浮阀塔塔体和群座设计.pdf

4塔设备设14.1 概述4.2 板式塔及其结构设计4.3 填料塔及其结构设计4.4 其他结构设计4.5 板式塔设计举例本章主要通过板式塔的设计实例来学习 和掌握塔设备的结构设计及计算步骤。题目：浮阀塔之塔体和群座的机械设计 设计条件：塔径2000mm 塔高20.35m(20m)工作压力0.5Mpa 工作温度110 介质：弱腐蚀性有机物(密度0.8)地点：济南 基本风压-400pa 地震烈度8级 塔板距0.45 X 9+0.7m 各接管：DN 裙座人孔400 温度32 进气450 进料100 压力计25 出气150DN回流100 取样25 液面计-15出料125 人孔450设计步骤 1、将塔器当作容器，按设计压力求其壁厚；2、寻找危险截面，分析其危险因素；3、将各危险因素叠加起来，进行强度和稳定 性校核，对拉应力进行强度校核，对压应力,应同时满足强度和稳定条件；4、校核地脚螺栓的个数及其直径。铁“平台无体人孔篇进科*AM*曦X a MO42di气入口 图K-l板式塔总体结构雷图Ooilo22。33o4底基准 裙座人孔 塔、座焊缝 第二人孔下Im1.8m7.05m10.5m塔体选材据工作压力0.5Mpa,工作温度110,属 低压常温。工作介质微腐，故选Q235A。温温温温 除篙甘哥420 二按设计压力计算简体和封头 壁厚 1、筒体壁厚设a=113MPaPD,2卜(p-PP设计压力，应略大于工作压力;P=0.5X 1.15=0.5750.58MPa夕-用单面对接焊，局探，（p-0.8则,查取查。0.58x2000zS=-2x113x0.8-0.58 6d=6+C2=7 Ammc x=o.5 n-10 mmb,=10 蒜?2、封头壁厚采用标准椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。三、各种载荷计算1、设备自重(1)塔体重rrii=?+23）2-+2 X;（R+2a）2 8nP=0.785（2+2x0.01）2-22xl7.5x7.8xl03+2x0.785（2+2x0.01）2 xO.Olx7.8x 103=9115（依）=9H50（N）其中Hq=2300+4750 x3+1000=17550mm（2）补充：内构件板式塔的塔盘有整块式（塔径1m以（塔径1m以上）两种。A、整块式塔盘塔.1）塔盘：有小孔通气相 有液封受液装置接受液相 有溢流管排放液相卜）和分块式ffl 3-5弓形降液篌的液封棺Diffl3-5弓形降液管的渣封槽 2）盘壁间密封结构 塔盘圈焊在塔盘上，其高度,溢流堰高度;填料支持圈（板）焊在塔盘圈上，其位 置视填料高度而定；填料塞在密封处；压圈压在填料上；压板压在压圈上；螺栓焊在塔盘圈另一侧，用于固定压紧 压板。(b)(c)图？-3塔板和塔体的密封结构3）降液管 焊在塔盘上，多为弓形。4）塔节内塔盘的固定塔节下部内壁焊有支座，用于固定 底层塔盘，每上层塔盘由定距管支承，管内有拉杆穿过各层塔盘，拧紧拉杆上 的螺母即把塔节内各层塔盘紧固。5）塔节由法兰联接组成全塔。B、分块式塔盘 1）塔身为整体圆筒，不分塔节，而塔盘板 分为数块安装。2）据塔径不同，塔盘可分单、双多流结构,泄流。3）图3-7解说 筋板、受液盘、支持圈（板）、降液 板都被焊在塔壁上，是支承塔板的固定件。图3 7单流分块式塔齿结构弓形板固定在支持板、受液盘和支持圈上；矩形板固定在支持板、受液盘和弓形板上；通道板固定在支持板、受液盘、弓形板和矩形板上。自身梁一种防止弯曲的手段。矩形板 无支承的一边为自身梁结构，有 过渡凹平面，以备叠放通道板。通道板无自身梁弓形板弦边为自身梁结构(b)5）塔板的连接与紧固A、固定件焊在塔壁上B、紧固件塔板与支持板、塔板与受液盘、通道 板与矩形板靠龙门、楔子结板紧固。弓形板与支持圈靠卡板、楔子紧固。图3-11塔板与受液盘的连接B图312弓形板与支持I的连接(dl题)(2)内构件重查P151表42,取浮阀塔盘重79kg/m2由工艺条件知共30个塔盘则71 9m2=-D；x75x30=1065kg=70650VX(3)保温层重取保温层厚度0.1m,密度300kg/m3(JB)?(，+2。+2旷 _(2+2 尸h 夕=0.785(2+2x0.01+2xal)2-(2+2x0.01)2xl7.5x300=3495(依)=34950(N)(4)平台重由工艺条件知，每10个塔盘设一人孔，一平 台，共4个。每个平台为半圆形，取平台宽度 0.9m,平台自重查P151 表4-2。砥+说+双22(+说+明2(=O.78(2+2xO.Ol+2xO.l+2xO.9)2-(2+2xO.O2+2xO.l)2=264期=26453(5)物料重塔盘充液重查P151表4-2,取q=7kg/m1塔釜液面高1.8m机5=了，2(七夕+qn)=0.785 X 22(1.8 X 800+70 x 30)二 11116 奴=111160 N(6)附件重各种管口(人孔、接管、法兰)估计取m =1500 kg=15000 NX(7)充水重mw=：H op=0.785 x 22 x 175 x 1000=54950 奴=549500 N以上各载按不同情况组合操作时m0=+m2+m3+m4+m5+ma=34936 4=349360 N水压试验时机 max=m1+m2+m3+m4+ma+mw=78770版=787700N安装时根 min=mi+0.2m2+m3+m4+ma18168 4=181680N2、风载 先确定最危险界面 o-o裙座底部 1-1裙座人孔-2-2裙座与塔体连接处的焊缝(1)各段风载计算段0-11-22-33-4 _备注K10.7形状系数K21.42风振系数q0400(Pa)基本风压fi0.80.80.91.2高度系数hi1I 1.87.0510.5各计算局度D效L2.62C C C/L，C，CC有效直径E CTH r_Tt-44以3-4段为例:Fi-K K?q a fi%D 有效1、K1-空气动力系数，又名形状系数，风吹在不同的凹凸面上会 产生不的风力，对于圆形，取0.7；2、K2-风振系数，风速是脉动的，这种脉动离地越近,受建筑物影响越大，离地越远，脉动越小，这用高度系数m.校正。(P153)K2=1+町后另外，塔的振动影响了风载，这种影响一动荷系数与塔的自振周期T有关。T=90.33”mnH.八 3 QrxlO-3=90.33x20000(mm).34936(kg)x 20000(mm)2xl05(MPa)x 10(mm)x 2000 3(mm)3xlO-3=0.38sT=2.856HmQH E3D3 f 1/1/=2.856 x20(m)34936fc)x20(m)2x105 x 106(Pa)x 0.01(m)x 23(m)3=0.385T=0.9125H0/E；=0.9125x20(加)349360()x20(m)2xl05xl06(P)x0.01(m)x23(m)3=0.385查查 3、4、5、叫=0.35-0.25 0.38-025pBBBB|1.4-1172=1+m;4=1+0,35 X1,2=1.427.基本风压（查P152表4-3。=400卜查尸152表4 4）70T=九=0-8/亡1，/3一Ll14 f 计算段长度。九3-4=10.5m。效有效直径，。效=Oo+25+K3+K4Z）o f 外径，。0=2.02m25 f 保温层厚.23=2x0.1=0.2m仁-扶梯宽度，K.=400mm、2 FK4 平台范度，K4=X 0（方水平投影面积。F0）。效=2.02+0.2+0.4=2.62m尸3-4=（勺力）4。效=0.7x1.42x1.2x400 x10.5x2.62=13120其它与值见表(2)各段风弯矩 前面我们求出了各段的风力口 0怎样破 坏塔体？显然是要把塔吹弯。所以要研究风 力产生的弯矩砺 弯矩=力、矩0 二五0，+4(+!)+%(%+4+?)+工(+4+人2+，)1=830 x-+1500 11.8、(7 05、+6609 1+1.8+I 2)22；(10 5、+13120 1+1.8+7.05+=243180 2Vm27ffi 3 39设备承受的缸栽葡3、地震载荷 题外补充 地震以波的形式向四周传播破坏，对建 筑物来说，以水平振动危害较大。(1)作用在单质点上的水平地震力F=camg式中:c形状系数，对钢制圆形容器：c=0.5；a地震影响系数1）据地震烈度查表4-8,选4nax2）再据T和基质查图4-48第Pmax之系数系数X。111C17V3)本题中，据地震烈度园一查表48max=045T=0.38s按二类场地一查图4-48 得系数0.8得故:a-0.8xi=0.36llidX图3-40地震影啊系数a1类 微风化和中等风化的基石；类 除I、类外的级稳定匕类饱和松沙、淤泥和淤泥质土、冲填上、杂填卜等.P155表4-9的解释（参考）一类场地：微风化和中等风化的基石；三类场地：饱和松沙、淤泥和淤泥质土、充填土等；二类场地：除一、三类外的一级稳定土。（2）多质点弹性体系的水平地震力全塔质量不集中于一点，将塔分成几段，求作 用在质点K（K段）的震力（由K段振型系数校 正，它包括了各i段对K段的影响）。F k=ca r/km kgc-结构系数Q-地震系数-K段振型系数图3 41水平地裳力计算的图n7 1.5 7 1-5几二1-i=Lhk-K段质量的作用点距地高阂mh t段质心距地fWj度皿1/对质量沿高度均布的等截面塔:7=H履“0小.8H、四 加3 dh5 H I，r 1.5 hkm0-操作时质量H-总高(3)地震弯矩截面il的震矩为自i以上至n各段震力对其力 矩之和：,nmJ 位K=1其中，hii面距地高度对等径、等厚之塔:nK=1mJScamg175 2 5(104 35-14H25h+4h35)N-mm式中、h的单位是mm m的单位是kgE5 c am 0 H 4员自+%n-m 3 12式为国际单位注意:5时，柔性大M广=1.25M厂(4)偏心载荷（回题）3、地震载荷因为是等直径等壁厚的塔设备，所以 5MJ=-E 3g（史包+名H3 4 3 12又%=2%5为柔性结构=1.25MFiime-5 cam H 45=x120.5x0.36 x 349360 x 20=524040(N m)=1.25 x 524040=655050(N-m)M尸5 cam0 H4H3k h，3 H3 4 35 0.5x0.36x349360 f 203203I 4一十0)4 2()3 xl-1-3 12 J=489063(Nm)=1.25*489063=611330(m)=426250(N m)2033I 45 0.5 x 0.36 x 349360 f 204 203x2.8 2.84-1-1-3 12_ _ 2-2,5 cam。/H、H3h h、Me=-+)3 寸 4 3 12M2-2=1.25x426250=532812(2V-m)Mmax=mj+此(偏心矢BMl+0.25Mwii+M乜 w取大eMj-Q=MQ+025MwQ-Q+Me=655050+0.25x243180=71584N.m)MMnJT=Mj+Q25MJ+此=666714N 加)nJ-2=M；2+Q25Mw2-2+Me=57898QN,m)四、各载产生的轴向应力1、设计压力产生的轴向应力PD.0.58x20005=L=-=29Mpa1 4，4x10f 1/X2、操作重量产生轴向压应力0-0i-i兀Dn3493603.14x2x0.01=556Mpamog _ 349360 严一0.0586=5.96Mpa恤gS】-=7rD-n(db-2l3)=2x 0.02-2(0.45 x0.01-2x0.12x 0.01)=0.0586m2n 一人孔个数；d 一人孔直径；I 一短管长度。I=120mm取火。x/1 p(t22-2 p 5.8Mpa3、最大弯矩产生的轴向应力同样的弯矩作用于不同的杆件会产生不 同的结果，这说明弯曲还与杆的横截面 的面积、形状及方向有关。这种横截面 的影响叫截面模量。0.0二/一。二+二 715843%卬一-n2x-0.785 x22x 0.01L O4 i n=22797547尸小 22.SMPa4=0.785x22x0.01-2=0.027（m）3578980=lSAMpa2-2%1-10.45x2x-2x0.01x0.12M 2-2 max666714-=241Mpei0.027生。2b 0.785x22x0.014 i n（2 丫 a用（dW-D-n 肛5-2汉（叫 u Jw1-1M 2-2 max w2-2危险截面轴向应力计;内应力弯矩力按组合轴向应力验算塔体和 裙座壁厚表3 11各种裁荷引起的轴向应力杼号应内压塔设备外压塔设备正常操作时停修时正常操作时停修时迎风侧背风他迎风侧背风烟迎风倒背风侧迎风倩背风倒+00的-41一的+二为一的十方=(6+6)=（，+即+内）=(%+。2)I 1、按轴向拉应力验算筒体壁厚取筒体危险截面22,其拉应力强度条件:2-2Qnax2-2 2-2 2-2,Itf+5 旦同左边:29-5.8+18.4=41.6Mpa右边：113X0.8=90.4Mpa左边右边故满足条件。2、按组合轴向压应力验算筒体和裙座壁 厚(1)验算筒体危险截面2-2的组合 轴向压应力，其强度和稳定条件为：2-2 2-2 2-2.。max=。2+。3-I3取小0.06 R左边:5.8+18.4=24.2Mpa右边：许用应力为H3Mpa,而 0.06 X 200000 X0.01/l=120Mpa因为24.2 113,以满足条件 2）验算裙座危险截面轴向压应力1-1+a 3 5 取小0.06 E R左边=58+247=305右边=113所以满足条件(3)0-0截面验算0-0 0-0 J+。3 号3取小0.06 R左边=58+228=286右边=113所以满足条件3、验算水压试验应力(1)强度验算 1)环向拉应力C2=1mm=0.8mmp水，+6-c)水2州=0.58xl.252+(0.01-0.0018)=n2(0.01-0.0018)x0.8。永 b,x 0.9=235 x 0.9=211.5/J V 3满足条件、2）最大组合轴向拉应力（P157 公式 434）max1.25PD.43g/J-2|03一2+此JiDi8n 0.785D2。L 0.9as（p二百 一%+0=左二0.58xl.25xl06x2 787700 0.3x184673-1-4x0.01 3.14x2x0.01 0.785x22 xO.Ol=25.5Mpa右=235x0.9 xO.8=169Mp.Pmax 啊。满足条件 3）塔充水后（未加压）最大质量和最大弯矩在壳体 引起的组合轴向压应力（P157公式435）o 叱一2 0.3M2+Mymax JiDi5n 0.785。-a取小0.06ER：左=787700 0.3x184674-1-O-3.14x2x0.01 0.785 x22x 0.01=14.3MPa右：0.8bs=0.8x235=188M/7qeO.Q6E=12QMpa Ribmax 0.06E满足要求 llldA六、基础环设十 1、选取基环直径(1)外径(2)内径Dbo=2+2+300=2000+20+300=2320mmDbi=Q+22-3002000+20-300=1720 mm 2、基础环厚度计算无筋板时c-1有筋板时，可增加裙座底部刚性，减薄 厚度。B b关于b和 看P159图455Mg 计算力矩。Mg=系数X CFbmaxb?据%值查表4-12可得外.ax方的系数由以上知，无论有无筋板，需先求4maxb b maxOb max操作bmax水试%旦+丝磔_（操作时）用 maxg 03Mw-+Me、A%取大349360 715843-o-z H-；-r=IMpa 0.758C2.322-1.722）2.344-1.724787700 0.3x243180-1-1.9 0.87取%max=1吸查混凝土设计表，为使巴max取（=5.5Mp的100号混凝土。10 x2.32=0.5Mpa混凝土设计强度混凝土标号100150200250300轴心抗压朦MPa5.58.57l14.517.5采用有筋板的基础环时,&讦其中Mg是计算力矩，据%查表4-12从Mx和My中取绝对值大者。本例：九 y1 1b=54o-(Os+23j=w232(2+2x0.01)=。.15 根取/二匕二露。根加贝1%=1。查表4 12,忆=-0.118,3 力2%=0.0972%而方M=0.118xlxl06x0.152=2655A-m g X3b=6M p o6x2655=0012m113xl06考虑附加量C=2mm 取=12+2=14mm匕、地脚螺栓直径的计算底座环上最大拉应力（由螺栓承担）：B=1rnmingMo-o+O.25Mwo-+Me取大 mgA心风243173 181680 n2.32-1.72“0.785(2.322-1.722)-10 x2.32655050+0.25 x 243173 3493604地0.87=Q.64Mpa1.9取.=0.64Mpa，选螺栓 n=4x 7=28(1艮)d=4b5 Ag乃“LL 4/4x0.64x0.785(2.322-1.722)八5”=J-L+0.003=22mmV 3.14x28x150(对底碳钢取口，=150MPq)八、焊缝结构设土裙座与筒体的连接焊缝采用对接焊。不需要验算。课程设十一、设计题目：浮阀塔之塔体和群座的机械设计二、设计条件：塔径2000mm 塔高40m 设计压力-1,OMpa 设计温度120 介质：弱腐蚀性有机物（密度0.8）地点：洛阳 地震烈度8级