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DN1400 泡罩塔 设计 CAD 开题 报告 独家

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DN1400泡罩塔设计摘 要在工业上使用最早的板式塔是泡罩塔，被广泛应用至今已有两百多年的历史。泡罩塔因其操作弹性大、生产能力大、塔板效率高、不易堵塞且可以适应多种介质等优点，因此泡罩塔在蒸馏、吸收等领域拥有重要地位。泡罩塔的缺点是结构复杂、造价高、安装维修麻烦和气相压力降较大，这样使得泡罩塔在现代工业的应用比例有所减少。但是泡罩塔出现早，积累了丰厚经验，常用的泡罩已十分标准，其作用和优点也有很多板式塔不可代替的部分。泡罩塔盘的分类可分为单流式泡罩塔盘和条式泡罩塔盘，泡罩塔盘在工业生产中仍然是不可或缺的部分。本次研究的课题是老师给定泡罩塔设计要求，其作用主要用于分离苯-甲苯混合溶液，通过查看数据、翻阅书籍查找资料、分析给定的设计条件，通过一些计算来确定泡罩塔的构造，本次设计主要设计塔的机械设计部分。通过对泡罩塔给定设计条件进行分析，预定好设计方法和步骤。在对泡罩塔的塔体、内件、支座及附件部件的材料选择时，不仅要满足工艺设计，还要考虑自然因素，来进行壁厚计算和强度校核。对加工工艺、装配程序和安全防腐的要求，以及在制造、运输与安装时的注意事项。绘制符合设计要求的泡罩塔图纸，并给出技术要求.在泡罩塔的结构设计过程中，要以设计书为标准进行规范设计，使设计符合相关标准，同时要满足生产的需求和符合安全生产要求。关键词 泡罩塔；苯-甲苯；设计；强度 ABSTRACTThe earliest known plate-type tower in industry was the bubble tower, which has been widely used for more than two hundred years. Bubble column because of its large elasticity of operation, large production capacity, high plate efficiency, not easy jam and can adapt to a variety of advantages, such as medium, so bubble column has important position in the field of distillation, absorption, etc. Bubble column are the shortcomings of complex structure, high cost, installation and maintenance of trouble the gas phase pressure drop is bigger, so that bubble column in the application of modern industrial proportion has decreased. But bubble cover tower appears early, accumulate rich experience, common bubble cover already very standard, its function and the advantage also have a lot of plate tower cannot replace part. The classification of bubble cap tray is divided into a single flowsheet tray and a bar tray, which is still an integral part of industrial production.This research topic is the teacher given bubble column design requirements, its effect is mainly used for separating mixed benzene - toluene solution, by looking at the data, reading books for information, analysis of the given design conditions, through some calculation to determine the structure of the bubble column, the design of main part design, mechanical design of the tower.Through the analysis of the design condition of the bubble cap tower, the design method and the procedure are determined. In the bubble column tower body parts, internal parts, bearings and accessories materials when the choice, should not only satisfy the technological design, consider the natural factors, for wall thickness calculation and strength check. Requirements for machining processes, assembly procedures and safety corrosion, and considerations for manufacturing, transportation and installation. To draw the blisters drawing in accordance with the design requirements and provide technical requirements.In the process of bubble column structure design, to design for the standard specification design, make a design to comply with relevant standards, at the same time to meet the production requirements and conform to the requirements of the safety in production.Key words bubble cap tower; Benzene - toluene; Design; Strength 目 录 1绪论11.1塔设备的概述11.1.1塔设备在化工生产中的作用与地位11.1.2 化工生产对塔设备的要求11.1.3塔设备的构造11.2 泡罩塔21.3 液体混合物的分馏41.4 塔设备设计的内容与设计原则41.4.1 设计内容41.4.2 设计原则42 泡罩塔的主体结构及零部件结构设计6 2.1 泡罩塔的主体结构设计6 2.2 泡罩塔的零部件结构设计7 2.2.1 泡罩塔材料的选择7 2.2.2 塔盘的结构设计7 2.2.3分块式塔盘的支撑结构8 2.2.4 裙座的结构设计83泡罩塔其他附属装置的结构设计103.1溢流装置103.1.1 降液管103.1.2 受液盘103.2进出口管装置123.2.1 进料管123.2.2 出料管12 3.3 人孔与手孔123.4 视镜133.5液面计133.6法兰133.7补强圈133.8除沫器134 强度计算与校核及各项验算154.1 泡罩塔的设计参数154.2 塔体壁厚初算154.2.1圆筒壁厚计算154.2.2封头壁厚计算164.3塔体各项载荷计算164.3.1质量载荷计算164.3.2风载荷计算184.3.3地震载荷计算204.3.4最大弯矩计算224.4.塔体的强度及轴向稳定性验算224.4.1圆筒轴向应力的计算224.4.2圆筒轴向稳定性校核224.4.3圆筒拉应力校核234.4.4塔体液压试验时的应力校核234.5.裙座的设计及验算244.5.1座体244.5.2基础环264.5.3地脚螺栓274.6裙座与塔体对接焊缝的验算27 5 加工工艺和装配程序及安全防腐29 5.1 加工工艺29 5.2 装配程序29 5.3 安全防腐29 5.3.1 开发耐蚀材料29 5.3.2 其他表面工程技术306 泡罩塔的制造、安装及运输316.1 材料检验316.2 筒体制造316.2.1 筒体的下料316.2.2 筒节的成形316.2.3 筒节的组对316.2.4 筒节与筒节的组对焊接316.2.5 筒体主焊缝的检测326.3 封头的制造326.4 泡罩塔的安装326.4.1安装前的准备326.4.2安装程序336.5 泡罩塔的运输33参考文献34致 谢35附 录36 1绪论1.1塔设备的概述1.1.1塔设备在化工生产中的作用与地位虽然在化工生产中有很多种类的设备，但塔设备是仍占有主要地位之一，比如在炼油加工、化工精炼等方面都离不开塔设备来加工得到的。塔设备的质量可以达到几百多吨重，大都是庞大的外形，有的是十几米或几十米的直径，大多数是安装在室外使用。蒸馏是塔设备的作用之一，现代技术发展有了很大变化，塔的用途方面也得到了很大的提升，塔设备在石油化工方面也是上升到了其他设备不可代替的地步，如环保、化工、医药等等。而在化工生产的主要分离方法有萃取、精馏、解吸以及吸收等。还有就是离子交换、干燥或者吸附等操作塔也能完成。塔设备在工业上的作用广泛且随现代工业不断更新换代，人们对塔设备的重视和研发工作也在不断的提升。1.1.2 化工生产对塔设备的要求 塔设备在化工生产中的主要要求有以下几个方面： （1）生产力强。符合工业要求的前提下提高生产率。 （2）稳定性好，弹性大。 在生产工作要求下，塔设备应该具备既能有高效的传质率也可以使操作的稳定高，还能维持连续长期生产。 （3）能耗低。从经济性的角度分析，最大化减小重大功能的消耗，如生产过程中液体对塔设备所造成的热量损失、压降、阻力等因素。 （4）结构合理。在设计塔的结构时，要在符合生产工艺的基础上，综合考虑塔安装、维修等方面要利于员工的操作。 （5）合理选择材料。在设计塔的生产要求达到以后，要尽量提高材料的利用率来体现塔的经济性。1.1.3塔设备的构造 经过长期的发展，塔设备已经拥有了很多结构，为了在化工石油化工领域满足生产的要求，塔的构件如下：(1) 塔体 塔体的主要组成部件就是筒体，也就是塔的外壳，直径和壁厚很多塔都是一样的，还有封头的上盖和下盖，形状为椭圆形。塔体的工艺要求也有很多，在满足生产工艺的同时也要考虑塔体的垂直度和弯曲度符合自然的安装与运输。而且把误差控制在要求的范围内。 （2）塔体支座 塔体支座的作用是连接塔体与基础部分和保证塔体位置精度。塔体支座在强度和刚度方面都要比其他部件高，因为不仅用来承载塔的质量和生产原料的质量，还要承受外来自然因素的影响，如抵抗自然风和地震破坏等。现在用的最多的是裙式支座。(3) 除沫器 除沫器的作用是用来收集会漂浮气体中细小液滴。除沫器性能的好坏可以直接影响物料分离效果、贵重原料收集、环境保护和塔设备操作状况的改进等方面的工作。(4) 接管 塔设备与其他生产设备之间进行联系时，进行连接的生产管线就是接管。不同的接管有不同的作用。接管的作用不同，因此可以分为进液管、液位计、接管出液管、进出气管、取样管、仪表接管、回流管等不同类型。(5) 人孔和手孔 工人或维修安装的人都依赖人孔或手孔来进行对塔内部件的操作。(6) 吊耳 塔设备的外形日趋庞大，其运输、安装过程是非常大的难题。而塔设备的吊耳可以方便的解决这些难题。(7) 吊柱 吊柱是塔设备进行检修时进行部件运送的通道，通常设置在塔体的顶部。1.2 泡罩塔在工业上使用最早的板式塔是泡罩塔，被广泛应用至今已有两百多年的历史。泡罩塔因其操作弹性大、生产能力大、塔板效率高、不易堵塞且可以适应多种介质等优点，因此泡罩塔在蒸馏、吸收等领域拥有重要地位。泡罩塔的缺点是结构复杂、造价高、安装维修麻烦和气相压力降较大，这样使得泡罩塔在现代工业的应用比例有所减少。但是泡罩塔出现早，积累了丰厚经验，常用的泡罩已十分标准，其作用和优点也有很多板式塔不可代替的部分。泡罩塔盘的分类可分为单流式泡罩塔盘和条式泡罩塔盘，泡罩塔盘在工业生产中仍然是不可或缺的部分。泡罩塔的结构部件种类较多，典型的有塔板、泡罩、溢流堰、降液管与进气堰等，图1为泡罩塔板的实物图。在塔板上有开孔的叫做升气管，并在孔上焊上短管，能够作为通管让气体上升。 图1 泡罩塔板 泡罩塔的操作过程如图2所示，液体从上层塔板流过左侧降液管往下流，再从A处进入塔板，最后横向经过泡罩，塔板上能够保持相对高度的流动液层是因为溢流堰的作用，这样的液层覆盖着齿缝就形成了液封。而气液传质过程主要发生在塔板上设有泡罩的B-C部分，即所谓的鼓泡区。液体从鼓泡区流出后进入气泡分离区C-D,液体中的气泡被分离后流入降液管。在降液管中，流入下层塔板的是清夜，返回塔板空间的是分离出来蒸汽，各层塔板的操作相类似。静液封高度指的是堰板定顶边到齿缝顶部的高度。雾沫夹带指气体在经过液层鼓泡时被蒸汽夹带的微量液滴。蒸汽压降是蒸汽经过塔板时产生的能量损失。 图2 塔板的操作1.3 液体混合物的分馏现在在化工石油工业生产中经常用的是分馏法区分离液体混合物。液体分馏的原理是将各种物质因为分子大小、沸点不一样，通过塔设备对液体和气体不断的转换，从而达到分离效果。本次设计的泡罩塔是用来分离本甲苯溶液。在泡罩塔内进行分馏操作时，蒸汽从塔底往上升，液体从塔顶往下流，再经过冷凝器和再沸器分别对气体进行冷却操作，对原料通过加热等，有时为了保证分馏有效进行，还会安装原料液预热器、回流液泵等辅助设备。1.4 塔设备设计的内容与设计原则1.4.1 设计内容工艺设计和机械设计是塔最重要的两个设计部分。而这次的设计课题是泡罩塔，主要任务是在完成工艺设计后进行的机械设计。而在机械设计部分，首先是对塔体的结构进行设计，之后设计附属装置，再结合制造、安装、保养等实际需求做防腐工作，最后计算塔设备的强度、刚度、载荷和稳定性。1.4.2 设计原则通过分析得知，泡罩塔的设计主要要求有： （1） 满足工艺和操作的要求 在设备上的布置要充分体现其灵活性，这样容易有效调节流动和传热。如需实时掌握塔里的一些情况，选择安装实用仪表是最好的措施。 （2）经济合理 在计算和设计过程中，要周全地考虑费用等要求，在满足泡罩塔设计的各项指标后，尽量将总费用降到最低，实现经济最大化。 （3）达到安全生产要求 泡罩塔设计应该注意强度与刚度上符合安全要求，可以顺利承载自然以及生产时带来的载荷与破坏。2.泡罩塔的主体结构及零部件结构设计2.1 泡罩塔的主体结构设计图3和图4分别是泡罩塔的总体结构图与三维立体图，而支座、塔体和内件组成了泡罩塔的整体。 图3 总体结构图 图4 三维立体简图塔设备的外部壳体称为塔体，其构件是直径、壁厚相同的圆筒及上下两个椭圆型封头，塔体不仅承受原料及自身的重量，稳定操作的进行，还要抵御自然危害的影响，因此室外的塔体需要一定的强度和刚度，在选择材料时要严谨。本次设计课题的材料选用的是Q235-A，塔体设计完成后，依据生产工艺的需求，进行辅助设备的设计，大量零部件和接管被设计在塔体上，例如人孔、手孔、填料管、产品抽样管、进气管、出料管、回流管、温度计、压力表接管等，为维护、安装部件、操作等实际工作实现快速安全的要求，在塔体上安置吊柱、平台、扶梯等设施。热量损耗降低，可以保证分馏过程质量高，速度快，因此塔底上焊接支撑圈，可以用来安装保温材料，本次设计的泡罩塔采用裙座支承。塔内的塔盘间距相等，并且塔底与底层塔板的距离固定，相比底层塔盘到塔底的距离要小很多，底层塔盘还兼具贮槽的作用，保持塔底液体在一定的范围内。顶层塔板与塔顶之间的塔顶空间交大，可以使塔顶排出的气体，含有极少量的液滴，这个空间一般在1.2-1.5m左右。产品质量的提升，是减少气体带走的液体量，塔顶安装除沫装置可以实现这个需求。原料进入塔内的物理状态，决定进料段的空间范围，本次设计采用的液态原料，因此，塔板的间距可以作为进料段高度的值。另外，入孔处的塔盘间距为700mm，方便人员进出，裙座高度依据生产工艺选择。2.2泡罩塔的零部件结构设计2.2.1 泡罩塔材料的选择钢材是泡罩塔的主要材质，并且多数都设置在室外，其支撑结构是不含框架的自支承式塔体，与一般的大型化工设备没有区别。选择钢材作为材质，是考虑到钢材应用广泛，设计制造有成熟经验，具有较好的强度、刚度、塑性、制造性能等优点。特别是在大型的塔设备的设计建造，都需用钢材作为主要材质。泡罩塔的气液接触元件，如泡罩、塔盘等以钢材为主，其他材料为辅。2.2.2 塔盘的结构设计质量与热量传递是塔盘的重要功能，尤其在板式塔中。塔盘结构分为两种，一为整块式，另一为分块式。整块式塔盘的选用标准主要在于，塔设备的直径在三百到八百之间，当板式塔的塔径较大时，整块式塔盘的刚度要求加大，不便于塔盘板的清洗、检修。所以以上内径的板式塔，几乎都采用分块式塔盘。结合本次设计的塔内径达到了1400mm，选用分块式塔盘。本此设计的精馏塔没有塔节，塔体的焊制是整体进行的。内部的分块式塔盘，经由人孔进入内部，焊接在内壁的固定件上。常用的分块式塔盘有两种，自身梁式塔盘板及槽式塔盘板。 分块式塔盘的结构特点：(1) 便于装拆，结构简便。进行冲压折边处理的塔盘板，能够满足刚度要求，减少塔盘结构的复杂度，节约钢材使用。(2) 简单的模具设计，便于大量制造。根据不同的塔内径，分块塔盘的长度不一，最大达到。塔盘板强度、升气孔排列、人孔尺寸等因素，对塔盘宽度B有决定作用。塔内壁上固定有支撑圈，是安置焊接塔盘板的部件。卡子连接是通用的连接方式，连接塔盘板与支持圈。塔盘紧固缺点较多，如生产难度大、难于安装和材料方面不容易找等等。所以相比较而言，楔形紧固件是较便于安装，装拆的固定形式。2.2.3分块式塔盘的支撑结构直径大于800mm的塔，人能进入塔内进行清洁、安装、检修，塔盘板是通过人孔送进塔内的，安装在塔内固定件上。本次设计的泡罩塔，内径是1400mm，支撑圈的材质为扁钢，因为需要弯曲压制，所以增加支撑梁。2.2.4 裙座的结构设计裙座是塔的不可或缺的部件之一，只有裙座才能支撑塔体。裙座有两种结构形式，及圆筒形与圆锥形。圆筒形裙座应用广泛，其塔设备与塔体封头的内径一致，制造方便；目前大型化的塔设备非常多，常选用圆锥形作为裙座，因其承载能力强，支撑稳定性高。材料选择Q235-B。裙座与塔体的连接采用焊接。接头焊接的形式有两种型，分别是塔接和对接，裙座筒体的直径设计值取塔釜封头的内劲值，这样保证裙座通过对接或搭接的方式与塔体进行焊接，并且在接点外观上是圆滑的，进行超声检测。由于搭接型式受力差，搭接焊缝需填满。图5所示是圆筒形与圆锥形裙座的结构示意图。 A 圆筒形裙座 B为圆锥形裙座 图5 A为圆筒形裙座，B为圆锥形裙座3泡罩塔其他附属装置的结构设计3.1溢流装置 溢流装置有降液管和受液盘。3.1.1 降液管 降液管的类型分为两种，一种是圆形降液管，另一种是弓形降液管。塔直径较小时采用圆形降液管。圆形降液管中整个弓形截面能够有效降液截面很少，不适合大规模和易起泡物料的生产。圆形降液管分为两种，下图6左边是带溢流堰，右边是兼做溢流堰。 图6 圆形降液管 本设计选用圆形降液管，降液管主要属性是液封高度，用表示，是下层塔盘受液管与降液管低端之间的距离，它一定要小于溢流堰高度，一般情况下，根据设计要求，这里取。3.1.2 受液盘 受液盘按形式分为两种，分别是平型和凹型，受液盘的作用是让降液管的出口不受到液体侵入，受液盘的位置普遍都设置在塔盘上。平型受液盘一般都会用在易聚合物料，为了阻止它造成塔盘死角。当液体压降大于250Pa时，一般都会用凹型受液盘。如图7所示 图7凹型受液盘 如果要使塔盘的入口液封能够有效降低，使液体的流向得到平稳，有缓冲效果或需要更好的鼓泡时，都会选用凹型受液盘。按这次的设计需求要选用凹型受液盘，条件在于如果凹型受液盘深度大于50mm而宽度低于三分之一的塔板间距时，塔板间距可以根据要求适当扩大。为有效预防停产时需要对塔内的液体进行排放，通常把液封盘做在塔的最底部的降液管末端，是通过泪空排放液体。弓形降液管如图8所示。 图8 液封盘结构3.2进出口管装置3.2.1 进料管加料板的作用是减小进料时的波动，为了能够让液体经过塔板是不溢出，进料口设置加料板，在加料板设置进口堰。结构示意图如图9所示。 图9 进料管3.2.2 出料管图10是出料管的结构图。为了不产生夹带液滴和降低压降，在设计出料管时选择直径比较大的。还会设置除沫器和挡板来控制液滴，特别是在对夹带液滴量方面有较大的要求时。 图10 出料管3.3 人孔与手孔人孔天通常设置在塔体大概六千毫米的地方，在塔顶上也要设置一个人孔，在这里选用的结构是分块式塔盘。为了方便塔设备的安装与生产，通常在一个经线设有人孔和手孔，不能与降液管在同一平面，这样才能够方便工作人员进出塔。因为塔设备要保温效果，通常人孔的选择是回转盖。在与设备部件或平台的安全距离要求上，要求人孔中心与塔内部部件距离超过一千毫米，与操作平台高度一般保证在八百毫米到一千毫米之间，在塔内设置的把手直径大约在十八毫米到二十二毫米之间，材料选择圆钢。3.4 视镜当工作人员需要观察塔设备的内部时，可以通过视镜来观察。视镜的组成有很多，主要的有视镜座、压紧环、视镜玻璃等。压力容器视镜、不带颈视镜及带颈视镜是市场上普遍使用的有三视镜。 而窥视范围大、结构简单易制造的是不带颈视镜，正常情况下都会选择不带颈视镜。带颈视镜主要用在直径小、受保温层限制的塔器。通常情况下公称压力在0.6 MPa以上的会采用压力容器视镜。由于这次设计压力是0.26MPa，根据要求分析选择不带颈视镜。3.5液面计液面计的作用是可以监视和查看塔里的液面情况，液面计有玻璃管液面计、透光式玻璃板液面计、反射型玻璃板液面计等。而选用液面计的原则要考虑温度、材质、压力、结构等性能参数。3.6法兰法兰连接的固定结构组成是一对法兰、多个螺栓、一个垫片等，方便自由拆卸，其中法兰最重要部件之一，法兰的参数主要有两个，一个是公称通径（DN），另外一个是公称压力（PN）。在筒体和封头对接时，会用到压力容器法兰。有甲、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰三种。如果要按封闭形式来分就有平面（RF）、榫（T）槽（G）、凹（FM）凸（M）等三种密封面。3.7补强圈 有时候塔体会因为开孔过大使它的强度降低，补强圈在一定程度上可以有效提升塔的强度，而在设计时应注意补强圈厚度与材料上的选择，通常情况下选择与塔设备一样。3.8除沫器除沫器的作用就是吸收气体中带有的细小液滴，除沫器性能的好坏可以直接影响塔设备的性能，还会影响分离的效率、原料回收等等。除沫器的分类有三种，分别是丝网型除沫器、折流板型除沫器和旋流板型除沫器。而在化工生产中最通用的类型是丝网型除沫器，其特点是既能吸收细小液滴也可以过滤掉大型液沫。而且效果比其他类型更明显。市场上丝网除沫器的种类主要有2种，一种是固定式丝网除沫器，另一种是抽屉式丝网除沫器，根据这次的设计要求选用固定上装式丝网除沫器。4.强度计算与校核及各项验算4.1泡罩塔的设计参数表1 泡罩塔的设计参数如下设计名称参数值塔内径/mm1400塔高H/mm36000设计压力/MPa0.26设计温度t/120腐蚀余量/mm4容器类别一类筒体材料Q235-A封头材料Q235-A裙座材料Q235-B地脚螺栓材料Q235-B介质本-甲苯安装地区衡阳郊区地震烈度7级场地类别地面粗糙度类别B4.2 塔体壁厚初算 首先计算内压容器筒体，再计算封头的壁厚，然后对塔体的壁厚进行一个估值。再结合风载荷、地震载荷等因素来对塔设备的强度进行校核还有塔稳定性的进行计算。4.2.1圆筒壁厚计算 内压圆筒厚度：mm （1）式中，为Q235-A在105时的许用应力，查表可得150以下为113MPa；焊缝采用双面对接焊，局部无损探伤=0.85。不包括腐蚀余量圆筒最小厚壁mm （2）按照要求最小壁厚不得小于3mm，取mm。若取壁厚附加量=0.8mm，腐蚀余量=3m，则圆筒的最小设计壁厚为 mm （3）考虑到此塔比较高，风载荷较大，而塔的直径又不大，故应适当增加一定壁厚。现假定圆筒名义厚度=13.4mm（在初始假设的8-25mm之间），则假定的圆筒有效厚度为： 9.6mm （4）4.2.2封头壁厚计算 封头的类型种类繁多，主要有球形、锥形、椭圆形和平板形，经分析，在这里选择椭圆形封头。根据要求，计算封头厚度： （5） 要求封头与筒体等厚是使下一步的焊接更加方便，即，有效厚度=9.6mm。4.3塔体各项载荷计算4.3.1质量载荷计算 图11 蒸馏塔风载分析图 塔体和裙座质量，按照假定壁厚和各自高度（参上图11）计算可得： （6） 泡罩塔盘的单位质量为，因此塔内构件的质量为： （7） 假设保温材料的密度为300，则保温材料的质量为：（8）操作平台及扶梯（笼式扶梯，质量40）质量为：（9） 查资料可知（参考化工设备设计基础，化学工业出版社，第358页,表17-1)塔盘充液量为因而操作时塔内物料质量为： （10） 塔体圆筒部分长23.33m（图3.1），每个封头容积为0.487，封头的曲面高度及直边高度分别为315mm和25mm（参考化工设备设计基础，化学工业出版社，第461页附表II-15）。故液压试验时，塔内充水质量为 （11） 人孔、接管、法兰等附件质量。偏心质量=0。则塔设备的质量 塔器操作质量： （12）塔器最大质量： （13）塔器最小质量： （14）4.3.2风载荷及风弯矩计算 风力计算公式 （15）式中 设备中第i段的水平风力，N； 体型系数，对圆柱塔型设备，取=0.7； 风振系数； 风压高度变化系数，可查表选取； 基本风压值，与建塔地区有关，可查表选取； 塔设备第i段的计算高度，m； 塔设备第i段迎风面的有效直接，m。 将塔沿高分成8段，如图12，见表2表2塔段号12345678塔段长度，m0-11-2.62.6-7.57.5-12.412.4-17.317.3-22.222.2-27.127.1-36，4500.7（B类）（查JB/T 4710-2005表8-4）2.43（B类）（查JB/T 4710-2005表8-5）0.0720.1870.540.740.770.800.820.83（查JB/T 4710-2005表8-6）0.0060.160.0840.1490.2960.4860.7300.888（B类）1111.071.191.291.371.45，mm45004500450045004500450045004500，mm400，mm600，mm29842984302430243024302430243024 N949.361514.465180.976242.848137.1610428.613179.1415126.34因为16.29m15m，故不考虑横风向风振。把塔体分成几段后，作用在每一段上的风力把它当成这段中点的集中力，每一段都由水平风力作用产生的风弯矩，计算总风弯矩之和即 （16）裙座底截面0-0处的风弯矩为： （17）将上述结果代入到上式可分别计算出底部（0-0）截面，裙座开孔（1-1）截面及裙座与塔体连接（2-2）截面的风弯矩。计算结果如下 0-0截面风弯矩：（18）-截面风弯矩：（19）-截面风弯矩： （20）4.3.3地震载荷及地震弯矩计算 图12是把塔分为8段图，以每段高度二分之一处看做塔的集中质量，各段集中质量对该截面所引起的地震力地震弯矩列于表3中。 图12表3塔段号12345678，562.3899.94911.94911.94911.94911.94911.94911.9，500180050509950148501975024650295000.0110.0760.3590.9931.8102.7763.8705.0670.0060.0681.7634.8788.89113.63519.00924.8890.0070.0526.32648.386160.853378.40753.69912610.00310.02130.10070.27840.50750.77841.08511.4208，0.616.76174.50482.44879.461348.901880.392462.130.2811.62024.80548.87372.94297.010121.078144.901，6.5037.44573.341129.641685.972242.282798.583349.22，11822.9711816.4711779.0311205.6910076.058390.086147.83349.22 因为22.8615m且H32m20m，故考虑高振型影响。 （1）0-0截面地震弯矩： （21） （2)-截面地震弯矩：（22） (3)-截面地震弯矩：（23）4.3.4最大弯矩计算以下公式是塔的最大弯矩计算公式取其中较大值。 （24）经计算结果可知上面风弯矩和地震弯矩无论是哪个截面均小于，又因为故，即： 4.4.塔体的强度及轴向稳定性验算4.4.1圆筒轴向应力的计算 由介质压力引起的轴向应力 （25） 由质量载荷引起的轴向应力 （26） 由弯矩载荷引起的轴向应力 （27）4.4.2圆筒轴向稳定性校核 按下式计算系数A为： （28） 查表得B=76MPa,已知，所以。 圆筒轴向稳定性按下式校核： （29）4.4.3圆筒拉应力校核 对内压情况，圆筒的拉应力按下式校核 （30）而故KB，故计算所得的各项应力应满足 将以上计算的各应力代入上式得 KB经验算，塔体的强度和稳定性皆满足设计需要。4.5.裙座的设计及验算 4.5.1座体利用对接焊连结塔体和裙座，圆筒体的直径要求与塔体一样，厚度相同，壁厚的增加值C=2.8mm，计算座体有效厚度。图13是裙座人孔截面图。 图13 座体可知：，400mm，。 底部截面（0-0截面）的应力按下面两个公式校核 正常操作时 ，取其较小值。 （36） 水压操作时，取其较小值。（37）两式中，；，；=0,；KB=135.6MPa。则 KB=135.6MPa。KB=135.6MPa 裙座上人孔处截面（1-1截面）的应力按下面两个式子校核。 正常操作时 取其中较小值 （38）水压试验时 取其中较小值。 （39）式中，；，则 =则 KB=135.6MPa KB可见座体满足强度和稳定性要求。4.5.2基础环 基础环内直径和外直径计算公式： （40） 取基础环内、外直径分别为则b=160。 混凝土基础上的最大压应力为：取其中较大值。 （41）式中 因 故 查表可知，要使则混凝土基础应选用75号以上的水泥。 地脚螺栓个数取24，肋板厚度为24mm，计算相邻肋板外侧间距为： 则 查表查得： 故取。基础环材料选用低碳钢，取。则基础环的厚度为： （42）圆整后可取（考虑腐蚀余量）4.5.3地脚螺栓 地脚螺栓的合理布置能够保证安全，螺栓的最大拉应力计算公式如下： 取其中较大值。 （43） 把数值代入上式，计算 故取。 地脚螺栓的螺纹小径按下式计算 （44）式中，腐蚀余量。故可选用D地脚螺栓24个。4.6裙座与塔体对接焊缝的验算对接焊缝和搭接焊缝是裙座与塔体连接焊缝的两种形式。 选用对接焊缝，其拉应力按校核公式如下： （45）故取与用材相同，即。则 ； ，因此，对接焊缝满足强度的需求。5 加工工艺和装配程序及安全防腐5.1 加工工艺化学工艺首先要优先考虑的就是生产效率，其次考虑劳动成本的降低，只有提高生产效率才能提高产品质量，在市场上占有优先的地位。生产和研发值得关注的是：1.在创新上，不仅要引进海外那些领先的领域，也要重视自主研发，还可以从改进工艺过程上进行改善，创新是保证产品在市场上站得住脚的重要因素，创新决定产品前途。2.在考虑经济性上，如果在产品生产过程中有很多种选择的情况下，首先考虑的就是降低成本提高产品质量，工作人员合理利用工厂资源把生产提高到最大化。3.一个标准的工艺规程能够提供很好的劳动基础,可以更多提供自动化生产，这样不仅减小员工工作疲劳，还可以提高生产效率。而设计人员在设计图纸时，提供更合理更便利的技术要求，应该严禁不当的生产要求。5.2 装配程序 塔设备的安装可分为：1、在安装前的准备工作，2、对塔体进行吊装工作，3、对塔体位置进行校正工作，4、最后再安装塔内的部件。塔体安装前要注意把塔的部件及各种零件上的脏垢和油污清理干净，不然会影响塔安装的牢固性。垫铁和地脚螺栓的安装应遵循以下原则，当两者间的距离小于三百米时，垫铁可以安装在地脚螺栓的同一侧，而且要靠近。两个垫铁组最适合的距离是五百毫米左右，安置主要根据底座结构、塔体质量和承载质量三者来决定安装位置。底座的结构、大小、塔设备重量等因素决定选用的垫铁型号。吊装之前，需试吊，把塔体抬离地面近一百米左右，然后检查塔体。吊装时，应时刻注意随角度而调整，防止吊臂失效来破坏塔设备。而最后一步才是调整垫铁，要减小实际误差就是通过调整垫铁来实现的。5.3 安全防腐5.3.1 开发耐蚀材料防腐材料做得好可以有效提高塔设备的寿命，应尽量使用现代工业的陶瓷、合金或非金属材料等新材料。虽然钢材在现代工业的作用很大，但在化工工业生产上有很多欠缺的地方，随着现代化工工业不断发展，塔设备对材料的要求也越来越高，钢材在腐蚀性方面已经逐渐不满足化工领域要求。在防腐材料快速发展的今天，可以用局部防腐来这一难题。5.3.2 其他表面工程技术零部件的表面处理好与坏直接影响塔性能，可以通过化学镀、电镀等来对表面进行加工处理，化学镀的种类可分为三种，分别是镀锌电化学、镀铬电化学、镀镍电化学。其中镀锌电化学应用在电化学中是最为广泛，还有就是在工业废水处理方面，海洋技术方面镀锌电化学的发展也有了很大的提升。化学镀主要是在零件工件上涂上一层保护膜，在复杂的生产条件下，可以有效对工件进行保护作用，使工件的寿命得到了很大的提高，这种保护膜是通过化学氧化还原反应得到的，电镀技术是处理工件表面最有效的，也是发展最快的工程。6 泡罩塔的制造、安装及运输6.1 材料检验在材料选用方面既要符合标准要求，又要符合图纸规定。检验按JB4730 压力容器无损检测的三级标准来检验，还有生产单位签收的时候注意检查材料的质量检测书，符合要求才能签收。6.2 筒体制造筒体制造大概可为两种，一种是锻件筒节加工，另外一种是钢板卷制。在这里选用的筒体是钢板卷制。6.2.1 筒体的下料筒体的下料尺寸是按实际测量值计算。计算筒节长度： 式中 D为筒节内径，为筒节厚度，单位都是毫米。6.2.2 筒节的成形筒节按结构分球形筒节和圆柱形筒节，圆柱形筒节种类按结构分组合式和单层式两种，筒节的容积与直径要依靠工艺计算获得，筒节最重要的受压元件，筒节完成后要圆度的校正满足标准。6.2.3 筒节的组对要使塔设备直线度满足要求，通常利用专业立式车床加工环缝坡口，而组对最经常使用的是自动定心工装。6.2.4 筒节与筒节的组对焊接这里选用的焊接方法为埋弧焊接工艺，埋弧焊接工艺的特点是焊缝质量好、自动化程度高、生产效率高等。下图是筒节组对; 图14筒节组对示意图6.2.5 筒体主焊缝的检测泡罩塔筒体焊缝的检测方式是无损检测，包括：UT；RT；MT；CT；HB。6.3 封头的制造封头验收完成后进行加工生产，具体加工工序是：下料焊接冲压压鼓旋压坡口研磨酸洗。封头常用的加工方式有两种，一种是冲压，另一种是施压，冲压的分类有整体冲压和分瓣冲压，这里选择整体冲压。封头冲压主要的注意事项有适当控制好终压温度和脱模温度。封头加工完成后需要进行无损检测，其中封头母材通过UT检测要达到100%，封头表面也要通过MT检测达到100%。封头母材样板与封头冲压和热处理。要检测样板符合要求才可以检测封头的后续工作。6.4 泡罩塔的安装泡罩塔安装顺序是：安装前的准备事项、安装时的起吊工作、安装后的设备改正和最后安装内部元件等。6.4.1安装前的准备为保证塔设备质量，安装前需检测符合要求才能签收。在准备安装垫铁时要做研磨工作，使其表面达到要求，混凝土不仅符合强度技术指标，而且要达到安装起吊要求，要确保中心线与标高线清晰明了。还要确保安装场所无杂物，道路干净平整，适合元件运输工作。在工具器材方面要严格按照国家标准要求的精度指标，保证数据的精准性和统一性。在选择起重机方面值得注意的是吊绳钢索，对钢索进行预测，事前做好充分准备保证施工安全。在准备安装时，通过检查元件设备的外形来确认安装时的种类安全保证，要清理好一些管口和塔内其他无关紧要的物品，安装前的工作要做好充分准备，保证安装运输顺利进行。6.4.2安装程序泡罩塔在安装前进行杂物清理完成后，要把垫铁和地脚螺安装距离尽量小。为保证安全，首先要经过两次的试吊，起吊中，要注意把吊臂的角度调节好，避免吊臂与塔设备相撞造成损失。依据塔体来调节和控制垫铁的位置，而挂线锤的作用是用来调节塔与地面的垂直度。要保证底座高度误差小于十毫米，要保证塔顶的倾斜度不能超过三十毫米。当误差超过时可以用调整垫铁的方式来挽回。6.5 泡罩塔的运输在泡罩塔的运输过程中，需要提前的运输路线进行勘察，才能保证大型塔安全运输到现场。对于这种大型塔设备的运输方式可分为三种，分别是大型拖车运输、爬犁平地滑行和排子滚杠滚动法和。不管运用了那种方式进行运输，都要保证安全达到现场，不然就要提前做好安全准备工作。特别是在运送薄壁或细长的构件时，要进行加固措施，消除那些不必要的经济损失，在卸车时也要主要安全，避免发生事故。 参考文献 1 路秀林，王者相.化工设备设计全书-塔设备 .北京：化学工业出版社，2004 2 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册 .北京：中国标准出版社，2002 3 朱有庭.化工设备设计手册 .北京：化学工业出版社，2005 4 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术 .北京：化学工业出