第5章 塔設備設計

1、第5章 塔設備設計5.1 塔設備的分類和總體結構5.1.1 塔設備的分類塔設備的分類方法很多。按單元操作可分為精料塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等；最常用的是按塔的內件結構分為板式塔(圖5-1)和填料塔(圖5-2)兩大類。板式塔和填料塔的特點見表5-l。表5-1 塔的主要類型及特點類 型板 式 塔填 料 塔結構特點塔內設置有多層塔板每層板上裝配有不同型式的氣液接觸元件，如泡罩、浮閥等塔內設置有多層整砌或亂堆的填料，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍型填料等填料為氣液接觸的基本元件操作特點氣液逆流逐級接觸微分式接觸，可采用逆流操作，也可采用并流操作設備性能空塔速度（亦即生產能力）高效率穩(wěn)定壓力降大液氣比的適應范圍

2、大持液量大空塔速度（亦即生產能力）低小塔徑、小填料的塔效率高。直徑大效率低壓力降小要求液相噴淋量較大持液量小制造與維修直徑在600mm以下的塔安裝困難檢修清理容易金屬材料耗量大造價比板式塔便宜檢修清理困難可采用非金屬材料制造適用場合處理量大操作彈性大帶有污垢的物料處理強腐蝕性物料液氣比大真空操作要求壓力降小 塔設備的總體結構塔設備的總體結構均包括：塔體、內件、支座及附件。塔體是典型的高大直立容器，多由筒節(jié)、封頭組成。當塔體直徑大于800mm時，各塔節(jié)焊接成一個整體；直徑小的塔多分段制造，然后再用法蘭連接起來。內件是物料進行工藝過程的地方，由塔盤或填料支承等件組成。支座常用裙式支座。附件包括人、

3、手孔，各種接管、平臺、扶梯、吊柱等。圖5-1 板式塔1吊柱；2排氣口；3回流液入口；4精餾段塔盤；5殼體；6進料口；7人孔； 8提餾段塔盤；9進氣口；10裙座； 11排液口；12裙座人孔圖5-2 填料塔1吊柱；2排氣口；3噴淋裝置；4殼體； 5液體再分配器；6填料；7卸填料人孔； 8支撐裝置；9進氣口；10排液口； 11裙座； 12裙座人孔5.2 塔設備設計的內容和步驟5.2.1 塔設備設計的內容塔設備設計包括工藝設計和機械設計兩方面。本課程設計是把工藝參數(shù)、尺寸作為已知條件，在滿足工藝條件的前提下，對塔設備進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算，并從制造、安裝、檢修、使用等方面出發(fā)進行結構設計。塔設備設

4、計任務書內容和格式常按表5-2。表5-2 塔設備設計任務書簡圖與說明比例設計參數(shù)及要求工作壓力，MPa1.0設計壽命設計壓力，MPa1.1填料形式、規(guī)格、容積工作溫度，170填料的密度，kg/m3 設計溫度，200填料的堆積方式介質名稱浮閥（泡罩）規(guī)格/個數(shù)介質密度，kg/m3800浮閥（泡罩）間距，mm傳熱面積， m2保溫材料厚度，100基本風壓，N/m2400保溫材料密度，kg/m3300地震基本烈度8塔盤上存留介質層高度100場地類別殼體材料16MnR塔形內件材料塔板數(shù)目70裙座材料Q235-A塔板間距偏心質量4000腐蝕速率偏心距2000接管表符號公稱尺寸DN連接面形 式用 途符 號公

5、稱尺寸DN連接面形 式用途a1.2人 孔g100突面回流口b1.232突面溫度計h1425突面取樣口c450突面進氣口i1，215突面液面計d1.2100突面加料口j125突面出料口e1.225突面壓力計k18450突面人孔f450突面排氣口條 件 內 容 修 改修改標記修改內容簽字日期修改標記修改內容簽字日期備注單位名稱工程名稱設計項目條件編號設備圖號位號/臺數(shù)提 出 人日 期5.2.2塔設備設計的步驟在閱讀了設計任務書后，按以下步驟進行塔設備的機械設計。5. 2. 2. 1 進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算包括如下內容： 了解設計條件； 選材； 按設計壓力計算塔體和封頭壁厚； 塔設備質量載荷計算

6、； 風載荷與風彎矩計算； 地震載荷與地震彎矩計算； 偏心載荷與偏心彎矩計算； 各種載荷引起的抽向應力； 塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核； 塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核； 基礎環(huán)設計； 地腳螺栓計算。.2 進行結構設計 (1) 板式塔結構設計內容如下： 塔體與裙座結構； 塔盤結構是板式塔的主要結構部分，包括塔盤板，降液管，溢流堰，緊固件和支承件等； 除沫裝置，用于分離氣體中夾帶的液滴，多位于塔頂出口處； 設備接管，包括用于安裝、檢修塔盤的人(手)孔，氣體和物料進出口的接管，以及安裝化工儀表的接管等； 塔附件，包括支承保溫材料的保溫圈，吊裝塔盤用的吊柱以及扶梯、平臺等。(2) 填料塔結構設計

7、內容如下： 塔體與裙座結構； 噴淋裝置； 液體再分布器； 填料支承結構； 塔附件。5.3塔設備的強度和穩(wěn)定性計算根據(jù)課程設計的特點，著重介紹等截面、等壁厚塔設備的設計計算。5.3.1塔設備的載荷分析和設計準則塔設備在操作時主要承受的以下幾種載荷作用：操作壓力、質量載荷、地震載荷、風載荷、偏心載荷。各種載荷示意圖及符號見圖5-3。圖 5-3 塔設備各種載荷示意圖及符號(a)質量載荷；(b)地震載荷；(c)風載荷；(d)偏心載荷塔設備的強度和穩(wěn)定性計算通常按下列步驟計算。 根據(jù)GBl50-1998相應章節(jié)或參考文獻1第十一章，按壓力確定圓筒有效厚度及封頭的有效厚度； 根據(jù)地震和風載的需要，選取若干

8、計算截面(包括所有危險截面)，并考慮制造、安裝、運輸?shù)囊?，設定各截面處圓筒有效厚度與裙座有效厚度。應滿足，； 根據(jù)自支承式塔設備承受的質量載荷、風載荷、地震載荷及偏心載荷的作用，依次進行校核和計算，并應滿足各相應要求，否則需重新設定圓筒的有效厚度，直至滿足全部校核條件為止。塔設備設計計算常用符號及說明見表5-3。 質量載荷塔設備的操作質量（5-1）塔設備的最大質量（5-2）塔設備的最小質量（5-3）式5-3中的0.2m02系考慮焊在殼體上部分內構件的質量，如塔盤支持圈、降液管等。當空塔起吊時，如未裝保溫層、平臺、扶梯，則mmin應扣除m03和m04。式中的殼體和裙座質量m01按求出的殼體名義

9、厚度、封頭名義厚度及裙座名義厚度計算，也可分段計算。部分塔設備零部件，若無實際資料，可參考表5-4，計算中注意單位統(tǒng)一。表5-3 塔設備設計計算常用符號及說明符號符號說明符號符號說明B系數(shù)，按GB150相關章節(jié)，MPa殼體和裙座質量，kgDi塔設備殼體內直徑，mm內件質量，kgDib基礎環(huán)內直徑，mm保溫材料質量，kgDO塔設備殼體外直徑，mm平臺、扶梯質量，kgDOb基礎環(huán)外直徑，mm操作時塔內物料質量，kgDOS裙座殼體外直徑，mm塔設備第i段的操作質量，kgdO塔頂管線外徑，mm距地面hk處的集中質量（見圖5-4），kge偏心質量重心至塔設備中心線的距離，mm塔設備的當量質量，取meq=

10、0.75mo，kgE設計溫度下材料的彈性模量，MPa任意計算截面I-I處的基本振型地震彎矩，N.mm fi風壓高度變化系數(shù)，按表5-7選取底截面0-0處的地震彎矩，N.mm塔設備底截面處的垂直地震力，N任意計算截面II處的風彎矩，N.mm塔設備任意計算截面II處垂直地震力，N底截面0-0處的風彎矩，N.mm集中質量引起的基本振型水平地震力，N任意計算截面II處的最大彎矩，N.mmg重力加速度，取g=9.81m/s2基本風壓值，N/m2H塔設備高度，mm基礎環(huán)計算厚度，mmHi塔設備頂部至第i段底截面的距離，mm圓筒的有效厚度，mmhit塔設備第i段頂截面距地面的高度，mm封頭的有效厚度，mmh

11、i塔設備第i段集中質量距地面的高度，mm裙座的有效厚度，mmIi、Ii-1第i段、第i-1段的截面慣性矩，mm4圓筒的名義厚度，mmK載荷組合系數(shù)，取K=1.2封頭的名義厚度，mmK1體形系數(shù)，取K1=0.7裙座的名義厚度，mmK3籠式扶梯當量寬度；當無確切數(shù)據(jù)時，可取K3=400mm管線保溫層厚度，mmK4操作平臺當量寬度，mm塔設備第i段保溫層厚度，mm第i計算段長度（見圖5-7），mm由內壓和外壓引起的軸向應力，MPa操作平臺所在計算段的長度，mm重力及垂直地震力引起的軸向應力，MPa人孔、接管、法蘭等附屬件質量，kg最大彎矩引起的軸向應力，MPa偏心質量，kg試驗壓力引起的周向應力，M

12、Pa塔設備操作質量，kg設計溫度下圓筒的許用軸向壓應力，MPa液壓實驗時，塔設備內充液質量，kg試驗介質的密度（用水時=0.001kg/m3）表5-4 塔設備零部件質量載荷估算表名 稱籠式扶梯開式扶梯鋼制平臺圓泡罩塔盤舌形塔盤質量載荷40kg/m1524 kg/m150 kg/m2150 kg/m275 kg/m2名 稱篩板塔盤浮閥塔盤塔盤填充液保溫層瓷環(huán)填料質量載荷65 kg/m275 kg/m270 kg/m230 kg/m700 kg/m5.3.3 自振周期分析塔設備的振動時，一般情況下不考慮平臺與外部接管的限制作用以及地基變形的影響，而將塔設備看成是頂端自由，底端剛件固定，質量沿高度連

13、續(xù)分布的懸臂梁。其基本震型的自振周期按式(5-4)計算：（5-4）5.3.4地震載荷當發(fā)生地震時，塔設備作為懸臂梁，在地震載荷作用下產生彎曲變形。安裝在七度或七度以上地震烈度地區(qū)的塔設備必須考慮它的抗震能力，計算出它的地震載荷。.1 水平地震力任意高度hk處的集中質量mk引起的基本振型水平地震力Fk1按式(5-5)計算：，N（5-5）式中綜合影響系數(shù)，取0.5；距地面hk處的集中質量(見圖5-4)，kg；對應于塔設備基本自振周期的地震影響系數(shù)值；地震影響系數(shù)，查圖5-5。圖中的曲線部分按式(5-6)計算，但不得小于0.2； （5-6）地震影響系數(shù)的最大值，見表5-5；各類場地土的特征周期，見表

14、5-6；基本振型參與系數(shù)；（5-7）圖5-4 水平地震力計算簡圖圖5-5 地震影響系數(shù)表5-5 地震影響系數(shù)最大值設計烈度7890.230.450.90表5-6 場地土的特征周期Tg場地土近振遠振場地土近振遠振0.20.250.40.550.30.40.650.855.3.4.2 垂直地震力地震烈度為8度或9度地區(qū)的塔設備還應考慮向上和向下兩個方向垂直地震力作用，見圖 5-6。塔設備底截面處的垂直地震力按式(5-8)計算： （5-8）式中垂直地震影響系數(shù)最大值，取=0.65；塔設備的當量質量，取0.75，kg。任意質量i處垂直地震力按式(5-9)計算： （i=1,2，n） （5-9）.3 地震

15、彎矩塔設備任意計算截面JJ處基本振型地震彎矩M旨，按式(5-10)計算（i=1，2，n）（5-10）對于等直徑、等壁厚塔設備的任意截面I-I和底截面0-0的基本振型地震彎矩分別按式(5-11)和式(5-12)計算：（5-11） （5-12）當塔設備，或時還需考慮高振型的影響，在進行穩(wěn)定和其他驗算時，也可按式（5-13）計算： （5-13）5.3.5風載荷塔設備受風壓作用時，塔體會發(fā)生彎曲變形。吹到塔設備迎風面上的風壓值，隨設備高度的增加面增加。為計算簡便，將風壓值按塔設備高度分為幾段，假設每段風壓值各自均勻分布于塔設備的迎風面上，如圖5-7所示。塔設備的計算截面應選取在其較薄弱的部位，如：塔設

16、備的底部截面00、裙座上人孔或較大管線引出孔處的截面hh、塔體與裙座連接焊縫處的截面22，見圖5-7所示。兩相鄰計算截面區(qū)間為一計算段；任一計算段的風載荷，就是集中作用在該段中點上的風壓合力。任一計算段風載荷的大小，與設備所在地區(qū)的基本風壓值有關，同時也和設備的高度、直徑、形狀以及自振周期有關。.1 水平風力兩相鄰計算截面間的水平風力按式(5-14)計算： （5-14）式中Pl、P2、Pi-塔設備各計算段的水平風力，N；De1、De2、Dei塔設備各計算段的有效直徑，mm；當籠式扶梯與塔頂管線布置成180°時：（5-15）當籠式扶梯與塔頂管線布置成90°時，取下列兩式中較大

17、者：（5-16）（5-17）DOi塔設備各計算段的外徑，mm；K21、K22K2i塔設備扦計算段的風振系數(shù)，當塔高時，取，當時，按式(5-18)計算：（5-18）fi風壓高度變化系數(shù)，按表5-7查?。幻}動增大系數(shù)，按表5-8查??；第i段脈動能響系數(shù)，按表5-9查??；zi第i段振型系數(shù)，根據(jù)與u查表5-10；K3籠式扶梯當量寬度；當無確切數(shù)據(jù)時，可??；K4操作平臺當量寬度，mm；（5-19）第i段內平臺構件的投影面積(不計空檔投影面積)，mm2；第i計算段長度(見圖5-7)，mm；l0操作平臺所在計算段的長度，mm；q0基本風壓值，kNm：；各地區(qū)的基本風壓值按全國基本風壓分布圖或按當?shù)貧庀蟛块T

18、資料確定。表5-7 風壓高度變化系數(shù)fi距地面高度 地面粗糙度類型距地面高度 地面粗糙度類別ABCABC510152030401.171.381.521.631.801.920.801.001.141.251.421.560.540.710.840.941.111.2450607080901002.032.122.202.272.342.401.671.771.861.952.022.091.361.461.551.641.721.79注：A類地面粗糙度系指近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類系指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)；C類系指有密集建筑群的大城市市

19、區(qū)。管線保溫層厚度，mm；塔設備第i段保溫層厚度，mm。表5-8 脈動增大系數(shù)1020406080100200400600800100020004000600080001000020000300001.471.271.691.771.831.882.042.242.362.462.532.803.093.283.423.543.914.14注：計算時，對B類取，對A類，對C類。表5-9脈動影響系數(shù)i粗糙度類別高度1020406080100A0.780.830.870.890.890.89B0.720.790.850.880.890.90C0.660.740.820.860.880.89表5-1

20、0 振型系數(shù)相對高度頂、底有效直徑比相對高度頂、底有效直徑比10.80.610.80.60.10.020.020.010.60.480.440.410.20.070.060.050.70.600.570.550.30.150.120.110.80.730.710.690.40.240.210.190.90.870.860.850.50.350.320.291.01.001.001.00.2 風彎矩塔設備任意計算截面II處的風彎矩按式（5-20）計算：（5-20）塔設備底截面00處的風彎矩按式（5-21）計算：（5-21） 偏心彎矩當塔設備的外側懸掛有分離器、再沸器、冷凝器等附屬設備時，可將其視

21、為偏心載荷。由。于有偏心距e的存在，偏心載荷在塔截面上引起偏心彎矩。偏心載荷引起偏心彎短沿塔高無變化，可按式(5-22)汁算：（5-22） 5.3.7 最大彎矩塔設備任意計算截面II處的最大彎矩按式（5-23）計算： 取其中較大值（5-23）塔設備底部截面0-0處的最大彎矩按式(5-24)計算： 取其中較大值（5-24）5.3.8 圓筒軸向應力核核校核圓簡軸向應力，使之滿足穩(wěn)定條件。.1 圓筒軸向應力圓筒任意計算截面II處的軸向應力分別銨式（5-25）、式（5-26）和式（5-27）計算：由內壓和外壓引起的軸向應力：（5-25）其中設計壓力p取絕對值。操作或者非操作時重力及垂直地震力引起的鈾向

22、應力：（5-26）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。最大彎矩引起的軸向應力：（5-27）.2 圓筒穩(wěn)定校核圓筒許用軸向壓應力按式(528)確定： 取其中較小值（5-28）圓筒最大組合壓應力按式(5-29)或式(5-30)校核：對內壓塔器 （5-29）對外壓塔器 （5-30）.3 圓筒拉應力校核圓筒最大組合拉應力按式(5-31)或式（5-32）校核：對內壓塔器 （5-31）對外壓塔器 （5-32）如校核不能滿足條件時，須重新設定有效厚度，重復上述計算，直至滿足要求。5.3.9 塔設備壓力試驗時的應力校核.1 圓筒應力對選定的各計算截面按式(5-33)、式(5-34)、式(5-35)

23、和式(5-36)進行各項應力計算：試驗壓力引起的周向應力：（5-33）式中試驗介質的密度(當介質為水時，)，； H液柱高度，cm。氣壓試驗時，無液柱靜壓力。試驗壓力引起的軸向應力：（5-34）重力引起的軸向應力：（5-35）式中液壓試驗時，計算截斷II以上的質量(只計入塔殼、內構件、偏心質量、保 溫層、扶梯及平臺質量)，kg。彎矩引起的軸向應力：（5-36）.2應力校核壓力試驗時，圓筒材料的許用軸向壓應力按式（5-37）確定： 取其中較小值（5-37）壓力試驗時，圓筒最大組合應力按以下公式校核：液壓試驗時： （5-38）氣壓試驗時： （5-39）液壓試驗時： （5-40）氣壓試驗時： （5-4

24、1） （5-42） 裙座軸向應力校核 塔設備常采用裙座支承。并根據(jù)承載不同，分為圓筒形和圓錐形兩種。由于圓筒形裙座。制造方便，采用極為廣泛。但需配置較多的地腳螺栓和具有足夠大求載由積的基礎環(huán)，以防止由于風載荷或地震載荷所引起的彎矩而造成翻倒。若經應力校核不能滿足，只能選用圓錐形裙座支承。這里重點介紹圓筒形裙座。圓筒形裙座軸向風力校核首先選取裙座危險截面。危險截面的位置，一般取裙座底截面 (0-0)或裙座檢查孔和較大管線引出孔(hh)截面處(見圖5-8)。然后按裙座有效厚度驗算危險截面的應力。.1 裙座底截面的組合應力裙座底截面的組合應力按式(5-43)和式(5-44)校核：（5-43）其中僅在

25、最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。（5-44）式中裙座底部截面積，mm2； 裙座圓筒和錐殼的底部截面系數(shù)，mm3。.2裙座檢查孔和較大管線引出孔截面處組合應力裙座檢查孔和較大管線引出孔(見圖5-8)hh截面處組合應力按式（5-47）和式（5-48)校核：（5-47）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。（5-48）式中h-h截面處水平方向的最大寬度，mm；h-h截面處裙座殼的內直徑，mm；h-h截面處的垂直地震力。但僅在最大彎短為地震彎矩參與組合時計入此項，N；檢查孔和較大管線引出孔加強管長度，mm； h-h截面處的最大彎矩，N·mm；h-h截面處的風彎矩，N·

26、mm；h-h截面以上塔設備壓力試驗時的質量，kg；h-h截面以上塔設備的操作質量，kg；h-h截面處加強管的厚度(見圖5-8)，mm；h-h截面處裙座的截面積，mm2； （5-49）（5-50）h-h截面處的裙座殼截面系數(shù)，mm3； （5-51） （5-52）如校核不能滿足條件時，須重新設定裙座殼有效厚度，重復上述計算，直至滿足要求。5.3.11 地腳螺栓座.1 基礎環(huán)設計(1)基礎環(huán)內、外徑(見圖5-9、圖5-10)可參考式(5-53)、式(5-54)選?。海?-53）（5-54）(2)基礎環(huán)厚度按式(5-55)或式(5-56)計算：無筋板時(見圖5-9)基礎環(huán)厚度為 （5-55）式中基礎環(huán)

27、材料的許用應力，MPa;對低碳鋼?。换炷粱A上的最大壓力，MPa；（5-56）有筋板時（見圖5-10）基礎環(huán)厚度為（5-57）式中計算力矩，取矩形板X、Y軸的彎矩、中絕對值較大者，、按表5-11計算。無論無筋板或有筋板的基礎環(huán)厚度均不得小于l6mm。表5-11 矩形板力矩計算表0.11.60.21.70.31.80.41.90.52.00.62.10.72.20.82.30.92.41.02.51.12.61.22.71.32.81.42.91.53.0注：l為兩相鄰筋板最大外側間距（見圖5-10）。.2 地腳螺栓地腳螺栓座相關尺寸見圖5-11。地腳螺拴承受的最大拉應力按式(5-58)計算：

28、 （5-58）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。式中地腳螺栓承受的最大拉應力，MPa；Ab基礎環(huán)面積，mm2；（5-59）基礎環(huán)截面系數(shù)，mm3。（5-60）圖5-11 地腳螺栓座尺寸當時，塔設備可自身穩(wěn)定，但為固定其位置，應設置一定數(shù)量的地腳螺栓。當時，塔設備必須設置地腳螺栓。地腳螺栓的螺紋小徑可按式(5-61)計算：（5-61） 式中地腳螺栓螺紋小徑，mm；C2地腳螺栓腐蝕裕量，mm；取C23mm；N地腳螺栓個數(shù)，一般取4的倍數(shù)，最小直徑塔設備可取n6；對，取；對，?。粓A整后地腳螺栓的公稱直徑不得小于M24。.3 筋板筋板的壓應力按式(5-62)計算：（5-62）式中筋板的壓應

29、力F一個地腳螺栓承受的最大拉力，N；對應一個地腳螺栓的筋板個數(shù)；筋板寬度，mm；筋板厚度，mm。筋板的許用壓應力按式(5-64)或式(5-65)計算：當時（5-64）當時（5-65）式中筋板的許用壓應力，MPa；細長比，按式(5-66)計算，且不大于250；（5-66）i慣性半徑，對長方形截面的筋板取，mm； 筋板長度，mm；臨界細長比，按式(5-67)計算；（5-67）E筋板材料的彈性模量；筋板材料的許用應力，MPa；對低碳鋼;系數(shù)； （5-68） 筋板的壓應力應小于或等于許用應力，即。但一般不小于基礎環(huán)厚度。.4 蓋板 分塊蓋板最大應力按式(5-69)或式(5-70)計算：無墊板時（5-6

30、9）有墊板時（5-70）式中分塊蓋板最大應力， MPa；墊板上地腳螺栓孔直徑，mm；蓋板上地腳螺栓孔直徑，mm；筋板寬度，mm；筋板內側間距，mm；墊板寬度，mm；蓋板厚度，mm；墊板厚度，mm。一般，分塊蓋板厚度不小于基礎環(huán)厚度。環(huán)形蓋板的最大應力按式(5-71)或式(5-72)計算：無墊板時（5-71） 有墊板時（5-72）一般環(huán)形蓋板厚度不小于基礎環(huán)厚度蓋板最大應力應等于或小于蓋板材料的許用應力，即。對低碳鋼蓋板的許用應力5.3.12 裙座與塔殼焊縫.1 裙座與塔殼搭接焊縫搭接焊縫JJ截面處(見圖5-12)的剪應力按式(5-73)或式(5-74)校核：（5-73）其中 僅在最大彎矩為地震

31、彎矩參與組合時計入此項。式中焊縫抗剪斷面面積，mm2；裙座頂部截面的外直徑，mm；搭接焊縫處的垂直地震力，N；搭接焊縫處的最大彎矩，N·mm；壓力試驗時塔設備的最大質量(不計裙應質量)，kg；JJ截面以上塔設備操作質量，kg；JJ焊縫抗剪截面系數(shù)，mm；設計溫度下焊接接頭的許用應力，取兩例母材許用應力的小值，MPa；圖5-12圖5-13.2 裙座與塔殼的對接焊縫對接焊縫JJ截面處(見圖5-13)的拉應力按式(5-77)校核：（5-77）其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。式中裙座頂截面內直徑，mm。5.3.13塔設備法蘭當量設計壓力當塔設備分段安裝采用法蘭連接時，考慮內壓、

32、軸向力和外力矩的作用，其當量設計壓力按式(5-78)確定。（5-78）式中法蘭的當量設計壓力，MPa；墊片壓緊力作用中心團直徑艦，；F軸向外載荷，拉力時計入，壓縮時不計，N；P設計壓力，MPa；M外力矩，應計入法蘭截面的最大力矩、管線推力引起的力矩和其他機械載荷引起的力矩，N·mm。5.3.14 塔設備設計計算舉例.1 塔設備設計任務書（以表5-2所給參數(shù)為例）.2 塔設備已知設計條件及分段示意圖首先，選取計算截面（包括所有危險截面）。本例將全塔分成6段。其計算截面分別為0-0、1-1、2-2、3-3、4-4、5-5。已 知 設 計 條 件分 段 示 意 圖塔體內徑Di2000mm塔

33、體高度H40000mm設計壓力p1.1MPa設計溫度t2000C塔體材料16MnR許用應力170MPat170MPa設計溫度下彈性模量E1.9X10-5 MPa常溫屈服點s345 MPa厚度附加量C2mm塔體焊接接頭系數(shù)0.85介質密度800Kg/m3塔盤數(shù)N70每塊塔盤存留介質層高度hw100mm基本風壓值q0400N/m2地震設防烈度8度場地土類別類偏心質量me4000Kg偏心距e2000mm塔外保溫層厚度s100mm保溫層材料密度2300 Kg/m3群座材料Q235-A許用應力st113MPa常溫屈服點s235 MPa設計溫度下彈性模量Es厚度附加量Cs2mm人孔、平臺數(shù)8地腳螺栓材料Q

34、235-A許用應力bt140 MPa腐蝕裕量C23個數(shù)n32.3 塔設備設計計算程序及步驟按 設 計 壓 力 計 算 塔 體 和 封 頭 厚 度計 算 內 容計 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)塔內液柱高度h,mh=2.34(僅考慮塔底至液封盤液面高度)液柱靜壓力pH,MPa（可忽略）計算壓力pc,MPa圓筒計算厚度,mm圓筒設計厚度c ,mm圓筒名義厚度n,mm圓筒有效厚度e,mm封頭計算厚度h,mm封頭設計厚度hc ,mm封頭名義厚度hn,mm封頭有效厚度he,mm塔 設 備 質 量 載 荷 計 算計 算 內 容計 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)011223344556塔段內直徑D，mm2000塔段名義厚度

35、ni,mm12塔段長度li,mm100020007000100001000010000塔段高度H1，mm40000單位筒體質量m1m,kg/m596筒體高度H1,mm36790筒體質量m1,kgm1=596x36.790=21926.84封頭質量m2,kgm2=438x2=876裙座高度H3,mm3060裙座質量m3,kgm3=596x3.06 =1823.76塔體質量m01,kgm01= m1 +m2 +m3=21926.84+876+1823.76=2462759616304172596059606309塔段內件質量m02,kg(浮閥塔盤質量qN=75kg/m2)2120518451844

36、005m03 封頭保溫層質量，（kg）1081401200220022068續(xù)表塔 設 備 質 量 載 荷 計 算計 算 內 容計 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)01122334455頂平臺，扶梯質量m04,kg平臺質量 qp=150kg/m2 籠式扶梯質量 qF=40kg/m平臺質量 n=8 籠式扶梯質量 HF=39m 4080943238717251685操作時塔內物料質量m05,kg9446786552955294272人孔、接管、法蘭等附件質量ma,kg按經驗取附件質量為：1542311092171014851485充液質量mw,kg118021991314163141631936偏心質量me

37、,kg再沸器：me=4000 14002600 操作質量m0,kg790439319114227722188519824最小質量mmin,kg790344910632130961220912348最大質量mmax,kg790462934319486594777247488自 振 周 期 計 算計 算 內 容計 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)塔體內直徑Di,mm2000塔體有效厚度e,mm10塔設備高度H,mm40000操作質量mo,kg88778塔設備的自振周期T1,s續(xù)表地 震 載 荷 與 地 震 彎 矩 計 算計 算 內 容計 算 公 式 及 數(shù) 據(jù)01122334455頂各段操作質量mi,kg7

38、90439319114227722188519824各點距地面高度hi,mm500200065001500025000350001.12×1048.94×1045.24×1051.84×1063.95×1066.55×1068.83×1063.93×1081.00×10104.18×10108.65×10101.30×10112.686×10111.25×1088.00×1092.75×10113.38×10121.56

39、15;10134.29×10139.88×10103.51×10135.25×10157.69×10163.42×10178.50×10171.274×1018A/B2.11×10-7基本振型參與系數(shù)2.36×10-31.89×10-20.110.3870.8331.38綜合影響系數(shù)CZ取Cz=0.5地震影響系數(shù)最大值由表5-5 得 (設計烈度8度時)各類場地土的特征周期Tg由表5-6 得Tx=0.3(類場土、近震時)地震影響系數(shù)水平地震力0.84037.37948.793976.85

40、8336.5612345.17垂直地震影響系數(shù)操作質量mo,kg88778當量質量meq,kg取meq=0.75ma=0.75×88778=66583.5底面處垂直地震力3.95×1058.79×1061.24×1083.24×1085.47×1086.94×1081.716×109垂直地震力44.0978.713805.9438077.6777268.73底截面處地震彎矩底截面處地震彎矩續(xù)表地震載荷與地震彎矩計算計算內容計算公式及數(shù)據(jù)01122334455頂截面1-1處地震彎矩.N·mm截面2-2處地震

41、彎矩.N·mm風載荷與風彎矩計算計算內容計算公式及數(shù)據(jù)01122334455頂各計算段的外徑Doi,mm各計算段的外徑do,mm400第i段保溫層厚度si,mm100管線保溫層厚度po,mm100籠式扶梯當量寬度K3400各計算段長度li,mm100020007000100001000010000操作平臺所在計算段長度lo,mm100020007000100001000010000平臺數(shù)001322各段平臺構件的投影面積各計算段長度，A，mm2 009×1053×9×1052×9×1052×9×105操作平臺當量寬

42、度K400257.1540360360各計算段的有效直徑Dei，mm282426243081336431843184262426242881316429842984各計算段頂截面距地面高度hit1310203040風壓高度變化系數(shù)根據(jù)hit查表5-70.80.81.01.251.421.56體型系數(shù)K10.7基本風壓值q0,N/m2400塔設備的自振周期T1，s1.751225續(xù)表風載荷與風彎矩計算計算內容計算公式及數(shù)據(jù)01122334455頂脈動增大系數(shù)（B類）查表5-82.59脈動影響系數(shù)（B類）查表5-80.720.720.720.790.820.85u1.0第i段據(jù)型系數(shù)根據(jù)與u查表5

43、-100.020.020.110.350.661.00各計算段的風據(jù)系數(shù)1.0471.0471.2051.5731.9872.411各計算段的水平風力,N662.31324.67276.718520.525154.633531.50-0截面的風彎矩.N·mm1-1截面的風彎矩.N·mm偏心彎矩計算內容計算公式及數(shù)據(jù)偏心質量me，mm4000偏心距e,mm2000偏心彎矩Me，N·mm最大彎矩計算內容計算公式及數(shù)據(jù)0-0截面1-1截面2-2截面2.21×1092.12×1091.95×1091.52×1091.47×

44、1091.37×109最大彎矩,N·mm2.21×1092.12×1091.95×109續(xù)表圓筒軸向應力校核和圓筒穩(wěn)定校核計算內容計算公式及數(shù)據(jù)0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度,mm10筒體內徑,mm2000計算截面以上的操作質量,kg887788798883595設計壓力引起的軸向壓力1,MPa0055操作質量引起的軸向壓力,MPa13.8513.7213.04最大彎矩引起的軸向壓力,MPa70.3467.4862.07載荷組合系數(shù)K1.2系數(shù)A設計溫度下材料的許用應力,MPa查表4-9（16MnR,200）得：（Q235-A,200）

45、得：113113170系數(shù)B,MPa查表4-12（16MnR,200）得：B=118查表4-12（Q235-A,200）得：B=939393118KB,MPa111.6111.6141.6許用軸向壓應力,MPa取以上兩者中小值111.6111.6141.6,MPa115.26115.26173.40圓筒最大組合壓應力,MPa對內壓塔（滿足要求）84.1981.2075.11圓筒最大組合拉應力,MPa對內壓塔（滿足要求）56.4953.76104.03塔設備壓力試驗時的應力校核計算內容計算公式及數(shù)據(jù)試驗介質的密度（介質為水）,0.001液柱高度H,cm4000液柱靜壓力,MPa0.408有效厚度

46、,mm10筒體內徑,mm2000續(xù)表塔設備壓力試驗時的應力校核計算內容計算公式及數(shù)據(jù)2-2截面最大質量，kg實驗壓力，MPa筒體常溫屈服點，MPa3452-2截面，MPa372.62-2截面KB，MPa141.6壓力試驗時圓筒材料的許用軸向壓應力，MPa取以上兩者中小值141.6試驗壓力引起的周向應力，MPa液壓試驗時：試驗壓力引起的軸向應力，MPa重力引起的軸向應力，MPa彎矩引起的軸向應力，MPa壓力試驗時圓筒最大組合應力，MPa液壓試驗時：（滿足要求）（滿足要求）裙座軸向應力校核計算內容計算公式及數(shù)據(jù)裙座有效厚度，mm10裙座筒體內徑，mm20000-0截面積，0-0截面系數(shù)，KB，MP

47、a111.6，MPa135.6裙座許用軸向應力，MPa取以上兩者中小值111.60-0截面最大彎矩，N·mm2.21×1090-0截面操作質量，kg887780-0截面組合應力，MPa檢查孔加強管長度，mm120檢查孔加強管水平方向的最大寬度bm，mm450檢查孔加強管厚度，mm12裙座內直徑，mm2000續(xù)表裙座軸向應力校核計算內容計算公式及數(shù)據(jù)1-1截面處裙座筒體的截面積，1-1截面處的裙座筒體截面系數(shù)，1-1截面最大彎矩，N·mm2.12×1091-1截面風彎矩，N·mm2.04×1091-1截面以上操作質量，kg879881-1截面以上最大質量，kg1828671-1截面組合應力，MPa基礎環(huán)設計計算內容計算公式及數(shù)據(jù)裙座內徑，mm2000裙座外徑，mm基礎環(huán)外徑，mm基礎環(huán)內徑，mm基礎環(huán)伸出寬度b，mm相鄰兩筋板最大外側間距l(xiāng)，mm160基礎環(huán)面積，基礎環(huán)截面系數(shù)，最大質量，kg183657操作質量，kg887780-0截面風彎矩，N·mm2.13×1090-0截面最大彎矩，N·mm2.21×109偏心彎矩，N·mm 7.848×10