处理量为11000kgh苯

1、第 1 章 绪论1.1 塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。塔设备的设计和研 究，已经受到化工行业的极大重视。在化工生产中，塔设备的性能对于 整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环 境保护等各个方面，都有非常重大的影响。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同 一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移 到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。因此 精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。1.2 设计背景为了加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都加大了塔的研究力 度

2、。如今在我国常用的板式塔中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型 塔等。填料种类出拉西、环鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网 填料等规整填料也常采用。更加强了对筛板塔的研究，提出了斜空塔和 浮动喷射塔等新塔型。同时我国还进口一些新型塔设备，这些设备的引 进也带动了我国自己的塔设备的科研、设计工作，加速了我国塔技术的 开发。国外关于塔的研究如今已经放慢了脚步，是因为已经研究出了塔盘 的效率并不取决和塔盘的结构，而是主要取决和物系的性质，如：挥发 度、黏度、混合物的组分等。国外已经转向研究“在提高处理能力和简 化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效 率。”在新型填料方面则在

3、努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效 和制造方便的填料。经过我国这些年的努力，在塔研究方面和国外先进技术的差距正在 不断的减小。1.3 设计条件进料量每小时 11000 公斤，原料中含苯 40%（重量），以沸点状态送 入塔内。要求塔顶馏出物含苯 96%（重量），塔釜残液中含苯不大于 5%， 操作回流比取最小回流比的 2.5 倍。1.4 问题研究本设计是针对苯一甲苯的分离而专门设计的塔设备。根据设计条件 以及给出的数据描述出塔温度的分布，求得最小回流比以及塔顶的相对 挥发度、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度，又根据物料平衡公 式分别计算出精馏段和提馏段的汽、液两相的流量。之后，计算塔板数、

4、 塔径等。根据这些计算结果进行了塔板结构的设计等。计算和设计这些 之后进行了有关的力学性能计算和一系列的校核。第2章塔的工艺计算2.1 塔温的分布苯和甲苯的混合物是服从拉乌尔定律的理想溶液。在常压下它们的 蒸汽压及汽液平衡数据，如下表所示：表一苯和甲苯的蒸汽压及汽液平衡数据t(°C)P苯P甲苯x苯（分子分数y苯（分子分数mmHgmmHg80.027603001.0001.00084.08503330.8230.92288.0957379.50.6590.83092.010784320.5080.72096.01204492.50.3760.596100.013445590.2560.

5、453104.014956250.1550.304108.01659704.50.0580.128114.0174876000由表数据作如图2-1等压曲线（t-x图）和图2-2气液平衡曲线（y-x 图）。将进料、塔顶和釜液的浓度以分子分数表示为:XfXp780.4440%60%+789296%780.96596%4%芮 925%785%95%+7892= 0.058532阳J.1:圧.11汽相2 液相图2-1苯-甲苯的等压曲线根据图2-1可确定它定、塔釜和进料温度分别为：tv =820C,tw =108°C,tf =94°C 由于沸点进料（q=1）,由图 2-1 和图2-2

6、可得和进料液体相平衡的蒸汽组成y =0.66，由式（3-53a）得最小回流比:j卅 OS"塔顶的相对挥发度:852 - 760“760:sv2.55v 333 - 300 ,300塔釜的相对挥发度：1748-1659 门：w760 - 704.5704.51659 = 2.35则全塔的平均相对挥发度:a 平均-v - 245"片F7jT11,图2-2气液平衡曲线2.2 物料平衡F =P WFXf = P xp W xw则有:11000 = P W11000 0.44 二 P 0.965 W 0.0585由上述方程式可求得：P =4516（公斤/小时）W二6484（公斤/小时

7、）操作回流比：R =2.5Rmin =2.5 1.39 =3.481. 精馏段液相流量：L = R P =3.48 4516 =15716（公斤 /小时）气相流量：V =（R 1） P =（3.48 1） 4516 =20232（公斤 /小时）2. 提馏段液相流量：L1 = L 1 F =157161 11000 =26716（公斤 /小时）气相流量：V I=V =20232（公斤 /小时）2.3 塔板数的计算图解法沸点进料（q=1）。q线方程为一垂线es,经过a点作精馏段操作线, 其截距为：Xp 0.965p0.215R 13.48 1再由b点作提馏段操作线，和精馏段操作线交于e点，连接be

8、得提馏段操作线。在平衡线和操作线之间作阶梯，得理论板数为11.7层，精馏段为5 层，第6层为进料板。232差分方程法塔顶馏出物的平均分子量：M 平均，p =0.965 汇 78 十 0.035 汇 92 =78.5塔顶馏出量：4516P二-5"6 =57.5 （公斤分子/小时）78.5L=3.48 P = 3.48 57.5 = 200 （公斤分子 /小时）V = P L =57.5 200 二 257.5 （公斤分子 /小时）进料液的平均分子量：M 平均，f =0.44 疋 78+0.56 汉 92 =85.84进料量：11000F二000 =128 （公斤分子/小时）85.84L

9、 =L 1 F = 200 1 128 =328 （公斤分子 /小时）釜液的平均分子量：M 平均，w =0.0585 汉78 +0.9415 汇 92 = 91.2釜液量：WW二理=71.1 （公斤分子/小时）M 平均，w 91.2V1-257.5 （公斤分子/小时）1.精馏段：由下面公式可得：P xp (:-1)-V： xp (:-1)-(R 1)L x (a 1)R x (a -1)P XpXpL (： -1) R (： -1)57.5 0.965 (2.45 -1)-257.5 2.45 a =200 (2.45 -1)=-1.91b0.692.4510.965c 3.48 (2.45

10、-1)= 0.191精馏段操作线和平衡线交点的横坐标由下面公式求得:(a b) - (a b)24 cX =-(-1.9 0.69) - ,：(-1.9 0.69)2 -4 0.1912=0.187由于沸点进料q=1，所以得:二 Xf 二 0.44由公式nlog -XnXp - X a + b + Xi + Xn-Xi a + b * +xp二求得精馏段理论板数: ./ a+xi、 log(-)b + Xj,0.965 -0.187/ -1.90.690.1870.44、log()0.44 -0.187-1.90.690.1870.965,“1.9+0.187、°八 0.690.18

11、7)n =5.3 （层）2.提馏段：由下面公式求得:-Xwv* 1+ xL1(XwCt:-1b1769 (a b1)(a1 b1)xiy冷=0.44; x = xw = 0.0585 4 c1亠乜0585 箸（0.°585 一器）=-1.3391 1 b0.692.45-11257.50.0585c (1)3282.451=-0.00867-(-1.339 0.69)(-1.339 0.69)2 _4 (-0.00867)l x1ilog1.iy - X i-Xm X i''a1 + b1 +X1 i +xma1 b1 +x ,-ax1il log .b+Xi 一二，

12、取提馏段理论塔板数（包括塔釜）：,-0.44 0.662 log 110.0585 -0.6483m 二1log-1.3390.69 0.6620.0585-1.3390.69 0.6620.44-1.3390.662-0.690.662=6.14 （层）则全塔理论板数为:（层）N=5.3+6.14=11.44精确计算：（1）取精馏段的理论板数为x log -（2）按公式n二严 b+Xi+Xn】 宀+宀计算 log（-厂）Xn _托Xn当n=5时公式变为下面形式:（_ -1.9+0.187 50.69 0.1870.965 -0.187xn 0.187 丿-1.90.69 0.187 Xn-1

13、.90.690.1870.965可求得:Xn= 0.475（3）由公式Xiy1一 Xn F Xf 求得:L11Xiy200 O.475 128 0.44 =0.46（4）由公式m理论塔板数:1 1X iy X i XX ilogXm _111a b x i Xmg1 + b1 + xt +xty ,-a1 di log .b+Xi 一I求得提馏段的log -m 二=-1.339 + 0.69+0.662 + 0.0585 _0.0585-0.662-1.339 0.69 0.662 0.45459'( -1.339 + 0.662、0.69 0.662log -=6.35 （层）精确计

14、算的理论板数（全塔包括塔釜）为 5+6.35=11.35 （层），和 M T图解法结果基本一致。利用差分方程式法可以不必经过逐板计算而直接求得每层塔板上 的液体组成。将相应的已知数值带入精馏段和提馏段方程式，简化后可 得如下方程式：精馏段：1.953n= 13.41.023 -xn xn -0.187提馏段:0.50m= 0.49xm - 0.0070.662 - xm计算结果列入下表:每层塔板上的液体组成塔板 序 号n1234567891011X0.910.830.740.610.480.370.270.160.100.060.03783896281074取全塔理论板数为11层，扣除塔釜一层

15、，则理论板数为 10层。现取全塔效率为7 5%，则实际板数为：10N实13.3 取14 （层）0.75精馏段的实际板数为：N精 56.67 （层）精 0.75取N精=7 （层）提馏段的实际板数为：N提=14-7 =7 （层）第8层塔板为加料板。2.4 热量平衡塔顶蒸汽带出的热量QvQv =202320.96 93 0.04 8420232 0.44 82= 267.2 104 （千焦 /时）釜液带出的热量Qw4Qw =6484 0.495 109 =35 10 （千焦 /时）料带入的热量QfQf =11000 0.48 94 = 49.6 104 （千焦 /时）回流带入的热量QlQl =157

16、16 0.43 35 = 23.7 104 （千焦 /时）塔釜加热蒸汽带入的热量QdQ Qv Qw - Qf QlN.267.2 35 -49.6 -23.7104=228.9 104 （千焦 /时）热量损失设热量损失为10%,则Qd = 228.9 104 1.1 = 251.8 104 （千焦 /时）塔的热量平衡2.5 塔径计算精馏段液体重度：l =812（千克/米3）蒸汽重度：v =2.68（千克/米3）液体的体力流量：L =15716 =19.35（米 3 /时）二5.4 10 （米 3 /秒）812蒸汽的体积流量：V = 20232 =7549.25（米 3 /时）=2.09（米3

17、/秒）2.68取板间距Ht =0.4米，板上清液层高度为hL -0.07米,则分离空间He二Ht -hL =0.33米。5.4 10 ”V V查负荷系数图得:2.09业彳=0.04492.68C=0.075苯在820C时的表面张力为二=21（达因/厘米）严2由公式毁=20 可求得:C - = 0.07f2 =0.065520严丿由公式W最大二Cy _YL V可求得最大允许空塔速度为:2.68W最大-0.0655、812 一 2.68 =1.15（米 / 秒）适宜空塔速度:WK =0.85 1.15=0.977（米 /秒）塔径由公式D =2.090.780.977 =1.65 米提馏段液体重度：

18、汽相重度：V1 =2.93（公斤 /米3）液体的体积流量：U 二些口6 =34.25（米3 /时）二 9.5 10 （米3/秒） 780蒸汽的体积流量：V1 = 20232 =6905（米 3 /时）=1.92（米 3 /秒）2.93取 Ht -0.4 米；hL =0.07 米;贝 y He =0.33 米1 1L11L 29.5 10”780 21 0.0808V11v1.922.93查负荷系数图得：1C =0.067甲苯在1090C时的表面张力为-=18.2（达因/厘米）由公式严 0.2鱼=却求得:0.067 二 0.0658、°.22018.2由公式W最大二C.-L V求得最大

19、允许空塔速度为:W最大.o.06587". 米 / 秒）适宜的空塔速度：WK =0.85切.072 =0.911（米 /秒）塔径公式D ： 一V求得： 0.785Wk11 72D1 =讣匕2=1.55（ 米）Y 根据计算，精馏段和提馏段塔径选用D=1.7（米）,此时两段的实际空塔速度为：WK =0.921（米 /秒）WK =0.788（米 /秒）相应的空塔动能因数为：Fk -0.921. 2.68 =1.50F： = 0.788 Q293 =1.35均属正常操作范围。2.6 塔板结构根据塔径和液体的流量，选用弓形降液管，塔板采用电流程和分块 式组装。降液装置1. 偃长取 5=0.65

20、;0.65 1.7 =1.1 米D2. 偃咼由公式 h| -hwhohw2.44zx. 0.667匸求得（1）精馏段hw 二 h| -2.44尹、0.667= 702.44勺9.35）"厂/亠业、I =53.5 （毫米）< 1.1 丿（2）提馏段hW 二 h； -2.44丄 0.667= 702.44亠-% 0.667'34.25 =46 （毫米）I 1.1 丿上下两段偃高均选用50毫米。3. 降液管面积当Lw .0.65时，由查表得:DW1 =0.12,Wd =0.12 1.7=0.204DAf = 0.068, Af =0.068 0.785 1.7 2At= 0.

21、154 米2塔的相对操作面积为:1 -2 0.068100% =86.4%4. 液体在降液管中的停留时间由公式.亠严求各段的停留时间:（1）精馏段0.154 0.4门311.45 秒5.4 10（2）提馏段10.154 0.436.55 秒9.5 105. 降液管下端和下层塔板间的距离h。精馏段和提馏段降液管下端和塔板间出口处的液体流速分别取_ 1Wd =0.1（米/秒 及Wd =0.175咪 /秒）由公式ho米可求得hoLw讥（1）精馏段54 10"tho =00.049 米1 仆 0.1（2）提馏段h； = 9.5“0= 0.050（米 ）1.1 0.175上下两段均选用h0 =

22、50毫米浮阀的布置选用十字架型圆盘浮阀，阀径为 50毫米，阀重3032克，塔板上孔径为40毫米，最大开度8毫米。由公式W。Lp二1030.53求阀孔的临界速度（或选定适宜的阀孔动1阀孔速度（2）提馏段= 6.61 （米/ 秒）0.53能因数F。，求出阀孔速度W0）（1）精馏段0.53= 6.92 （米/ 秒）上下两段相应的阀孔动能因数为：Fo =6.92 .2.68 =11.33F0 =6.61293 =11.32均属正常操作范围。2. 开孔率由公式100%求得：Wo（1）精馏段0 921 100% =13.3%6.92（2）提馏段1 二0788 100% =11.9%6.61= 13%。考虑

23、到塔板加工方面起见，上下两段的开孔率均采用3. 阀孔总面积由公式A0 =At%求得：A0 -2.12 13% =0.275 米24. 浮阀总数由公式N0A 2求得：0.785Ud0 !N。0.2752 =218.95 取整为 219（个）0.785 "0.04 25. 塔板上布置浮阀的有效操作面积已知 Wd 二 0.204取Wf = 0.070 ； Wc =0.05;由公式可求:DxWd ：:; 'Wf I21 7x0.2040.0702=0576 （米）D1 7WC0.050 = 0.80 米2 2由公式Aa =2 x ；r2 -x2r2 sin'可得塔板上布置浮阀

24、的有180r _效操作面积为:2220.576Aa =20.576. 0.8 -0.5760.8 sin -_ 180 0.8=1.53（米 2）塔板有效操作面积为：1.53100% = 72.2%2.126. 浮阀的排列设垂直于液流方向的阀孔中心间距浮阀采取等腰三角形叉排排列Aa为t，和此相应的每排浮阀中心线之间距离t1二75毫米，由公式tNot1求得：1.53t 2190.093取 t=90（毫米）0.0752.7 流体力学计算塔板压力降1.精馏段（1）干板压力降2由公式.pc =4.07 V得:2xg6.92"Pc = 4.072.682 9.81=26.6毫米水柱 =32.8

25、毫米液柱(2)克服液体表面张力的压力降由公式巾.一二 得：a h_42X21X1.02X10= 0.535毫米水柱 40.66毫米液柱(3) 通过泡沫层的压力降由公式 pn =0.4 hw 2.44LlLw0.667得:pn =0.4 50 2.44尹J.66719.35CTT丿=36.5 (毫米液柱)取泡沫层比重为0.4，贝UPn =0.4 36.5 =14.6 (毫米液柱)塔板的总压力降：p总=26.60.535 14.6 =41.7 毫米水柱以液柱表示：hi =32.80.66 36.5 =70 毫米液柱2.提馏段(1)干板压力降Ai由公式心,p： =0.85乂4°刑00.11

26、5得:i30 汉 10，o ii5Ap： =0.85 疋 汉(6.61 ).0.7850.04=25.8 （毫米水柱）=33 （毫米液柱）（2）克服液体表面张力的压力降由公式=p.-=得：_42 18.2 1.02 10"口 h8 10”=0.47 （毫米水柱）=0.6 （毫米液柱）（3）通过泡沫层的压力降严 *0.667'l由公式人Pn =0.4hw +2.44 疋一 得:Qw丿-,0.667= 0.4 50 2.4434.24I1.1=44.2 （毫米液柱）=35.5 （毫米水柱） 塔板的总压力降p总=25.8 0.4735.5 二 61.77 毫米水柱=330.644.

27、2 =77.8 毫米液柱2.7.2 雾沫夹带量已知Ht =400毫米，所以， ； =0.159, 2 =0.95, ；： =86.4%,即-0.71.精馏段由精馏段公式可以求的得：m = 5.63 10 占5= 5.63 10.0.29521x I x2.680.425-812-2.680.8874 10-6= 0.660.052hle -H/ 2Aam3.70.159 汇（0.052661.72）咒 C 0.935 I4000.74000.05 汉0.72J .53 汇 0.66 丿=0.6910，（公斤液/公斤汽）10%2.提馏段由上面公式求得:= 5.63 10*尹,0.2952.93尹

28、.0.42 5仃80*“.591030.159 汉（0.052 疋 73.51.72 L I 0.855;3.74000.95 0.721.53 0.59-0.92 10 ° （公斤液/公斤汽）10%溢流状况的计算根据公式验算降液管内清液层的高度。1.精馏段降液管下端出口处液体的流速及液柱高度为:Hdc -：P/rL Hw HudHud =0.178 103 Wu：Wud取0.2 则Hud =5.12 （毫米液柱）所以，0.667Hdc =70+50+2.44x（1.1 ）+5.12=141 （毫米液柱）2.提馏段方法同上：所以可求：H de =77.8 50 23 5.12=155

29、.92（毫米液柱）r 1 1由于Hde及H de均小于一H T =200，所以不会产生液泛。2负荷上下限1.雾沫夹带量控制计算设雾沫夹带量为e=10%并以提馏段计:可求出10.90.92%Wk 上1 - 1.63V上 =1.63 2.01 =3.27 （米 3 /秒）2.以淹塔控制计算取 H de =0.5 Ht为简化计算起见，忽略液体负荷变动所产生的影响，以提馏段计:Hde - P总上50 23 5.1 =200所以，祁总上=121.9毫米液柱也p；牛厂 121.944.2 0.6 = 77.1（毫米液柱）= 1.529所以，W0上=6.34 1.529 =9.6（米 /秒）Fo1 上 “6

30、.6V上 =1.72 1.529 = 2.6（米3/秒）由此可知，该塔为淹塔所控制。1F o下 5r -100% =30%F。上 16.6则：V下=1.72 0.3 =0.51（米3/秒）第3章塔的结构设计3.1 塔顶塔顶空间塔顶空间一般取Ha=1.21.5米，在此，我们取塔顶空间为Ha=1.5 米。塔顶蒸汽出口取管内蒸汽流速Ut =15m ，Vt =0.977则塔顶蒸汽管直径:dT二 uT4 °.977 =0.288 米二 15塔顶蒸汽管尺寸为300 6.5mm的标准管。选用法兰为Pn =4.QMP3,Dn = 300mm，带颈平焊钢质管法(HG20594-97。3.2 人孔选择D

31、N450m人孔，其中人孔处塔板间距为 600mm人孔数一共5 个，位置分别为：人孔1位于1塔板上，人孔2位于4，5塔板之间， 人孔3位于加料板8 下，人孔4位于12塔板下，人孔5位于14塔板下。3.3 塔底塔底空间/ 1取停留时间为5分钟，而已知V1“5 10（米3/秒）, -VA，而31A d5 V1 605 9.5 计 60 =1.1 米兀21.724在此取H s =1.5米。332塔底出口可公式36。： Wul求得釜液出口直径:4 26716-0.110 米3600 3.14 1 780取釜液出口管尺寸为： 120 7.5mm的标准管。法兰为PN =4.0MPa,DN = 120mm的带

32、颈平焊钢制管法兰（HG20594-97。3.4进口塔顶回流进口回流液由泵输送时，Wr速度可取1.52.5 （米/秒）。由公式dR二.360： Wr L求得塔顶回流进口管直径:4 15716= 0.058 米3600 3.14 1.6 812取塔顶回流进口管尺寸为：''80mm 4.5mm的标准管。法兰为Pn =4.0MPa,DN =80mm，带颈平焊钢制管法兰（HG20594-97。原料进口料液由泵输送时Wf可取1.52.5 （米/秒），现取Wf =1.5进料管管径:由公式得dF.3600 二 1.5 812,411000dF3600 二 1.5 812=0.057取原料进口管

33、管径为： 804.5mm的标准管。法兰为Pn =4.0MPa,DN =80mm，带颈平焊钢制管法兰（HG20594-97。3.5 裙座裙座的形状为了制作的方便，裙座我们选用圆筒形裙座。裙座和塔壳的连接裙座和塔壳的连接采用对接接头形式。排气孔或排气管查表得出结构尺寸为：76 mm，数量为4个.排气孔的中心线距离裙座顶端的尺寸为H=180mm人孔DN450，位置H=900 , 数量一个。开设人孔的目的是为了方便检修。3.6 塔盘塔盘类型为了方便在塔的内部进行拆装工作，因此我们选用分块式塔盘。塔盘板形状选用矩形塔板363支持圈和支持板的尺寸支持圈宽度为40mn,支持板宽度为40mn,材料为碳钢，厚度

34、为6mm塔盘分块结构如下图:444塔盘分块结构第4章强度校核设计条件：地区的基本风压值q° =450N/m2、地震设防烈度=6级、塔内装有14 层浮阀塔盘、每块塔盘存留的介质高为 70mm介质密度为800公斤/立 方米，塔壳外表面保温层厚度为 100mm、保温层材料密度为300公斤/ 立方米、塔上每隔6m安装一层操作平台、宽1m操作平台共2层、单 位质量为100公斤/平方米,包角为180度。塔内设计压力为0.1MPa设 计温度为1500C、塔壳厚度附加量为3mm裙座厚度附加量为2mm裙 座高为3m焊缝系数取0.9 ;塔全高为13540mm4.1塔壳厚度计算塔体材料选用20R设计条件下

35、的许用应力为：t t =132MPa圆筒厚度为：2 b-P0.1 "7002 132 0.9 -0.1=0。175 （毫米）封头厚度为：PxDjX K2 U ： * 0.5 P0.1 1700 12 132 0.9 - 0.5 0.1=0.176 （毫米）选用标准椭圆形封头，所以K=1,因为钢板最小厚度不得小于 4毫米，所以取圆筒和封头的厚度为 4 毫米加上厚度附加量3毫米等于7毫米。最后取厚度为8毫米的标准钢 板。4.2质量载荷计算塔壳及裙座质量m01Do 2 -Dj2 H 41.7162 -1.7213.54 78504=4560.3 （千克）人孔、法兰和接管附件等的质量ma =

36、0.25 m01 =0.25 4560.3 =1140 （千克）423塔内构件的质量兀兀/ r- r 、 m02Di 14 751.7 14 75 =1401.22 （千克）44保温层质量2 2m031.916 -1.71613.54 -3 3004=1803（千克）平台扶梯质量m°4 =40 13.543.9162 -1.916 100 2 0.54=989.86 （千克）操作时塔内物料质量m°5Di he :n 144ji1.7 0.07 800 144=1046.2 （千克）充水质量mw1.72 13.54 -3 1000 =23911.5 （千克）4塔器的操作质量=

37、m°1 m°2 m°3 - m°4 m°5 ma=4560.3+1401.22+1803+989.86+1046.2+1140=10940.58 （千克）塔器的最大质量mmax = m°1 m°2 m°3 m°4 ma - mw=4560.3+1401.22+1803+989.86+1140+23911.5=33805.88 （千克）塔器的最小质量mmin = moi mo2 m03 m04 ma=4560.3+1401.22+1803+989.86+1140=9894.38 （千克）4.3 塔的自震周期

38、计算心0.33皿册”1013540 10940.58.9 1.89 105 17003=0.47(s)4.4 地震载荷及地震弯矩的计算由于设计条件中规定地震裂度为小于等于6级，所以在此地震载荷及地震弯矩均可忽略不计。4.5风载荷和风弯矩计算风载荷计算内容计算结果第一段第二段第三段塔段长度m0-55-1010-13.54基本风压值q。2450N / m动载荷系数K10.7扶梯当量宽度k3400保温层厚度J100管线保温层厚度mm100操作平台当量宽度K4600风压咼度变化系数fi0.81.01.14各计算段的外径DOi mm1716各计算段的有效直径Deimm2716各计算段的风振系数K2i当塔

39、高小于20m时，取1.70各计算段长度li mm500050005000各计算段水平风力P NP =0肿2存105817.677272.098290.18风弯矩各段截面的风弯矩:0-0截面的风弯矩:04 L1L2 'L3 !Mw= Pi汉+ P2汇Li+ P3汉Li+ L2 +|2I2 丿i2 )8=1.47 10 N1-1截面的风弯矩：M防=P2 乂且+ P3L2 +直j2l 2丿6.46 107 N2-2截面的风弯矩:2 -2wP3L32=2.1 107 N4.6最大弯矩最大弯矩根据下面公式计算，并取其中最大者:i -i-.i丄maxM max = ME1 Me 0.25M：1计算

40、结果如下：0-0 截面：Mm； =1.47 108 N.mm1- 1 截面：MmaX =1.29 108 N.mm2- 2 截面：M；： =4.83 107 N.mm4.7圆筒应力校核验算塔壳2-2截面处操作时和压力试验时的强度和稳定性。计算结 果见下表：塔操作时的应力校核：计算截面2-2截面以上的塔的操作质量m2 2 kg9870.7Kg224780mm计算截面的横截面积A - iDj-ymm塔壳的有效厚度；emm8mm截面的截面系数 Z =0.785Di emm31.8 107最大弯矩M；：MPa4.83 107 MPa许用轴向压应力132许用轴向拉应力1.2二七G MPa142. 56二

41、1 =PDi /(4、e)MPa1.64 MPa2.66 MPa22重力引起的轴向应力 6二 g MPa心42厶弯矩引起的轴向应力 6 =4M2maLMpa兀Di 6轴向压应力二2；31.64+2.66=4.3 132 MPa结论：根据结果可知塔操作时圆筒稳定。压力实验时的应力校核rjPt液注静压力=PtgMPa0.2304 MPa液压试验时截面上的塔的质里2 2mT28700许用轴向压应力132 MPa许用周向应力0.9-：sGMPa198. 45 MPa许用轴向拉力0.9k、；sGMPa238. 1 MPa实验压力引起的周向应力-T =24.7 198.45 MPa(PtrH /g)Q飞)

42、、-TT憾iei压力引起的轴向 应力12.24 MPa-PTDi /(4 e)MPa2 -2重力引起的轴向应力匚2二 MPaWei6.59 MPa5.3-1.64+2.66=6.23 142.56 MPa组合拉应力；-；2亠飞轴向压应力“D：'：ei._，2卜_，36.59+0.79=7.38 132 MPa组合拉应力12.24-6.54+0.79=6.49 198.45MPa结论：根据结果可知道压力实验时圆筒稳定。4.8裙座壳轴向应力校核裙座材料选用：Q235-A采用对接焊缝、由于是圆筒形裙座，所以Dis =1.7m。为了方便选材壁厚S=8mm裙座材料的许用应力P=127X 106、

43、查表知 B=70X106操作时的压应力计算由于 Mf=14.7"08N.mm匚压一W.As=15.4 106Pa：B=70 106 Pa所以，操作时的压力校核合格。水压实验时的压应力计算0.3MW" + Md 亠 9.8m0WsAs=12.14 106Pa ：B=70 106 Pa所以，水压实验时的压力校核合格4.9基础环的计算由于裙座内径为Djs=1700mm：所以取基础环尺寸为：夕卜径：D°b = Djs (0.16 0.40)m=1700+300=2000mm内径：。巾=Djs -(0.16 0.40)m=1700-300=1400mm基础环截面面积：22二

44、(D ob - Dib)444= 兀(2000 -1400 )=1.60106mm2基础环截面系数为:Z J (Dob4 -D：)Zb 一32Dob=5.965 108= 0.485二K b maxU2My =0.061bmaxl基础环厚度为：6M g =6 1489.7b A b 132 106=0.0082(米)其中Mg为Mx、My二者中较大的者。由于基础环厚度不应过小，所以在此我们取 Sb=18mm4.10地脚螺栓计算求风侧最大拉应力由于最小质量 Min=9573.8Kg、风弯距M W"0 =1.47汉108 N.mn;以及偏心距 M e =8.17 107 N.mm所以最大拉应力:MW+Memmin 乂 gZbAb=1.47 x108 + 8.17X1079 5 73.8 X 9.88 65.965 101.60 10=0.33MPa计算地脚螺栓直径首先，选择出螺栓的个数为32个、螺栓材料的许用应力为Bt=132MPa 腐蚀裕量 C=3mm那么，地脚螺栓的直径为:di4 0.33 1.6 106V 兀 X 32 汇 132=15.6mm所以，选