化工设备机械基础课程设计浮阀塔

1北京理工大学珠海学院课程设计任务书20132014学年第2学期学生姓名专业班级化工一班指导教师工作部门化工与材料学院一、课程设计题目浮阀塔的机械设计二、课程设计内容1塔设备的结构设计包括塔盘结构，塔底、塔顶空间，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。2塔体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷及偏心载荷；（3）计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力；（4）计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力，并进行强度和稳定性校核。3筒体和裙座水压试验应力校核4裙座结构设计及强度校核包括裙座体、基础环、地脚螺栓5编写设计说明书一份6手工绘制3（A3）号装配图一张，AUTOCAD绘3（A3）号图一张（换热器）。三、设计条件1设备类型自支承式塔设备（塔顶无偏心载荷）；2设置地区环境基本风压QO400N/设计地震烈度7度（或8度）；场地土类。地震加速度03G，地震系数根据自己的需要任取一组；3塔体及裙座的机械设计条件（1）塔体内径DI2200MM，塔高近似取H45000MM（每隔一组数据不同，详见安排表）；（2）计算压力PC10MPA（每组中各人的计算压力根据安排表中数据）,设计温度T250；（3）塔体装有N75层浮阀塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为HW100MM，介质密度为1800KG/M3；（4）沿塔高每5M左右开设一个人孔，人数为810个，相应在人孔处安装半圆形平台8210个，平台宽度为B900MM，高度为1000MM。（5）塔外保温层厚度为S120MM，保温材料密度为2300KG/M3；（6）塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为ME4000KG,偏心距E2000MM；（7）塔体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数。（8）裙座统一采用Q235A（9）塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数085；（10）塔体与封头厚度附加量C2MM，裙座厚度附加量C2MM；（11）参考图为书中图825，尺寸及数据根据自己组的具体情况设计、标注。五、基本要求1学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；2设计计算书一律采用电子版（电脑打印），主图的3号图纸采用手工绘制；3各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔；4画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书一同在答辩那天的早上830前，由班长负责统一交到HA202。5根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。六、说明书的内容要求1符号说明2前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。3材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。4绘制结构草图（1）板式塔装配图（2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；（3）标注形位尺寸。（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5塔体及裙座壁厚设计（1）筒体、封头及裙座壁厚设计；（2）焊接接头设计；（3）压力试验验算；6标准化零、部件选择及补强计算（1）接管及法兰选择根据结构草图统一编制表格。内容包括代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。（2）人孔选择PN,DN,标记或代号。补强计算。（3）其它标准件选择。7结束语对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。8主要参考资料。3【格式要求】1计算单位一律采用国际单位；2计算过程及说明应清楚；3所有标准件均要写明标记或代号；4设计说明书目录要有序号、内容、页码；5设计说明书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更；6书写工整，字迹清晰，层次分明；7设计说明书要有封面和封底，均采用A4纸，装订成册。七、主要参考资料1化工设备机械基础课程设计指导书化学工业出版200912化工设备机械基础第五版刁与玮王立业编著20106；3化工单元过程与设备设计匡国柱史启才主编；4化工制图华东化工学院制图教研室编人民教育出版社1980；5化工设备机械基础参考资料；6钢制压力容器GB1502011；7钢制塔式容器JB47101992；8GB1511999管壳式换热器1999年；9压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局1999年。教研室主任签名2014年05月01日北京理工大学珠海学院课程设计4浮阀塔的机械设计摘要本设计任务书中浮阀塔的机械设备设计主要包括塔设备的材料选择；塔设备得结构设计；塔设备的强度、刚度和稳定性计算。浮阀塔用于气液传质过程中。浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小因气体水平吹出之故，塔板效率较高，生产能力较大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。关键词浮阀塔；壁厚；载荷北京理工大学珠海学院课程设计5ABSTRACTDESIGNOFMECHANICALEQUIPMENTFLOATVALVETOWERTHEDESIGNTASKBOOKMAINLYINCLUDESSELECTIONOFTOWEREQUIPMENTMATERIALSTRUCTUREDESIGNOFTOWEREQUIPMENTCALCULATIONOFTOWEREQUIPMENTSTRENGTH,STIFFNESSANDSTABILITYFLOATVALVETOWERFORGASLIQUIDMASSTRANSFERPROCESSVALVEFLOATVALVECANFLOAT,ALONGWITHTHECHANGEOFGASLOADANDADJUSTINGTHEOPENINGDEGREE,THEREFORE,OPERATIONALFLEXIBILITYVALVETOWERHIGH,ESPECIALLYINLOWLOADCONDITION,STILLCANMAINTAINNORMALOPERATIONFLOATVALVETOWERBECAUSEOFTHEGASLIQUIDCONTACTSTATEOFGOOD,LITTLEENTRAINMENTDUETOTHEGASHORIZONTALBLOWOUTIS,TRAYWITHHIGHEFFICIENCY,LARGEPRODUCTIONCAPACITYTHETOWERHASTHEADVANTAGESOFSIMPLESTRUCTURE,LOWMANUFACTURINGCOST,ANDCANADAPTTOTHECOMMONMATERIALSTATUS,ISONEOFTHEMOSTWIDELYUSEDTYPEOFTOWEROFCHEMICAL,OILREFININGINDUSTRYKEYWORDSFLOATVALVETOWERWALLTHICKNESSLOAD北京理工大学珠海学院课程设计1目录1前言111研究现状及意义1111塔设备的发展与现状1112国内浮阀塔的现状1113国外浮阀塔的现状2114浮阀塔的主要特点2115研究浮阀塔的意义3116设计思路312设备结构形式概述413塔设备的设计步骤414材料选择5141概论5142塔体材料选择5143裙座材料选择62已知设计参数及其条件721设计参数722设计条件823设计简图93塔设备的计算步骤1031按设计压力计算塔体和封头壁厚10311塔体壁厚10312封头厚度1032塔设备质量载荷计算11321塔体质量11322塔段内件质量12323保温层质量12324平台和扶梯质量13325操作时塔内物料质量13326人孔、接管、法兰等附件质量14327充液质量14328各种质量载荷汇总1433地震载荷与地震弯矩的计算15331自振周期计算15332各段操作质量及距地面高度15333基本振型参与系数161K334衰减系数与阻尼调整系数162335地震影响系数171北京理工大学珠海学院课程设计2336底截面处地震弯矩1701EM337截面11处地震弯矩17338截面22处地震弯矩1721E34风载荷与风弯矩计算18341风载荷计算示例18342风弯矩的计算19343偏心弯矩20344最大弯矩2035各种载荷引起的轴向应力20351设计压力引起的轴向应力20352操作质量引起的轴向应力21353最大弯矩引起的轴向应力21354塔体和裙座危险截面的强度校核21355最大组合拉应力2212336水压试验时各种载荷引起的应力23361试验压力和液柱静压力引起的环向应力23362试验压力引起的轴向拉应力23363最大质量引起的轴向压应力23364弯矩引起的轴向应力2337水压试验时应力校核24371筒体环向应力校核24372最大组合轴向拉应力校核24373最大组合轴向压应力校核2438基础环设计24381基础环尺寸24382基础环的应力校核25383基础环的厚度2639地脚螺栓26391地脚螺栓承受的最大拉应力26392地脚螺栓的螺纹小径27符号说明28参考文献31附录32附录A浮阀塔的机械设备图手绘图32附录B换热器机械设备图CAD图33北京理工大学珠海学院课程设计11前言11研究现状及意义111塔设备的发展与现状塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。在塔设备中完成的常见单元操作有精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法冷制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。塔器技术的发展经历了一个漫长的过程。泡罩塔是出现较早并获得广泛应用的一种塔型，工业规模的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年才用于炼油工业。20世纪初，随着炼油工业的发展和石油工业的兴起，塔设备开始得到广泛应用，并逐渐积累了有关设计、制造、安装、操作等方面的数据和经验。20世纪中期，为了适应各种化工产品的生产和发展，不仅需要新建大量的塔，还要对原有塔设备进行技术改造，因此陆续出现了一批能适应各方面要求的新塔型。近年来，随着对筛板塔研究工作的不断深入和设计方法的日趋完善，筛板塔已成为生产上广泛应用的塔型之一。同时，填料塔也进入了一个新的阶段，一些新型高效塔内件和塔填料的问世，加上人们对传质工程的仿真模拟及放大效应的解决，使填料塔在以板式塔为主的应用场合中，尤其是大型塔的应用中得到了很好的发展，并取得了一定的经济效益。塔器的性能直接关系到生产装置的投资、产能、质量、能耗及成本。据统计，石油和化学工业的能耗占工业总能耗的绝大部分，而其中约60的能耗用于精馏过程，而精馏过程是由塔设备来实现的。塔设备的投资巨大，约占化工、石化项目总投资的3040，其分离效率对产品的纯度、产品的回收率、工业过程的总能耗，都起着至关重要的作用。塔设备在各种分离过程中对装置的平稳运行、保证产品质量等也起着至关重要的作用，如果在装置中有一个塔器设计的不理想，就有可能影响整个装置的正常运行。由此可见塔设备的设计在整个工艺流程设计中的重要性。气液传质设备在化工生产过程中有着广泛的用途，是用来进行蒸馏、吸收、洗涤、增减湿以及气液的直接接触换热等过程的单元设备。气液传质设备的类型很多，其中应用较为广泛有填料塔和板式塔两类。112国内浮阀塔的现状一个国家化工产业的发展程度在很大意义上衡量着这个国家的工业水平和国防实力。那么作为化工生产中必不可少的塔设备，板式塔的重要性也日益增强。随着科学技术的进步，需要更多、更好的板式塔来进行生产，这就要求板式塔向着低耗损，低成本，高效率和环保的方向发展。而适合于中国国情的塔设备发展相对于欧美的一些发达国家还有着不小的差距，所以必须得加快发展。与世界上一些发达国家相比，我国塔器技术的发展起步较晚。但近几年，随着我国化工和石油化工行业的迅速发展，各种新型高效塔器的应用日益扩大，特别是规整北京理工大学珠海学院课程设计2填料、高性能塔板和以氟塑料制成的耐高温、耐腐蚀散堆填料正逐步受到重视。利用这些新技术、新材料，塔设备分离效率、处理能力、产品质量等方面都有了大幅度的提高。我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等，其中，浮阀塔为较先进的板式塔接触元件，应用广泛，并已开发出了导向浮阀及其衍生的改良的浮阀形式，它们的主要特点是采用长方形阀体，有效地防止了阀体的转动，延长了浮阀的使用寿命。近年来，参考国外塔设备设计的发展动向，也加强了对筛板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔型，并对大孔径筛板、双孔径筛板、穿流式可调开孔率筛板、浮阀筛板复合塔盘，以及喷杯塔盘、角钢塔盘、旋流塔盘、喷旋塔盘、旋叶塔盘等多种塔型进行了试验，部分研究成果已用于生产。在填料塔技术方面，我国自20世纪80年代以来，对鲍尔环,阶梯环，矩鞍环，波纹填料等进行了大量的基础和实验研究，在此基础上开发出了网孔波纹板，压延孔波纹板，共轭环，改进矩鞍环，扁环等新型填料，并成功推广应用。尤其在规整填料方面，取得了不少研究成果，天津大学与英国ASTON大学联合开发出了以UNAPAK命名的脉冲规整填料，天津大学填料中心开发了高效廉价的板花规整填料，清华大学和上海化工研究院分别开发了压延版网波纹填料，中石化洛阳工程公司开发了LH型规整填料，这些成果都已在工业生产中应用。在基础研究方面，国内的很多大学和研究所利用先进的测试技术，对大型塔内部流体浓度场、温度场、速度场的分布及界面作用、界面传递现象进行了冷态模拟和热态研究，获得了宝贵的数据，为大型塔的工程设计提供了理论依据。此外，塔设备的结构和强度设计方面，国内也做出了不断的改进，并引进了一下新的方法和标准规范，特别是计算机技术和流体力学模型的应用，给塔器的整体优化设计带来了很大的便利。113国外浮阀塔的现状国外近年来国际上涌现出来了一些新型板式塔，如美国联合化物公司林德子公司的林德筛板以及STONEWEBSTER工程改善开发的波纹筛板，日本三井造船公司的垂直筛板，瑞士KUHNI公司的SLIT筛板和NUTTER工程公司的专利产品V型栅板等。在塔设备的技术改造中，国内多种性能优良的新型板式塔已经得到成功的应用，有石油大学与锦西炼油化工总厂合作的SUPERRV1浮阀塔板装备的精馏塔和华东理工大学与锦西炼油化工总厂合作的导向浮阀塔板装备的精馏塔等，就不一一阐述了。板式塔作为重要的传质设备之一，可以在各种分离工艺过程中广泛应用，开发新型传质效率高、压降小、通量大的板式塔，塔内件始终是板式塔技术的发展方向。114浮阀塔的主要特点操作弹性大，在较宽的气液负荷变化范围内均可保持高的板效率。其弹性范围为59，比筛板塔和泡罩塔的弹性范围都大；处理能力大，比泡罩塔大2040，但比筛板塔略小；气体为水平方向吹出，气液接触良好，雾沫夹带量小，塔板效率高，一般比泡罩塔高15左右；干板压降比泡罩塔小，但比筛板塔大；结构简单、安装方便，制造费用约为泡罩塔的6080，为筛板塔的120130。北京理工大学珠海学院课程设计3由于浮阀具有生产能力大，操作弹性大及塔板效率高等优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他型式的塔板广泛，是目前新型塔板研究开发的主要方向。近年来研究开发出的新型浮阀有船型浮阀、管型浮阀、梯型浮阀、双层浮阀、VV浮阀、混合浮阀等，其共同的特点是加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动更趋于合理，操作弹性和塔板效率得到进一步的提高。但应指出，在工业应用中，目前还多采用F1型浮阀，其原因是F1型浮阀已有系列化标准，各种设计数据完善，便于设计和对比。而采用新型浮阀，设计数据不够完善，给设计带来一定的困难，但随着新型浮阀性能测定数据的不断发表及工业应用的增加，其设计数据会逐步完善，在有较完善的性能数据下，设计中可选用新型浮阀。115研究浮阀塔的意义浮阀塔是20世纪50年代开发的一种新塔型，其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔除安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入夜层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。浮阀塔属于一种板式塔，用于气液传质过程中。浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小因气体水平吹出之故，塔板效率较高，生产能力较大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。在分离稳定同位素时采用在克服泡罩塔缺陷的基础上发展起鼓泡式接触装置。浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。浮阀主要有V型和T型两种，特点是生产能力比泡罩塔约大2040；气体两个极限负荷比为56，操作弹性大；板效率比泡罩塔高1015；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小，常用于初浓段的重水生产过程。浮阀塔的工作原理是在浮阀塔上开有许多孔，每个孔上都装有一个阀，当没有上升汽相时，浮阀闭合于塔板上，当有汽相上升时，浮阀受汽流冲击而向上启开，开度随汽相的量增加而增加，上升汽相穿过阀孔，在浮阀片的作用下向水平方向分散，通过液体层鼓泡而出，使汽液两相充分接触，达到理想的传热传质效果。116设计思路尽可能采用先进的技术、国家与行业标准，使生产达到技术先进，经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则，具体有如下几点1根据GB1501998钢制压力容器和GB1511999管壳式浮阀塔等国家标准为基础进行设计。2）满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量的调节。3）满足经济上的要求，考虑省热能和电能的消耗，设备投资与运行费用，设计时北京理工大学珠海学院课程设计4要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。4）保证生产安全，保证浮阀塔具有一定的刚度和强度。设计中根据设计压力确定壁厚,再校核其他零件的强度,进行水压试验，容器是否有足够的腐蚀裕度。12设备结构形式概述浮阀塔结构简单，有两种结构型式，即条状浮阀和盘式浮阀，它们的操作和性能基本是一致的，只是结构上有区别，其中以盘式浮阀应用最为普遍。盘式浮阀塔板结构，是在带降液装置的塔板上开有许多升气孔，每个孔的上方装有可浮动的盘式阀片。为了控制阀片的浮动范围，在阀片的上方有一个十字型或依靠阀片的三条支腿。前者称十字架型，后者称V型。目前因V型结构简单，因而被广泛使用，当上升蒸汽量变化时，阀片随之升降，使阀片的开度不同，所以塔的工作弹性较大。浮阀精馏塔总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点1满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。2满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。3保证生产安全生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。浮阀的结构也分为阀片和十字形挡架两部分。在十字形挡架下设置一可上下活动的阀片带有三个外伸爪，阀片中央开有蛇OMM的圆孔。阀片升起之前，塔板开孔率由直径20MM的孔决定；气量增大时，阀片开始升起，开孔率增加，一直到阀片达到挡架盖板。由于其特殊的结构设计，阀片不会被卡住或脱落，使用可靠；同时固定阀保证气体水平吹入液体，强化了气液接触时的湍动作用。黄洁等在经STAHL公司同意后，公开发表了此种塔板较完整的性能试验结果，明确了该塔板的优点及缺陷。条形浮阀的特点为条形浮阀不会旋转，因而不易磨损，阀片不会卡死、脱落；由于条形浮阀的气体从两侧喷出，不像圆形浮阀从四周喷出，所以塔板上的液体返混小于圆形类浮阀塔板，效率相对较高；可以排出较圆孔形更大的开孔率，从而提高处理能力。经工业实践证明，条形结构的浮阀塔板操作性能较传统圆形浮阀塔板略为优秀。但是上述条形浮阀依然存在一些不足与传统圆形浮阀类似，阀盖上方无鼓泡区，造成塔板传质效率降低；由于大多采用矩形阀腿，且前阀腿和后阀腿宽度一样，气流不能绕过前阀腿，阀前端存在传质死区；虽然其返混较圆形浮阀小，但对塔板弓形区的返混无太大改进；长条形阀孔的四个锐角会形成严重的应力集中，易引起塔板的机械损坏。因此近年来国内不仅对条形浮阀的性能进行大量研究，还针对条形浮阀的不足，开发出多种形式的条形浮阀。北京理工大学珠海学院课程设计513塔设备的设计步骤1塔设备的材料选择根据工艺介质和参数，选择塔体、支座、塔内件的材料。2塔设备的结构设计在设备总体形式及主要工艺尺寸已经确定的基础上，设计确定塔的各种构件、附件以及辅助装置的结构尺寸。板式塔结构设计包括塔体与裙座结构设计；塔盘结构及塔盘支承结构设计；除沫装置设计；设备接管的形式和方位设计；塔附件设计等。填料塔结构设计包括塔体远裙座结构设计；填料支承结构设计；喷淋装置设计；液体再分布器设计；设备接管的形式和方位设计塔附件设计等。结构设计应满足结构简单、合理，便于安装、制造；密封性满足要求，保证生产安全。3塔设备的强度、刚度和稳定性计算按设计压力计算塔体、封头和裙座壁厚；塔设备质量载荷计算；风载荷与风弯矩计算；地震载荷与地震弯矩计算；偏心载荷与偏心弯矩计算；各种载荷引起的轴向应力；塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核；塔体水压试验和吊装时的应力校核等。此外，包括基础环设计和地脚螺栓计算。塔设备得强度、刚度和稳定性计算做到强度满足要求，防止外力破坏；刚度满足要求，防止不允许的变形；稳定性满足要求，防止失稳破坏。14材料选择141概论塔设备与其他化工设备一样，置于室外，无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有足够的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也比较成熟，因此，在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的优点。142塔体材料选择设计中塔体的材料选择是Q345R。塔体是塔设备的外壳，由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、北京理工大学珠海学院课程设计6偏心载荷所英气的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响，所以选择塔体的材料很重要。143裙座材料选择设计中裙座材料的选择是Q235A。塔体裙座是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定位置上进行正常工作，为此，它应当具有足够的强大和刚度，能够承受各种操作情况下的全塔质量，以及风力、地震等引起的载荷。北京理工大学珠海学院课程设计72已知设计参数及其条件21设计参数设计参数分段示意图塔体内径DI2200MM塔体高度H45000MM设计压力PC10MPA设计温度T250材料Q345R167MPA许用应力T167MPA设计温度下弹性模量E187105MPA常温屈服点S325MPA塔体厚度附加量C2MM塔体焊接接头系数085介质密度800KG/M3塔盘数N75每块塔盘存留介质层高度HW100MM基本风压值Q0400N/地震设防烈度8设计基本地震加速度03G场地类型类地面粗糙度A类偏心质量ME4000KG偏心距E2000MM塔外保温层厚度S120MM保温材料密度2300KG/M3材料Q235A许用应力TS127MPA常温屈服点S235MPA裙座厚度附加量CS2MM人孔、平台数9材料Q235A许用应力BT140腐蚀裕量C23地脚螺栓个数N48北京理工大学珠海学院课程设计822设计条件1设备类型自支承式塔设备（塔顶无偏心载荷）；2设置地区环境基本风压QO400N/设计地震烈度7度（或8度）；场地土类。地震加速度015G（或者03G），地震系数根据自己的需要任取一组；3塔体及裙座的机械设计条件（1）塔体内径DI2200MM，塔高近似取H45000MM（每隔一组数据不同，详见安排表）；（2）计算压力PC10MPA（每组中各人的计算压力根据安排表中数据）,设计温度T250；（3）塔体装有N75层浮阀塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为HW100MM，介质密度为1800KG/M3；（4）沿塔高每5M左右开设一个人孔，人数为810个，相应在人孔处安装半圆形平台810个，平台宽度为B900MM，高度为1000MM。（5）塔外保温层厚度为S120MM，保温材料密度为2300KG/M3；（6）塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为ME4000KG,偏心距E2000MM；（7）塔体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数。（8）裙座统一采用Q235A（9）塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数085；（10）塔体与封头厚度附加量C2MM，裙座厚度附加量C2MM。北京理工大学珠海学院课程设计923设计简图北京理工大学珠海学院课程设计103塔设备的计算步骤31按设计压力计算塔体和封头壁厚311塔体壁厚CIT102782675PDM圆筒名义厚度12NC圆整量圆整量圆筒有效厚度E120校核水压试验强度TIE01562PDMPAEL08R085321MA由于，所以水压试验强度足够。TEL312封头厚度封头设计为标准椭圆形封头CIHTC1027205678510PDM封头名义厚度HNC圆整量圆整量封头有效厚度HEN120北京理工大学珠海学院课程设计1132塔设备质量载荷计算321塔体质量计算前对塔进行分段地面为00截面，裙座人孔为11截面，塔底封头焊缝处为22截面，塔板间第2个人孔为33截面，第4个人孔为44截面，第6个人孔为55截面，塔顶为66截面。分段示意图如下图所示表31塔体分段长度011223344556150025005000120001200012000查表得单位筒体质量1M65KG/单位封头质量20封头高度1590H裙座高度24北京理工大学珠海学院课程设计12筒体高度12145040MHH筒体质量6685MKG封头质量22裙座质量3540K塔体质量012368510462301895MKG塔体分段质量计算结果列于表32中表32塔体质量/KG011223344556982521477327578607860798365322塔段内件质量查表得浮阀塔盘质量75NQ2KG/M塔段内件质量2022I7513824447DKG塔段内件分段质量计算结果列于表33中表33塔段内件分段质量0112233445562851684246842448467323保温层质量查表得，40M封头直边315V3176MV030176KMVG220034INSINDH032201402176530108447KG封头得体积V包括保温层在内的直径为公称直径时封头得体积封头保温层质量03M北京理工大学珠海学院课程设计13保温层分段质量计算列于表34中表34保温层分段质量01122334455666132252317413174131081324平台和扶梯质量查表得钢制平台单位质量150，笼式扶梯单位质量402KG/MKG/M设计平台数N9个，笼式扶梯高度44M,平台宽带B900MMFH平台和扶梯质量220412INSINSPFMDBDNQH2101090950474669KG表35平台、扶手分段质量011223344556601008672481181421449325操作时塔内物料质量205014IWFMDHNV22201752458001558003145856KG塔釜圆筒部分深度，封头容积0HFV表36操作时塔内物料质量011223344556124052101833615833615833616北京理工大学珠海学院课程设计14326人孔、接管、法兰等附件质量012530895724KGAM表37附件质量01122334455624565369818751965196519959327充液质量2WI1WF4MDHV22240451000215510001568636816KG表38充液质量0112233445561550189407454577454577439077328各种质量载荷汇总3281全塔操作质量M0/KG01023045AE35871697431586739406KGM3282最小质量MMIN/KGMIN0102304AE351876591745379407498KGM北京理工大学珠海学院课程设计153283最大质量MMAX/KGMAX012034WAE35871659741568375940469KGM表39各种质量载荷汇总塔段011223344556合计塔段长度/MM15002500500012000120001200045000人孔与平台数13239塔板数0102424177501/982521477327578607860798365301089502/2851684246842448467213824703/6613225231741317413108110844704/6010086724811814214497466905/1240521018336158336158336163145856/24565369818751965196519959752724/155018940745457745457743907715686368/1400260040000/128015490616944373065865299916528415410878882/1280142506945347168485816181541620196421618/128015800629484976778026711326398692354460233地震载荷与地震弯矩的计算331自振周期计算塔设备的自振周期T1/S北京理工大学珠海学院课程设计16301TEI35931627840451997SMHTED332各段操作质量及距地面高度表310各段操作质量及距地面高度项目011223344556MI/KG12801549061694437306586529991652841541HI/MM50020004500950022000340001511210489104301059310533106631061514107491085110928101098109181011312510881099110108610111110133910133161011441013151015261016321017111018615120IIAMH631814IIB17820526A333基本振型参与系数1K1575120KIIAHHB表311各段基本振型参与系数011223344556171031310246102014050096北京理工大学珠海学院课程设计17334衰减系数与阻尼调整系数2取阻尼系数为002，I衰减指数05052990975I阻尼调整系数21113676I335地震影响系数1取，防裂度8度，设计基本地震加速度03G时，MAX024取，地震分组为第二组，场地土类，GT109751MAX24213067GGT336底截面处地震弯矩01EM塔设备的H/D20515，且H20。09110627869450133535EMMGNMA337截面11处地震弯矩1E13525350235253525987G1H4H6891041401403ENMA北京理工大学珠海学院课程设计18338截面22处地震弯矩21EM235253510235253525987MGH4H689104140405EMNA34风载荷与风弯矩计算341风载荷计算示例以23段为例计算风载荷3631230E3PKQD1FLN式中体型系数，对圆筒形容器，11K0710M高处基本风压值，030Q4M风压高度变化系数，查表得33计算段长度，33L5脉动影响系数，由表查得33078塔的基本自振周期，对等直径、等厚度圆截面塔1301TEI35931627840451997SMHTED脉动增大系数，根据自振周期，由表查得1290振型系数，由88查得3Z306北京理工大学珠海学院课程设计19风振系数，233Z23290786K11塔有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90，取以下A,B式中较大者3AE3O1S34D2BSOPSKD2，取480MM，3K40MS3S10M432A1906L5AED24324B31081038M取E384M61230E36PKQL717503841068NF以上述方法计算出各段风载荷，列于表312中。表312各段塔风载荷计算结果计算段ILM02QIKIVZI2IKIFITHM平台数4KEIDIPN115004000707400225410421021500318414192250040007075002254103512340031842837350004000707800625411161349130033846186412000400070830312541454165213600378417475512000400070860652541884184332450363436529612000400070871002542282198453600378450267342风弯矩的计算036123126123452WLLLLMPPLPLL325109MN北京理工大学珠海学院课程设计2013624423623452WLLLLMPPLPLL309109MN235645346345222WLLLLLL277109表313风弯矩数值表/MN00截面11截面22截面325109309109277109343偏心弯矩偏心质量40KGEM偏心距2L偏心弯矩7982041EML344最大弯矩表314最大弯矩计算内容00截面11截面22截面IWEM333109317109285109025IIE232109222109202109最大弯矩MAXIN33310931710928510935各种载荷引起的轴向应力有效壁厚10MME筒体内径2200MMID全塔操作质量01872IMKG表315操作质量北京理工大学珠海学院课程设计21计算内容00截面11截面22截面/KG0IM10750872102018128507375351设计压力引起的轴向应力102541IEPDMPA表316设计压力引起的轴向应力计算内容00截面11截面22截面10055352操作质量引起的轴向应力02IIIEMGD表317操作质量引起的轴向应力计算内容00截面11截面22截面2152414471206353最大弯矩引起的轴向应力MAX324IIEMD表318最大弯矩引起的轴向应力计算内容00截面11截面22截面3868183397497北京理工大学珠海学院课程设计22354塔体和裙座危险截面的强度校核最大组合压应力23载荷组合系数K12系数B材料Q345R，B120材料Q235A，B101MPAMPA查表得设计温度下材料的许用应力T裙座材料的许用应力，筒体材料的许用应力17T167T表319许用轴向压应力CR计算内容00截面11截面22截面/TKMPA140414042004CR12121212144最小值/R12121212144圆筒最大组合压应力00截面23154861025CRMPA满足要求11截面23739CR满足要求22截面23106480CRPA满足要求。355最大组合拉应力123圆筒最大组合拉应00截面12305486175MPA7819TK北京理工大学珠海学院课程设计23满足要求11截面123014783962MPA785TK满足要求22截面123120674918PA67085T满足要求36水压试验时各种载荷引起的应力361试验压力和液柱静压力引起的环向应力试验介质的密度介质为水310/SKGM液柱高度40MWH液柱静压力98432LSPGMPA167125025ATTP390184LIEITDPKMPA362试验压力引起的轴向拉应力21125068754TIEPADP北京理工大学珠海学院课程设计24363最大质量引起的轴向压应力2MAX354602185062835KG2A39IEGDMPA364弯矩引起的轴向应力9722230371840239404WEIMADP37水压试验时应力校核371筒体环向应力校核筒体常屈服点345SMPAE09R08269LPE1849RTLA满足要求372最大组合轴向拉应力校核222MAX136875239602MPAE09R40LPA2MAXE69RLMPP满足要求北京理工大学珠海学院课程设计25373最大组合轴向压应力校核22MAX31482365MPA5CRMP满足要求38基础环设计381基础环尺寸裙座内径2200MMID裙座外径2224MMO基础环外径3023025MBI基础环内径19IID基础环伸出宽度14382OBO相邻两筋板最大外侧间距60L如图所示B138DOB250DIB190DI20L160XY图31基础环设计图北京理工大学珠海学院课程设计26382基础环的应力校核基础环面积222250190744BOBIADM基础环截面系数4933105IBBOZ（）00MAXMAXMAX,WEBBBBMGMGAA10AX9AX31872930204BBPAZ20MAXMAX35WEBBBGPAA取两者中较大值的,选用75号混凝土，查表得其许用应力AX329M35ARMP