精馏塔强度说明书模板

1、一、设计任务1. 结构设计任务完成各板式塔的总体结构设计，绘图工作量折合A1图共计4张左右，具体包括以下内容：各塔总图1张A0或A0加长；各塔塔盘装配及零部件图2张A1 02. 设计计算内容完成各板式塔设计计算说明书，主要包括各塔主要受压元件的壁厚计算及 相应的强度校核、稳定性校核等内容。二、设计条件1. 塔体内径Di = 2000mm，塔高 已=59.299m ;2. 设计压力pc=2.36MPa，设计温度为t =90 C ;3. 设置地区：山东省东营市，基本风压值q°=480Pa,地震设防烈度8度，场地土类别III类，地面粗糙度是B类；4. 塔内装有N=94层浮阀塔盘；开有人孔1

2、2个，在人孔处安装半圆形平台12 个，平台宽度B=900 mm，高度为1200mm ;5. 塔外保温层厚度为S s=100mm，保温层密度p 2=350kg /m3;三、设备强度及稳定性校核计算1. 选材说明已知东营的基本风压值 q°=480Pa，地震设防烈度8度，场地土类别III类；塔壳与裙 座对接；塔内装有 N=94层浮阀塔盘；塔外保温层厚度为S s=100mm，保温层密度p32=350 kg / m ;塔体开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台 12个，平台宽度B=900 mm，高度为1200mm ；设计压力 pc=2.36MPa，设计温度为t = 90 C；壳3 mm，裙座厚

3、度附加量 2 mm ；焊接接头系数取为 0.85；塔内径D = 2000mm。 通过上述工艺条件和经验，塔壳和封头材料选用Q345R。对该塔进行强度和稳定计算。2. 主要受压元件壁厚计算本部分应包括常压塔的主要筒体及椭圆封头等重要受压元件的壁厚计算，裙座厚度先按经验值取。I塔壳和封头材料选用 Q345R ReLCR) =325,0 t =185MPa (16<6 兰 36)直径Di = 2000mm段圆筒及封头：圆筒：PcD2. 36 X 2000,c -15.12mm2 <yt © _ pc2 .< 185 汉 0. 85 2. 36封头：.PcDK2.36 x

4、2000 x 1“ “、.hc -15.06mm° 5pc2 x 185 x 0. 85 0. 5 x 2. 36经圆整后，塔壳厚度取为 22mm，封头厚度取为 24mm，裙座壳厚度取为18mm。3. 原油分馏塔质量载荷的计算质量载荷包括：塔体、裙座质量moi ；塔内件如塔盘的质量 m02 ；保温材料的质量 m03 ；操作平台及扶梯的质量m°4 ；操作时物料的质量m05 ；塔附件如人孔、接管、法兰等质量ma ；水压试验时充水的质量 mw。-22)59. 2997850=65020.53 kg3 14塔体、裙座、封头质量 m01= 疋(2. 04424附属件质量 ma =0.

5、25 m°1 =16255.13 kg则 m01 + ma =65020.53+16255.13=81275.66 kg： 2塔内件质量 m02 = -2. 09475 = 22137kg2 2保温层质量 m03=( 2. 244 -2. 044 )35050. 725 =11958.17 kg4操作平台及扶梯的质量Ttm04=-42 2 1X (4. 044- 2. 2442p< 150 x 12 汉 + 40 59.299=10372.46 kg兀2操作时物料的质量 m°5 = 3972. 00. 05094 =5861.90 kg4水 压试验时充水的质量兀2m

6、= 1000(2. 050. 72521. 1257) = 161608. 69 kg4塔设备在正常操作时的质量m0 = m01 + m02 + m03 + m04 + m05 + ma=131605.19 kg塔设备在水压试验时的最大质量mmax = moi + m°2 + m°3 + m°4 +ma=287351.98 kg塔设备在停工检修时的质量mmin = m01 + 0.2m02 + m03 + m04 + ma=108033.69 kg将塔高分成9段，每段的质量列于表1中。表1kg段号i123456789m°1 + ma1096.497401

7、.281973.6713706.0813706.0813706.0813706.0813706.082246.43m°20003532.547104945.5423947100m030002324.452357.452357.452357.452357.45209.81m°43221658.42400.131733.421733.421733.422400.13.65.56m05000935.421247.221309.581122.501247.220mw00032541.6331415.9331415.9331415.9331415.933403.34m°11

8、28.497617.282032.0722898.5823754.1724052.0323158.4524420.882521.8mmax1128.497617.282032.0754504.7953922.8854158.3853451.8854589.596014.4mmin1128.497617.282032.0719137.1618738.9518786.0518644.7519405.662521.8【注】塔内构件浮阀塔盘的质量每m2质量为75kg计算平台质量按每 m2为150kg计算笼式扶梯质量按每 m为40kg计算4. 分段相关参数说明将塔沿高度分成 9段，在裙座开孔处及裙座和筒

9、体连接处作为分段点，筒体以上每 10m平均分段。具体参数见下图 1所示。图15. 风载荷与风弯矩的计算因H /D =29 15而且高度H >30m,因此要同时计算顺风向和横风向载荷。(1)顺风向水平风力计算塔设备第一自振周期64m0H (Do - Di4)= 1.79二 2.5 3964 x 131605. 19 x 59.29931.91 1051063. 14(2. 04 4 - 24)塔设备第二自振周期T2"285厝亠85冷(D0塞二 0. 285=0. 404s64 x 131605. 19 x 59.29931.91 105 106 3. 14 (2.0444 一24

10、)塔设备第三自振周期= 0.102= 0.10264m°HE二(D： - Di4)=0. 102=0. 145s64 汉 131605. 19 汉 59.29931.91 105 1063. 14 (2.0444 一24)因地面粗糙度是 B类，基本风压qq0塔设备中第i计算段所受的水平风力按下式计算:Pi- K1 K2i fiqoli Dei式中各参数按线性插值由标准查得，计算结果列于表2表2段号i123456789K10.7q° (N/m 2)480fi1111.0741.2951.4571.5891.6971.755li(m)0.85.41.4610101010101.

11、639EV冲-K2i =1 + i zifi1.0431.0431.0681.2941.5631.8662.2702.4632.482z2.959Vi0.720.720.720.7740.8130.8430.8610.8760.879zi0.020.020.0320.1380.3030.5060.7920.9581.0gm)0001.81.21.21.21.80Dei(m)3.5593.0602.5684.4443.8443.8443.8444.4442.644P(N)997.85790.81345.422185.223320.429122.537098.244238.16342.5(2)顺风

12、向弯矩计算0-0截面风弯矩：祉 ° =P12P/l才1 1)P(蓉1 21 1).P9(再1 81 71 61 51 49=6.10010 N.mmI- 1截面风弯矩：M 小卩2丄P3(12)卩9宾181716 151413 2)2 2 29=5. 96410 N.mmII- 11截面风弯矩：MW二 P4( 17660； 7800)p5(1 5 / 217660 - 7800).%1 才18 17161 517660 7800)4. 806109 N.mmIII- III截面风弯矩:17660 - 850015MW 一 二 F4出 17660 - 8500)229=4. 700 疋

13、10 N.mm.pj专181716 1 517600 - 8500)(3 )横风向振幅计算临界风速计算:TS2. 2442. 5390. 2=4. 42m/ sDaVc2TS2. 2440. 4040. 2二 27. 77m/ s共振判别：设计风速 v =Vh = 1.265.,ftq° =1.265 1.77 480 =36.87m/s因为v Vc2 Vd，故应同时考虑第一振型和第二振型的振动。横风塔顶振幅：雷诺数 Re =69v D a= 6936. 872244 二 5. 711064105 时，Cl =0.2当 Hci/H =(业p =(3647)0n6 ： 0 时，i&qu

14、ot;56vH36. 87阻尼比取为.=0.01応3 14截面惯性矩 I (D0-D：)(20444 -20004) =7.14 1010mm4646424横风塔顶振幅Yt1CLDa"vc1 H ' 110 -949.4 El0. 2 2244 1.25 4.422 5929941. 5649. 4 0701 C91 10 7. 14 1010=0. 0319m(4) 横风向弯矩计算共振时临界风速风压作用下的顺风向风力列于表3中表3段号i123456789K10.7q°(N/m2)%弓鷹"2.60fi1111.0741.2951.4571.5891.697

15、1.755li(m)0.85.41.4610101010101.639sv4 -e T + i zi fi1.0261.0261.0421.1821.3491.5371.7871.9061.918z1.833Vi0.720.720.720.7740.8130.8430.8610.8760.8790.020.020.0320.1380.3030.5060.7920.9581.0gm)0001.81.21.21.21.80Dei(m)3.5593.0602.5684.4443.8443.8443.8444.4442.644R(N)25.78149.5934.47532.09528.22629.53

16、766.46898.85128.66mk (kg)1128.497617.282032.0722898.5823754.1724052.0323158.4524420.882521.8顺风向弯矩：0-0截面风弯矩：= r£ 十硝十 11)+ 砒 + 12 +h)+8=1. 28110 N.mmI- I截面风弯矩：McwhR12P3('I2).P9(b - l8 l7l6ls I4I3I2)2 2 28=1. 25210 N.mmII- ll截面风弯矩：MJP4 17660 7800R(*17660 - 7800).22= 1.002 x 108N.mm*才 181716 l

17、517660 - 7800)III- III截面风弯矩：17660 - 8500l5MW'P4P5( 517660 - 8500).228=0. 98010 N.mmEC hh 丄 17660 - 8500)横风向弯矩:0-002二 292 3. 14 29M0二)2冷二讣卄(方)。.0319 2763108二 5. 39810 N. mmI-I一23.14、2-(2. 539 )0. 03192. 7101092丸9Mcau(7)2Yrmk(hk -800) k1T1k =2=5. 294108 N.mmII-II 截面:Ml汀=(T)2Yt9 g(hkhk =4-7800) k1=

18、(? 4)2 0. 0319 2. 242 109 2. 539=4.380X108Nmm(字)2YTi' g(hk 8500) “T1k =423. 14 298= (TT)2°.0319 2 195 109 r 288 忖“血组合风弯矩：0-0 截面：W 6. 100 x 109N.mm,(MCa)2(MC/)2 二 5. 548 108N.mm= 6.100109N.mmI-I截面:Mew=5. 964 x 109N.mm(Mc-)2(MW)2 二 5. 440 108N.mm9二 5. 96410 N.mmll-ll截面:Mew-=mW_II = 4. 806 汉 1

19、09N.mm(Mc- )2(Mc- )2 二 4. 493108N .mm= 4.806109N.mmI-截面：w v声叽窗= 4.700109N.mm6. 地震弯矩计算地震设防烈度8度，取fax =0.16 ；因场地土类别III类，则特性周期Tg = 0.55s 阻尼比取为 二0. 010 05 E阻尼调整系数2=11.5190. 06 + 1.7©衰减指数 孑-0. 90. 05 一 =0.9780. 5 +T 牛055地震影响系数 r =(丄)2： max = ( )0.9781. 519 0.16 = 0.05441£2. 539则0-0截面的地震弯矩：00 16

20、2 16 16ME”1mgH21m0gH =0. 0544 131605. 199.8592993535359二 1. 90210 N. mmI- I截面的地震弯矩：M 阳罷(10H 3.5 -14hH2'5 4h3.5) = 1.866 109N.mmII- ll截面的地震弯矩：Me1 匕(10日3.5 14h H2.5 4h 3冷=1. 552109N.mmIII- III截面的地震弯矩：M e18 1mg5 (10H 3.5 -14h -H 2.5 4h-3.5) = 1.521 109N.mm175H以上计算是按塔设备基本振型的结果，此塔H/D=30 15且高度大于20m，故还

21、必须考虑高振型的影响。采用一种简化的近似算法，则各截面的 地震弯矩为：M E=1.25M E= 2. 378 109N.mmM e= T.25M e1，= 2. 333 109N. mmM e =1.25M E1= 1.94109N.mmM E" T.25ME二 1.901109N.mm7. 各种载荷引起的轴向应力的计算(1) 最大弯矩因塔体顶只悬有吊住，故可以忽略偏心弯矩Me。确定最大弯矩时，偏保守的假设风弯矩、地震弯矩和偏心弯矩同时出现， 且出现在塔设备的同一方向。但考虑到最大风速和最高地震级别同时出现的可 能性很小，在正常或停工检修时，取计算截面的最大弯矩为0-0截面：I-I截

22、面:“my = *'霜弋严如伽吧=5.96109N.mm（风弯矩控Me + 0. 25Me卩=3. 824 X 109N.mm制）11-11截面:MmSaX” =ME皿 + 0. 25朗1 = 3. 142 X 109N.mm4. 8° 10 曲叫风弯 矩控制）Mmax制）:Me? = 6. 100 X 109N.mmMEH + 0.25町=3.903 x 109N.mmJ6. 100109N.mm（风弯矩控III-III 截面:max= 4.700109 N.mm（风弯.mm_ :MJHH= 4. 700 x 109N.mm-ME1 + 0. 25幅圧皿=3. 076 x

23、109NJ矩控制） 水压试验时，由于试验日期可以选择且持续时间较短，取最大弯矩为M0=0.3Mew= 1.831 09N.mmM1 丄=0. 3Mew= 1. 7891 09N.mmM11 川 二 0. 3Mew二 1.442109N.mmIVT "= 0. 3Mew= 1. 410109N.mm（2）圆筒的强度及稳定性校核计算11-11的轴向应力并进行校核，将结果写入表4中筒体的有效厚度 飞=22 -3 =19mm计算截面ll-ll计算截面以上操作质量m。kg120827.35计算截面横截面积Amm2119380.52计算截面断面系数W亠42Di 63 mm5.969 x 107计

24、算截面最大弯矩MmaxN mm4.806 疋 109许用轴向压缩应力bcr=” kbKtMPa1.2 汉 150 =180 （选取）222许用轴向拉应力6t = K<tMMPa188.7操作压力引起的轴向应力6=豐MPa62.11重力引起的轴向应力m°gAMPa9.92Mmax引起的轴向应力6 =MmaxWMPa80.52组合压应力兰<JcrMPa90.44 c 168组合拉应力CTt二丐一石2 +b3兰K$crtMPa132. 71 c 188. 7H-H截面：A=0.094訂O.00179，查过程设备设计图4-8得B=150MPa8. 裙座危险截面的强度与稳定校核裙座

25、筒体受到重量和各种弯矩的作用，但不承受压力。重量和弯矩在裙座 底部截面处最大，因而裙座底部截面是危险截面。此外，裙座上的检查孔或人 孔、管线引出口有承载削弱作用，这些孔中心横截面处也是裙座筒体的危险截 面。裙座筒体不受压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。 因此，只需校核危险截面的最大轴向压缩应力。(1) 0-0截面裙座按圆锥形裙座进行验算0.5(3200 - 2000)圆锥半顶角-=arctan4.507800 -140 -32A =0.094 4 =0.00179，查过程设备设计图 4-8得B=150MPa。Ri则匚crK汀二 222MPa取g78.89MPa液压许用应力；t

26、KB cos2 P0. 9KRl二 178. 89MPa，取町=351MPa178. 89MPa0-0:二 20- 0m° gmg131605. 199.8D|3.143200168. 02M，Mmax0-0-3Mma04M；a；6. 100 10643. 14 3. 220. 01647. 40M组合压应力0-0 /二 c-(0-0匚2打-0)cos55. 4255. 59MPa ：二cr cos 4. 5=178. 89MPa液压力0-0(0. 3M0/ . mnaQ)1WA cos P1cos :9/ 0. 36. 10010287351.989.843. 1432001673

27、. 58cos 4. 5-73. 81MPa ：打T二 178. 89MPal-l截面A =0.094 4 =0.00179，查过程设备设计图 4-8得B=150MPa裙座出入口：lm = 230mm ； bm = 450mm ；18mm ； Dim = 3074.14mm% 一二 130476. 7kgAm XDim'ks" (S ' 2m)'：es 一 Am= 3.143074. 1416 - 2(450218)16 - 223018】二 155452. 79mmWm =26em (字)'- ( )V 22=2 16 230.1537.07 x 1

28、9 汉 0. 85 _ 2252 = 1. 119 107mrnjt6WsmDms' ( bmDies_Wm)423074. 142 16 _ 2 (450 3074.14 16 _ 1.119 107)= 1.190108mm42重力引起的轴向应力：二2二mgASm130476.798 二 8. 23MPa,155452. 791-4M max引起的轴向应力7 5.9641098 = 50. 12MPa1.19010'组合压应力C 2= *)jcos !：;58.2£58. 53MPa :：二cr = 178. 89MPa4. 5COS液压力9.0.3隘mnaxg)

29、WASmCOS33. 08cos 4. 5二 33. 18MPa ：；T9/ 0.35. 96410二(1. 190108178. 89MPa塔体水压试验时的应力校核（校核11-11截面）286223 499. 8)_cos P155452. 79耐压试验压力 Pt =1.25p t 1. 252. 36185/ 185 = 2.95MPatr 1由试验压力引起的周向应力二=208. 13MPa（Pt +液注静压力）（D +5）(2. 950. 505)( 200019)由试验压力引起的轴向应力:-1Pt( D + 5)4§ei2. 95(200019)4 19二 78. 37MPa

30、液压实验时重力引起的轴向应力6 :my g _ 287351.989.8二D、© - 3. 14_2000_19=23. 59MPa由风弯矩引起的轴向应力6:加.3%：阻 “4.15MPa2III-III截面：A =0.094工=0.00179，查过程设备设计图4-8得B=150MPa校核:； - 208. 13 : 0. 9ReL66 工 47. 74 :匚”- ；2；3 = 78. 93 ：=248. 63 MPa'KBC cixo = 180MPa校核通过。0 9KRjl0. 9K&l298. 35MPa10.基础环设计基础环内径Dib = 3000mm基础环外

31、径D°b =3540mmZb(DOb - Di：)二(35 404 - 30 004)-bmax32Dob323540=2. 109109mm3. 14(35402 - 30002)6 22.77410 mmMm： + m)g0 _00. 3%mnaxgZb A6. 100 10992. 10910131605.199. 862.7741090.36. 100102. 109109-3. 36MPa287351.989.82. 774 106=1. 88MPa取；-bmax 二 3. 36MPa因b/l =152/(12044) =0.927，查JB4710-2005钢制塔式压力容器

32、表 8-7Cx - -0.13552，Cy =0.0899，贝2 2Mx 二 CxSmab 二-0. 13552 3. 36152 二-10520. 34 N.mm2 2My = CybbmaJ= 0. 0899 汉 3. 36 汉 164 = 8124. 31 N.mm因为 Mx > My，贝U MS= Mx 则基础环厚度(t b 185MPa)为: bb = ；6Ms / ETb = <6 x 10520. 34/ 185 = 18.47mm 取 §b = 32mm【注】基础选用100#混凝土，其许用应力Ra=5.0MPa11.地脚螺栓计算地脚螺栓材料选用Q345 地

33、脚螺栓承受的最大拉应力 匚b按下式计算:108033.699.82.774106二 2. 51MPa0-09%_ mug = 6.100 10Zb- Ab- 2. 109 109Me0_00 _00.25%_ mgZbAb3.903 1 091 31605.91 9.82. 109 1092. 774 106-1. 39MPa故取匚b =2. 51MPa初选地脚螺栓个数是36地脚螺栓的小径d1 (卜bt -170MPa )为： I 4<yBA>丿4 x 2. 51 x 2. 774 x 106od1BC23 = 41.06mm:mbt.3. 14 36 170取地脚螺栓是M56,3

34、6个。12.裙座与塔壳连接焊缝验算(对接焊缝)Mmax = Mmon = 4. 806 汉 109N.mm;十 =口【=120827. 35kgDit 二 Di =2000mm ;、& = 116mm 0.6K J W =0.6 1.2 185=133.2MPa4MjJ；aJxm0-JgPitesPres=83. 83MPa44. 8061093. 142000216120827. 359. 83. 14200016:0.6K W验算合格四、典型零部件计算主要是开孔补强的计算内容(1)补强及补强方法判别 补强判别 根据过程设备设计表 4-15,允许不另行补强的最大接 管外径为：89mm。塔器上开孔大小不一，现以人孔为例进行计算。开孔直径 是500mm，查HG21521-2005表3-1、3-2知，所用接管规格为 530 14，且 材料为Q345R，其中厚度附加量取2mm。 补强计算方法判别开孔直径 d =di 25022 2 = 506mm筒体开孔直径506mm : Di /2 = 1000mm，且d - 520mm，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。(2) 开孔所需补强面积二 15. 12mm筒Pc