4 1 - 反应器设计说明书

年产20万吨硫磺联产7000万立方米氢气酸性气体脱硫与资源化装置 反应器设计说明书II目录第一章 设计概述1第二章 反应精馏塔设计32.1 反应器选型32.1.1 碘化氢分解反应特点32.1.2 板式塔的塔盘种类和选型32.2 反应动力学42.3 反应精馏塔参数设计52.3.1 反应精馏塔设计条件52.3.2 反应精馏塔的持液量62.3.3 反应精馏塔的塔径72.3.4 反应精馏塔的塔高102.3.5 反应精馏塔的反应停留时间102.3.6 溢流装置112.4 反应精馏塔板流体力学验算132.4.1 塔板压降132.4.2 溢流液泛校核132.4.3 液体在降液管内的停留时间142.4.4 液沫夹带量校核142.4.5 严重漏液校核152.4.6 塔板负荷性能图152.5 反应精馏塔机械工程设计162.5.1 塔板结构设计162.5.2 塔设备附件172.6 反应精馏塔机械强度校核19第三章 硫化氢氧化塔的设计323.1 反应器选型323.1.1 浓硫酸氧化硫化氢反应特点323.1.2 填料塔的具体选择323.2 反应动力学333.3 硫化氢氧化塔参数设计333.3.1 硫化氢氧化塔设计条件333.3.2 硫化氢氧化塔的塔径343.3.3 硫化氢氧化塔填料段高度363.3.4 硫化氢氧化塔填料段压力降：373.3.5 硫化氢氧化塔持液量373.3.6 硫化氢氧化塔反应停留时间373.3.7 塔的总体高度373.4 硫化氢氧化塔附件设计383.4.1 液体分布器383.4.2 填料支承板383.4.3 填料压板393.4.4 接管393.4.5 封头393.4.6 裙座高度393.5 硫化氢氧化塔强度校核403.5.1 基础设计条件403.5.2 内件及偏心载荷参数403.5.3 塔器附件及基础参数413.5.4 裙座参数413.5.5 地脚螺栓及地脚螺栓座423.5.6 厚度423.5.7 风载及地震载荷433.5.8 组合应力校核443.5.9 地脚螺栓及地脚螺栓座校核453.5.10 接头校核463.5.11 主要尺寸设计及总体参数463.5.12 上封头校核473.5.13 下封头校核483.5.14 内压圆筒校核503.5.15 开孔强计算51第四章 Bunsen反应器534.1 Bunsen反应器设计条件534.2 反应器计算结果554.3 Bunsen反应器强度校核56第一章 设计概述化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置，是化工生产及相关工业生产的关键设备。由于化学反应种类繁多，机理各异，因此，为了适应不同反应的需要，化学反应器的类型和结构也必然差异很大。反应器的性能优良与否，不仅直接影响化学反应本身，而且影响原料的预处理和产物的分离，因而，反应器设计过程中需要考虑的工艺和工程因素应该是多方面的。反应器设计的主要任务首先是选择反应器的型式和操作方法，然后根据反应和物料的特点，计算所需的加料速度、操作条件（温度、压力、组成等）及反应器体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸，同时还应考虑经济的合理性和环境保护等方面的要求。在反应器设计时，除了通常说的要符合“合理、先进、安全、经济”的原则，在落实到具体问题时，要考虑到下列的设计要点：（1）保证物料转化率和反应时间；（2）满足物料和反应的热传递要求；（3）注意材质选用和机械加工要求。反应器按结构大致可分为管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。表1.1 反应器简介型式适用的反应优缺点管式气相；液相返混小，所需反应器容积较小，比传热面大；但对慢速反应，管要很长，压降大釜式液相；液-液相；液-固相适用性大，操作弹性大，连续操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一，但高转化率时，反应容积大填料塔气液反应结构简单，耐腐蚀，能获得较大的液相转化率。由于气相流动压降小，降低了操作费用，但存在壁流和液体分布不均等问题，其生产能力低于板式塔板式塔气液反应具有相当的持液量，气液相界面传质，传热系数大，但结构复杂，气相流动压降大固定床气-固（催化或非催化）相返混小，高转化率时催化剂用量少，催化剂不易磨损；传热控温不易，催化剂装卸麻烦流化床气-固（催化或非催化）相；特别是催化剂失活很快的反应传热好，温度均匀，易控制，催化剂有效系数大；粒子输送容易，但磨耗大；床内返混大，对高转化率不利，操作条件限制较大移动床气-固（催化或非催化）相；催化剂需要不断再生的反应传热好，反应连续，返混小，催化剂不断循环再生；控制固体均匀下移比较困难，可能发生“贴壁”和“空腔”现象。此工艺主要涉及的反应器有碘化氢分解反应精馏塔、硫化氢氧化填料塔和Bunsen反应列管式反应器。下面对其核心设备碘化氢分解反应精馏塔和硫化氢氧化填料塔进行了选型，并对其设计过程进行了详细的说明；对于Bunsen反应列管式反应器，不进行具体设计，只将设计条件和计算结果汇成一览表。第二章 反应精馏塔设计2.1 反应器选型2.1.1 碘化氢分解反应特点碘化氢在气相液相均发生分解反应，M.Roth等指出当液相中的碘化氢浓度大于共沸组成时，氢气才有明显的分压，本项目进料组成接近于最高共沸组成，所以碘化氢主要在液相中分解，而且是可逆反应，存在反应平衡。另外，会发生碘负离子与碘单质结合形成三碘负离子的副反应，所以为提高分解效率，降低能耗，采用反应精馏塔，及时分离出产物氢气和碘，由塔顶回收利用氢气，塔底的碘和碘化氢循环到Bunsen反应再利用，避免后续分离设备的使用，节约成本。由于与填料塔比较，板式塔的持液量大，又适用于较高压力操作，所以选择板式塔。2.1.2 板式塔的塔盘种类和选型1.板式塔的塔板种类根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。2.各种塔盘的性能比较工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和使用体系，现将几种主要塔板的性能比较列表如表2.1，主要塔板性能的量化比较如表2.2。表2.1 几种主要塔板的性能比较塔盘类型优点缺点适用场合泡罩板较成熟、操作稳定结构复杂、造价高、塔板阻力大、处理能力小特别容易堵塞的物系浮阀板效率高、操作范围宽浮阀易脱落分离要求高、负荷变化大筛板结构简单、造价低、塔板效率高易堵塞、操作弹性较小分离要求高、塔板数较多舌型板结构简单、塔板阻力小操作弹性窄、效率低分离要求较低的闪蒸塔浮动喷射板压降小、处理量大浮板易脱落、效率较低分离要求较低的减压塔表2.2主要塔板性能的量化比较塔盘类型塔板效率处理能力操作弹性压降结构成本泡罩板1.01.051.0复杂1.0筛板1.21.41.430.5简单0.40.5浮阀板1.21.31.390.6一般0.70.9舌型板1.11.21.530.8简单0.50.6由上面两个表可知，筛板塔的结构简单，制造维修方便，成本低，生产能力比浮阀塔还高，塔板压力降较低，塔板效率高，合理设计的筛板塔可具有较高的操作活性，仅稍低于泡罩塔，所以本项目选择筛板塔。2.2 反应动力学碘化氢分解反应 2HIH2+I2碘化氢的分解反应的动力学可以通过三组方程式表示dH2dt=kHI2-k-1H2I2dH2dt=dI2dt-12rHI=kHI2-k-1H2I2这三组方程采用Runge-Kutta method求解，反应速率常数可以通过以下关系求解： k=Aexp-ERTk-1=A-1exp-E-1RT文献给出如下动力学参数：表2.3 动力学参数正反应指前因子A1011L/mol/s正反应活化能E184kJ/mol逆反应指前因子A-11.596107 L/mol/s逆反应活化能E-1108 kJ/mol2.3 反应精馏塔参数设计2.3.1 反应精馏塔设计条件1.模拟给出结果反应温度：176反应压力：12bar塔板数：8进料量F=51408.42kmol/h 进料摩尔组成xF,HI=0.1 xF,H2O=0.51 xF,I2=0.39塔顶组成xD,H2=0.038 xD,H2O=0.886 xD,I2=0.076塔釜组成xB,I2=0.475 xB,H2O=0.525物料进出口情况Aspen数据表如下表：表2.4 进出口流股数据表反应精馏流股数据表Temperature C200.2186.2176187.1198.3Pressure bar1212121212Vapor Frac10010Mole Flow kmol/hr3611.8857466.73856203.5917355.7945092.91Mass Flow kg/hr165049.5306712.26801140656789.56616160Volume Flow cum/hr11174.82187.6672377.68152271.22101.245Enthalpy Gcal/hr-173.21-435.172-1706.64-852.859-1462.2Mole Flow kmol/hrH2O3187.6276736.45128672.3915496.5918266.33H20.0020.001374.3820.002I2423.807730.28621946.751484.81517156.37HI0.4495584.442trace1.7132.反应操作条件运用stage composition lines（SCLs）方法设计适宜的反应精馏的回流比、再沸率、塔板数，进而确定持液量。精馏段组成关系：yn+1,i=RnRn+1xn,i+RnRn+1xD,i提馏段组成关系：xm+1,i=SmSm+1ym,i+SmSm+1xB,i在两板间进料存在组成关系：xs,m,i=xr,n+1,iys,m,i=yr,n+1,i式中，Rn=(R1D+1)ry-1rx=R1 Sm=(S1sy+1)sx-1=S1R1塔顶回流比 S1塔底再沸率由于TOT=0，则sy=1-TOTTref-1ys,m,ref1-TOTTref-1xB,ref=1，其它值同理可知为1n表示精馏段塔板，m表示提馏段塔板，i表示组分运用图解法确定反应精馏设计条件，由以上关系得到塔板组成线与组成分布的交点确定可行的设计条件，其中一个可行条件是图3.1 反应2HI=H2+I2的一个可行操作条件确定回流比为0.75，再沸率为0.086。2.3.2 反应精馏塔的持液量物料衡算关系式F=B+D-TOTTOTFxFi=BxBi+DxDi-iTOT式中 计量系数TOT=0解得反应深度TOT=413.5kmol/h B=41499.7kmol/h D=9908.72kmol/h0.8TOTr+s+f1.2TOT碘化氢反应动力学方程式r=kHI2 k-1H2I2 k=1011exp-184000RTk-1=1.596107exp-108 000RT全塔进行反应和物质分离，精馏段的各塔板持液量相等，提馏段的各塔板持液量相等由模拟结果可得精馏段两板间浓度变化取c13-c23=3.5410-3 (kmolm3)3提馏段两板间浓度变化取c13-c23=2.4110-3 (kmolm3)3r=NrrHr=44.98106c2c1c2dcHr=44.981063.5410-33Hr=2090Hrs=(Ns-1)rHs=34.98106c2c1c2dcHs=34.981062.4110-33Hs=1560Hsf=rHs=4.98106c2c1c2dcHs=4.981062.4110-33Hs=526Hs则有330.8300.8Hs+293.8Hr496.2可取Hr=0.06m3 Hs=0.08m32.3.3 反应精馏塔的塔径1.反应精馏塔基本性质参数（1）平均摩尔质量气相MDV=26.6g/mol MFV=42.02g/mol MBV=32.16g/mol 精馏段MrV=MDV+MFV2=34.31g/mol提馏段MsV=MBV+MFV2=34.31g/mol液相MDL=36.88g/mol MFL=110.04g/mol MBL=220.96g/mol 精馏段MrL=MDL+MFL2=73.46g/mol提馏段MsL=MBL+MFL2=165.5g/mol（2）气相密度rv=pMrvRT=10.96kg/m3 sv=pMsvRT=11.68kg/m3（3）液相密度D=1519.3kg/m3F=2857kg/m3B=3640kg/m3精馏段rL=D+F2=2188.2kg/m3提馏段sL=B+F2=3248.5kg/m3（4）液体表面张力D=42.18mN/mF=40.09mN/mB=35.46mN/m精馏段rL=D+F2=41.14mN/m提馏段sL=B+F2=37.78mN/m2.塔径的计算精馏段气体流量V1=(R+1)D=2057.25kmol/h液体流量L1=RD=1371.5kmol/h进料状态q=0.054提馏段气体流量V2=V1-(1-q)F=877.76kmol/h液体流量L2=L1+qF=1438.83kmol/h精馏段塔径计算：Vrh=V1Mrvrv=6440.17m3/hLrh=L1MrLrL=46.04m3/h取塔板间距HT=0.50m 板上液层高度hL=0.06m HT-hL=0.44m图3.2史密斯关联图横坐标X=LrhVrhrLrV=0.101查史密斯关联图C20=0.06C=C20(rL20)0.2=0.069最大允许气速um=CrL-rVV=0.97m/su=0.7um=0.68m/s塔径D=4Vrh36000.68=1.83m 圆整至D=2.0m提馏段塔径计算：同上Vsh=2787.34m3/h Lsh=73.30m3/h取塔板间距HT=0.50m 板上液层高度hL=0.08m HT-hL=0.42m横坐标X=LshVshsLsV=0.44查史密斯关联图C20=0.03C=C20(sL20)0.2=0.034最大允许气速um=CsL-sVV=0.56m/su=0.7um=0.39m/s塔径D=4Vsh36000.68=1.59m 圆整至D=1.60m精馏段与提馏段塔径不等但比较接近，为了便于塔设备加工，塔径取2.0m。2.3.4 反应精馏塔的塔高全塔设置三个人孔，分别在塔顶、塔釜和进料板。塔板间距HT=0.50m塔顶空间高度HD=2HT=1m进料板高度取HF=1.2m塔底空间高度HB=h1+h2塔底料液停留时间t=5min，DN=2000mm的封头容积为1.1257m3h1=4BMBt60B-V封头D2=0.55m塔底页面至最下层塔板间距取h2=1.5m则HB=0.55+1.5=2.05mH=N-1-1HT+HD+HF+HB=8-1-10.50+1.0+1.2+2.05=7.25m2.3.5 反应精馏塔的反应停留时间精馏段气体流量Vrh=V1Mrvrv=6440.17m3/h液体流量Lrh=L1MrLrL=46.04m3/h精馏段气相停留时间 rv=3600Nr（D24HT-Hr）Vrh=36004(3.142240.5-0.06)6440.17=3.4s液相停留时间 rl=3600NrHrLrh=360040.0646.04=18.8s提馏段气相体积流量Vsh=2787.34m3/h 液相体积流量 Lsh=73.30m3/h提馏段气相停留时间sv=3600Ns（D24HT-Hs）Vsh=36004(3.142240.5-0.08)2787.34=7.7s液相停留时间sl=3600NsHrLsh=360040.0873.30=15.7s2.3.6 溢流装置液体在塔板上的流动路径是由降液管的布置方式决定的。常用的布置方式有以下几种形式：U型流、单溢流、双溢流、多溢流。降液管主要有弓形、圆形和矩形三种。目前多采用弓形，因其结构简单，特别适合于塔径较大的场合。考虑分块塔板固定区域取D=2.0m，所以根据经验与工艺要求，溢流装置定为单溢流。1.弓形降液管尺寸降液管面积由化工原理（下）（叶世超等编.科学出版社）图11.19弓形降液管的参数图查得。图3.3 弓形降液管的参数对于堰长与塔内径D的比值，一般单流型可取lwD=0.60.8以保证液体在降液管中有较长的停留时间。精馏段可取lwD=0.6，提馏段取lwD=0.7因此可查得精馏段AfAT=0.055，WdD=0.1；提馏段AfAT=0.09，WdD=0.15。则：实际塔板截面积AT=4D2=3.1444=3.14m2，故：弓形降液管面积精馏段Af=0.055AT=0.17m2，提馏段Af=0.09AT=0.28m2弓形降液管宽度精馏段Wd=0.1D=0.2m，提馏段Wd=0.15D=0.3m为降低气泡夹带，液体在降液管内应有足够的停留时间以使气体从液相中分离出，一般要求不应小于35s，而对于高压下操作的塔以及易起泡的物系，停留时间应更长些，为此，必须进行校核。则液体在降液管的停留时间为精馏段 =3600AfHTLh=36000.170.546.04=6.65s3s提馏段=3600AfHTLh=36000.280.573.3=6.88s3s由于停留时间，故降液管尺寸设合理。2.溢流堰尺寸（1）溢流堰长精馏段lw=0.6D=0.62.0=1.2m提馏段lw=0.7D=0.72.0=1.4m采用平直堰，根据设计经验取液流收缩系数E=1，则堰上液层高度可由下式计算精馏段hOW=2.841000ELhlw23=2.841000146.041.223=0.032m提馏段hOW=2.841000ELhlw23=2.841000173.301.423=0.040m（2）出口堰高精馏段hw=hL-how=0.06-0.032=0.028m提馏段hw=hL-how=0.08-0.040=0.040m取降液管低隙处液体流速uoL=0.25m/s则降液管底隙高度为精馏段hO=LSlwuoL=46.04/36001.20.25=0.0426m提馏段hO=LSlwuoL=73.3/36001.40.25=0.058m2.4 反应精馏塔板流体力学验算以精馏段为例2.4.1 塔板压降塔板压降可用下式计算：hf=hd+hl+h由于筛孔气速u0=0.68m/s，通过查干板流量系数图可知C0=0.78干板压降u0=Vs0.785nd02=6440.1736000.785143740.0052=6.34m/shd=0.051vlu0C02=0.05110.962188.26.340.782=0.0169m液柱取充气系数为，则板上气液层阻力为hl=hw+how=0.40.032+0.028=0.024m液柱由于表面张力引起的阻力较小，此处忽略不计。单板压降：hf=hd+hl=0.0169+0.036=0.0529m液柱P=hfLg=0.05292188.29.81=1135.6Pa可知压降在合理范围内。2.4.2 溢流液泛校核为防止降液管液泛现象发生，需控制降液管内液层高度Hd5可见不会发生严重漏液。2.4.6 塔板负荷性能图1.气相负荷下限线即漏液线uow=4.4C00.0056+0.13hL-hl/v=4.40.780.0056+0.130.014-0=0.296m/s2.气相负荷上限线即过量液沫夹带线，根据前面液沫夹带校核可知，对于直径0.8m以上的大塔，取泛点率F1=0.8，则：0.8=1.361.8Ls+Vs10.962188.2-10.96 10.1302.889整理变形，得：VS=4.23-34.48LS雾沫夹带线为直线，由两点即可确定。3.液相负荷下限线对于平直堰，其堰上液层高度how=0.006m，就可作出液相负荷下限线hOW=2.841000E（Ls）minlw23取E=1.0，代入数值，则可求得：LSmin=0.0060.002841321.23600=1.0210-3m3/s据此方程可以作出液相负荷下限线。4.液相负荷上限线亦称气泡夹带线，液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3-5s，取3s 作为液体在降液管中停留时间的下限，则（Ls）min=HTAf=0.50.173=0.028m3/sf.液泛线由公式求得液泛线方程。已知：Hd=HT+hw=0.50.5+0.028=0.264mhOW=2.841000ELhlw23=0.591Ls23hf=hd+hlhl=hw+how=0.0128+0.236Ls23hd=0.051vlu0C02=0.0053Vs2塔板不设进口堰时，h=0.153(Lslwh0)2=0.153(Ls1.20.0426)2=58.55Ls2联立上式可得：VS2=42.11-11047LS2-156.04LS232.5 反应精馏塔机械工程设计2.5.1 塔板结构设计a.受液区和降液区：一般这两个区域的面积相等，均可按降液管截面积计；b.边缘区：在塔壁边缘留出一定宽度的环形区域供固定塔板用；c.入口安定区和出口安定区，通常宽度相等；d.有效传质区：余下的塔板上有筛孔的区域。由经验可知：（1）塔径D900mm，采用分块组装式；（2）塔径在2.5m以下，边缘宽度取WC=0.05m；（3）溢流堰前安定区宽度取0.08m，入口堰后安定区宽度取0.08m; （4）根据之前计算可知，降液管宽度为Wd=0.2m和0.3m；（5）筛孔孔径d0选择0.005m；（6）筛板厚度0.003mm；（7）筛孔排列及孔中心距，筛孔一般按正三角形排列，取孔中心距t/d0=3，则t=0.015m；（8）筛孔数计算筛孔按正三角形排列，筛孔数n计算公式n=1.155Aat2=1.1552.80.0152=14374式中，开孔区面积Aa=2.8m2（9）开孔率=0.907（d0t）2=0.907（0.0050.015）2=10.08%2.5.2 塔设备附件1.封头封头选取EHA椭圆形封头，根据公称直径2000mm，选取封头容积1.1257m3，总深度525mm，内表面面积4.4930m2，塔体和封头选材综合考虑物质特性和材料性能，选取Hastelloy C-276作为塔体和封头的材料。2.接管（1）塔顶蒸汽接管取塔顶蒸汽流速u=30m/s,提取Aspen数据V=24048.5m/h，则管径d=V36000.785u=0.532m圆整后选取管子规格为630x9mm实际流速u=V0.7853600d2=22.7m/s（2）回流管取回流液体流速u=0.3m/s，液相体积流量L=180.4m/h，则回流管径为d=L36000.785u=0.462m圆整后取管子规格为480x9mm实际流速u=L0.7853600d2=0.30m/s。（3）进料管取进料管液体流速为u=2m/s，液相体积流量为L=1980m/h，则进料管d=L36000.785u=0.592m圆整后管径630x9mm实际流速u=L0.7853600d2=1.87m/s。（4）塔底液体出料管径取料液流速为u=2m/s，液相体积流量L=2519m/h，则出料管d=L36000.785u=0.944m圆整后取管子规格1000x9mm实际流速u=L0.7853600d2=0.92m/s3.裙座（1）选材裙座材料选用Hastelloy C-276。（2）裙座的结构a裙座与筒体的连接当直径较大时，为了制造方便，裙座一般选用圆筒形，与筒体的连接采用对接，焊缝采用全焊透连续焊。焊接长度：l=2n=20mm裙座筒体上端面至塔釜椭圆封头切线距离查塔设备书得D=2000，壁厚n=10mm时，h=80mmb.裙座筒体缺口尺寸当封头厚度为10-18mm时，宽度K=100mm，半径R=50mm。c.裙座高度选用圆筒形群座，裙座高度H=2+1.5D2=3.5m4.排气管和引出管道塔内温度约176，故设置保温层，保温层的厚度为50mm，密度为300kg/m3。 塔内氢气等介质为易燃物质，故考虑裙座的防火问题，由于裙座直径大于1000mm，在裙座的内外层敷设防火层。防火层厚度50mm，防火层材料为石棉水泥层。基于以上的结构，根据系列标准，设置4个排气管，规格为，排气管距裙座筒体上部的距离为180mm。引出管公称直径为250mm时，采用卷焊管，通道内径管规格400mm。5.地脚螺栓地脚螺栓座位外螺栓做结构型式，当直径为2000mm时，数目为1220个，这里取20个。螺栓规格为，材料为16Mn。基础环的厚度为18mm。6.除沫器由于丝网除沫器具有比表面积大、重量轻、空隙率大以及使用方便等优点。特别是它具有除沫器效率高，压力降小的特点。所以这里选用丝网除沫器。7.吊柱安装在室外、无框架的整体塔设备，为了安装及拆卸内件，更换或补充填料，往往在塔顶设置吊柱。2.6 反应精馏塔机械强度校核塔设备校核计算单位天津大学硫离团队计算依据：NB/T47041-2014计算条件塔型板式容器分段数（不包括裙座）1压力试验类型液压封头上封头下封头材料名称S30403Q345R名义厚度(mm)88腐蚀裕量(mm)11焊接接头系数11封头形状椭圆形椭圆形圆筒设计压力(Mpa)设计温度()长度(mm)名义厚度(mm)内径/外径(mm)材料名称(即钢号)11.242208400202000S31668圆筒腐蚀裕量(mm)纵向焊接接头系数环向焊接接头系数外压计算长度(mm)试验压力(立)(Mpa)试验压力(卧)(Mpa)120.850.8501.451.54261内件及偏心载荷介质密度kg/m3270塔釜液面离焊接接头的高度mm4000塔板分段数12345塔板型式筛板塔板层数8每层塔板上积液厚度mm500最高一层塔板高度mm2500最低一层塔板高度mm6500集中载荷数12345集中载荷kg200集中载荷高度mm16000集中载荷中心至容器中心线距离mm5000塔器附件及基础塔器附件质量计算系数1.2基本风压N/m2550基础高度mm500塔器保温层厚度mm0保温层密度kg/m30裙座防火层厚度mm50防火层密度kg/m32000管线保温层厚度mm0最大管线外径mm600笼式扶梯与最大管线的相对位置90场地土类型III场地土粗糙度类别B地震设防烈度7度(0.15g)设计地震分组第二组地震影响系数最大值amax0.12阻尼比0.01塔器上平台总个数3平台宽度mm2000塔器上最高平台高度mm6000塔器上最低平台高度mm3000裙座裙座结构形式圆筒形裙座底部截面内径mm4200裙座与壳体连接形式对接裙座高度mm2500裙座材料名称Q345R裙座设计温度20裙座腐蚀裕量mm1裙座名义厚度mm8裙座材料许用应力MPa189裙座与筒体连接段的材料Q345R裙座与筒体连接段在设计温度下许用应力MPa189裙座与筒体连接段长度mm500裙座上同一高度处较大孔个数2裙座较大孔中心高度mm900裙座上较大孔引出管内径（或宽度）mm600裙座上较大孔引出管厚度mm10裙座上较大孔引出管长度mm200地脚螺栓及地脚螺栓座地脚螺栓材料名称Q345地脚螺栓材料许用应力MPa170地脚螺栓个数12地脚螺栓公称直径mm80全部筋板块数24相邻筋板最大外侧间距mm989.09筋板内侧间距mm140筋板厚度mm26筋板宽度mm200盖板类型整块盖板上地脚螺栓孔直径mm110盖板厚度mm40盖板宽度mm0垫板有垫板上地脚螺栓孔直径mm83垫板厚度mm28垫板宽度mm150基础环板外径mm4510基础环板内径mm3890基础环板名义厚度mm30计算结果容器壳体强度计算元件名称压力设计名义厚度(mm)直立容器校核取用厚度(mm)许用内压(MPa)许用外压(MPa)下封头882.286第1段圆筒20201.945上封头881.496裙座名义厚度(mm)取用厚度(mm)88风载及地震载荷00AA裙座与筒体连接段11(筒体)11(下封头)2233操作质量2645324316.521240.520722.420722.4最小质量22317.320180.717104.816586.716586.7压力试验时质量53137.251000.647924.716786.716786.7风弯矩1.249e+081.022e+087.815e+076.849e+076.849e+07横风向弯矩Mca(I)横风向弯矩Mca(II)顺风向弯矩(I)顺风向弯矩(II)组合风弯矩1.249e+081.022e+087.815e+076.849e+076.849e+07地震弯矩注:计及高振型时,此项按B.24计算1.431e+081.248e+081.028e+089.285e+079.285e+07偏心弯矩9.81e+069.81e+069.81e+069.81e+069.81e+06最大弯矩需横风向计算时1.841e+081.602e+081.321e+081.198e+081.198e+08垂直地震力00000应力计算35.0388.572.812.602.261.834.621.901.761.362.155.451.463.7040.96103.575.645.465.091.483.740.490.440.340.551.38st189.00189.00189.00130.40176.60B85.8085.8077.4991.2877.49组合应力校核(内压),(外压)35.3589.40许用值133.01180.13(内压),(外压)4.714.363.623.629.15许用值102.96102.9692.99109.5392.9940.03101.21许用值184.50310.506.135.905.432.035.12许用值85.8085.8085.80105.2677.4987.92222.32许用值184.50310.50校核结果合格合格合格合格合格注1:sij中i和j的意义如下i=1操作工况j=1设计压力或试验压力下引起的轴向应力（拉）i=2检修工况j=2重力及垂直地震力引起的轴向应力（压）i=3液压试验工况j=3弯矩引起的轴向应力（拉或压）st设计温度下材料许用应力B设计温度下轴向稳定的应力许用值注2:sA1:轴向最大组合拉应力sA2:轴向最大组合压应力sA3:液压试验时轴向最大组合拉应力sA4:液压试验时轴向最大组合压应力s:试验压力引起的周向应力注3:单位如下质量:kg力:N弯矩:Nmm应力:MPa计算结果地脚螺栓及地脚螺栓座基础环板抗弯断面模数mm34.02144e+09基础环板面积mm24.09035e+06基础环板计算力矩Nmm1489.3基础环板需要厚度mm7.80基础环板厚度厚度校核结果合格混凝土地基上最大压应力MPa0.14受风载时基础环板与基础表面间虚拟的最大拉应力MPa0.00受地震载荷时基础环板与基础表面间虚拟的最大拉应力MPa0.00地脚螺栓需要的螺纹小径mm0地脚螺栓实际的螺纹小径mm73.505地脚螺栓校核结果地脚螺栓承受的最大拉应力小于零,塔器可以自身稳定，地脚螺栓仅起固定作用筋板压应力MPa0.00筋板许用应力MPa0.00筋板校核结果合格盖板最大应力MPa0.00盖板许用应力MPa147盖板校核结果合格裙座与壳体的焊接接头校核焊接接头截面上的塔器操作质量kg20722.4焊接接头截面上的最大弯矩Nmm1.19779e+08对接接头校核对接接头横截面mm292362.7对接接头抗弯断面模数mm39.69809e+07对接焊接接头在操作工况下最大拉应力MPa-1.02对接焊接接头拉应力许可值MPa93.888对接接头拉应力校核结果合格主要尺寸设计及总体参数计算结果裙座设计名义厚度mm8容器总容积mm33.06199e+10直立容器总高mm11948壳体和裙座质量kg11245.4附件质量kg2249.08内件质量kg0保温层质量kg2675.38平台及扶梯质量kg6147.41操作时物料质量kg3935.77液压试验时液体质量kg30619.9吊装时空塔质量kg13494.5直立容器的操作质量kg26453直立容器的最小质量kg22317.3直立容器的最大质量kg53137.2空塔重心至基础环板底截面距离mm5651.28直立容器自振周期s0.07风载对直立容器总的横推力N26570.1地震载荷对直立容器总的横推力N20289.3操作工况下容器顶部最大挠度mm0.102235横风向塔顶振幅YT1mm0容器许用外压MPa注：内件质量指塔板质量；填料质量计入物料质量；偏心质量计入直立容器的操作质量、最小质量、最大质量中。上封头校核计算计算单位天津大学硫离团队计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力pc1.24MPa设计温度t220.00C内径Di2000.00mm曲面深度hi1000.00mm材料S30403(板材)设计温度许用应力st107.20MPa试验温度许用应力s120.00MPa负偏差C10.00mm腐蚀裕量C21.00mm焊接接头系数f1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值pT=1.25p=1.5426(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT0.90ReL=162.00MPa试验压力下封头的应力sT=110.57MPa校核条件sTsT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K=0.5000计算厚度dh=5.80mm有效厚度deh=dnh-C1-C2=7.00mm最小厚度dmin=3.00mm名义