基于φ1200甲苯浮阀塔结构强度计算_毕业设计.doc

2塔设备的机械设计2.1 按计算压力计算塔体及封头厚度2.1.1 塔体厚度计算计算压力：，许用应力，焊接系数圆筒的计算厚度： 考虑厚度附加量圆筒的设计厚度：圆整后取名义厚度: 有效厚度： 2.1.2 封头厚度计算采用标准椭圆形封头：计算压力： ，许用应力，焊接系数封头的计算厚度：考虑厚度附加量封头的设计厚度：圆整后取名义厚度: 有效厚度： 塔设备质量载荷计算计算前先对塔进行分段，以地面为0-0截面，裙座人孔为1-1截面，塔底封头焊缝为2-2截面，塔板间第一个人孔为3-3截面，塔板间第二个人孔为4-4截面，塔板间第三个人孔为5-5截面，塔顶为6-6截面。表2-1塔分段表0-11-22-33-44-55-610001860297011900890020502.2塔设备质量载荷计算2.2.1筒体、圆筒、封头、裙座的质量1. 筒体质量：封头质量：裙座质量：1) 塔体圆筒总高度为2) 由，查得单位筒体质量3) 由，查得椭圆形封头的单位质量为（封头曲面深度为550mm，直边高度40mm，总深度590mm）2. 塔内构件质量（由表8-1查得浮阀塔盘质量为75 ）3. 保湿层质量 其中，为封头保温层质量，kg.平台、扶梯质量由表8-1查得，平台质量；笼式扶梯质量；笼式扶梯总高；平台数量n=6。 4. 操作时物料质量物料密度,塔釜圆筒部分深度，塔板层数n=32，塔板上液层高度，由附录d表d-2查得，封头容积5. 附件质量按经验取附件质量为充水质量其中，表2-2各种质量载荷汇总表塔段01122334455顶合计塔段长度/mm100028602970119008900205028680人孔与平台数0012216塔板数0002616042/kg238443706.8628322118.2521.28/kg2204.281356.480/kg23247218921415325.1/kg4074.4433.81106966397/kg17621762430733281762/kg58.75110.76176.72551.07339.120/kg2102.23357.313451.7100602317.32/kg/kg336.754724690726343195825322全塔操作质量/kg全塔最小质量/kg 水压试验时最大质量/kg2.3风载荷和风弯矩2.3.1风载荷计算示例 任一计算段风载荷的大小，与塔设备所在地区的基本风压值有关，同时也与塔设备的高度、直径、形状以及自振周期有关。两相邻计算截面间的水平风力为 （2-1）以2-3段为例计算风载荷对圆形容器，；由表8-5查得：；由表8-7查得：；对等直径、等厚度圆截面塔，其基本自振周期 （2-2） 浮阀塔的自振周期为根据自振周期，由表8-6查得，；由表8-8查得，；塔的风振系数计算： （2-3）当塔高h=53m20m，浮阀塔的风振系数为塔的有效直径计算设笼式扶梯与塔顶管线成90，取以下a、b式中较大者。ab取，表2-3各段风载荷汇总表 计算段计算内容01122334455顶各计算段的外径塔顶管线外径480第i段保湿层厚度100管线保湿层厚度100笼式扶梯当量宽度400各计算段长度1000 186029701190089002050操作平台所在计算段的长度 29701190089002050平台数001221各段平台构件的投影面积00操作平台当量宽度00194.1271.7271.7194.1各计算段的有效直径（大值）161216122118191418041632各计算段顶截面距地面的高度12.865.8311.7821.1826.86风压高度变化系数1.010111.251.25体型系数0.7基本风压值600塔设备的自振周期1.751837.5脉动增大系数（b类）2.76脉动影响系数（b类）0.720.720.720.790.790.790.0250.0750.250.50.751.00第i段振型系数0.060.020.0680.60.6120.54各计算段的风振系数1.0051.0431.122.141.42.76各计算段的水平风力1219.724843657.624750144841832400截面的风弯矩 11截面的风弯矩 22截面的风弯矩 82.3.2地震弯矩的计算示例取第一振型脉动增大系数为则衰减指数的计算 （2-4）地震影响系数由表8-2查得（设防烈度8度）由表8-3查得计算截面距地面高度h：00截面：h=011截面：h=1000mm22截面：h=2680mm表2-4各个截面的地震弯矩计算汇总表 截面0-0 截面1-1 截面2-2 2.5各种载荷引起的轴向应力2.5.1计算压力引起的轴向拉应力 2.5.2操作质量引起的轴向压应力截面0-0 令裙座厚度，有效厚度。截面1-1 式中， ，为人孔截面的截面积，截面2-2 其中，。2.5.3最大弯矩引起的轴向应力截面0-0 其中， 截面1-1 其中， 为人孔截面的抗弯截面系数，截面2-2 其中， 2.6塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核2.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核截面2-2塔体的最大组合拉应力轴向发生在正常操作的2-2截面上。 满足要求.2.6.2塔体与裙座的稳定校核截面2-2塔体截面2-2上的最大组合轴向压应力 满足要求。其中， .查图5-9得（16mnr，250）截面1-1塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力满足要求。其中，查图得（）。截面0-0塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力满足要求.其中，表2-5各危险截面强度与稳定校核汇总表项目计算危险截面0-01-12-2塔体与裙座有效厚度666截面以上的操作质量210482071121426计算截面面积计算机面的抗弯截面系数最大弯矩最大允许轴向拉应力159.12最大允许轴向压应力 115.2115.2126112.8112.8187.2计算引起的轴向拉应力0062.86计算引起的轴向压应力9.29.46.9最大弯矩引起的轴向应力68.541.1572最大组合轴向拉应力110最大组合轴向压应力 50.612978.9 强度 强度与稳定校核 稳定性 满足要求满足要求满足要求满足要求2.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核2.7.1 水压试验时各种载荷引起的应力1.试验压力和液柱静压力引起的环向应力 液柱静压力=2. 试验压力引起的轴向拉应力 3.最大质量引起的轴向拉应力 4.弯矩引起的轴向应力 2.7.2水压试验时应力校核 1.筒体环向应力校核 所以满足要求 2.最大组合轴向拉应力校核 所以满足要求 3.最大组合轴向压应力校核 所以满足要求2.8基础环设计2.8.1基础环尺寸取 2.8.2基础环应力校核其中 （1） 取以上两者中的较大值，选用75号混凝土。查表得 ，满足要求2.8.3基础环厚度计算 假设螺栓直径为m56，由表8-11查得,当时，由表8-10查得： 取其中最大值：故按有筋板时假设基础环厚度： 取2.9地脚螺栓计算 2.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力 其中， 1.2. 取以上两数中的较大值，2.9.2地脚螺栓的螺纹小径 ，选取地脚螺栓个数。 查表得地脚螺栓的螺纹小径，故选用36个的地脚螺栓，满足要求.3塔盘结构的设计3.1塔盘的结构塔盘在结构方面要有一定的刚度，以维持就水平；塔盘与塔壁之间应有一定的密封性，以避免弃、液短路；塔盘应便于制造、安装、维护，并且成本要低。3.1.1塔盘塔盘结构有整块式与分块式两种。塔径在以下时，建议采用整块式塔盘，塔径在以上时，一般选用分块式塔盘。本塔直径为1200mm，故选用分块式塔盘。在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很不方便。因此，当塔径在以上时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整体圆筒，不分塔节。而塔盘系分成数块，通过人孔送进塔内，装到焊在塔内壁的塔盘固定件上。塔盘分块，应该使结构简单，装拆方便，有足够刚度，便于制造、安装和检修。一般采用自身梁式塔盘板，有时也采用槽式塔盘板。这两种结构的特点是：(1)结构简单，装拆方便。将塔盘板冲压折边，使其具有足够刚度，不但可简化塔盘结构，而且可少耗钢材。(2)制造方便，模具简单，能以通用模具压成不同长度的塔盘板。分块塔盘板的长度随塔径大小而异，最长可达。宽度由塔体人孔尺寸、塔盘板的结构强度及升气孔的排列情况等因素决定。例如，自身梁式塔盘板为，槽式塔盘板为。对于塔盘板厚，碳钢为，不锈钢为。分块式塔盘之间的连接，根据人孔位置及检修要求，分为上可拆连接和上、下可拆连接两种。常用的紧固构件是螺栓和椭圆垫板。塔盘板安放于焊在塔壁上的支持圈上。塔盘板与支持圈的连接一般用卡子。这种塔盘紧固方式虽然被普遍采用，但所用紧固构件加工量大，装拆麻烦，而且螺栓需用抗锈蚀材料。另一种紧固方式是用楔形紧固件，其特点是结构简单，装拆方便，不用特殊材料，成本低等。3.1.2人孔和平台 人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道，人孔的设置应便于进入任何一层塔板，由于设置人孔处塔间距离大，且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求。选用塔盘间距为450mm，沿塔高每隔5m左右开设一个人孔，人孔数为6个，相应在人孔处安装半圆形平台6个，平台宽度为，高度为1000mm。开人孔处的塔盘间距为700mm。液体在塔盘上的流程采用单流程。塔盘板采用厚度为2mm的不锈钢板制造。3.1.3裙座裙座是塔设备广泛采用的一种支座，裙座有圆筒形和圆锥形两种型式。本设计选用圆筒形裙座，裙座筒体的名义厚度为14mm。裙座与塔体的连接采用对接焊接，焊接系数为0.85，取裙座筒体外径与塔体封头外径相等。裙座筒体与塔釜封头的焊接接头应采用全焊透的连续焊，且与塔釜封头外壁圆滑过渡。3.1.4裙座开孔1.检查孔裙座上开设检查孔，以方便检修。检查孔有圆形（a型）和长圆形（b型）两种，本设计的检查孔采用a型检查孔，数量为1个，直径为450mm，孔长250mm，开孔中心距地面高为900mm。2.排净孔 裙座筒体底部对开两个排净孔。3.排气孔为减小腐蚀及避免可燃、有毒气体的积聚，保证检修人员的安全，必须在裙座上部设置排气孔。排气孔的规格为，排气孔中心线至裙座壳顶端的距离为180mm。4.通道管本设计中浮阀塔底部引出管一般需通过裙座上的通道管引到裙座壳的外部。3.2塔盘的支撑对于直径不大的塔（直径在2000mm以下），塔盘的支撑一般用焊在塔壁上的支持圈。支持圈一般用扁钢弯制成或将钢板切为圆弧焊成，有时也有用角钢。若塔盘版的跨度较小，本身强度足够，这不需要支撑梁。本塔直径为1200mm，选用扁钢弯制的支撑圈，加支撑梁。参考文献1蔡纪宁,张莉彦.化工机械设备基础课程设计指导书m. 北京：化学工业出版社，2000.62刁玉玮,王立业,喻建良. 化工机械设备基础m.大连：大连理工出版社（第六版），2006.123潘忠滨.姚克俭.李育敏.王良华.新型浮阀塔板研究进展a.1000-6613(2005)09-0956-084郑津洋,董其伍,桑 芝富.过程设备设计.北京：化学工业出版社(第二版)，2005.075朱有庭,曲文海,于浦义化工设备设计手册.北京：化学工业出版社(第一版)，2005.6 6涂伟萍,陈佩珍,程达芳化工过程及设备设计.北京：化学工业出版社，2000.67钢制压力容器gb150-1998；8王崇智.李航胜.傅春敏等.新型椭圆形浮阀p.zl99225387.x.199-01-129董易良等.双层条形浮阀塔板p.zl01275663.6,2002-10-0910董军.李建波.塔板技术的发展现状与研究展望.石油炼制与化工.2007.3824要符号说明 塔内直径 塔体高度 h笼式扶梯高度- 设计压力 设计温度 t 许用应力 弹性模量 常温屈服点 厚度附加量 c 综合影响系数-焊接