浮阀塔设计计算说明书

1、 山东大学课 程 设 计（论 文）设计(论文)题目：乙醇水浮阀式精馏塔设计姓 名 学 院 机械工程学院 专 业 过程装备与控制工程年 级 2012 级 指导教师 唐委校 宋清华 2015 年 12 月 31 日山东大学课程设计（论文）成绩评定表学院：机械工程学院 专业：过程装备与控制工程 年级：2012级姓 名设计（论文）成绩设计（论文）题目乙醇水浮阀式精馏塔设计指 导 教 师 评 语评定成绩： 签名： 年 月 日评 阅 人 评 语评定成绩： 签名： 年 月 日答 辩 小 组 评 语 答辩成绩： 组长签名： 年 月 日乙醇-水精馏浮阀塔设计计算说明书目录目录摘 要IVAbstractV第一章

2、绪论- 1 -1.1设计背景- 1 -1.2设计任务- 1 -1.1.1设计任务概述- 1 -1.1.2设计任务书- 2 -1.3设计方案- 2 -第二章 塔总体结构设计- 3 -2.1总体结构- 3 -2.2主体尺寸- 3 -2.2.1塔高- 3 -（注：H指从基础环到上封头切线高度）- 5 -2.2.2设计参数及材料指标- 5 -2.2.3壁厚- 5 -2.3总结- 6 -第三章 塔盘设计与校核- 7 -3.1塔盘型式设计- 7 -3.2塔盘的结构设计- 7 -3.2.1塔盘结构- 7 -3.2.2浮阀- 7 -3.2.3 受液盘- 7 -3.2.4 排液孔- 8 -3.2.5 降液板-

3、8 -3.2.6 入口堰- 8 -3.2.7 出口堰- 8 -3.2.8 液封盘- 9 -3.3 塔盘的校核- 9 -3.3.1塔盘载荷计算- 9 -3.3.2塔盘边板强度校核- 10 -3.3.3通道板的强度校核- 13 -3.4总结- 15 -第四章 塔设备的强度设计与稳定校核- 16 -4.1塔体载荷分析- 16 -4.1.1质量载荷- 16 -4.1.2风载荷和风弯矩- 19 -4.1.3地震载荷- 22 -4.1.4偏心弯矩- 25 -4.1.5计算截面处载荷- 25 -将上述各截面的计算结果汇总于下表- 25 -4.1.6最大弯矩- 26 -4.2筒体的强度及稳定校核- 27 -4

4、.2.1操作工况- 27 -4.2.2液压实验- 29 -4.3裙座壳体轴向应力校核- 30 -4.3.1 裙座底部截面的校核- 30 -4.3.2检查孔中心截面的校核- 31 -4.4 本章小结- 33 -第五章 塔附件设计- 35 -5.1 保温层与保温圈- 35 -5.1.1 保温层- 35 -5.1.2 保温圈- 35 -5.2 裙座- 35 -5.2.1 裙座形式及材料- 35 -5.2.2 裙座与封头连接结构- 36 -5.2.3 地脚螺栓座- 36 -5.2.4 排气管- 36 -5.2.5 塔底接管引出孔- 37 -5.3 塔顶吊柱- 37 -5.4 除沫器- 37 -5.5操

5、作平台与梯子- 38 -5.5.1操作平台- 38 -5.5.2梯子- 39 -5.6 本章小结- 42 -第6章 裙座强度校核- 43 -6.1 基础环强度校核- 43 -6.1.1 基础环尺寸- 43 -6.1.2基础环强度校核- 43 -6.2地脚螺栓座强度校核- 44 -6.2.1 筋板强度校核- 45 -6.2.2盖板强度校核- 46 -6.3 裙座与筒体对接焊缝强度校核- 46 -6.4 本章小结- 47 -第7章 开孔及开孔补强设计- 48 -7.1开孔补强设计- 48 -7.1.1气体出口补强设计- 48 -7.1.2气体入口补强设计- 50 -7.1.3液体出口补强设计- 5

6、2 -7.1.4人孔补强设计- 54 -7.2接管及法兰选型- 56 -7.3 本章小结- 58 -参考文献- 59 -谢辞- 60 -摘 要 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备，它广泛应用于蒸馏、吸收、气提、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中。而在这之中，浮阀塔因其优良的性能成为当今应用最广泛的塔型之一。本次设计以化工设备设计手册、NB47041-2014塔式容器、GB150-2011压力容器、塔设备等为主要依据，综合考虑设计条件对塔总体结构、塔盘结构、附件结构、载荷分析、强度校核等几个方面进行了设计计算；并绘制装配图和零件图。关键词：浮阀塔；

7、设计；校核AbstractThe tower equipment is an important unit operation equipment in the chemical industry,oil refining, pharmaceutical, food and environmental protection and other industrial sectors.It is widely used in distillation,absorption,extraction,gas lift,gas washing,humidi

8、fication cooling and other unit operations.And in this,the float valve became one of todays most widely used tower type due to its excellent performance.The design mainly based on the “Chemical Equipment Design Manual”, NB47041-2014“Tower Container”,GB150-2011“Pressure Vessel” and “Tower Equipment,c

9、onsidering the design conditions to design and calculate several aspects,including the overall structure of the tower,the structure of tray,he structure of accessory,load analysis,strength check and so on;and draw assembly and parts drawings.Keyword:Floating valve tower;design;checkV第一章 绪论 本章主要对本次课程

10、设计的内容进行简单叙述，介绍设计的背景，给出并分析设计任务，确定设计方案。1.1设计背景 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备，它广泛应用于蒸馏、吸收、气提、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型及设计将越来越受到关注和重视。浮阀塔是塔设备中应用较多的一种类型，它是在20世纪50年代前后开发和应用的，并在石油、化工等工业部门代替了传统使用的泡罩塔，成为当今应用最广泛的塔型之一，并因具有优异的综合性能，在设计和选

11、用塔型时常是被首选的板式塔。浮阀塔的优点：生产能力大，比泡罩塔提高20-40%；操作弹性大，塔板效率变化小；效率高，气液接触好，雾沫夹带小；重量轻,造价低，仅为泡罩塔的60-80%。1.2设计任务 本节对本次设计的设计任务进行了简要介绍，并以表格的形式给出了设计任务书。1.1.1设计任务概述精馏塔设备设计包括工艺设计和机械设计两部分，本次设计是在化工原理课程设计即工艺设计基础上进的机械设计。依据工艺设计参数及使用条件等，从制造、安装、使用、检修等出发，进行结构的设计，并对其强度、刚度、稳定性等进行校核，以保证设备的安全运行。1.1.2设计任务书表1-1 设计任务书1.3设计方案本设计主要依据化

12、工设备设计手册、NB47041-2014塔式容器、GB150-2011压力容器、塔设备等进行以下方面的设计：塔的总体结构设计、塔盘结构设计与校核、塔体载荷分析、塔体校核计算、塔设备零部件设计、地脚螺栓座校核计算、塔体开孔与补强设计等。下面将针对以上内容逐章节展开。第二章 塔总体结构设计 本章主要对塔的总体结构进行初步的设计，确定塔大致结构，并参考塔设备、过程设备设计等文献确定塔的主体尺寸如塔高、壁厚等。2.1总体结构该设计主体塔的总体结构如总装图所示，包括封头、筒体、裙座、塔盘、塔附件、塔内件、开孔与接管等。2.2主体尺寸 本节主要根据塔设备、过程设备设计等文献确定塔的高度、壁厚等主体尺寸。2

13、.2.1塔高 本条主要是根据塔设备等书确定塔、筒体等部分的高度。2.2.1.1封头高度封头为椭圆标准封头。塔内径，取直边段高度为。由文献1,1314可知，封头深度为，其结构形式如图2-1所示。图2-1 椭圆标准封头2.2.1.2塔顶空间塔顶空间是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般取1.21.5m。此次设计中，塔顶空间取值为。2.2.1.3人孔布置在塔顶空间、精馏段、进料板处、塔底空间各布置一个人孔，即人孔数目。2.2.1.4塔板间距根据设计条件可得，普通塔板间距为，人孔处塔板间距为。对于进料板处，此处开人孔，故塔板间距也为700mm。2.2.

14、1.5塔底空间塔底空间是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线处的距离。由设计条件可得，塔底液柱高度为2000mm；塔底液面至最下层塔板之间留12m的间距，本次设计取为1375mm，则塔底空间高度为2.2.1.6裙座高度由设计条件可得，裙座高为2.2.1.7塔体总高（注：H指从基础环到上封头切线高度）2.2.1.8塔主体高 2.2.2设计参数及材料指标设计压力，设计温度取，塔底液柱静压力为0.02Mpa。由于0.02Mpa <5%×0.9Mpa，故液柱静压力可忽略不计。 根据设计条件，筒体和封头材料均为16MnR（Q345R），由文献3,43，假设壁厚为316mm，设计温度t=12

15、0下，材料的许用应力，。2.2.3壁厚 本条主要根据过程设备设计等书确定筒体、封头的壁厚。2.2.3.1筒体壁厚 由文献3,1314可知，焊接接头系数可取。由文献4,1可知，B类偏差固定负偏差为；由文献5,115可知，腐蚀裕量可取。筒体计算厚度为 （2-1）筒体设计厚度为设计厚度加上厚度负偏差，并进行圆整，取筒体名义厚度为筒体有效厚度2.2.3.2封头壁厚 焊接系数，厚度负偏差，腐蚀裕量。封头计算厚度为 (2-2)封头设计厚度设计厚度加上厚度负偏差，并进行圆整，取封头名义厚度为封头有效厚度2.3总结本章根据设计任务给定的条件并参考相关标准，确定了塔高、塔体壁厚等主体结构尺寸，初步设计了塔的总体

16、结构。第三章 塔盘设计与校核 本章主要是对塔盘型式及结构的设计和校核，并选取了相应的塔盘附属部件，主要参考的文献有塔设备、化工设备设计手册、GB150-2011压力容器、NB/T47041-2014塔式容器、SH/T3088-2012石油化工塔盘技术规范等。3.1塔盘型式设计由文献6,10341035可知，塔径为1000mm800mm，故选用单液流程分块式浮阀塔盘；塔盘材料无特别说明，选用16MnR；塔盘板厚度为4mm，降液板厚度4mm。3.2塔盘的结构设计 本节主要依据化工设备设计手册、GB150-2011压力容器、NB/T47041-2014塔式容器、SH/T3088-2012石油化工塔盘

17、技术规范等文献，对塔盘的尺寸、结构、附件等进行设计。3.2.1塔盘结构整个塔盘分为1块塔盘通道板（宽度450mm）、2块切角塔盘边板，共3块。具有结构见塔盘部件图。3.2.2浮阀 为减少漏液，选用重阀；材料选用0Cr18Ni9；由文献7,2可知，浮阀标记为F1Z-4B，其基本参数如表3-1所示。表3-1 F1Z-4B型浮阀3.2.3 受液盘应为所操作物料黏度小，不易结晶，并且塔径较大。考虑到凹形受液盘对流体有缓冲作用，可降低塔盘入口处的液封高度，使液流平稳，有利于塔盘入口处更好的鼓泡。故受液盘形式采用凹形受液盘。相关尺寸见图纸。3.2.4 排液孔又称为泪孔。为停工检修时排液之用。为减小正常操作

18、时对塔板效率的影响，此孔通常开在塔盘的溢流堰附近，对受液盘、液封盘，不论其面积大小，至少应开设一个的排液孔。据此在每个受液盘、液封盘上开设两个的排液孔，其定位尺寸见零件图。3.2.5 降液板降液面积比塔盘面积>12%时采用倾斜式降液板，本设计中面积比为9.8%<12%，所以采用凹形受液盘，但仍采用垂直式式降液板。与塔体连接形式采用分块式连接结构：取降液板总高度，因，为便于通过人孔，采用分块式连接结构。降液板厚度取与塔盘板等厚，。3.2.6 入口堰受液盘采用凹形受液盘，降液板高度比较大，为避免入口堰与见夜班间隙过小导致液流速度过大，不设入口堰。3.2.7 出口堰（1） 椭圆形封头壁厚

19、出口堰形式 出口堰形式采用可调（高度）式平堰。（2） 出口堰板结构尺寸取出口堰高度，厚度与塔盘板等厚，；出口堰板高度；出口堰板长度与降液板等长。3.2.8 液封盘（1）液封盘结构形式液封盘结构形式采用可拆连接结构。（2）受液盘结构尺寸受液盘厚度同样取4mm，据前所述，液封盘上开设两个的排液孔。3.3 塔盘的校核3.3.1塔盘载荷计算 塔盘边板面积，通道板面积,塔盘板面积根据SH/T 3088-2012石油化工塔盘技术规范表5.4.1进行计算1000均布载荷等于溢流堰高+50的水静压 水柱高塔盘上液层引起的集中载荷等于二倍溢流堰高的液相介质静压 液相高度塔盘板上100液相介质静压所以，取最大值1

20、000塔盘板质量载荷（均布载荷）塔盘板的质量：浮阀的质量：卡子的质量：螺栓的质量：所以，安装和检修是，在塔盘中心半径为r的小圆面积内作用1150的载荷3.3.2塔盘边板强度校核塔盘板的俯视图如下图（3-1）所示： 图3-1 塔盘边板截面视图如下（3-2）所示： 图3-2 塔盘边板将此塔盘板作为一个形状如截面，跨度为的简支梁计算，校核操作条件下的应力与挠度，以及安装检修的应力。梁的截面由I、II和III三个矩形断面组合而成。（1）确定截面的中性轴位置图形面积形心至轴距离静矩 I 932 62II 156 58III 240 30总和利用表中计算结果，求出截面的中性轴距轴距离（2）截面对轴的组合惯

21、性矩，列表如下图形形心至轴距离面积各截面对于与轴平行的自身中性轴的惯性矩I93236406.25II156789.75III240159125总和由惯性矩平行轴原理求得组合惯性矩 （3-4）(3)在操作条件下，塔盘板承受的均布载荷和塔盘板自重塔盘板承受载荷：载荷集度： （3-5）塔盘板中心处承受最大弯矩，产生最大应力和最大挠度 （2-6）（3-7）（3-8）校核合格(4)检修条件下，塔盘板在任一点承受1150的集中载荷，塔盘板的受载如下图（3-3）所示图（3-3）塔盘载荷集中载荷：均布载荷：载荷集度：集中载荷在处产生最大弯矩： （3-9）塔盘板自重在处产生最大的弯矩： （3-10）则最大弯矩为

22、： （3-11）校核合格3.3.3通道板的强度校核校核前将通道板简化为简支梁查规范SHT 3088-2012有如下表1.40.07700.45180.78901.50.04830.48720.8320由插入法可知塔盘开孔示意如下图（3-4）：图3-4 塔盘开孔图，塔盘板开孔削弱系数 （3-13）操作工况下，通道板承受均布载荷弯曲应力为： （3-14）挠度： （3-15）校核合格3.4总结 本章对塔盘的型式与结构进行了设计，并对塔盘零部件进行了设计计算，最后对塔盘的载荷进行了分析并进行了校核，并且校核安全。第四章 塔设备的强度设计与稳定校核 本章先是对塔体的各种载荷进行分析计算，然后对筒体、裙座

23、及其连接结构进行强度与稳定校核，对裙座各零部件进行强度计算，主要参考的文献有NB/T47041-2014塔式容器、化工设备设计手册、GB150-2011压力容器等。4.1塔体载荷分析 本节主要是对塔体所受的载荷和弯矩进行分析计算，包括质量载荷、风载荷、地震载荷、偏心距、最大弯矩等，主要参考了NB/T47041-2014塔式容器、化工设备设计手册等文献。4.1.1质量载荷 相关符号解释如下：-塔体、裙座质量-塔内件质量-保温材料质量-操作平台及扶梯质量-操作时物料质量-塔附件质量-水压试验充水质量-偏心质量4.1.1.1封头、塔、体裙座质量查JB/T 47462002，每个封头质量为72.1。塔

24、体、裙座的质量为： （4-1）4.1.1.2塔内构件质量浮阀塔盘单位面积质量为75，总塔盘数为23，塔内件质量为：4.1.1.3保温材料质量封头保温层体积 （4-2）单个封头保温层质量 。保温层总质量 （4-3）4.1.1.4平台、扶梯质量在塔体的人孔处安装操作平台，共4层，平台宽，包角180°，平台与保温层间隙，扶梯总高度，距地面2以上设计为笼式扶梯，2以下为开始扶梯，平台重 （4-4）4.1.1.5操作时塔式容器内介质质量出口堰高，塔板上液层高度，塔盘持液高度。查国标JB/T 47462002钢制压力容器用封头,，标准椭圆封头 （4-5）4.1.1.6人孔、接管、法兰等附属件质量

25、4.1.1.7偏心质量取偏心质量，偏心距4.1.1.8水压试验时充水质量（4-6）4.1.1.9各种工况下的质量载荷 塔在正常操作时的质量（4-7）塔在水压试验时的最大质量（4-8）塔在停工检修时的最小质量 （4-9）4.1.2风载荷和风弯矩 本条是对塔体所受风载荷和风弯矩的分析计算。4.1.2.1塔高分段沿塔高将塔分为5段，从塔底部起，第1段为00.9,第2段为0.92，第3段为27，第4段为712，第5段为12以上部分。各段数据如下表：表4-2 塔高分段数据（kg）质量12345367.09448.672039.412039.412100.5900294.52589.04471.24029

26、350.6350.6372.591822967.93967.93 1703.860111.31435.3534.1427.30130.93927.03927.03979.400001000385.09610.975087.764481.085075.58385.09630.577579.467893.989627.68385.09499.673416.8443475.7845271.286塔段长度9001100500050005150塔段中心距地面距离45014504500950014575人孔/平台数00112塔板数0051064.1.2.2塔的自振周期查标准GB.150.2-2011固定式

27、压力容器表B-13,在设计温度（120）下，Q345的弹性模量，由JB 4710-2005钢制塔式容器公式有 (4-10)4.1.2.3水平风力计算塔第i段所受的水平风力（4-11）（1） 基本风压（2） 高度变化系数查表得各段高度变化系数如下： 因设备安装在城市郊区，故地面粗糙度类别为B类。各段距地面高度（顶端），查风压高度变化系数表，由内插法可得：，（3） 体型系数对西昌的圆柱形塔体结构，体型系数（4） 风振系数对塔高的塔设备，取（5） 塔设备迎风面的有效直径笼式扶梯与塔顶管线布置成180°，则 （4-12）塔设备段等径 各段保温层的厚度 塔顶管线外径 管线保温层的厚度 笼式扶梯

28、的当量宽度 操作平台的当量宽度 （4-13）所以，, （4-14）所以各段风力为： （4-15）4.1.2.4风弯矩（1）0-0截面风弯矩(4-16)（2）I-I截面风弯矩 （4-17） （3）II-II截面风弯矩（4-18）4.1.3地震载荷4.1.3.1水平地震力此处不再计算水平地震力，在计算地震弯矩时可以用其他方法进行。4.1.3.2垂直地震力地震烈度为8级的塔式容器应考虑上下两方向的垂直地震力。垂直地震力影响系数的最大值 （4-19）塔设备的当量质量塔式容器底截面处总的垂直地震力 （4-20）把塔设备分为五段，n=5，如下图（4-1）所示：图4-1 塔体分段图任意质量处所分配的垂直地震

29、力为 （4-21） 每段的垂直地震力如下表所示：表4-3垂直地震力分段12345各段质量mi (kg)385.09610.975087.764481.085075.58质心高度hi (m)0.451.454.59.514.575173.29885.9122894.9242570.2673976.58140500.96 (N)15.7280.372076.933861.796710.844.1.3.3地震弯矩设计温度为120，查GB 150-2011固定式压力容器第2部分GB150.2-2010附录B表B-13，Q345R的弹性模量Et=195000MPa。塔的基本自振周期 （4-22）本设计，

30、塔所在地区为北京东城，场地类型为类，地震烈度为8级，设计基本地震加速度值为0.20g，根据GB 50011-2010 建筑抗震设计规范附录A得设计地震为第一组，查NBT 47041-2014塔式容器表9得场地土的特性周期=0.35。根据NBT 47041-2014塔式容器取一阶振型阻尼比则衰减指数（4-23）阻尼调整系数 （4-24）地震烈度为8级，查NBT 47041-2014塔式容器表8得地震影响系数的最大值，则按第一阶振型计算的地震影响系数 （4-25）塔体分段如图4-1所示，总塔高H=17150mm=17.15m，塔的危险截面为裙座底端截面0-0截面，裙座上检查孔截面-截面，裙座与筒体

31、的焊接截面-截面。各截面据地面的距离分别为H0=0，H1=900mm=0.9m，H2=2000mm=2m.因为，故需要考虑高振型影响，查NBT47041-2014塔式容器计算各截面的地震弯矩如下：0-0截面 （4-26） -截面 （4-27）-截面 (4-28)4.1.4偏心弯矩取偏心距，偏心弯矩 （4-29）4.1.5计算截面处载荷将上述各截面的计算结果汇总于下表截面风弯矩地震弯矩偏心弯矩0-0I-III-II4.1.6最大弯矩4.1.6.1正常操作或停工检修工况计算截面处最大弯矩取大值（1）0-0截面 （4-30）（2）I-I截面 （4-31）（3）II-II截面 （4-32）4.1.6.

32、2液压试验取最大弯矩 （4-33）液压试验时，各截面最大弯矩：将上述结果汇总与下表：工况0-0I-III-II正常操作及停工检修液压试验4.2筒体的强度及稳定校核 本节是对塔体各部分包括筒体、裙座、筒体与裙座连接处在操作工况和液压试验情况下的强度与稳定校核。4.2.1操作工况本条是对筒体在操作工况和液压试验情况下的强度与稳定校核。 由内压引起的轴向应力 （4-34）由重力和垂直地震力引起的轴向应力，根据JB4710 8-27 （4-35）II-II截面以上塔设备承受的质量 （4-36）II-II截面以上的地震力 （4-37） （4-38）最大弯矩引起的轴向应力 （4-39）4.2.1.1筒体轴

33、向应力许用轴向拉应力，, （4-40）对内压塔式容器校核合格。 （4-41）许用轴向压应力查JB4710 8-29取小者 （4-42）查GB 150固定式压力容器图4-4 得 （4-43）最大组合压应力， （4-44）校核合格。4.2.2液压实验水压试验所加压力 （4-45）水压试验引起的轴向应力 （4-46）重力引起的轴向应力 （4-47）II-II截面以上塔设备液压试验时承受质量 （4-48） （4-49）最大弯矩引起的轴向应力 （4-50）（1）轴向拉应力校核 （4-51）校核合格。（2）轴向压应力校核取小值，（4-52） （4-53）综合以上计算结果，筒体的强度满足要求。4.3裙座壳体

34、轴向应力校核4.3.1 裙座底部截面的校核裙座名义厚度ns=8mm，有效厚度es=ns-C1-C2=8-2-0.3= 5.7mm。 （4-54）裙座壳为圆形，则A=0.094Ri/es=0.094500×5.7=0.0010716。（4-55）查GB150-2011图4-5得B=115MPa。操作工况时轴向许用应力，cr=KB=1.2×115=138MPaKst=1.2×147=176.4MPa 取cr=138MPa（4-56）液压试验时轴向许用应力，cr=B=115MPa0.9ReL=0.9×235=211.5MPa 取cr=115MPa(4-57)0

35、-0截面（裙座底部截面）0-0截面的抗弯截面系数Zsb=4Dis2es2=4×10002×5.7=4.477×106mm3 （4-58）0-0截面的面积Asb=Dises=×1000×5.7=1.791×104mm2 （4-59）4.3.1.1操作工况Mmax0-0Zsb+m00-0g+Fv0-0Asb=2.08×1054.477×106×103+16657.05×9.81+12745.641.791×104=56.29MPa（4-60）小于许用应力cr=138MPa；校验合格。4.3

36、.1.2水压试验0.3Mw0-0+MeZsb+mmaxgAsb=0.3×1.72×105+68674.477×106×103+26096.64×9.811.791×104 =28.45MPa（4-61）小于许用应力cr=115Mpa；校验合格。综上，裙座底截面满足强度要求。4.3.2检查孔中心截面的校核计算截面如下图（4-2）所示：图4-2检查孔裙座上设置两个A型检查孔，相关尺寸如下：lm=250mm,bc1=450mm,取m=10mm。加强管面积 Am=2lmm=2×250×10=5000mm2裙座壳截面面积 A

37、sm=Dises-m+2mm-Am=×1000×5.7-2×10+2× 10×10-5000=2.731×104mm2 （4-62）裙座壳的抗弯截面系数Zm=2eslmDis22-bc122=2×5.7×250×100022-45022=1.273×106mm3（4-63）Zsm=4Dis2es-bc1Dises2-Zm=4×10002×5.7-2×450×1000×5.72-1.273×106=4.458×106mm3（4-

38、64）4.3.2.1操作工况Mmax1-1Zsm+m01-1g+Fv1-1Asm=1.92×1054.458×106×103+15255.39×9.81+12729.932.731×104=49.01MPa（4-65）小于许用应力cr=138MPa；校验合格。4.3.2.2水压试验0.3Mw1-1+MeZsm+mmax1-1gAsm=0.3×1.55×105+68674.458×106×103+25692.09×9.812.731×104 =22.30MPa（4-66）小于许用应力cr

39、=115MPa；校验合格综上检查孔截面强度和稳定性满足要求。4.4 本章小结本章对塔体所受的质量载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷进行分析计算，并计算出各种载荷对危险截面的弯矩。进而对塔体的三个危险截面在各种工况下进行强度校核，通过校核，所设计的塔满足强度要求。第五章 塔附件设计 本章主要对塔的零部件进行设计和选型。其中零部件包括：保温层、保温圈、裙座、塔顶吊柱、除沫器、操作平台和梯子等。5.1 保温层与保温圈5.1.1 保温层塔内操作温度大于环境温度，且不允许塔壁散热或防止高温塔壁烫伤人体，塔体需设置保温层。从设计中可知应设置保温层。保温层材料选用岩棉，厚度为，密度为200kg/m3。5.1.

40、2 保温圈为支撑保温层，塔体上须设置保温支持圈。保温圈材料选用Q235A，单个保温圈由几个环块组成，具体尺寸见零件图。保温圈与塔体直接焊接，类型分为塔顶保温圈、塔体保温圈及塔底封头保温圈三类。塔顶保温圈置于塔顶距封头焊缝一定尺寸处（见零件图）；塔体保温圈最底层置于裙座与封头焊缝线以下400mm处，之间各块间距33.5m。5.2 裙座5.2.1 裙座形式及材料裙座采用圆筒形裙座结构，材料选用Q235-AF。5.2.2 裙座与封头连接结构5.2.2.1 连接形式采用焊接连接，接头形式采用对接接头，焊缝为全焊透连续焊，且与塔底封头外壁圆滑过渡。5.2.2.2 连接处尺寸裙座内径和厚度均与壳体相等，D

41、is=1000mm，dns=8mm。裙座顶部到底封头切线的距离：查NBT 47041-2014 塔式容器，取h=39mm。5.2.3 地脚螺栓座5.2.3.1 地脚螺栓座形式地脚螺栓座形式采用外螺栓结构形式，包括有筋板、盖板、垫板等零件。5.2.3.1地脚螺栓座结构尺寸根据SHT 3098-2011 石油化工塔器设计规范，选用A型地脚螺栓座，结构尺寸如下： 表5-1地脚螺栓座尺寸(mm)螺栓规格ABC(D)L3L1LsL4d2d3d4M36X42507060（230）85162216160130803950505.2.4 排气管裙座上端与底封头对接焊缝以下400mm高度内设置有保温层，因此，应

42、在裙座上设置排气管。查化工设备设计手册表11-22，排气管规格选用钢管，数量为2。排气管中心至裙座筒体上端距离H2=b2+dsi；查化工设备设计手册表11-23，取封头参数b2=220mm，H2=320mm。5.2.5 塔底接管引出孔塔体底封头处液体出口接管需伸出裙座壳壁外，故应在裙座上设置引出孔。查化工设备设计手册表11-24，引出管规格为1084，引出孔规格取213×8（引出管不保温）。查化工设备设计手册表11-25，取引出孔中心至封头切线高度H=900mm，在介质温度（t=120）下，取支撑板与引出管间隙C=2mm。5.3 塔顶吊柱根据起吊载荷重量和塔径，选用HG/T21639

43、塔顶吊柱标准化吊柱，最大起吊载荷，取W=500kg10。综上，根据标准，选用塔顶吊柱标记为11：塔顶吊柱 G=500 S=1200 HG/T21639-2005 吊柱材料选用20号无缝钢管。5.4 除沫器除沫器选用丝网除沫器。根据人孔设置在除沫器下方的条件，采用下装式除沫器，气液过滤网型式采用SP型。丝网及格栅、支撑件材料均选用Q235A。根据塔内径，查HG/T21618-1998丝网除沫器表5.0.1.6，将丝网除沫器主要外形尺寸列于表5-212：表5-2 丝网除沫器主要外形尺寸/mm公称直径DNHH1D1000150226920其标记为：HG/T21618 丝网除沫器 X1000-150

44、SP Q235A/Q235A5.5操作平台与梯子5.5.1操作平台依据GB4053.3-2009 选择防护栏杆和平台钢材为Q235-B。塔外径Do= 1000mm,根据HG/T 21543-2009，塔周围平台有1000mm、1200mm两种宽度。查SHT 3098-2011 石油化工塔器设计规范，取平台宽度W=1200mm。因为塔外布置100mm保温层，取平台内边缘距塔壁150mm。平台标高：平台距人孔中心线800mm。铺板采用6mm厚花纹钢板。根据HG/T 21543-2009，每1.4左右钢板上钻 mm小孔，以利于排水。取每块铺板钻一个孔。采用在托梁中部设置一道60x6加劲板。据HG/T

45、 21543-2009表6，5-1 塔周围圆形钢平台托台选用表（二）XTJ-12-2b选取平台托架为悬臂式托架。依据GB4053.3-2009 因为平台高度在2m和20m之间，取栏杆高度1050mm。采用L50X5立柱，依据GB4053.3-2009 立柱间隙不大于1000mm。，取平台外圆形边缘立杆5根。依据HG/T 21543-2009扶手采用38x2.5钢管。依据GB4053.3-2009 取在扶手和脚踢板之间设置2道中间栏杆 选择30x4的扁钢。栏杆与上下间隙不应小于500mm。依据HG/T 21543-2009 取从上至下间隙为350、300、390。脚踢板采用100x5 规格。依据

46、GB4053.3-2009 因为需要排水取脚踢板与平台间隙6mm。5.5.2梯子5.5.2.1直梯设计依据HG/T 21543-2009 每个直梯段长度小于8米，支撑点间距小于等于3米，取2米。（1） 开式段 依据GB 4053.1-2009 材料为Q235-B 直梯第一踏棍距基准面400mm，相邻踏棍间距300mm ，直径20mm；梯梁L63X6 间距500mm；直梯高2000 在，底部和1000处设置承撑。（2）笼式段护笼采取圆形结构，直径取700mm；护笼取5根立杆间距相等 选用 40x5规格；水平笼箍选用50x5规格，垂直间距取600mm；护笼顶栏38x2.5钢管；依据护笼底部距离地面

47、不小于2100mm，取2100mm。5.5.2.2梯子的校核图5-1梯子将踏棍简化为两端固定的梁，如图（5-2）其中。图5-2 踏棍受力其中点挠度公式为 （5-1）依据GB 4053.1-2009踏棍设计载荷按在中点承受P=1kN垂直集中载荷计算。其中点挠度不得超过踏棍长度的1/250。踏棍材料选择Q235B，直径为20mm。其在20下的弹性模量E=。圆形踏棍的，其中踏棍直径D=20mm，则为168mm。 依据GB 4053.1-2009踏棍设计载荷按在中点承受P=1kN垂直集中载荷计算。其中点挠度不得超过踏棍长度的1/250。 （5-2）梯子强度的校核：两端固定梁的弯矩简图如图（5-3）图5

48、-3 梁弯矩图其中最大弯矩；最大正应力，圆形截面；则 （5-3）经查Q235B在常温条件下的许用应力因此该踏棍满足要求。5.6 本章小结本章通过查阅相关参考书和标准，设计选取了了塔的部分零部件。零部件包括：保温层、保温圈、裙座、塔顶吊柱、除沫器。其中标准件选取如下：塔顶吊柱 G=500 S=1200 HG/T21639-2005。丝网除沫器 HG/T21618 丝网除沫器 X1000-150 SP Q235A/Q235A第6章 裙座强度校核基于第4章的计算数据和第5章的地脚螺栓的选型，本章首先设计基础环，并校核；其次对地脚螺栓座进行强度校核；最后对裙座与筒体之间的对接焊缝进行强度校核。6.1 基础环强度校核6.1.1 基础环尺寸根据前章中对裙座地脚螺栓座的设计：基础环外径 Dob=Dis+216=1216mm； （6-1）基础环内径 Dib=D