計(jì)算說明書095終

1、過程設(shè)備綜合設(shè)計(jì)計(jì)算說明書專業(yè)班級 裝控 姓 名 學(xué) 號 時(shí) 間 2012-3-14 目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)21. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)22. 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容1二、設(shè)計(jì)條件1三、設(shè)備強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核計(jì)算11. 選材說明12. 主要受壓元件壁厚計(jì)算13. 原油分餾塔質(zhì)量載荷的計(jì)算24. 分段相關(guān)參數(shù)說明45. 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算56. 地震彎矩計(jì)算107. 各種載荷引起的軸向應(yīng)力的計(jì)算128. 原油分餾塔塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核139. 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核1610. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)1711. 地腳螺栓計(jì)算1812. 裙座與塔殼連接焊縫驗(yàn)算18四、典型零部件計(jì)算19五、結(jié)論21六、參考文獻(xiàn)21

2、一、設(shè)計(jì)任務(wù)1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)完成各板式塔的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪圖工作量折合A1圖共計(jì)4張左右，具體包括以下內(nèi)容：各塔總圖1張A0或A0加長；各塔塔盤裝配及零部件圖2張A1。2. 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容完成各板式塔設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，主要包括各塔主要受壓元件的壁厚計(jì)算及相應(yīng)的強(qiáng)度校核、穩(wěn)定性校核等內(nèi)容。二、設(shè)計(jì)條件1. 塔體內(nèi)徑為1000mm、塔高為34.543m；2. 設(shè)計(jì)壓力為3.08MPa、設(shè)計(jì)溫度為86，殼體腐蝕余量為3mm，裙座厚度附加量為2mm；3. 設(shè)置地區(qū)：山東省東營市，基本風(fēng)壓值q0=480Pa，地震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場地土類別III類，地面粗糙度為B類；4. 塔內(nèi)裝有N=4

3、5層浮閥塔盤；開有人孔11個(gè)，在人孔處安裝半圓形平臺11個(gè)，包角180，平臺寬度B=900 mm，高度為1200 mm；5. 塔外保溫層厚度為s=140 mm，保溫層密度2=350 kg/m3；裙座有保溫層厚度為80mm，平均直徑為1000mm。三、設(shè)備強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核計(jì)算1. 選材說明脫乙烷塔是在脫出乙烷的裝置，原料從塔的上部進(jìn)入，通過層層塔板的傳熱傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)脫除乙烷的任務(wù)，塔內(nèi)介質(zhì)腐蝕性不是很大，操作溫度在50100攝氏度之間，操作壓力在3MPa左右，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)，在加上多年的經(jīng)驗(yàn)選擇Q345R材料。2. 主要受壓元件壁厚計(jì)算2.1筒體壁厚的計(jì)算已知筒體的設(shè)計(jì)

4、壓力為pc=3.08MPa，腐蝕裕量為C2=3 mm，焊縫接頭系數(shù)=0.85，筒體的內(nèi)徑為Di假設(shè)材料的許用應(yīng)力t=189MPa（厚度為616mm時(shí)）。筒體的計(jì)算按照下式計(jì)算設(shè)計(jì)厚度d=+C2=9.89+3=12.89 mm。對Q345R，鋼板負(fù)偏差C1=0.3 mm，因而可取名義厚度n=18 mm。有效厚度e=n- C1- C2=18-3-0.3=14.7 mm。2.2封頭的壁厚的計(jì)算已知封頭的直徑為Di=1000 mm,而封頭的徑高比Di/2hi=1000/2/248=2,查表得橢圓封頭的增強(qiáng)系數(shù)K=1.00，其余數(shù)據(jù)與上面的相同，計(jì)算按照下式計(jì)算設(shè)計(jì)厚度d=+C2=9.84+3=12.8

5、4 mm。對Q345R，鋼板負(fù)偏差C1=0.3 mm，因而可取名義厚度n=20 mm。有效厚度e=n- C1- C2=20-3-0.3=16.7 mm。2.3裙座的厚度計(jì)算根據(jù)G150，裙座的厚度不應(yīng)小于6 mm，按照經(jīng)驗(yàn)值選取裙座的厚度為16 mm。3. 原油分餾塔質(zhì)量載荷的計(jì)算圓筒、封頭和裙座的質(zhì)量附屬件質(zhì)量 內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量 保溫層質(zhì)量平臺、扶梯的質(zhì)量物料質(zhì)量 水壓試驗(yàn)時(shí)質(zhì)量 塔器操作質(zhì)量塔器水壓試驗(yàn)時(shí)的最大質(zhì)量塔器的最小質(zhì)量【注】塔內(nèi)構(gòu)件浮閥塔盤的質(zhì)量每m2質(zhì)量為75 kg計(jì)算；平臺質(zhì)量按每m2為150 kg計(jì)算；籠式扶梯質(zhì)量按每m為40 kg計(jì)算。4. 分段相關(guān)參數(shù)說明圖4-1脫乙烷塔的

6、高度為34.543 m，這是一個(gè)高度超過10 m的塔，根據(jù)分段原則，裙座部分已每個(gè)開孔截面為分界面，筒體每10 m分為一計(jì)算段，余下的最后一段高度取實(shí)際高度，所以該塔分成6段（具體分段情況見圖4-1），其中裙座算做第一組，從下到上分別為1、2、3、4、5、6段，每一段的高度分別為1 m、2.6 m、2.9 m、10 m、10 m、8.043 m。表1123456m01+ma564.871468.671638.135648.725648.724543.27m02000944.98944.98760.05m038382178.812430.211810.311810.311456.03m04401

7、041162010.382010.381616.95m050001008.251008.25810.93mw0007853.977853.976316.95m01442.873751.484184.3411422.6411422.649187.23mmax1442.873751.484184.3418268.3718268.3714693.25mmin1442.873751.484184.349658.419658.417768.255. 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算5.1順風(fēng)向載荷的計(jì)算（1）每一段以設(shè)備頂端的風(fēng)壓作為整個(gè)塔設(shè)備的均布風(fēng)壓，查表得每段頂部的風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi分別為1.00、1.00

8、、1.00、1.173、1.3605、1.4836，則每段的風(fēng)壓按照下式計(jì)算式中 qi第i段的風(fēng)壓，N/m2。q0當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓，此時(shí)取值為480Pa。按照式（5-1）計(jì)算的每段的風(fēng)壓分別為q1=480, q2=480，q3=480，q4=563.04, q5=653.04, q6=712.13。對細(xì)長的圓柱形塔體結(jié)構(gòu)，體型系數(shù)K1=0.7。.風(fēng)振系數(shù)K2i，對于塔高H20 m時(shí)，則K2i按下式計(jì)算式中 脈動(dòng)增大系數(shù)；vi第i段的脈動(dòng)影響系數(shù);第i段的振型系數(shù)。（2）脈動(dòng)增大系數(shù)的計(jì)算求解等直徑、等厚度的相對應(yīng)振型,H=34.543 m，彈性模量E=1.98105MPa,則第一固有振型為1.9

9、08s運(yùn)用線性插值查表得塔的脈動(dòng)增大系數(shù)=2.8435。2.7515脈動(dòng)影響系數(shù)v1=0.72, v2=0.72, v3=0.72, v4=0.8125, v5=0.883, v6=0.8745。振型系數(shù)按照線性插值查表得z1=0.02，z2=0.0217，z3=0.1035，z4=0.3154，z5=0.7243，z6=1。各段的風(fēng)振系數(shù)代入式（5-2）得：K21=1.041，K22=1.044， K23=1.2119， K24=1.5853， K25=2.2254， K26=2.5977。（3）塔設(shè)備迎風(fēng)面的有效直徑Dei：迎風(fēng)面積按照保守估計(jì)，假設(shè)籠式扶梯與塔頂管線布置成180，此時(shí)迎風(fēng)

10、面積最大，則迎風(fēng)面積為：式中 Doi塔設(shè)備各計(jì)算段的外徑，m；si塔設(shè)備各計(jì)算段保溫層的厚度，m；d0塔頂管線外徑，m；pi管線保溫層的厚度，m；K3籠式扶梯的當(dāng)量寬度，當(dāng)無確定數(shù)據(jù)，可取K3=0.40 m；K4操作平臺的當(dāng)量寬度，m（4）風(fēng)力載荷計(jì)算風(fēng)力載荷按照下式計(jì)算，式中 Pi塔設(shè)備中第i段的水平風(fēng)力，N;各段所受的水平風(fēng)力分別為：P1=869.15N, P2=2267.34N, P3=2934.47N, P4=15526.34N， P5=25280.11N, P3=25881.47N。5.2風(fēng)彎矩的計(jì)算塔設(shè)備沿高度分為若干段，則水平風(fēng)力在第i段塔底截面I-I處的風(fēng)彎矩：（1）塔底0-0

11、截面彎矩為最大值：（2）塔截面1-1的彎矩（3）塔截面2-2的彎矩（4）塔截面3-3的彎矩5.3橫向風(fēng)載荷計(jì)算（1）臨界風(fēng)速的計(jì)算臨界風(fēng)速按照下式計(jì)算：（2）設(shè)計(jì)風(fēng)速的計(jì)算（3）橫向塔頂振幅共振時(shí)塔頂振幅按下式計(jì)算：當(dāng)雷諾數(shù)得CL=0.2，當(dāng)時(shí)（查表A-1）對于變截面塔其中第一振型的橫風(fēng)向塔頂振幅YT1(第一振型時(shí)取阻尼比0.01)為：5.4塔體i-i截面處第1階振型的橫風(fēng)向彎矩按下式計(jì)算：（1）0-0截面（2）1-1截面（3）2-2截面（4）3-3截面5.5塔體順風(fēng)向彎矩表2塔段號123456mk kg1442.93751.54184.311422.611422.69187.2hk mm50

12、023005050115002150030521.51.6121.6121.6121.6121.6121.612vi0.720.720.720.76550.80950.8336ei0.020.02170.10350.31540.72431fi1111.1731.36051.4836k2i1.0231.0251.1201.3321.6951.906li mm12.62.910108.043Dei mm2.4852.4852.4852.4852.4852.485q0 N/m2q0=1/2vi2=5.658Pi6.64717.34022.442118.740193.334197.933塔設(shè)備沿高度分

13、為若干段，則水平風(fēng)力在第i段塔底截面I-I處的順風(fēng)彎矩：（1）塔底0-0截面彎矩為最大值：（2）塔截面1-1的彎矩（3）塔截面2-2的彎矩（4）塔截面3-3的彎矩5.6塔體共振時(shí)組合風(fēng)彎矩（1）0-0截面（2）1-1截面（3）2-2截面（4）截面6. 地震彎矩計(jì)算6.1地震基本彎矩將塔沿高度方向分為8段，視每段高度之間的質(zhì)量為作用在該段高度1/2處的集中質(zhì)量，各段集中質(zhì)量對該截面所引起的地震力地震彎矩于下表：表3塔段號123456mi，kg1442.873751.484184.3411422.6411422.649187.23hi，mm50023005050115002150030521.5h

14、i1.51.1181041.1031053.5891051.2331063.1531065.332106mi hi1.51.61321074.1381081.5021091.40910103.601010104.8991010mi hi31.803610114.564410135.38910141.7372410161.1352210172.612171017A/BA/B=2.56110-7（A=，B=）0.002860.028250.091920.315880.807471.3657721F1k，N2.568965.897239.1322243.2935734.5197801.286mkhk

15、7.2141058.6281062.1131071.3141082.4561082.804108vmaxvmax=0.65max=0.650.16=0.104mep，kgmep=0.75 m0=0.7541411.9=31058.93Fv0-0，NFv0-0=vmaxmepg=0.10431058.939.8=31655.26Fvi，N33.205397.092972.486045.40511302.2812904.81Fvi-i，N31655.331622.0631224.9730252.49基本震形地震彎矩：（1）0-0截面地震彎矩：（2）1-1截面地震彎矩：（3）2-2截面地震彎矩：（4

16、）3-3截面地震彎矩：當(dāng)塔H/D15或塔設(shè)備高度大于等于20m時(shí)，還要考慮高振型的影響。這時(shí)應(yīng)根據(jù)前三振型，即第一、二、三振型，分別計(jì)算其水平地震力及地震彎矩。然后根據(jù)振型組合的方法確定作用于k質(zhì)點(diǎn)處的最大的地震力及地震彎矩。這樣的計(jì)算方法顯然很復(fù)雜。一種簡化的近似算法是按第一振型的計(jì)算結(jié)果估算地震彎矩的，即 6.2地震彎矩為：（1）0-0截面最大地震彎矩：（2）1-1截面地震彎矩：（3）2-2截面地震彎矩：（4）3-3截面地震彎矩：7. 各種載荷引起的軸向應(yīng)力的計(jì)算7.1各種計(jì)算截面的最大彎矩：取其中較大值（1）塔底0-0截面因故。（2）塔底1-1截面因故。（3）塔底2-2截面因故。（4）塔

17、底3-3截面因故。表4計(jì)算截面3-3截面塔殼有效厚度ei mm14.7計(jì)算截面以上操作質(zhì)量m0 kg32032.51計(jì)算截面面積A=Diei mm246181.4計(jì)算抗彎截面模量WI=Di2ei/4 mm31.1545107計(jì)算截面最大彎Mmax Nmm1.0785109許用軸向壓縮應(yīng)力 MPa許用軸向壓縮應(yīng)力t=1.2t MPa1.21850.85=188.7操作壓力引起的軸向應(yīng)力 MPa52.38重量引起的軸向應(yīng)力 MPa6.798Mmax引起的軸向應(yīng)力 MPa93.42組合壓應(yīng)力e=2+3cr MPa100.215192組合拉應(yīng)力t=1-2+3Kt MPa139.002188.73-3截

18、面：，查表GB150得B=160MPa。8. 原油分餾塔塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核8.1裙座驗(yàn)算：（1） 塔底0-0截面 裙座按圓錐形裙座進(jìn)行驗(yàn)算。0-0截面：，查表GB150得B=150MPa。圓錐半頂角故 取179.58MPa， 取149.65MPa因?yàn)樗裕?）1-1截面（人口所在截面）1-1截面：，查表GB150得B=150MPa。人孔lm=230 mm；bm=450；m=16 mm；Dim=1676.92 mm；m01-1=39968.33 kg，；（3）2-2截面（出料口出口所在截面）1-1截面：，查表GB150得B=150MPa。人孔lm=270 mm；bm=460；m=

19、16 mm；Dim=1356.9 mm；m02-2=36216.85 kg；。9. 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核9.1液壓試驗(yàn)時(shí)引起的應(yīng)力校核（校核3-3截面）由試驗(yàn)壓力引起的周向壓力： 由試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力1：液壓試驗(yàn)時(shí)重力引起的軸向應(yīng)力2：由風(fēng)彎矩引起的軸向應(yīng)力3：校核：10. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)10.1基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)的外徑：Dob=1950 mm；基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)徑： Dib=1390 mm。 取bamx=3.113MPa。因b/l=0.5(1950-1832)/120=0.4917,查表8-7得：Cx=-0.3188, Cy=0.0290,因?yàn)?，所以因此基礎(chǔ)環(huán)厚度為：，取。11. 地腳螺栓

20、計(jì)算11.1地腳螺栓厚度計(jì)算地腳螺栓材料選擇Q345。地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力B按下式計(jì)算：56取B=2.594MPa。地腳螺栓的螺紋小徑為：取地腳螺栓為M40,40個(gè)。12. 裙座與塔殼連接焊縫驗(yàn)算12.1裙座與塔殼連接焊縫驗(yàn)算（對接焊縫）；驗(yàn)算合格。四、典型零部件計(jì)算1.人孔的補(bǔ)強(qiáng)校核：（1）補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算方法判別開孔直徑 d=di+2C=450+22=454 mm本筒體開孔直徑d=454 mmDi/2=500 mm,滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。（2）開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積1）筒體的計(jì)算厚度 =9.89 mm2）開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 先計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù)fr，開

21、孔的筒節(jié)的材料為Q345R,與筒體的材料相同，所以fr=1，筒節(jié)的有效厚度為et=nt-C=14-2=12 mm。開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算：（3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍1）有效寬度B 按下式確定取大值故B=908 mm。2）有效高度 外側(cè)有效高度h1按下式確定取小值故h1=79.72 mm。內(nèi)側(cè)有效高度h2按下式確定取小值取h2=0。（4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積1）筒體的開孔有效厚度 e=n-C=18-3.3=14.7 mm筒體多余金屬面積A1按下式計(jì)算2）接管多余金屬面積接管計(jì)算厚度接管多余金屬面積A2按下式計(jì)算3）接管區(qū)焊縫面積（焊腳取6.0 mm）4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積（5）所需另行補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。（6）補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)根據(jù)接管公稱直徑DN450選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4736-2002取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D=760 mm,內(nèi)徑d=d0+（612）=450+142+8=486 mm。補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為6 mm，但為便于制造時(shí)準(zhǔn)備材料，補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度也可取為筒體的厚度，即=18 mm。五、結(jié)論1.筒體的名義厚度為18 mm，封頭的名義厚度為20 mm，裙座根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取16 mm。2.塔器操作質(zhì)量 m0=41411.9kg；塔器的最大質(zhì)量 mmax=60609.38kg；塔器水壓試驗(yàn)時(shí)的最小質(zhì)量 mmi