)筋板，筋板寬度，筋板厚度；地

40、腳螺栓承受最大拉力，；地腳螺栓承受最大應(yīng)力，=11.25mpa。6.3.2 筋板許用應(yīng)力筋板材料采用q235-af，室溫下，其彈性模量e=200000mpa，許用應(yīng)力；筋板臨界細(xì)長(zhǎng)比；細(xì)長(zhǎng)比；，；，校核安全。6.4 蓋板強(qiáng)度計(jì)算蓋板上設(shè)有墊板，蓋板最大應(yīng)力，；，校核安全。6.5 裙座與筒體對(duì)接焊縫的校核對(duì)接焊縫截面j-j處的拉應(yīng)力， ；焊縫許用應(yīng)力，；，校核安全。第7章 開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)7.1 開孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1.1 接管選擇根據(jù)開孔公稱直徑，查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表2-72選取接管尺寸。接管及其聯(lián)接法蘭的外伸長(zhǎng)度受保溫層厚度的限制，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)hg20592-2009確定其長(zhǎng)度。接管材料選用20g

41、。接管與殼體的連接根據(jù)開孔的工藝作用確定，對(duì)無特殊要求的接管優(yōu)先采用內(nèi)壁平齊式連接，用于排氣和排液的接管必須采用內(nèi)壁平齊式連接。各處開孔接管相關(guān)數(shù)據(jù)如表7-1所示：表7-1 接管數(shù)據(jù)表標(biāo)號(hào)用途數(shù)量公稱直徑/mm接管尺寸外伸長(zhǎng)度/m材料與殼體連接形式內(nèi)伸長(zhǎng)度/mma12液位計(jì)接口28089620020g內(nèi)伸式16c12壓力計(jì)接口22533.7415020g平齊式0d蒸汽入口15060.3515020g內(nèi)伸式180g回流口13242.4415020g內(nèi)伸式16h進(jìn)料口15060.3515020g內(nèi)伸式180k氣體出口1300323.91020020g平齊式0m14人孔45005081225020g

42、平齊式0s氣體入口16006302025020g平齊式0t液體出口1250273820020g平齊式0(注：在內(nèi)伸式連接結(jié)構(gòu)中，對(duì)無特殊工藝要求的開孔，本設(shè)計(jì)取)7.1.2 法蘭選擇根據(jù)hg/t20592-2009鋼制管法蘭表3.1.4對(duì)各類法蘭適用范圍的限定，對(duì)各開孔處接管連接法蘭選取如表7-2：表7-2 各開孔處接管連接法蘭型號(hào)標(biāo)號(hào)標(biāo)記代號(hào)標(biāo)準(zhǔn)類型dn接管系列pn密封面型式材料a12hg20592-2009s080a25fm20c12hg20592-2009so25a25fm20dhg20592-2009so50a16fm20ghg20592-2009so32a16fm20hhg20592

43、-2009so50a16fm20khg20592-2009so300a16fm20m14hg20592-2009so500a16fm20shg20592-2009so600b16fm20thg20592-2009so250a16fm207.1.3 法蘭連接尺寸根據(jù)上述法蘭型號(hào)，查hg/t20592-2009鋼制管法蘭表8.1.1確定法蘭的連接尺寸：表7-3 各開孔處接管連接法蘭連接尺寸標(biāo)號(hào)a12c12dghkm14st法蘭外徑d200115165140165460715840405螺孔中心直徑k160851125100125410650770355螺孔直徑l181418181826333626

44、螺栓thm16m12m16m16m16m24m30m33m24螺孔數(shù)量n84444122020127.1.4 法蘭結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)公稱直徑，查hg/t20592-2009鋼制管法蘭表8.2.2.2和表8.2.2.3確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸：表7-4 各開孔處接管連接法蘭結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)號(hào)a12c12dghkm14st法蘭厚度c241818181828445426法蘭內(nèi)徑b190.534.561.543.561.5328513636276.5法蘭頸n11852846084350559678298法蘭頸倒角r8456512121212法蘭高度h402828302846738346坡口高度b6555511121210

45、7.1.5 法蘭密封面形式選擇查hg/t20592-2009鋼制管法蘭表3.2.5.1確定法蘭密封面尺寸：表7-5 各開孔處接管連接法蘭密封面尺寸標(biāo)號(hào)a12c12dghkm14stf1222222222f34.04.04.04.04.04.55.05.04.0y12158886688364576676313d13868102781023786107253207.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)7.2.1 補(bǔ)強(qiáng)分析根據(jù)gb 150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5mpa的殼體上開孔時(shí)，兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩開孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿足表7-4要求，就可不另行補(bǔ)強(qiáng)。表7-4 不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度接管公稱外徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0由以上規(guī)定可知