講稿-塔式容器XXXX

1、20111年江蘇蘇省D類類壓力容容器設計計人員培培訓班JB / T 4711020005 標標準學習習塔式容容器0. 塔式容容器簡介介0.1 塔式式容器在在工藝上上的作用用： 塔式式容器是是直立設設備中的的一種，它可使使氣液或或液液兩兩相之間間進行緊緊密接觸觸，達到到傳質(zhì)及及傳熱的的目的。在化工工、煉油油、醫(yī)藥藥、石化化、輕紡紡、石油油天然氣氣等行業(yè)業(yè)的蒸餾餾、吸收收、解吸吸、萃取取及氣體體的洗滌滌、冷卻卻、增濕濕、干燥燥的單元元操作中中得到廣廣泛的應應用，是是生產(chǎn)中中最重要要的設備備之一。 0.22 塔塔式容器器的主要要特點是是：體型高，長寬比比大，荷荷載重，塔身除除了承受受壓力載載荷、溫溫

2、度載荷荷外，還還承受風風載荷、地震載載荷和重重量載荷荷。塔式式容器的的支座通通常為裙裙式支座座，塔式式的整個個重量都都是由裙裙座支承承。地腳腳螺栓又又將裙座座固定在在基礎上上。對于于直徑較較小的塔塔式容器器也有采采用耳座座、圈座座等支承承方式。也有由由操作平平臺連成成一體的的塔群或或排塔。 0.33 塔塔式容器器的種類類： 從結結構考慮慮：等直直徑等壁壁厚塔；等直徑徑不同壁壁厚塔；變徑塔塔等。 從塔塔內(nèi)件考考慮：空空塔；填填料塔；板式塔塔等。0.4 塔式式容器設設計的有有關參考考標準規(guī)規(guī)范： 1. GBB500011-20001建建筑抗震震設計規(guī)規(guī)范2. GB5500009-220011建筑筑

3、結構載載荷規(guī)范范3. SH 30998-220000 石石油化工工塔器設設計規(guī)范范4. SH 30448-119999 石石油化工工鋼制設設備抗震震設計規(guī)規(guī)范5. HG 206652-19998 塔器器設計技技術規(guī)定定0.5 關于于JB/T 447100-20005：1. 替替代 JJB 447100-20000（實際替替代 JJB 447100-19992)；2. 與與 GBB 1550-119988 相關關內(nèi)容一一致；3. 建建筑結構構載荷、抗震設設計規(guī)范范的更新新； GB5500111-220011建筑筑抗震設設計規(guī)范范GBJJ11GB5000099-20001建筑結結構載荷荷規(guī)范GBJ

4、J17 4. 計算方方法、設設計方法法的進步步；如橫橫向風的的風振計計算等； 一、總則則：1.適用用范圍適用于：（1）設設計應力力不大于于35MMpa, （2） H /D5，且高高度H10mm;（3）裙裙座自支支承的塔塔式容器器。 H總高高（指塔塔頂封頭頭切線至至裙座底底部的距距離）； D塔殼的的公稱直直徑。對不等直直徑塔式式容器：取各段段公稱直直徑的加加權平均均值適用范范圍是考考慮下述述因素制制定的： aa. 塔塔式容器器振動時時只作平平面彎曲曲振動； bb. 高高度小的的塔式容容器截面面的彎曲曲應力小小，計算算壁厚取取決于壓壓力載荷荷或最小小厚度。 c. 塔式容容器必須須是自支支承的。有牽

5、引裝裝置的塔塔式容器器、由操操作平臺臺連成一一體的排排塔或者者塔群、帶有夾夾套的塔塔式容器器不適用用本標準準（不適適用范圍圍）說明：塔式容容器屬于于高聳結結構，其其承受的的載荷除除考慮設設計壓力力與設計計溫度一一起作為為載荷條條件外，還要考考慮風載載荷、地地震載荷荷、重量量載荷、偏心載載荷等的的作用。由于以以上諸多多載荷的的存在，塔式容容器的計計算方法法也不同同于一般般的壓力力容器。高塔在在壓力較較低時，風載荷荷、地震震載荷決決定了塔塔器的壁壁厚；而而低矮的的塔器的的壁厚大大多數(shù)取取決于壓壓力載荷荷和最小小壁厚。裙座自支支承是指指由裙座座支承在在基礎上上的獨立立塔器，塔與塔塔之間，塔與框框架之

6、間間毫無關關連。這這也使計計算自振振特性時時得以方方便。由于風風載荷和和地震載載荷的計計算都是是動力計計算，在在作動力力計算時時，可視視塔器為為一底端端固定的的懸臂梁梁。其振振動形式式為剪切切振動或或彎曲振振動，有有時也可可為 剪剪、彎聯(lián)聯(lián)合振動動。當HH/D4時，以剪切切振動為為主；44H/D10時時為剪、彎聯(lián)合合振動；10220); 22）塔釜釜為低溫溫操作的的塔式容容器； 33）裙座座與下封封頭焊縫縫可能產(chǎn)產(chǎn)生熱疲疲勞時； 44）裙座座名義厚厚度8mmm時。（2） 搭接： 分為為搭接在在封頭與與搭接在在筒體上上兩種。 搭接接在封頭頭時，應應位于直直邊段； 搭接接在筒體體上時，環(huán)焊縫縫需磨

7、平平，且1100無損檢檢測； 搭接接接頭距距環(huán)焊縫縫不少于于1.77倍筒體體壁厚；角焊縫縫應填滿滿。3.封頭頭拼接焊焊縫處的的缺口: 當當塔殼封封頭由多多塊鋼板板拼接制制成時，拼接焊焊縫處的的裙座殼殼應開缺缺口， 如圖圖所示。 （尺尺寸見表表733） 按封封頭厚度度 R = 335770mmm;厚度度大于338mmm，R = 22倍封頭頭厚度 4.隔氣圈圈 當塔塔式容器器下封頭頭的設計計溫度大大于或等等于4000時，應應設置隔隔氣圈。 隔氣氣圈結構構見圖77-6、圖7-7； 隔氣氣圈至封封頭切線線的尺寸寸 L可可參照標標準釋義義表3-1。 隔氣氣圈作用用： 空氣氣隔離，緩解了了焊縫處處溫差應應

8、力過高高， 或或溫差變變化過大大的情況況，避免免裙座與與塔殼的的連接焊焊縫處產(chǎn)產(chǎn)生較大大的溫差差應力，造成破破壞。 。5.裙座座上部排排氣孔、排氣管管 裙座座上部應應均勻設設置排氣氣孔；當裙座與與封頭拼拼接焊縫縫處有缺缺口時，可不設設 裙座座有保溫溫或防火火層時，應設置置排氣管管。 規(guī)格格、數(shù)量量及尺寸寸見表774、表75。6. 地地腳螺栓栓座 （1）結構11： 由由基礎環(huán)環(huán)、筋板板、蓋板板和墊板板組成，結構如如圖所示示，該結構構適用于于予埋地地腳螺栓栓和非予予埋地腳腳螺栓的的情況。尺寸可可參照標標準釋義義表3-2。（2）結結構2：中央央地腳螺螺栓座結結構， 地腳腳螺栓中中心圓直直徑小，用于地

9、地腳螺栓栓數(shù)量較較少，需需予埋。對塔高高較小的的塔式容容器，地地腳螺栓栓座可簡簡化成單單環(huán)板結結構。優(yōu)點：結結構簡單單；缺點：地地腳螺栓栓座整體體強度不不足。 尺寸寸可參照照標準釋釋義表33-3。7. 殼殼體、裙裙座上要要考慮的的其他結結構 檢查查孔分圓形形和長圓圓形兩種種；（77.7） 引出出孔引出管管、加強強管及支支承板；（7.6） 排凈凈孔 保溫溫支撐圈圈 裙座座過渡段段裙座座與封頭頭連接部部分材料料與封頭頭相同（封頭材材料為低低溫用鋼鋼、不銹銹鋼、鉻鉻鉬鋼以以及高溫溫、低溫溫時，可可參見有有關標準準）8. 吊吊柱及吊吊耳： （1）吊柱：根據(jù)需需要，可可在塔頂頂設置吊吊柱。（7.99.1

10、） 目的的：為方方便的安安裝和拆拆卸內(nèi)件件、填料料等； 吊柱柱選用的的標準：HG/T 2216339塔塔頂?shù)踔?安裝裝位置：應滿足足吊柱中中心線與與人孔中中心線有有合適的的夾角。 （22）吊耳耳：吊耳耳的結構構、位置置及數(shù)量量應按吊吊裝方式式和塔式式容器的的質(zhì)量確確定。（7.99.2） 目的的：整體體吊裝； 吊耳耳選用的的標準， HGGT 2215774-220088 ； 計算算：吊耳耳計算、殼體局局部應力力計算等等。三、計算算： 1.計算內(nèi)內(nèi)容： （11） 塔塔式容器器的計算算：自振周期期 地地震載荷荷水平平地震力力和垂直直地震力力； 風風載荷順風風向風振振和橫風風向風振振； 塔的撓度度

11、計算等等四部分分。 自振振周期用用作地震震載荷計計算； 地震震載荷、風載荷荷用作截截面彎矩矩計算； （22）應力力校核： 殼體軸軸向應力力校核； 裙座殼殼軸向應應力校核核； 地腳螺螺栓座計計算； 裙座與與塔殼連連接焊縫縫校核； 塔體法法蘭當量量設計壓壓力等。 除除JB/T 447100 中的的計算外外，還需需要： 按GBB1500進行的的筒體、封頭、開孔補補強計算算等； 局部應應力計算算； 填料支支撐粱、柵板等等強度計計算等。（2）計計算時所所需準備備計算條條件： 11）工藝藝必要的的給定條條件 22）塔設設備設置置地區(qū)的的自然條條件 地震震設防烈烈度只考慮慮799度； 設計地地震加速速度對應

12、00.10.44g； 設計地地震分組組分一一、二、三組；可按GBB500011-20001建建筑抗震震設計規(guī)規(guī)范 場地土土類別分、四類； 基本本風壓值值可按GBB500009-20001建建筑結構構載荷規(guī)規(guī)范基本風壓壓值取所所在地110m高高度500年一遇遇10mmin最最大平均均風速為為基本風風速；基基本風壓壓值計算算公式：地面粗糙糙度分A、B、C、D四類； 3）塔體的的設計壓壓力、設設計溫度度，塔體體（包括括封頭）材料及及厚度附附加量，裙座材材料及厚厚度附加加量，塔塔殼焊接接接頭系系數(shù)，塔塔體與裙裙座的焊焊接結構構等； 4）計算需需要的質(zhì)質(zhì)量（最最小、操操作及最最大重量量）； 5）確確定危

13、險險截面位位置；一一般來說說，危險險截面為為： a. 塔器器裙座底底截面。 b. 裙座座上開設設人孔、引出管管孔的中中心位置置截面。 c. 塔器器筒體與與裙座對對接焊縫縫（或搭搭接）處處截面。 d. 塔體體等直徑徑筒節(jié)上上筒體壁壁厚變化化處截面面。 e. 塔體體筒體直直徑變化化的截面面。6）對塔塔體進行行分段： 在作自自振周期期、地震震載荷計計算中分分段與質(zhì)質(zhì)量的不不均勻變變化有關關；作風載荷荷計算時時分段方方法可不不同于前前者，分分段越多多，就越越接近于于實際的的風載荷荷分布情情況，塔塔體分段段原則為為： a. 危險截截面處必必須分段段； b. 每一段段幾何形形狀沒有有突變，每一段段應是一一

14、個幾何何連續(xù)體體。如直直徑、壁壁厚相等等的圓筒筒，半頂頂角不變變的錐殼殼。 c. 每一段段的剛度度連續(xù)，即要求求分段的的殼體厚厚度相等等。 d. 每一段段質(zhì)量分分布沒有有突變，如筒體體中有一一定液位位，氣液液分界面面必須分分開。2. 自自振周期期（1） 名詞術術語： 自自由度：指振動動過程中中任何瞬瞬時都觸觸完全確確定系統(tǒng)統(tǒng)在空間間的幾何何位置所所需的獨獨立坐標標數(shù)目。 振振型： 振動動時任何何瞬間各各點位移移之間的的相對比比值，即即整個體體系具有有的確定定的振動動形態(tài)。一般取取前三個個振型，如下圖圖所示。 自自振周期期： 設設備以某某固有頻頻率作自自由振動動時的振振動周期期稱為自自振周期期。

15、（2） 模型的的簡化： 簡化化成一端端自由、一端固固定的臂臂梁，做做平面彎彎曲振動動，對等等直徑、等壁厚厚的塔式式容器，按彈性性連續(xù)體體公式計計算。不不等直徑徑或不等等壁厚的的塔式容容器按多多自由度度體系進進行計算算，方法法： a) 首先將將各段的的分布質(zhì)質(zhì)量聚縮縮成集中中質(zhì)量； b) 利用機機械觸守守恒定律律，并近近似地給給出振型型函數(shù)，即可得得到自振振周期公公式， c) 一般僅僅限于基基本振型型，原因因：二、三振型型函數(shù)難難以確定定。（3）高高振型計計算：（標準規(guī)規(guī)定H/D115,且且H220m時時） 按附附錄B計計算，對對等直徑徑、等壁壁厚的塔塔式容器器，可近近似取： T2=1/66T1

16、 T3=1/118T1 （4） 自振周周期的計計算：對等直直徑、等等壁厚的的塔式容容器解析法計計算中把把塔視為為質(zhì)量均均勻的懸懸壁梁作作無阻尼尼自由振振動，單單自由度度體系的的自振周周期 m 質(zhì)點點的質(zhì)量量； y頂端作作用單位位力時的的撓度，為體系系的柔度度，對塔塔式容器器：帶入上式式得出等等直徑等等厚度的的塔式容容器自振振周期公公式（85）自振周期期值隨設設備的質(zhì)質(zhì)量和高高度增加加而增大大 對于于直徑、厚度或或材料沿沿高度變變化的塔塔式容器器視為一一個多質(zhì)質(zhì)點體系系。 其其基本自自振周期期式：其中截面面慣性矩矩：圓筒段圓錐段3. 地地震載荷荷計算： （1）水平地地震力計計算：計算公式式（86

17、）1為地地震影響響系數(shù)，設計時時可利用用反應譜譜曲線查查取；1k振振型參與與系數(shù)；mk質(zhì)點點質(zhì)量；g重力加加速度；系數(shù)：衰衰減系數(shù)數(shù)斜率調(diào)整整系數(shù)阻尼調(diào)整整系數(shù) 地震震載荷設設計參數(shù)數(shù)： （1）地地震設防防烈度： 烈烈度某一地地區(qū)地面面各類結結構物和和建筑物物宏觀破破壞程度度。 基基本烈度度指在在一定期期限內(nèi)，一個地地區(qū)可能能普遍遭遭遇到的的最大烈烈度，目目前為550年超超越概率率為100%的烈烈度。 設設防烈度度按國國家規(guī)定定的權限限批準作作為一個個地區(qū)抗抗震設防防依據(jù)的的地震烈烈度。 （2）設設計地震震加速度度：地震時地地面運動動的加速速度 （3）設設計地震震分組：表征地震震震級及及震中距

18、距影響與與場地特特征周期期與峰值值加速度度有關的的參量。 （4）場場地土類類別： 抗震震設防目目標：當遭遇遇到多遇遇地震時時，塔式式容器處處于正常常使用狀狀態(tài)（工工作狀態(tài)態(tài)是彈性性狀態(tài)）；遭遇到到相當于于基本烈烈度時，結構進進入彈塑塑狀態(tài);遭遇到到罕遇地地震時，應能夠夠控制其其變形，避免倒倒塌 。（2） 垂直地地震力計計算： 任意意質(zhì)量處處的垂直直地震力力 任意意計算截截面的垂垂直地震震力 在設設防烈度度為八度度和九度度地區(qū)應應考慮垂垂直地震震力作用用（2） 垂直地地震力計計算： 塔式式容器底底截面處處總的垂垂直地震震力 垂直直地震影影響系數(shù)數(shù) 塔式式容器當當量質(zhì)量量（3） 地震彎彎矩：任意計

19、計算截面面基本振振型的地地震彎 高振振型塔式式容器任任意計算算截面的的地震組組合彎矩矩 （ H / D 155，且高高度大于于等于220m時時）。3. 風風載荷計計算：（1）順順風向水水平風力力的計算算計算公式式（8117）體型系系數(shù) 風風作用在在物體表表面上所所引起的的實際壓壓力與風風速度壓壓的比值值 對對圓截面面K1=00.7，平面KK1=11.4風振系系數(shù)基本風風壓值風壓當風以以一定速速度運動動時，垂垂直于風風向的平平面上所所有受到到的壓力力。 基基本風壓壓風載載荷的基基準壓力力，按我我國荷載載規(guī)范規(guī)規(guī)定為十十米高度度處五十十年一遇遇十分鐘鐘的最大大平均風風速，再再考慮空空氣密度度按公式

20、式計算得得出；標標準規(guī)定定：風壓高高度變化化系數(shù)任意高度度處風壓壓與100米高度處處的風壓壓之比，與高度度和地面面粗糙度度有關：地面粗糙糙度風在到到達結構構以前吹吹越過22公里范范圍內(nèi)的的地面時時，描述述地面上上不規(guī)則則障礙分分布狀況況等級與風振振有關的的系數(shù)順向風水水平風力力的計算算公式：其中第一一項為平平均風壓壓的靜力力作用；第二項為為脈動風風壓的動動力作用用；兩項合并并后，令令 形成成（817）脈動增大大系數(shù)脈動動風作用用產(chǎn)生的的振幅與與脈動載載荷以靜靜力方式式作用產(chǎn)產(chǎn)生位移移之比；（表884）式中： 脈動動影響系系數(shù)反映脈脈動風壓壓沿高度度變化及及其空間間相關性性系數(shù)，與高度度和地面面

21、粗糙度度類別有有關； 振型型系數(shù)與計計算截面面距地面面高度和和塔總高高有關的的系數(shù)；計算段段有效直直徑 當當籠式扶扶梯與塔塔頂管線線成1880o時時： 當當籠式扶扶梯與塔塔頂管線線成900o時：取大值值（2） 橫風向向風振計計算（附附錄A） 當HH/D15且H30mm時，還還應計算算橫風向向風振。（8.5.33） 橫風風向風振振產(chǎn)生原原因 氣氣流繞過過圓截面面柱體時時，壓強強和速度度產(chǎn)生變變化， 形成成卡曼渦渦街效應應，并給給柱體一一個橫向向推力，使柱 體沿沿垂直于于風的流流動方向向上產(chǎn)生生振動。 計算算步驟 1）計計算臨界界風速（塔共振振時的風風速）計算塔頂頂設計風風速 2）判別是是否產(chǎn)生生

22、共振 vvc1 不需需考慮塔塔器共振振 vc11vvc2 必須須考慮第第一振型型振動 vvc2 考慮慮第一、二振型型振動。 33）計算算塔體共共振時橫橫風向塔塔頂振幅幅和塔體體彎矩（3） 風彎矩矩 順風風向水平平風力產(chǎn)產(chǎn)生的計計算截面面彎矩 塔體體共振時時組合風風彎矩（A.66）取大值4、最大大彎矩計計算：四、應力力校核（設計）1. 圓圓筒形塔塔體軸向向應力校校核 軸向向應力由內(nèi)壓或或外壓引引起由重力及及垂直地地震力引引起由彎矩引引起的軸軸向應力力 最大大組合拉拉應力 內(nèi)壓容容器 外壓容容器 最大大組合壓壓應力內(nèi)壓容器器外壓容器器許用軸向向壓應力力 注：11. 計計算壓力力取絕對對值； 2.

23、垂直直地震力力僅在最最大彎矩矩為地震震彎矩計計入； 3. 圓錐錐形筒體體計算與與圓筒相相似，考考慮coos。 2. 壓力力試驗時時的應力力校核 圓筒筒應力由試驗壓壓力引起起 由重力力引起由彎矩引引起 軸向向拉應力力 液壓試試驗時 氣壓試試驗時 軸向向壓應力力 許用用軸向壓壓應力3.裙座座殼軸向向應力校校核（1）裙裙座殼底底截面的的應力操作工況況：液壓試驗驗：（2）裙裙座殼檢檢查孔截截面操作工況況：液壓試驗驗工況：4.地腳腳螺栓座座應力校校核（1）計計算元件件基礎環(huán)（無筋板板、有筋筋板）筋板蓋板（分分塊、環(huán)環(huán)形）地腳螺栓栓（2）基基礎板的的計算由重力和和彎矩共共同引起起的壓應應力；承壓面積積、厚

24、度度；混凝土的的壓應力力；（88.122.1）（3）地地腳螺栓栓地腳螺栓栓承受的的最大拉拉應力拉應力小小于等于于0，地腳腳螺栓起起固定作作用；拉應力大大于0，應校校核數(shù)量量、根徑徑；（4）筋筋板 按按壓桿計計算； （55）蓋板板 螺螺栓力作作用下的的 受受彎曲載載荷的板板；5. 裙裙座與塔塔殼焊縫縫的應力力校核 搭接接焊縫的的剪應力力 對接接焊縫的的拉應力力 6. 塔體連連接法蘭蘭的當量量壓力7、塔頂頂撓度計計算：（附錄CC） 計算算方法： 等直直徑且等等壁厚 等等直徑不不等壁厚厚 不不等直徑徑不等壁壁厚 撓度度的控制制值：JB/TT 47710 : 按按工程設設計要求求確定； SH 30998、HHG 2206552: DDN10000mmm時，YYDH/1100;10000mm220000mm時時，YDDH/2200；美國埃索索公司 H/1600伯克托公公司 H/1170美國科學學設計公公司、凱凱洛格公公司 H/2000西德伍德德公司填填料塔 HH/1000 板式式塔 H