浮阀塔的结构与机械设计

1、化工原理课程设计浮阀塔的机械与结构设计设计者: 指导老师:专业名称: 化学工程与工艺学院:化学与化工学院目录第一章符号说明2第二章设计参数及要求22.1 设计参数22.2 设计要求2第三章塔体的结构设计与计算23.1 按计算压力计算塔体、封头和裙座厚度23.1.1 塔体厚度的计算23.1.2 封头厚度计算23.1.3 裙座厚度计算23.2 塔设备质量载荷计算23.2.1 筒体、封头、裙座的质量23.2.2 塔内构件的质量23.2.3 保温层的质量23.2.4 平台、扶梯的质量23.2.5 物料质量23.2.6 附属件质量23.2.7 水压试验时质量2偏心质量23.2.9 质量汇总23.3 风载

2、荷与风弯矩的计算23.3.1 风载荷的计算23.3.2 风弯矩的计算23.4 地震载荷与地震弯矩的计算23.4.1 地震载荷的计算23.4.2 地震弯矩的计算23.5 偏心弯矩的计算23.6 最大弯矩23.7 各种载荷引起的轴向应力23.7.1 计算压力所引起的轴向应力23.7.2 操作质量所引起的轴向应力2最大弯矩引起的轴向应力23.8 塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核2筒体的强度与稳定性校核2塔体与裙座的稳定性校核23.9 塔体水压试验和吊装时的应力校核23.9.1 水压试验时各种载荷引起的应力23.9.2 水压试验时应力校核23.10 基础环设计23.10.1 基础环尺寸23.10.2

3、 基础环的应力校核23.10.3 基础环厚度23.11 地脚螺栓的计算2地脚螺栓承受的最大拉应力23.11.2 地脚螺栓的螺纹小径2第四章设计小结2参考文献2第一章符号说明符号符号说明系数，按照GB150相关章节，Mpa塔设备壳体内直径，mm基础环内直径，mm塔设备壳体外直径，mm基础环外直径，mm裙座壳体底部截面的外直径，mm塔顶管线外径，mm设计温度下材料的弹性模量，Mpa风压高度变化系数，高度取各计算段顶截面的高度塔设备底截面处的垂直地震力，N塔设备任意计算截面I-I处垂直地震力，N集中质量mK引起的基本振型水平地震力，N重力加速度，取g=9.81m/s2塔设备高度，mm塔设备顶部至第i

4、段底截面的距离，mm塔设备第i段顶截面距塔底截面的高度，m第i段集中质量距地面的高度，mm、第i计算段，第i-1计算段的截面惯性距，载荷组合系数，取K=1.2体型系数，取笼式扶梯当量宽度，当去确切数据时，可取=400mm操作平台当量宽度，mm偏心质点重心至塔设备中心线的距离，mm第i计算段长度，mm操作平台所在计算段的长度，mm人孔，接管，法兰等附属件质量，kg偏心质量，kg塔设备操作质量，kg液压试验时，塔器内充液质量，kg塔设备壳体和裙座质量，kg内件质量，kg保温材料质量，kg平台，扶梯质量，kg操作时塔内物料质量，kg塔设备第i计算段的操作质量，kg距地面hk处的集中质量，kg塔设备的

5、当量质量，取，kg任意计算截面I-I以上塔式容器的操作质量，kg任意计算截面I-I的基本振型地震弯矩，N.mm底截面0-0处的基本振型地震弯矩，N.mm任意计算截面I-I处的风弯矩，N.mm底截面0-0处的风弯矩，N.mm任意计算截面I-I处的最大弯矩，N.mm基本风压值，N/m2地震影响系数对应于塔设备基本振型自振周期T1的地震影响系数地震影响系数的最大值基础环计算厚度，mm圆筒的有效厚度，mm封头的有效厚度，mm各计算截面的圆筒的有效厚度，mm裙座的有效厚度，mm圆筒的名义厚度，mm封头的名义厚度，mm裙座的名义厚度，mm管线保温层厚度，mm圆筒保温层厚度，mm由压力引起的轴向应力，Mpa

6、由垂直载荷引起的轴向应力，Mpa由弯矩引起的轴向应力设计温度下圆筒材料的许用轴向压应力，Mpa试验介质的密度，kg/cm3第二章设计参数及要求2.1 设计参数表2-1 浮阀塔设备设计参数设计参数及要求工作压力/MPa1.0塔体内径/mm1000设计压力/ MPa1.20塔高/m14.48工作温度/100设计寿命/a10设计温度/150浮阀（泡罩）规格/个数介质名称CH3CH2OH,H2O浮阀（泡罩）间距mm介质密度/（kg/m3）800保温材料厚度/mm110设计基本地震加速度0.4g保温材料密度/（kg/m3）350基本风压/（N/m2）400塔盘上存留介质层高度/mm50抗震设防烈度7壳体

7、材料Q235-B场地类别内件材料06Cr19Ni10塔形裙座材料Q235-B塔板数目/个27偏心质量/kg4000塔板间距/mm400偏心距/mm2000地面粗糙度（类）B2.2 设计要求塔体每4.25m安装一层操作平台，平台宽1.0m，单位质量150kg/m3，包角360°。焊接接头系数0.85，壳体厚度附加量3mm，裙座厚度附加量2mm。第三章塔体的结构设计与计算3.1 按计算压力计算塔体、封头和裙座厚度3.1.1 塔体厚度的计算计算压力，。圆筒的计算厚度：名义厚度：有效厚度：。3.1.2 封头厚度计算封头的计算厚度：名义厚度：有效厚度：。3.1.3 裙座厚度计算裙座厚度也取。3

8、.2 塔设备质量载荷计算计算前先对塔进行分段，以地面为0-0截面，裙座人孔为1-1截面，塔底封头焊缝为2-2截面，塔板间第一个人孔为3-3截面，塔板间第二个人孔为4-4截面，塔板间第三个人孔为5-5截面，塔顶为6-6截面。表3-1 塔体分段长度0-11-22-33-44-55-61500240027154250425029903.2.1 筒体、封头、裙座的质量塔与裙座总高度：钢材的密度：圆筒壳、裙座和封头质量：表3-2塔体分段质量0-11-22-33-44-55-6373.4597.5675.91058.11058.1744.43.2.2 塔内构件的质量浮阀塔塔盘单位质量(参考化工设备机械基础

9、，大连理工大学出版社)塔内构件的质量：表3-3塔内构件分段质量0-11-22-33-44-55-600176.6588.8588.8235.53.2.3 保温层的质量保温层密度：则保温层质量：表3-4温层分段质量0-11-22-33-44-55-600370.9580.6580.6408.53.2.4 平台、扶梯的质量平台单位质量，笼式扶梯单位质量。则：表3-5平台、扶梯分段质量0-11-22-33-44-55-660961038.41121.41121.41071.03.2.5 物料质量板上液层高度，介质平均密度则物料质量：表3-6操作物料分段质量0-11-22-33-44-55-60010

10、5.9353.2353.2141.33.2.6 附属件质量依经验取：表3-7附件分段质量0-11-22-33-44-55-693.4149.4169.0264.5264.5186.13.2.7 水压试验时质量表3-8充水分段质量0-11-22-33-44-55-6002123.33336.23336.22347.2偏心质量偏心质量：表3-9偏心分段质量0-11-22-33-44-55-604006000003.2.9 质量汇总塔器操作质量：塔器最大质量：塔器最小质量：表3-10质量汇总表塔段号0-11-22-33-44-55-6塔体分段质量373.4597.5675.91058.11058.1

11、744.4塔内构件分段质量00176.6588.8588.8235.5保温层分段质量00370.9580.6580.6408.5平台、扶梯分段质量60961038.41121.41121.41071.0操作物料分段质量00105.9353.2353.2141.3附件分段质量93.4149.4169.0264.5264.5186.1充水分段质量002123.33336.23336.22347.2偏心分段质量0400600000操作时分段质量526.81242.93136.73966.63966.62786.8最大质量26020.4kg最小质量14869.5kg3.3 风载荷与风弯矩的计算3.3.

12、1 风载荷的计算（1）风载荷计算公式查化工设备机械基础P402风载荷的计算，可得计算公式：式中：体形系数，对圆筒形容器，；10m高处基本风压值，；风压高度变化系数；计算段长度；塔的有效直径，设笼式扶梯与塔顶管线成90°；风振系数，由于塔高，取（2）有效直径的计算当笼式扶梯与塔顶管线成90°，取下列公式中较大者：其中，mm（3）计算结果表3-11 风载荷的计算结果塔段号0-11-22-33-44-55-6li/mm150024002715425042502990q0/(N/m)400fi(B类)1.01.01.01.01.141.25Dei/mm191019102536.62

13、270.62270.61910Pi/N1363.742128.983420.374815.935490.133397.993.3.2 风弯矩的计算（1）0-0截面（2）1-1截面（3）2-2截面表3-12 风弯矩的计算结果00截面11截面22截面3.4 地震载荷与地震弯矩的计算3.4.1 地震载荷的计算自震周期的计算：其中，钢材Q235B的弹性模量，则：第二振型与第三振型自震周期分别近似取：，将塔沿高度方向分成6段，视每段高度之间的质量为作用在该高度1/2处的集中质量，各段集中质量对该载荷面所引起的地震力及地震弯矩见下表（参考化工设备机械基础P416）。表3-13 地震载荷的计算结果塔段号0-

14、11-22-33-44-55-6备注373.4579.4675.91058.11058.1744.475027005257.5874012990166100.02050.1400.3810.8171.4812.1410.07670.8382.5778.64615.66515.93543.7380.00160.1180.9827.06423.19334.11365.4710.1370.9372.5475.4599.89114.301106.681166.063584.1612026.2421790.9722166.490.2801.6133.5549.24813.74512.36440.8041

15、54.36889.201958.75097.37575.96815.122490.522490.4822336.123.4.2 地震弯矩的计算因为，故不考虑高振型影响。（1）0-0截面地震弯矩（2）1-1截面地震弯矩（3）2-2截面地震弯矩表3-14地震弯矩的计算结果00截面11截面22截面3.5偏心弯矩的计算偏心质量，偏心距偏心弯矩：3.6最大弯矩表3-15最大弯矩的比较计算内容00截面11截面22截面最大弯矩取较大者，为地震弯矩控制。3.7各种载荷引起的轴向应力3.7.1 计算压力所引起的轴向应力计算压力引起的轴向应力表3-16 计算压力所引起的轴向应力00截面11截面22截面003.7.

16、2 操作质量所引起的轴向应力计算截面以上的操作质量：00截面11截面22截面14696.210188.98599.6（1）0-0截面裙座的有效厚度（2）1-1截面人孔，则：（3）2-2截面其中，表3-17 操作质量所引起的轴向应力00截面11截面22截面5.7394.0473.838最大弯矩引起的轴向应力（1）0-0截面（2）1-1截面裙座人孔截面的抗弯截面系数：则：（3）2-2截面：表3-18 最大弯矩引起的轴向应力00截面11截面22截面49.39553.60741.3103.8塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核筒体的强度与稳定性校核塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的2-2截面上，

17、筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉应力：因为，故满足强度条件。其中，轴向许用应力：塔体与裙座的稳定性校核（1）2-2截面：筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压力：许用轴向压应力：取其中较小值。按GB-150 钢制压力容器中的规定，由查相应的材料图(Q235-B)得，则，取。因为，故满足稳定性条件。（2）1-1截面：塔体1-1处的最大组合轴向压应力由查相应的材料图（Q235-B）得,则，取。因为，故满足稳定性条件。（3）0-0截面塔体0-0处的最大组合轴向压应力因为，,故满足稳定性条件。表3-18 各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面0-01-12-2塔体与裙座有效厚mm887截面以上

18、操作质量14696.210188.98599.6计算截面面积251202470025120截面的抗弯截面系数6.280×1065.337×1066.280×106最大弯矩3.102×1082.861×1082.270×108最大允许轴向拉应力-115.26最大允许压应力139.2139.2138135.6135.6135.6计算压力引起的轴向应力0042.857操作质量引起的轴向应力5.7394.0473.838最大弯矩引起的轴向应力49.39553.60741.310最大组合轴向拉应力-88.005最大组合轴向压应力55.13457.65445.148强度与稳定校核强度满足强度条件稳定性满足稳定性条件3.9塔体水压试验和吊装时的应力校核3.9.1 水压试验时各种载荷引起的应力（1）试验压力和液柱静压力引起的环向应力液柱静压力：）（2）由试验压力引起的轴向拉应力(3)最大质量引起的轴向应力(4)由弯矩引起的轴向应力3.9.2 水压试验时应力校核（1）筒体环向应力校核满足要求。（2）最大组合轴向拉应力校核（3）最大组合轴向压应力校核满足要求。3.10 基础环设计3.10.1 基础环尺寸基础环外径：基础环内径：3.10.2 基础环的应力校核混凝土基础上的最大压应力：其中，基础环截面积和截