精餾塔強(qiáng)度計算實例

1、第六部分塔內(nèi)件機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計及校核6.1 精餾塔筒體和裙座壁厚計算選用 16MnR 鋼板，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表9-4 得： t 170MPa， 焊接采用雙面焊100%無損探傷檢查，焊接接頭系數(shù)1.00 ，則由筒體的計算厚度為：pcDi2 t pc0.1118 23002 170 1 0.11180.76(mm)查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表9-10 得 C10.8mm，加上壁厚附加量C=2mm ，并圓整，還考Sn 為 8mm，則慮剛度、穩(wěn)定性及多種載荷等因素，取筒體、封頭和裙座的名義厚度有效厚度e n C 8 2 (6 mm)應(yīng)力校核：采用水壓試驗，試驗壓力為170pT 1.25p t 1.25 0.11

2、180.14( MPa)t170壓力試驗時的薄膜應(yīng)力pT Di e2e0.142300 6故 T26.9(MPa)26查表9-4， 16MnR 的 s 345MPa故 0.9 s 0.9 1 345 310.5(MPa)> 26.9MPa T所以滿足水壓試驗要求。封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭6.2 精餾塔塔的質(zhì)量載荷計算6.2.1 塔殼和裙座的質(zhì)量圓筒質(zhì)量塔體圓筒總高度Z 8mm1D2-Di2 Z42232.3162 2.300213 7.85 103 5916.55kg6.2.2 封頭質(zhì)量查的 DN2300，壁厚 8mm 的橢圓形封頭的質(zhì)量為251kg，則m 2251 2 502kg6.2.3

3、 裙座質(zhì)量： Dis 2300mm， Dos 2316mm。 22m 3 D os -D is H s 鋼4223( 2.3122 2.32) 2 7.85 103 682kg4m01 m1 m2 m3 3640.95 502 682 4825kg6.2.4 塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量塔盤單位質(zhì)量為175.59kgm02 175.59 15 2633.9kg6.2.5 人孔、法蘭、接管與附屬物質(zhì)量ma0.25m01 0.25 4825 1206.3kg6.2.6 保溫材料質(zhì)量m 03 為封頭保溫層質(zhì)量，查化工工藝設(shè)計手冊選用硅酸鈣制品，厚度為150mmm034D02 s 2D02H0 22m032213 3

4、00 2 0.587 0.398 300 4643.20kg2.316 2 0.152.31626.2.7 平臺、扶梯質(zhì)量221m 04 D02 s 2B - D02 s nq P qFH F422212.3162 0.1 2 0.92.316 2 0.12 2 150 40 123376.1kg式中：qP平臺單位質(zhì)量，為150kg/m2；H F扶梯高度，為12m；qF籠式扶梯的單位質(zhì)量，為40kg /m；n 平臺數(shù)量。6.2.8 操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量m05Di2hL LNP Di2h0 LVfL222.32 0.06 8 855.8652.32 0.0326 855.865 5.13 0.93

5、4441826.6 kg6.2.9 充水質(zhì)量mWDiH0 W 2Vf W4全塔操作質(zhì)量m 0 m01 m02 m03 m04 m05 ma4825 2633.9 4643.2 3376.1 1826.1 1206.318510.6kg塔設(shè)備最小質(zhì)量mminm min m01 0.2m02m03 m04 ma4825 0.2 2633.9 4643.1 3376.11206.314577.28kg塔設(shè)備最小質(zhì)量mmaxm max m01 m02 m03 m04 ma mw4825 2633.9 4643.1 3376.1 1206.314577.28kg塔自振周期計算T1 90.33H m0H3

6、 103ESeDi318510.6 130000.1547s90.33 131.9 105 6 230036.3 地震載荷計算amax 0.45（設(shè)計地震烈度8 級） 。Tg0.3（ 2類場地土，近震）。地震影響系數(shù)1TgT10.9max0.30.15470.90.45 0.82結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)CZ 0.5。13000H/Di5.65，確定危險界面，如附圖。0-0 截面為裙座基底截面，1-1 截面為裙2300座人孔出截面，2-2 截面為裙座與塔體焊縫處截面。6.3.1 計算危險截面的地震彎矩0-0 截面：M E0-016 C Z 1m 0gH35160.5 0.82 18510.6 9.81

7、13000354.425 108N mmM 0E-0 1.25ME0-0 1.25 4.425 108 5.531 108N mm1-1 截面：M E1-18CZa1m0g25 175H 2.510H 3.5 -14H2.5h 4h 3.58 0.5 0.14 18510.6 9.8125175 130002.56.741 107N mm10 130003 .5 14 13000 2 . 51000 4 10003.5M 1E-1 1.25ME1-1 1.25 6.741 107 8.426 107N mm2-2 截面：ME2-28C17Z5aH1m2.50g 10H3.5-14H2.5h 4

8、h3.58 0.5 0.14 18510.6 9.8125175 130002.510 130003.5 14 130002.5 2000 4 20003.55.931 107N mmM 2E-2 1.25ME2-2 1.25 5.931 107 7.414 107N mm6.4 風(fēng)載荷計算6.4.1 風(fēng)力計算（ 1 ）風(fēng)振系數(shù)塔段號12345計算截面距地面高度h it / m1471013V各計算塔段的風(fēng)振系數(shù)由式K 2i 1 Vi Zi 計算。計算結(jié)果列于表1.1。2ifi表 1.1 各塔段的風(fēng)振系數(shù)脈動增大系數(shù)（B 類）1.47脈動影響系數(shù)v i （B 類）0.720.720.720.7

9、20.72振型系數(shù)zi0.0160.03750.4020.7531風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi （ B 類）0.160.640.881.001.08Vi ZK 2i 11.10581.0621.48351.79701.98002ifi（ 2）有效直徑Dei設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90°角，取平臺構(gòu)建的投影面積A0.5m2 ， 則 D ei取下列計算值中的較大者。DeiDoi2 siK3K4DeiDoi2 siK4d02 ps式中，塔和管線的保溫層厚度si ps 100mm ，塔頂管線外徑2Ad0 862mm， K3 400mm， K4。li各塔段D ei 計算結(jié)果列于表1.2。表 1.2 各塔

10、段有效直徑D ei塔段號123567塔段長度l i100010002000300030003000K3400K4 =2 A li00500333333333D ei407840784578441144114411（ 3）水平風(fēng)力計算由下使計算各塔段的水平風(fēng)力PiK1K2iq0filiDei 10（6 N）各段有關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果列于表1.3。表 1.3 各塔段水平風(fēng)力計算結(jié)果塔段號123456K10.7K 2i1.0811.0921.2491.6162.1172.532q 0 （ / N/m 2）300fi0.640.81.01.231.391.52li /mm10001000200030003

11、0003000Dei /mm407840784578441144114411Pi/N592.5695.82401.55523.68177.410695.16.4.2 風(fēng)彎矩計算：風(fēng)彎矩由下式計算：llllM 1w-1PiiPi 1li i1 P2li li 1Pnli li1 li22i2220-0 截面：llllM 0w-0P1 l1P2l1 l2P3l1l 2 l 3P6l1 l2 l3 l4 l5 l6212322623452592.5 1000 695.81000 10002401.52220001000 10005523.6230001000 1000 20008177.423000

12、1000 1000 2000 300010695.1230001000 1000 2000 3000 300022.31 10（8 N mm）1-1 截面：1-1 l2l3l4l6M 1w-1P22P3l23P4l1 l2l34P6l1 l2 l3 l4 l56222210002000695.82401.5 10005523.6221000 2000 30008177.4 1000 2000 3000 300010695.1221000 2000 3000 3000 300024.27 10（8 N mm）2-2 截面：22 l3ll5l6M 2w-2P3l3P4l3l4P5l1l2l3l4l

13、5P6l1l2l3l4l5l6w324325123426123452350075004184.411540.6 350017085.122750075003500 750022345.53500 7500 7500221.0507 10（9 N mm）6.5 各種載荷引起的軸向應(yīng)力6.5.1 計算壓力引起的軸向應(yīng)力1PcDi0.1118 2300 10.71 MPa4Se4 66.5.2 操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力218510.6 9.813.14 2300 64.19MPa00000 0m0 g m0 g0-0 截面：2Asb DisSes111 1m0 g1-1 截面：2Asm11m0 gA

14、sm18510.6 341 9.81579773.07MPa式中： Asm 裙座人孔處截面的即積，由式得22 222m0 g22m0 g18510.6 341 341 9.81smDiSe3.14 2300 64.04MPa6.5.3 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力33最大彎矩M im-iax取下式計算值中最大值：計算結(jié)果如表1.4。表 1.4 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力i-i maxi-imaxi-iwi-ii-iiE-i0.25M iw-i截面0-01-12-2222Asm23162 2300257977mm 2sm 42-2 截面：M im-iax（/ N mm）6.109 10884.27 108

15、91.0507 109各危險截面的3 計算如下：式中0-00 0 M max3Z sb1-1311 M 1-1maxZsmZsm223M 2m-a2xZ86.109 10824 DisSes86.109 10224.18MPa0.785 2316 2 64.27 10832.76MPa0.785 16606000裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，由式得Zsm 16606000mm3。M 2-2max2Di Se41.0507 109242.17MPa0.785 2300 2 66.6 筒體和裙座危險截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核6.6.1 筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核筒體危險截面2-2 處的最大組合軸向拉應(yīng)力2

16、-2：max組拉m2-a2x組拉122 232 2 10.71 4.04 42.17 48.84MPa軸向許用應(yīng)力：K t 1.2 132 0.85 134.64MPam2-a2x組拉< K t ，故滿足強(qiáng)度條件。221.6.1.2 穩(wěn)定性校核筒體危險截面2-2 處的最大組合軸向壓應(yīng)力m2-a2x組壓：max組壓23.許用軸向壓應(yīng)力：crKBt 取其中較小值 Kt按 GB150鋼制壓力容器組合的規(guī)定，由0.0940.094A0.00049R i Se1150 / 6查相應(yīng)的材料圖得B 50MPaKB 1.2 50 60MPa則t取60MPaK 1.2 170 204MPa crm2-a2

17、x組壓< cr ，故滿足穩(wěn)定性條件。6.6.2 裙座的穩(wěn)定性校核裙座危險截面0-0 及 1-1 處的最大組合軸向壓應(yīng)力m0-a0x組壓20 030 04.19 24.1828.37MPa1-11 11 1max組壓233.07 32.7635.83MPa0.094Ris / Ses0.0941150 / 60.00049查相應(yīng)的材料圖得B 50MPaKB 1.2 50 60MPa則t取60MPaK 1.2 170 204MPa cr0-0max組壓cr1m-a1x組壓< cr故滿足穩(wěn)定性條件。6.7 裙座和筒體水壓試驗應(yīng)力校核6.7.1 筒體水壓試驗應(yīng)力校核6.7.1.1 由試驗壓

18、力引起的環(huán)向應(yīng)力133試驗壓力PT 1.25P t 1.25 0.11180.14MPat13236.61MPapT 液柱靜壓力Di Sei0.063 0.12752300 62Sei2 60.9 s 0.9 245 0.85 187.5MPa< 0.9 s 故滿足要求。6.7.1.2 由試驗壓力引起的軸向應(yīng)力1PTDi0.17 23004Sei 4 616.29MPa 水6.7.1.3 水壓試驗時，重力引起的軸向應(yīng)力2222 -2m maxgDiSe76631.7 9.813.14 2100 1226.27MPa6.7.1.4 由彎矩引起的軸向應(yīng)力2230.3M w-2Di Sei40

19、.3 1.0509 1090.785 2300 2 612 .65MPa6.7.1.5 最大組合軸向拉應(yīng)力校核222 22 2m2-a2x組拉122 232 2 10.71 26.27 29.43 7.76MPa許用應(yīng)力：0.9K s 0.9 1.2 245 0.85 2 2.48M P a因為m2-a2x組拉 < 0.9K s 故滿足要求。最大組應(yīng)力校核222222m2-a2x組壓22 232 226.27 29.4357.7MPa0.9K s軸向許用壓應(yīng)力crs 取其中最小值cr KB取 cr cr135.6MPa0.9K s 0.9 1.2 245 2646MPaKB 1.2 11

20、3 135.6MPam2-a2x組壓< cr 故滿足要求。6.7.2 裙座水壓試驗應(yīng)力校核6.7.2.1 水壓試驗時，重力引起的軸向應(yīng)力0020-0mgmaxD is Ses76631.7 9.816.8MPa3.14 2100 121121-1mgmaxAsm76031.7 9.818.51MPa351806.7.2.20030-00.3M w90.3 1.289 10924 D isSes0.785 2100 2 1222.35MPa1130.3M 1w-1Z sm90 3 1 266 1090.3 1.266 1025.87MPa166059886.7.2.3最大組合軸向壓應(yīng)力校核

21、00 max組壓11max組壓20 030 06.822.3529.15MPa111112 131 18.5125.8734.38MPa0.9K軸向許用壓應(yīng)力crs 取其中最小值cr KB0.9K s 0.9 1.2 235 253.8MPaKB 1.2 101 121.2MPa取 cr cr121.2MPam0-a0x組壓< cr1m-1ax組壓< cr故滿足要求。6.8 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計6.8.1 基礎(chǔ)環(huán)尺寸D obD is （160400）2100 3002500mm取D obD is （160400）2100 2001900mm6.8.2 基礎(chǔ)環(huán)尺寸的應(yīng)力校核0-0M max m

22、 0gZb Abbmaxb b 取其中較大者0-00.3M w m max gZb Ab7.37 108 mm3D4ob Di4b3.14 25004 1900432Dob32 2100Ab Do2b Di2b0.785 2500 2 190022.16 106mm341 ） b maxM m0ax0Zb9m0g 1.289 109Ab 7.37 10884232.8 9.812.16 1061.74 0.38 2.12MPa2） bmax0.3M m0ax0mmaxgZb Ab90.3 1.289 1097.37 10886445.5 9.812.16 1061.54MPa取 b 2.12M

23、Pa b max選用 75 號混凝土，其許用應(yīng)力Ra 3.5MPa因為bmax< Ra故滿足要求。max a6.8.3 基礎(chǔ)環(huán)厚度參見圖，按由筋板時，計算基礎(chǔ)環(huán)的厚度Sb 。11b D ob D os 2500 1916142mm2 o os 2設(shè)地腳螺栓的直徑為M 36 ， l 160mm， 則 l/b 0.9由表 9-29查得22M x 0.142 bmaxb20.142 2.12 14226070.2N mm /mmM y 0.0872 bmaxl20.0872 2.12 16024732.5N mm/mm取 M s M x 6070.2N mm/mm基礎(chǔ)材料的許用應(yīng)力b 140M

24、Pa基礎(chǔ)環(huán)厚度Sbs.16.129mm 取 Sb 20mmb b140b6.9 地腳螺栓計算6.9.1 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力M00 wmming取其中較大值Zb AbB M 0E-00.25M 0w-0m0gZbAb1)9m min g1.289 10A b7.37 10822090.122.16 1061.7488 1.8MPa2) BM 0E-00.25M 0w-0Zb89m0g2.008 108 0.25 1.289 109 84232.8 9.81Ab7.37 1082.16 1060.7097 0.3825 0.3271MPa取 B 1.8MPa。6.9.2 地腳螺栓直徑B>

25、; 0 ， 所以此塔必須安裝地腳螺栓，取地腳螺栓個數(shù)n 28 ， 地腳螺栓材料的許用應(yīng)力bt 147MPad14 BA b n bt4 1.8 2.16 1063.14 28 14734.7mm查表9-30，取地腳螺栓為M 36 。故選用28 個 M 36 地腳螺栓，滿足要求。第七部分輔助設(shè)備設(shè)計本精餾系統(tǒng)輔助設(shè)備主要包括泵、換熱器、原料儲罐等。7.1 儲罐的選擇儲罐是用來暫存甲醇原料，主要起到緩沖作用。7.1.1 儲罐的計算與選型 儲罐的物料流量G 88238.486k g / h20下甲醇密度查手冊2得2 844.8 kg / m33 9 9 8. k2g m/3原料液 844.8 0.995 998.20.005845.6 kg / m3物料在儲罐中的停留時間20 分鐘填充系數(shù)：