毕业论文范文——φ800气提塔设计说明书

62南华大学机械工程学院800气提塔设计摘要：填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 强度校核部分是本次汽提塔设计中的重点，也是难点，他分为圆筒厚度校核，封头厚度校核，圆筒轴向力校核和圆筒稳定校核，塔设备压力试验时的应力校核，裙座轴向应力校核，基础环和地脚螺栓设计及校核，筋板设计及校核，盖板设计及校核。设计中个部分校核都必须合格，从而保障设计的科学合理性。关键词：填料塔；圆筒、封头；试验；校核 Design of 800 stripperAbstract：Tower packing tower packing is based on gas-liquid two-phase contact as a component of mass transfer equipment. The tower is a packed tower has vertical cylinder, equipped with a filler at the bottom of bearing plates, fill the entire block to huddle or placed in the way of support on the board. Fill the top of the filler plate is installed to prevent air blowing was increased. Liquid from the top of the tower by spraying liquid distributor to fill, and down along the filler surface. Into the gas from the bottom, with gas distribution equipment (small-diameter tower generally no gas distribution device) distribution, and fluid was counter-current continuous layer through the gap filler in the filler surface, the gas-liquid two-phase mass transfer in close contact to .Packed column is continuous-contact gas-liquid mass transfer equipment, two-phase composition changes in a row along the tower, in the normal operating mode, the gas for the continuous phase, liquid phase for the dispersed phase. Strength checking is part of the design of the stripper in the focus, but also difficult, he check into the thickness of cylinder, checking the thickness of head, cylinder and cylinder axial force checking stability check, the pressure of tower equipment Check stress tests, axial stress check skirt, basic loop and anchor bolt design and verification, design and verification ribs, cover the design and verification. Parts of the design verification must be qualified in order to protect the design of scientific rationality.Key words: Packed tower ； cylinder ； head test ； check目录引 言1第1章 填料塔21.1、散装填料21.2、规整填料21.3、塔内件21.4、填料吸收塔31.5、填料精馏塔51.5.1、填料精馏塔的结构51.5.2、填料精馏塔结构设计原则51.6、填料萃取塔61.6.1、概述61.6.2、填料萃取塔的特点6第2章 填料塔设计指标62.1、填料尺寸72.2、填料塔直径82.3、填料层高度8第3章 填料塔的附属结构93.1、 填料支承板103.2、 液体分布器113.3、 液体再分布器123.4、 保温层123.5、除沫器133.6、裙座143.7、扶梯、操作平台163.8、 其他16第4章 气提塔的计算及校核174.1、筒体厚度计算及工作压力校核174.1.1、根据设计压力和液柱静压力确定计算压力174.1.2、圆筒厚度的计算174.1.3、圆筒工作压力校核184.2、封头厚度计算及工作压力校核194.2.1、封头厚度的计算194.2.2、封头工作压力校核204.3、载荷分析214.3.1、塔设备质量载荷计算214.3.2、 吊柱尺寸254.3.3、裙座高度设计264.3.4、自振周期的计算264.3.5、地震载荷与地震弯矩的计算274.3.5.2、地震弯矩的计算304.3.6、风载荷与风弯矩的计算314.3.6.1、风载荷的计算314.3.6.2、风弯矩的计算354.3.7、偏心弯矩364.3.8、最大弯矩364.4、强度校核374.4.1圆筒轴向力校核和圆筒稳定校核374.4.2、塔设备水压试验时的应力校核404.4.3、裙座轴向应力校核404.4.3.1、裙座轴向应力校核404.4.2、基础环和地脚螺栓及筋板的设计校核434.4.3、盖板设计及校核474.4.4、裙座与塔壳的对接焊缝484.5、其他49文献翻译50参考文献60谢辞62iv引 言气提塔是使用于气提的过程的塔器。气提过程就是使某一组分蒸汽分压地增大而破坏了原来蒸汽平衡的分压，引发液相中另一组分得以从液相中逸入气相中的过程，也叫做蒸汽蒸馏，是一种较简单的蒸馏的方法，常用于蒸馏在常压下的沸点较高或者在它沸点时易于分解物料，也较常用于高沸点物料与不挥发杂质的分离。为了实现其较为理想传质的过程，经常于管子另一侧面提供热量，使得气提组分的化合物分解所需要热量获得补充，算是一种传热传质类型塔器。在这次设计中所要求设计气提塔，其作用是用于分离煤油、轻柴油、重柴油，其于能源分离的方面应用较为广泛。气提的原理，即于塔内输入蒸汽，以降低油品油气分压，得以将较轻组分蒸发除去。本质就是利用含有溶质低浓度气体和液体相接触，因为气相溶质分压低，而液相溶质向汽相传质。在本次设计过程之中，我们依据所给的设计任务书，根据各类设计的标准，查阅了相关图册与标准文献及参考资料，从强度计算、结构设计、工艺计算等各方面进行了综合的分析，设计出了合理结构的气提塔。所设计主要的内容包括：塔设备工艺设计（进出口的接管和裙座、塔内径、封头）等等。并且对它进行了校核及强度计算，绘制其相关图纸等等。技术路线及方案：先进行热量的衡算及物料的衡算，然后开始塔设备尺寸的计算，最后进行校核强度的计算。本次设计说明书是于邹芝芳老师与段小林老师指导下，于卿德藩教授、冯晓康教授、李启成教授等各个学科老师们精心的教育下，由肖方榜同学完成的。因为编者所掌握相关的设计知识确实有限，本说明书中内容多有错误与不足之处，恳请各位老师们提出宝贵的意见，以便我补充与改正，于今后设计过程中得以不断进步。第1章 填料塔1.1、散装填料散装填料又可以称之为颗粒填料，常以乱堆的形式装填于设备之内，所以也被称之为乱堆填料。其包括拉西环与其衍生填料，如单头螺旋环、双头螺旋环、三头螺旋环、十字隔环、勒辛环等等。从其形状，主要可以分为球形填料、鞍形填料、环形填料、环鞍形填料和一些其他类型的填料。当中环形填料可以包括鲍尔环、拉西环等等；鞍形填料就包括矩半环填料、鞍形填料也；环鞍形填料包括纳特环、IMTP填料与共轭环填料等；球形填料则包括TRI球形填料、多面球填料。1.2、规整填料规整填料就是一种塔内按均匀的几何图形排列、整齐的堆砌填料，其在整个塔的截面上由于几何形状的规则、均匀、对称，而规定了气液的流路，改善沟流与壁流的现象，压降可以变得很小。在相同能量和压降条件下，能比散装填料提供了更多比表面积，于相同容积之中依然可以达到更高传质和转热效果。因为它结构规则、均匀、对称性，其与散装填料拥有同样表面积时，它的空隙率更大，拥有更大通量，其综合处理的能力较散装填料塔与板式塔大得多。通过对其塔内件精心的设计、安装、制造和认真的操作和其规整填料深入研究等等，就可以达到工业放大的效应较不明显。近几十年以来，规整填料在炼油、石油化工、香料工业、精细化工等领域中的众多塔器内得到了广泛的应用。规整填料主要是包括非金属板波纹填料、网波纹填料与金属板波纹填料等。1.3、塔内件塔内件就是填料塔组成的部分，其与塔体及填料一起组成一整个填料塔。它的功能就是发挥填料塔最大限度的生产能力与效率，而不是会限制了填料塔性能。所以塔内件好坏将直接影响到整个塔的性能。填料塔所谓的“放大效应”，也会有很大的影响在于塔内件。塔内件最主要是包括了这几个部分：气体进料及分布、液体分布、除沫、填料支撑、填料紧固、液体收集再分布、防壁流及进出料等装置；1.4、填料吸收塔1.4.1、吸收过程的概述根据气体混合物之中的各组分与液体溶剂之中的溶解度差异，可以将气体混合物中特定组分而转移于液体过程，称之为吸收，在医药、石油化工、环保等各行业之中应用广泛的化工单元的操作过程，吸收之中所使用溶剂称之为吸收剂，而溶质就是为之吸收的气体组分。1.4.2、填料塔内部的气液流动流体力学1.4.2.1、填料塔内部的流体流动状况在传质的设备吸收与精馏等等分离的过程中应用填料塔，气相与液相通常是以逆流方式进行的气液之间的接触。气液逆流的填料塔在操作的时候，与填料层内部，液体就借重力而沿着填料的表面呈膜状状态流下来，气体则自下而上通过填料层的流动通道的空隙，在填料表面与下降液膜间交互的作用就是影响了填料层的内部气相与液相流体的流动关键的因素，填料塔内部流体力学的主要特性包括了泛点、液降、持液量和载点等等。1.4.2.2、填料塔的泛点气速从载点之后，气相与液相交互的作用越发强烈。在气液量所达到特定值的时候，两相之间交互的作用的恶性发展结果就会造成液泛现象出现。这时上升的气流对液流曳力逐渐变大到能够阻止液体的下流，这时液体充满了填料层的空隙，而气体只能够鼓泡才得以上升。在压降的曲线上，就出现了液泛的现象标志就是压降的曲线近乎于垂直，而压降的曲线较为明显变成垂直的那一个转折点就称为泛点。液泛就是填料塔极限操作的状态，准确地估算了泛点气速对填料塔操作与设计都十分的重要，将会直接的影响到精馏塔底的温度计算和该吸收塔填料塔送风机的选取。而最大的操作气速可以认为是95的泛点气速，但是经济可靠的是70左右的最大操作气速泛点，即就是在载点的左右。1.4.2.3、填料塔的压降如果要反映填料层的阻力压降随着填料类型与尺寸的不同而法师变化，就需要针对各类尺寸的填料实行实测从而获得压力降曲线。鞍形填料、拉西环、鲍尔环等可以适用于乱堆颗粒型填料，而在其上还绘制格栅填料与整砌拉西环的泛点曲线。根据压降填料因子或两相流动参数与填料因子，从纵坐标与横坐标值算出，就可以按照等线而求出，但是在10mmH20*/m的时候误差就会比较大。1.4.2.4、持液量持液量就是指单位体积的填料层载有空隙之中所持有液体量。当要进行填料支撑板的强度计算的时候，持液量与填料的本身的重量都应该要考虑。通常认为填料的持液量如果小会比较好，如果持液量小那么阻力也会小，可是如果要使得操作平稳，那么一量的持液量是非常必要的。持液量可以分为动态持液量和静态持液量两个部分。动态持液量是指操作的时候流动在填料表面量，即可以是从填料上所滴下来的那部分，它的值就是于特定的淋洒下位于填料层之中液体的总量和静态持液量之间的差值。显而易见这一块的持液量非但和之前提到的因素有关系，并且还会与喷淋的密度相关。而我们知道总持液量是由喷淋密度、液体性质、尺寸、填料类型等因素所决定的，我们可一根据曲线图来或经验公式来估计。就算达到了载点之后，持液量还会随着气流速度上升而有所增加。而所谓的静态持液量就是指填料层在停止接受了淋洒液体后并且经过了规定滴液的时间以后，依旧滞留在载填料层之中的液体量，它的大小会决定了填料类别和液体的性质。1.5、填料精馏塔1.5.1、填料精馏塔结构当我们选择不同结构的填料塔时应该相应考虑其不同的工艺要求。1.5.2、填料精馏塔的结构设计原则（1）塔型的选择通常对于有腐蚀物系、易起泡物系、热敏性物系等场合应该优先考虑使用填料塔。在确定了所选塔型之后，我们应该确定其蒸馏的过程，是要用连续蒸馏还是用分批蒸馏，有没有侧线产品或多股进料，根据投资情况与能耗考虑有没有条件来采用多效蒸馏或热泵蒸馏。（2）操作压力选择如丙烯和丙烷等小分子量的物系，其在常温常压下是气态，一定要在加压下才能蒸馏。而热敏性物系或大分子量，就比较适宜采用真空蒸馏的方法，这样就可以降低操作的温度。在减压条件下蒸馏难分离物系，可以提高它的相对挥发度，就可以减少了分离所需要的理论级数。而所谓的常压蒸馏则是介于真空蒸馏与加压蒸馏间的过程，它的设备投资却比这两项都要低很多。（3）填料选择散装填料与规整填料相比较，它的分离能力较小，分离能力比面积并会比规整填料大，这就说明了规整填料就会比散装填料要来得经济。可是规整填料单位分离的能力并不会比散装填料要小，这就说明了规整的微观的传质性能并不会比散装填料要好，只是说明了规整填料可用薄板材，因此将材料合理地利用，但是比面积却比散装填料要大。1.6、填料萃取塔1.6.1、概述在环境保护、石油炼制、石油化工等各个领域中填料萃取塔都得到较为广泛应用。于萃取塔塔体内部装填适当填料是为了要减少纵向的混合、改善了两相之间接触而得以达到传质效率的提高。因为有填料的存在，塔内部非理想流动得到抑制并促进液滴群分散-聚合-再分散的循环，其传质效率得以提高。1.6.2、填料萃取塔特点（1）对填料具有不同的选择要求；（2）体系物系是设计计算重要的影响因素；（3）不能忽视纵向混合影响；（4）一定要将液体体系的特点考虑进分布器的设计。第二章 填料塔设计指标2.1、填料尺寸填料尺寸的选定必须要考虑到塔径。填料直径与塔径（或主要的线性尺寸）两者的比不能够太小，不然就会造成塔壁与填料之间靠不紧从而留下的空隙过于大，容易造成大量的液体沿着塔壁流下，所以造成了截面上的液体严重分布不均。通常我们认为这个比值最少要等于8，如果是拉西环填料那必须还要再大一些。表2-1 填料塔设计的重要参数常用数值填料尺寸对塔径的推荐值塔径/ m填料尺寸/ mm12525505080因为矩鞍形填料为最高效填料方式之一，传质的效率高，不易迭合，而且床层均匀，液泛点也比其他填料方式高，而压力降却比较低。所以根据化工容器及设备简明设计手册961页，我们选择用矩鞍形填料，其具体的所选的填料特性参数如下：表2-2 矩鞍形填料特性参数类型公称尺寸dmm外径高厚（dH）mm比表面a空隙率/个数n堆积密度Kg/干填料因子a/填料因子陶瓷制（国内）50754551030.78287105382161222.2、填料塔的直径填料塔的直径是决定于空塔速度于气体体积流量，前者在设计的时候规定，而后者则由生产条件所决定。在一定的气体处理量的条件下，如果气速大那么塔径就小，但是因为传质系数较高，就可使得填料层总体积有所减小，因此设备费就可以降低；可是气速大那么阻力就大，反而使的操作费用提高。因此气速不能太过靠紧液的泛点，不然生产条件稍微有所波动，操作就会不平稳。同时考虑这些因素，那么操作气速应该按照后面两种方法之一选择：（1）取0.50.8倍的液泛气速为操作气速；（2）根据所要求的生产条件，规定出可以容许的压力值，再反算出可以采用地气速。而本次设计按照所给的设计要求，塔内径的设计为d=0.8m。2.3、填料层高度填料层的高度可以通过理论板数或者传质单元数来推算。如果我们算出的高度较大就要将其分成若干小段，并且每段的高度通常不应该超过6m，或者我们可以按照下列的推荐倍数来选择：对于鲍尔环与鞍形填料就为510倍，而对于拉西环，则每段填料层的高度就为所给塔径得3倍。我们为了使得液体能够良好分布，在两端间增设液体再分布的装置。如果发现段数太多了，就可以将填料分开装在几个塔内，再串连起来操作。我们为了有利于液体表面更新及液体在填料的表面分布，由此来提高传质的性能，本次设计我们就选用陶瓷制环矩鞍填料。根据化工原理课程设计表5-16 ，有以下表值：表2-1散装填料分段高度的推荐值填料类型h/D鲍尔环填料8156m，由之前的分析我们已经得知，本次设计所选择的填料尺寸为d50mm。因为本次设计我们需要分离煤油、轻柴油、重柴油这三种物质，所以每次气提分离一种较轻物质，就要分离这三种物质，必须分两次气提，所以我们采用两段填料，每段的填料高h3.5m。 第3章 填料塔附属结构填料塔附属的结构主要包括有气、液体进口及出口装置，液体再分布器，填料支撑板，液体分布器等部分。3.1、 填料支承板安装于填料层底部的事填料支撑装置。支承塔内部的填料与填料上持液量是的主要用途，同时支承板又能保证气相与液相能够顺利通过。支承板应该有足够的耐腐蚀的能力于机械强度。支承板要是设计不得当，那么填料塔的液泛现象就可能首先就会发生在支承板上。如果是针对普通填料，那么支承板自由截面积必须不低于50的全塔的截面积，而且必须要比填料层自由截面积要大。我们知道最常用的，也是结构最为简单的填料支撑装置就是填料支撑栅板，放置在塔壁支撑圈上，是由扁钢条竖立焊接组成。分块式栅板适用于大型塔，而整块式栅板适用于塔径较小的塔体。直接乱堆在栅板上是栅板支撑的缺点，因为这将会堵塞空隙因此其开孔率会减少，故规整填料塔常用这种支撑装置。装填散装填料前先在栅板上先放置一盘板波纹填料。本次设计我们选用栅板支撑结构，根据化工设备设计基础知，塔径为800mm，当所选的填料环直径是d=50mm的时候，材料就选用Q235A，而栅板要分成两块，。根据表3-2分块式栅板的结构尺寸，栅板具体的尺寸如下：表3-1 栅板结构尺寸塔径栅板分块数填料环直径DThs栅板支持圈l栅条数b800250804540628965083.2、 液体分布器对于填料塔的性能影响,也是非常重要的因素。如果没有设计好分布器，液体就不能均匀地预分布，填料层内部的沟流现象增大并且有效的润湿面积减少导致偏流现象，传质效果就会受影响。液体分布器主要分为: 盘式喷淋器、莲蓬式喷淋器、管式喷淋器、齿槽式分布器。因为本次所设计的气提塔塔径为800mm，液体分布装置的选择，根据化工设备设计基础第96页，选直管喷孔式分布器。取5排，它的小孔直径为8mm，直管截面积即约为小孔面积的总和。查过程设备设计第三版，D1200mm时一般填料塔喷淋点数为每240的塔设备截面就设一个喷淋点，因此，本次设计的喷淋点数就为：因此，得喷淋点数为N=45.管的直径可由：，即得，取喷淋管的公称直径为，壁厚为。图3-1 喷淋管结构简图3.3、 液体再分布器将流到塔壁的附近液体汇集并且引向中央的区域即为再分布器的作用。为了改善因为向壁偏流效应引起的液体不均分布，可通过将液体再分布器每隔一定高度设置在填料层内部。因填料种类不同每段填料层的高度也不同，越严重的偏流效应的填料，应该有越小每段高度。查化工设备设计基础其中的再分布装置的内容，得知：通常塔径与填料层的高度比大于56倍的时候，我们就应该设置再分布器，则根据之前的设计说明书可知:塔径D=800mm, 填料层的高度为h3.5m=3500mm，所以，因此不需要设置液体再分布装置于塔内。3.4、 保温层保温层取厚度为。按照一般保温层的设计规定查化工设备机械基础课程设计指导书可知：保温层的自重是300。同时可当直径。因此可以取设计的压力为4.1.2、圆筒厚度计算本设计的筒体材料采用Q245R。原因是Q245R可焊性和塑性都比较好，同时价格便宜，通常用于制造低压的容器。低压容器圆筒厚度的计算式为：根据过程设备设计钢板的许用应力，可知 厚度在616mm且造设计的温度为350的时候，Q245R 其许用的应力为=92；根据过程设备设计钢制压力容器焊接接头系数值，采用双面焊从而使焊缝更紧密，容器得以正常工作。值取0.85。将、 各值代入上式就得：按照钢制压力容器（GB150-2011）规定：对与低合金的钢制容器，最小厚度应不小于3（不包括腐蚀裕量）。所以取。 圆筒的设计厚度 ，而其中 当中是腐蚀裕量，于无特殊腐蚀条件下，Q245R是碳素钢，针对低合金钢与碳素钢，不应小于1，所以取=2；是钢材的厚度负偏差，在使用之中钢板的厚度如果超过5mm的时候（如16MnR、Q245R、和16MnDR等）可以取=0，因为，其中。 圆筒设计的厚度为查过程设备设计薄管板厚度可知：当公称直径为800mm时，管板厚度为12mm，所以，可以取圆筒的名义厚度就为=12mm, 因此圆筒的有效厚度=4.1.3、圆筒工作压力的校核圆筒的应力强度的判别式是：而在设计温度条件下圆筒计算的应力为：而 显然有：=圆筒最大允许的工作压力为：友压力计算可得工作压力为因此筒体的设计符合在使用后的强度要求，所以安全。4.2、封头厚度的计算及工作压力的校核4.2.1、封头厚度计算采用标准的椭圆型封头，形状系数为K=1 又=800mm，故得=150mm封头的厚度公式为：对于低合金钢制容器，最小厚度应不小于3（不包括腐蚀裕量）。所以，封头的设计厚度=+=+封头名的义厚度和圆筒是一样的，故取为12所以，封头的有效厚度为=-=查化工容器及设备简明设计手册可知：公称的直径为DN=800mm椭圆形的封头， 曲面高度，直边高度，容积4.2.2、封头工作压力的校核 封头1的校核封头的有效厚度为 椭圆形封头最大允许的工作压力为：且当中，为塔顶之与封头1之间距离。可知因此封头1的设计可以满足工作的要求，故安全。 封头2的校核 同1的校核，=0.22 Mpa因此封头2的设计可以满足工作的要求，故也安全。同理可知，封头3与封头4可以用同样的方法进行校核后，都满足工作的要求，故都安全。4.3、载荷的分析4.3.1、塔设备的质量载荷计算塔设备在正常操作时的质量:于水压试验的时候的最大质量:于检修的时候的最小质量:塔体、座的质量；塔内件如填料或塔盘的质量；保温的材料质量；扶梯及操作平台的质量；操作时物料的质量；其他附件质量；在水压试验时充水质量；偏心载荷。（1）、塔体的总质量塔体的总高度H=17.632m差化工容器及设备简明设计手册可知：直径DN=1000mm椭圆形封头， 曲面高度为，直边高度为，容积为查筒体的容积、面积和质量表格，可知筒体的公称直径为时每米高碳素钢板的理论质量是240。根据化工容器及设备简明设计手册可知公称直径为，厚度封头质量为。所以，塔体总质量为：（2）、塔内件的质量：塔内件的质量主要系填料的质量，其它质量均可以忽略不计，因此塔内件得不质量为根据第二章中表2-3矩鞍形填料特性参数知=538 Kg/，本次设计中填料可以分为两段，每段的高度3.5m，且塔段内件质量为：（3）、保温材料的质量为：故可以取保温层的厚度=100mm根据化工设备基础设计指导书其中塔设备的部分零件的质量载荷的估算表可知：保温层的质量载荷是300；查化工容器及设备简明设计手册可知：公称直径DN=800mm椭圆形的封头， 曲面高度，直边高度，容积，以保温层的外径作为内径椭圆形的封头容积0.0871。故上式中的是封头的保温层的质量（4）、平台、扶梯的质量：查塔设备的部分零件的质量载荷的估算表，可知：钢制平台的质量为，笼式扶梯的质量塔总高17.632m, 笼式扶梯的总高取HF=17m本次设计所设置的本平台数n为8个所以扶梯、平台质量为：（5）、在操作时塔内不物料的质量为我们将塔分之为两个反应的空间，每一个部分的筒体部分长为，根据前面设计的说明可知：封头的容积为，陶瓷所制的矩鞍形填料空隙率为，且每段的填料层的高度为所以在操作时的塔内的物料最大得质量为为：（6）、法兰、接管、人孔等附件的质量为根据经验可以取附件的质量:=0.25（7）、充液的质量为故：塔的自重：塔正常操作的操作的质量：塔于停工检修的时候的最小质量：塔于水压试验的时候最大的质量：4.3.2、吊柱的尺寸室外整体塔，如果高度超过15m是，一般应设置吊柱于塔顶。查塔设备吊柱的结构图，由表8.32，吊柱主要的结构参数的选取：表4.1 吊柱的主要参数SLHRe8003150100016810750250110按照吊柱的结构图与它的参数，可以计算得出除吊柱外塔高度塔顶低于吊柱的距离： 因为通常要求塔顶与吊柱吊钩间的距离要在1000mm之上，因此吊柱的尺寸选择是合理的。4.3.3、裙座高度设计由之前可知裙座选用材料为Q235-A(A3)根据任务要求的总塔高，确定裙座的高度。因为封头厚为0.012m，曲边高为0.2m，直边的高为0.05m，在设计分配的计划之中，塔之中的两段反应部分的高度都是5.5m，中间的连接的筒体高为1m。故，裙座的高度就为：4.3.4、自振周期计算我们一般在不考虑外部的接管限制作用以及平台和地基的变形影响情况之下来剖析塔震动的时候，由此我们把塔看做是一个固定底部刚性并且顶端自由，沿着高度而连续质量分布地悬臂梁，它的关于基本的振型自震周期为公式之中，H塔总高，mm；塔于操作的时候总质量，kg；E塔壁材料弹性模量，Mpa；筒壁厚，mm；内径，mm；从上面计算我们可以知到：=10mm，从GB150-2011，我们可以查到得：Q245R弹性模量在位于350的时候为，4.3.5、地震弯矩与地震载荷计算塔做为悬臂梁而在发生了地震的时候，由于地震的载荷而发生了弯曲变形。我们必须要考虑塔设备的的抗振能力当我们将其安装与7或以上的地震烈度的地区并且要将其震载荷计算出来。图4.1地震载荷因为塔设备的高为17.632米 ,所以我们可以把他分成分3段，将作用于这一段高度的二分之一处集中质量当做每一段高度间的质量，所以2500mm、2500mm、2632mm分别为每一段的高度。所以最开始，我们需要选取包括危险截面在内的计算截面。0-0、1-1、2-2分别为它的计算截面，且 0-0、1-1、2-2就是危险截面。查过程设备设计我们可以知道水平的震力公式是：集中于单质点质量，kg；g重力的加速度，；地震影响系数，根据过程设备设计图7-76可知，不应该小于。而本次设计所使用的场地土质是类，由表3-10最大值的地震影响系数可以知道知：当为7级的设计烈度的时候，多质点弹性体系水平地震力的计算为：作用在质点k（k段）的水平地震力，N；k段集中质量，kg；k段振型系数，所以我们可得多质点弹性体系水平地震力的计算为：计算水平地震力的简图如下：图4.2 水平地震力计算简图因此：第一段的地震力就为：我们可以从上节的质量计算推的：第而段的地震力就为：约位于不包括裙座的塔中间部分的截面2.2，近似：第三段的地震力就为：4.3.5.2、地震弯矩计算1、从下面公式得塔设备底部0-0截面的地震弯矩为：2、封头和裙座的对接之处2-2截面：3、筒体2-2截面：由上可知：柔性设备的标准为，高振型影响需要考虑在内，所以需要选取1.25的倍上述计算值为地震弯矩值，于进行稳定性和其他验算的时候所以：4.3.6、风弯矩与风载荷计算4.3.6.1、风载荷计算查过程设备设计可知：塔中第i计算段所受水平风力可以从：中得出，塔中第i段水平风力，N；塔中第i段迎风面有效直径，m；风压高度变化系数；各地区基本风压，；塔各计算段的计算高度，m；体形系数；塔中第i计算段风振系数。（1）、基本风压查化工设备课程设计指导书，可以取衡阳地区近似的基本风压值是350（2）、高度变化系数查过程设备设计再根据衡阳地区设备使用环境及地形，将B类定为背刺地面粗糙类别。所以，本此设计就是：表4.2 风压高度变化系数距地面高度51.00101.00151.14201.25（3）、风压我们需要分段计算，当塔的高度超过10m是，每个10m分成一段，剩下的最后段就取实际高度。任意计算段的风压：（4）、体形系数在体型结构不同的表面风压分布亦不相同，体型系数可以取=0.7当塔体结构为细长圆柱形时（5）、风振系数当塔高，风振系数可以取1.70。但是当塔高的时候，按的计算式为因为这次设计中=，所以我们取为风振系数（6）、迎风面有效直径每一个计算段外径都是：=因为本次设计的塔顶管线和笼式扶梯之间布置成180，所以有效直径就是：塔中各计算段外径，m；塔各计算段保温层的厚度，m； 塔顶管线的外径，m；管线保温层的厚度，m；笼式扶梯当量宽度，而在无法确定数据的时候，可以选取=400mm；操作平台当量宽度，m；不计空挡投影面积时第i段内操作平台构件投影面积，；操作平台所在计算段塔的高度，m；本次，；=400mm；我们可以吧之前讨论数据的整理如下表4-1表4-3 风弯矩与风载荷计算计算内容数据01122顶各计算段的外径()820塔顶管线外径()57第段保温层厚度()100管线保温层厚度()100笼式扶梯当量宽度()400各计算段长度()322267787632操作平台所在计算段长度()322267787632平台数034操作平台当量宽度（）01.521.35各计算段迎风面的有效直径（）1.4771.9971.827各计算段顶截面距地面高度()3.2221017.632风压高度变化系数1.001.001.14体型系数0.7风振系数1.70塔设备自振周期()0.98基本风压（）350风压（）350350399（）336336383第i计算段所受的水平风力（N）198256385807图4.3 风载荷计算简图4.3.6.2、风弯矩的计算我们可以把合力作用于这一段1/2处而近似地求得风弯矩，在我们算出风载荷之后，任意截面处风弯矩的计算式为：a塔底0-0截面风弯矩：b塔1-1截面风弯矩：c塔2-2截面风弯矩：4.3.7、偏心弯矩如果塔外安装了如塔底外侧悬挂再沸器等附属设备的时候，偏心载荷除了引起轴向弯矩之外，还会产生轴向压应力，这样的弯矩不会沿这这塔高度变化，可以有以下公式求得：偏心质量，kg；塔设备轴线至偏心重量中心至的距离，即为偏心距mm。这次设计并么有悬挂其他附件或者附属设备，所以。4.3.8、最大弯矩当偏心弯矩、地震弯矩和偏保守地假设风弯矩同时出现并且出现于塔设备同一个方向的在我们确定最大弯矩的时候。可是我们考虑道最高的地震级别和最大的风速一起出现的地可能性非常小，时，所以计算截面在停工或正常检修之处的最大弯句： 所以选取较大值计算得出的数据如下表：表4-4 最大弯矩的选择计算内容各截面处计算数据00截面11截面22截面（）（）最大弯矩（）4.4、强度校核4.4.1圆筒的稳定校核与圆筒的轴向力校核因为设计压力所照成的轴向应力为=4.7Mpa这个力只发生在筒体上，而设计压力引起裙座上轴向力轴向压应力由操作质量引起时为从之前的结果的：这次设计的裙座与筒体有效厚度都是所以：截面0-0：截面1-1：截面2-2：轴向压应力由最大弯矩所引起的为，得：最大弯矩所引起的0-0截面上的轴向应力：最大弯矩所引起的1-1截面上的轴向应力：最大弯矩所引起的2-2截面上的轴向应力：由过程设备设计可知，筒体选用的材料Q245R在设计温度为350的时候的许用应力=92，裙座选用的材料Q235-A在相同温度下的许用应力=77。载荷组合系数取1.2。裙座与筒体的有效厚度都是，所以根据GB150-2011，可知A=0.110。由此A值查GB150-2011当位于设计温度之下 Q245R的系数B=180，当位于设计温度之下Q235-A的系数B=128在塔体应力校核时，因为最大弯矩对于稳定失效或者塔强度的危害会小一些。所以对需用引入载荷组合系数K于压缩应力和拉伸应力时，取K=1.2。取K与KB与中较小值作为许用轴向压的应力。在停工检修与正常操作的工况下，可以从前面的结果得知：针对和Q235-A与Q245R都有KBK，所以，都选取它相对应K值。最大组合的压应力对于内压容器圆筒，当=0.85 K为最大组合拉应力 满足要求，。整理如下：表4.5 组合应力计算内容计算数据001122K 92.4110.4110.4K 78.5493.8493.84 92.4110.4110.4圆筒最大组合压应力（）49.4134.9214.42判断得：，满足要求圆筒最大组合拉应力（）40.8926.7812.68判断得：K，满足要求 表4.6 圆筒组合应力计算及校核计算内容计算数据001122K 92.4110.4110.4 92.4110.4110.4圆筒最大组合压应力（）49.4134.9214.42判断得：，满足要求圆筒最大组合拉应力（）40.8926.7812.68判断得：K，满足要求4.4.2、塔设备在水压试验时应力校核我们用来限制轴向拉伸应力当塔在水压试验的工况条件下，。筒体的材料屈服点为。用KB和之中的较小值来限制轴向压缩应力。根据过程设备设计可知以Q245R为材料的筒体的常温屈服点=245筒体：=0.91.2245=264.6 =1.2180=216取及中比较小值做为筒体许用轴向压应力即=216塔设备在未加压的情况下充水后,在壳体之中由最大弯矩和最大质量所引起组合轴向压应力为，而组合轴向拉应力就为，而最大值都可以在之前结果中查到，所以，筒体的试验安全的。4.4.3、裙座轴向应力的校核4.4.3.1、裙座轴向应力的校核我们一般选用裙座来作为塔设备的支承结构。我们最先需要选取裙座的危险截面,在我们进行圆筒形裙座的轴向应力校核时。危险截面的位置，一般我们选取裙座检查孔（人孔）截面或者裙座底截面（0-0）。接着关于危险截面应力我们根据裙座有效厚度来验算。这次设计我们选用圆锥形裙座，选取半顶角约为从之前的结果我们可以知到：地震弯矩所参与组合的并不是裙座上的最大弯矩，根据化工设备简明设计手册我们可以知道知：应该在满足以下条件下进行关于裙座底截面的应力验算：（1）、裙座基底的截面0-0：在正常操作情况下： 取其中较小值在液压试验情况下： 取其中较小值设计温度系数B=128Mpa时 材料Q235-A裙座底的截面内径：裙座厚度：底截面系数：底截面面积：查GB150-2011，可知：在350时，Q245R：Q235-A：因此，针对Q245R、Q235-A，都有所以，与之中比较小值是由此，与之中比较小值是：接着，代入具体数据，得：在正常操作情况下：在液压试验情况下：由此，无论是在液压试验