化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)課件

4塔設(shè)備設(shè)計4.1概述4.2板式塔及其結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3填料塔及其結(jié)構(gòu)設(shè)計4.4其他結(jié)構(gòu)設(shè)計4.5板式塔設(shè)計舉例

本章主要通過板式塔的設(shè)計實例來學(xué)習(xí)和掌握塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算步驟。4塔設(shè)備設(shè)計4.1概述1題目：浮閥塔之塔體和群座的機械設(shè)計設(shè)計條件：塔徑——2000mm塔高——20.35m（20m）工作壓力——0.5Mpa工作溫度——110℃介質(zhì)：弱腐蝕性有機物（密度0.8)地點：濟南基本風(fēng)壓——400pa地震烈度——8級塔板距——0.45×9+0.7[m]周而復(fù)始題目：浮閥塔之塔體和群座的機械設(shè)計設(shè)計條件：塔徑——2002各接管：[DN][DN]裙座人孔——400回流——100溫度——32取樣——25進(jìn)氣——450液面計——15進(jìn)料——100出料——125壓力計——25人孔——450出氣——150各接管：3設(shè)計步驟1、將塔器當(dāng)作容器，按設(shè)計壓力求其壁厚；2、尋找危險截面，分析其危險因素；3、將各危險因素疊加起來，進(jìn)行強度和穩(wěn)定性校核，對拉應(yīng)力進(jìn)行強度校核，對壓應(yīng)力，應(yīng)同時滿足強度和穩(wěn)定條件；4、校核地腳螺栓的個數(shù)及其直徑。設(shè)計步驟1、將塔器當(dāng)作容器，按設(shè)計壓力求其壁厚；40——0截面：底面基準(zhǔn)1——1截面：裙座人孔2——2截面：塔、座焊縫3——3截面：第二人孔下4——4截面：頂面0——0截面5一、塔體選材據(jù)工作壓力0.5Mpa,工作溫度110℃，屬低壓常溫。工作介質(zhì)微腐，故選Q235—A。補充：低溫：<-20℃常溫：-20℃~200℃中溫：200℃~400℃高溫：>420℃一、塔體選材據(jù)工作壓力0.5Mpa,工作溫度110℃，屬低壓6二、按設(shè)計壓力計算筒體和封頭壁厚1、筒體壁厚設(shè)P—設(shè)計壓力，應(yīng)略大于工作壓力；P=0.5×1.15=0.575≈0.58MPa二、按設(shè)計壓力計算筒體和封頭壁厚1、筒體壁厚7則，查取查則，82、封頭壁厚采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，取封頭壁厚為10mm。2、封頭壁厚9三、各種載荷計算1、設(shè)備自重（1）塔體重m1

其中三、各種載荷計算1、設(shè)備自重10（2）補充：內(nèi)構(gòu)件板式塔的塔盤有整塊式（塔徑1m以下）和分塊式（塔徑1m以上）兩種。A、整塊式塔盤塔1)塔盤：有小孔通氣相有液封受液裝置接受液相有溢流管排放液相（2）補充：內(nèi)構(gòu)件11化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件122）盤壁間密封結(jié)構(gòu)塔盤圈焊在塔盤上，其高度>溢流堰高度；填料支持圈（板）焊在塔盤圈上，其位置視填料高度而定；填料塞在密封處；壓圈壓在填料上；壓板壓在壓圈上；螺栓焊在塔盤圈另一側(cè)，用于固定壓緊壓板。2）盤壁間密封結(jié)構(gòu)13化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件143）降液管焊在塔盤上，多為弓形。4）塔節(jié)內(nèi)塔盤的固定塔節(jié)下部內(nèi)壁焊有支座，用于固定底層塔盤，每上層塔盤由定距管支承，管內(nèi)有拉桿穿過各層塔盤，擰緊拉桿上的螺母即把塔節(jié)內(nèi)各層塔盤緊固。5）塔節(jié)由法蘭聯(lián)接組成全塔。3）降液管焊在塔盤上，多為弓形。15化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件16B、分塊式塔盤1）塔身為整體圓筒，不分塔節(jié)，而塔盤板分為數(shù)塊安裝。2）據(jù)塔徑不同，塔盤可分單、雙多流結(jié)構(gòu)，泄流。3）圖3-7解說

筋板、受液盤、支持圈（板）、降液板都被焊在塔壁上，是支承塔板的固定件。B、分塊式塔盤1）塔身為整體圓筒，不分塔節(jié)，而塔盤板分為數(shù)塊17化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件18化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件19弓形板固定在支持板、受液盤和支持圈上；矩形板固定在支持板、受液盤和弓形板上；通道板固定在支持板、受液盤、弓形板和矩形板上。自身梁一種防止彎曲的手段。①矩形板無支承的一邊為自身梁結(jié)構(gòu)，有過渡凹平面，以備疊放通道板。②通道板無自身梁③弓形板弦邊為自身梁結(jié)構(gòu)弓形板固定在支持板、受液盤和支持圈上；自身梁一種防止彎曲20化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件215）塔板的連接與緊固A、固定件焊在塔壁上B、緊固件①塔板與支持板、塔板與受液盤、通道板與矩形板靠龍門、楔子結(jié)板緊固。②弓形板與支持圈靠卡板、楔子緊固。5）塔板的連接與緊固22化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件23化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件24（回題）（2）內(nèi)構(gòu)件重查P151表4-2，取浮閥塔盤重79kg/m2由工藝條件知共30個塔盤則（回題）（2）內(nèi)構(gòu)件重查P151表4-2，取浮閥25（3）保溫層重取保溫層厚度0.1m，密度300kg/m3（JB）（3）保溫層重取保溫層厚度0.1m，密度300kg/m3（26(4)平臺重由工藝條件知，每10個塔盤設(shè)一人孔，一平臺，共4個。每個平臺為半圓形，取平臺寬度0.9m，平臺自重查P151表4-2。q=150(4)平臺重由工藝條件知，每10個塔盤設(shè)一人孔，一平臺，共427（5）物料重塔盤充液重查P151表4-2,取q=70塔釜液面高1.8m（5）物料重塔盤充液重查P151表4-2,取q=7028（6）附件重各種管口（人孔、接管、法蘭）估計取（6）附件重各種管口（人孔、接管、法蘭）估計29（7）充水重（7）充水重30以上各載按不同情況組合操作時水壓試驗時安裝時以上各載按不同情況組合31m0

mmax

mmin349360(N)787700(N)181680(N)m0mmaxmm322、風(fēng)載先確定最危險界面0-0裙座底部1-1裙座人孔2-2裙座與塔體連接處的焊縫2、風(fēng)載先確定最危險界面33（1）各段風(fēng)載計算段0-11-22-33-4備注K1

0.7形狀系數(shù)K21.42風(fēng)振系數(shù)q0

400(Pa)基本風(fēng)壓fi

0.80.80.91.2高度系數(shù)hi

11.87.0510.5各計算高度D效2.62有效直徑Fi

8301500660913120各段風(fēng)載（1）各段風(fēng)載計算段0-11-22-33-434以3-4段為例：1、K1–空氣動力系數(shù)，又名形狀系數(shù)，風(fēng)吹在不同的凹凸面上會產(chǎn)生不的風(fēng)力，對于圓形，取0.7；2、K2–風(fēng)振系數(shù)，風(fēng)速是脈動的，這種脈動離地越近，受建筑物影響越大，離地越遠(yuǎn)，脈動越小，這用高度系數(shù)校正。（P153)另外，塔的振動影響了風(fēng)載，這種影響—動荷系數(shù)與塔的自振周期T有關(guān)。以3-4段為例：2、K2–風(fēng)振系數(shù)，風(fēng)速是脈動的，這種脈動35化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件36化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件37距地面高度

4060

80100

0.350.32

0.260.25

0.21自振周期>0.250.51.01.522.53411.41.72.02.32.52.73.03.2距地面高度40608010038查查3、4、5、查396、6、40(2)各段風(fēng)彎矩前面我們求出了各段的風(fēng)力，怎樣破壞塔體？顯然是要把塔吹彎。所以要研究風(fēng)力產(chǎn)生的彎矩：彎矩=力矩(2)各段風(fēng)彎矩41化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件42化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件433、地震載荷題外補充地震以波的形式向四周傳播破壞，對建筑物來說，以水平振動危害較大。（1）作用在單質(zhì)點上的水平地震力式中：c—形狀系數(shù)，對鋼制圓形容器：c=0.5；a—地震影響系數(shù)3、地震載荷題外補充式中：441）據(jù)地震烈度查表4-8，選2）再據(jù)T和基質(zhì)查圖4-48得之系數(shù)3）本題中，據(jù)地震烈度---查表4-8得T=0.38s按二類場地---查圖4-48得系數(shù)0.8故：1）據(jù)地震烈度查表4-8，選45化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件46P155表4-9的解釋（參考）一類場地：微風(fēng)化和中等風(fēng)化的基石；三類場地：飽和松沙、淤泥和淤泥質(zhì)土、充填土等；二類場地：除一、三類外的一級穩(wěn)定土。P155表4-9的解釋（參考）47（2）多質(zhì)點彈性體系的水平地震力全塔質(zhì)量不集中于一點，將塔分成幾段，求作用在質(zhì)點K（K段）的震力（由K段振型系數(shù)校正，它包括了各i段對K段的影響）。（2）多質(zhì)點彈性體系的水平地震力全塔質(zhì)量不集中于一點，將塔分48化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件49化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件50對質(zhì)量沿高度均布的等截面塔：對質(zhì)量沿高度均布的等截面塔：51（3）地震彎矩截面i-I的震矩為自i以上至n各段震力對其力矩之和：其中，h—i-i面距地高度（3）地震彎矩截面i-I的震矩為自i以上至n各段震力對其力矩52對等徑、等厚之塔：式中H、h的單位是[mm]m的單位是[kg]上式為國際單位

注意：對等徑、等厚之塔：53（4）偏心載荷（4）偏心載荷54（回題）3、地震載荷因為是等直徑等壁厚的塔設(shè)備，所以（回題）3、地震載荷因為是等直徑等壁厚的塔設(shè)備，所以55化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件564、各危險段最大彎矩0-01-12-22431802215351846736550506113305328127158436667145789804、各危險段最大彎矩0-01-12-22431802215357化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件58四、各載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力1、設(shè)計壓力產(chǎn)生的軸向應(yīng)力四、各載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力1、設(shè)計壓力產(chǎn)生的軸向應(yīng)力592、操作重量產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力2、操作重量產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力603、最大彎矩產(chǎn)生的軸向應(yīng)力同樣的彎矩作用于不同的桿件會產(chǎn)生不同的結(jié)果，這說明彎曲還與桿的橫截面的面積、形狀及方向有關(guān)。這種橫截面的影響叫截面模量。3、最大彎矩產(chǎn)生的軸向應(yīng)力同樣的彎矩作用于不同的桿件會61化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)濟南大學(xué)ppt課件62危險截面軸向應(yīng)力計算值0-01-12-2295.822.824.718.4危險截面軸向應(yīng)力計算值0-01-12-2295.822.8263五、按組合軸向應(yīng)力驗算塔體和裙座壁厚五、按組合軸向應(yīng)力驗算塔體和裙座壁厚641、按軸向拉應(yīng)力驗算筒體壁厚取筒體危險截面2-2，其拉應(yīng)力強度條件：左邊：29-5.8+18.4=41.6Mpa右邊：113×0.8=90.4Mpa左邊<右邊故滿足條件。1、按軸向拉應(yīng)力驗算筒體壁厚左邊：29-5.8+18.4=4652、按組合軸向壓應(yīng)力驗算筒體和裙座壁厚（1）驗算筒體危險截面2-2的組合軸向壓應(yīng)力，其強度和穩(wěn)定條件為：左邊：5.8+18.4=24.2Mpa右邊：許用應(yīng)力為113Mpa，而0.06×200000×0.01/1=120Mpa因為24.2<113，所以滿足條件2、按組合軸向壓應(yīng)力驗算筒體和裙座壁厚左邊：5.8+18.4662）驗算裙座危險截面1-1軸向壓應(yīng)力左邊=5.8+24.7=30.5<右邊=113所以滿足條件2）驗算裙座危險截面1-1軸向壓應(yīng)力左邊=5.8+24.7=67（3）0-0截面驗算左邊=5.8+22.8=28.6<右邊=113所以滿足條件（3）0-0截面驗算左邊=5.8+22.8=28.6<右邊=683、驗算水壓試驗應(yīng)力(1)強度驗算1）環(huán)向拉應(yīng)力3、驗算水壓試驗應(yīng)力(1)強度驗算692）最大組合軸向拉應(yīng)力（P157公式4——34）2）最大組合軸向拉應(yīng)力703）塔充水后（未加壓）最大質(zhì)量和最大彎矩在殼體中引起的組合軸向壓應(yīng)力(P157公式4-35)3）塔充水后（未加壓）最大質(zhì)量和最大彎矩在殼體中引起的組合軸71六、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計1、選取基環(huán)直徑（1）外徑（2）內(nèi)徑六、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計1、選取基環(huán)直徑722、基礎(chǔ)環(huán)厚度計算無筋板時2、基礎(chǔ)環(huán)厚度計算73有筋板時，可增加裙座底部剛性