塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)

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第一章 緒論 1.1塔設(shè)備概述 塔設(shè)備是石油、化工、輕工等各工業(yè)生產(chǎn)中僅次與換熱設(shè)備的常見(jiàn)設(shè)備。在上述各工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，常常需要將原料中間產(chǎn)物或粗產(chǎn)品中的各個(gè)組成部分（稱(chēng)為組分）分離出來(lái)作為產(chǎn)品或作為進(jìn)一步生產(chǎn)的精制原料，如石油的分離、粗酒精的提純等。這些生產(chǎn)過(guò)程稱(chēng)為物質(zhì)分離過(guò)程或物質(zhì)傳遞過(guò)程，有時(shí)還伴有傳熱和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。傳質(zhì)過(guò)程是化學(xué)工程中一個(gè)重要的基本過(guò)程，通常采用蒸餾、吸收、萃取。以及吸附、離子交換、干燥等方法。相對(duì)應(yīng)的設(shè)備又可稱(chēng)為蒸餾塔、吸收塔、萃取塔等。 在塔設(shè)備中所進(jìn)行的工藝過(guò)程雖然各不相同，但從傳質(zhì)的必要條件看，都要求在塔內(nèi)有足夠的時(shí)間和足夠的空間進(jìn)行接觸，同時(shí)為提高傳質(zhì)效果，必須使物料的接觸盡可能的密切，接觸面積盡可能大。為此常在塔內(nèi)設(shè)置各種結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)件，以把氣體和液體物料分散成許多細(xì)小的氣泡和液滴。根據(jù)塔內(nèi)的內(nèi)件的不同，可將塔設(shè)備分為填料塔和板式塔。 在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤(pán)，氣體自塔底向上以鼓泡噴射的形式穿過(guò)塔盤(pán)上的液層，使兩相密切接觸，進(jìn)行傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。 不論是填料塔還是板式塔，從設(shè)備設(shè)計(jì)角度看，其基本結(jié)構(gòu)可以概括為： （1）塔體，包括圓筒、端蓋和聯(lián)接法蘭等； （2）內(nèi)件，指塔盤(pán)或填料及其支承裝置； （3）支座，一般為裙式支座； （4）附件，包括人孔、進(jìn)出料接管、各類(lèi)儀表接管、液體和氣體的分配裝置，以及塔外的扶梯、平臺(tái)、保溫層等。 塔體是塔設(shè)備的外殼。常見(jiàn)的塔體是由等直徑、等壁厚的圓筒及上、下橢圓形封頭所組成。隨著裝置的大型化，為了節(jié)省材料，也有用不等直徑、不等壁厚的塔體。塔體除應(yīng)滿(mǎn)足工藝條件下的強(qiáng)度要求外，還應(yīng)校核風(fēng)力、地震、偏心等載荷作用下的強(qiáng)度和剛度，以及水壓試驗(yàn)、吊裝、運(yùn)輸、開(kāi)停車(chē)情況下的強(qiáng)度和剛度。另外對(duì)塔體安裝的不垂直度和彎曲度也有一定的要求。 支座是塔體的支承并與基礎(chǔ)連接的部分，一般采用裙座。其高度視附屬設(shè)備（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承受各種情況下的全塔重量，以及風(fēng)力、地震等載荷，因此，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。 塔設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的主要的內(nèi)容是塔體和支座的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。 化工生產(chǎn)對(duì)塔設(shè)備的基本要求 塔設(shè)備設(shè)計(jì)除應(yīng)滿(mǎn)足工藝要求外，尚需考慮下列基本要求： （1）氣、液處理量大，接觸充分，效率高，流體流動(dòng)阻力小。 （2）操作彈性大，即當(dāng)塔的負(fù)荷變動(dòng)大時(shí)，塔的操作仍然穩(wěn)定，效率變化不大，且塔設(shè)備能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 （3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，制造安裝容易，成本低。 （4）不易堵塞，易于操作、調(diào)試及檢修。 1.2板式塔 板式塔具有物料處理量大，重量輕，清理檢修方便，操作穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，且便于滿(mǎn)足工藝上的特殊要求，如中間加熱或或冷卻、多段取出不同餾分、“液化氣”較大等。但板式塔的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。由于板式塔良好的操作的性能和成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，目前在化工生產(chǎn)的塔設(shè)備中，占有很大比例，廣泛用于蒸餾、吸收等傳質(zhì)過(guò)程。 板式塔內(nèi)部裝有塔盤(pán)，塔體上有進(jìn)料口、產(chǎn)品抽出口以及回流口等。此外，還有很多附屬裝置，如除沫器、入手孔、支座、扶梯平臺(tái)等。 一般各層塔盤(pán)結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層、最低一層和進(jìn)料層的結(jié)構(gòu)和塔盤(pán)間距有所不同。最高一層塔盤(pán)和塔頂之間，要有一定的距離，以便能良好的除沫。有時(shí)，在該段上還裝有除沫器。最低一層塔盤(pán)到塔頂?shù)木嚯x一般也高于塔盤(pán)間距離，因?yàn)樗卓臻g起著貯槽作用，以保證液體有足夠的貯存，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入從塔外再沸器來(lái)的蒸汽，有時(shí)則以列管或蛇管將塔底的液體加熱汽化。進(jìn)料塔盤(pán)的間距也比較高。對(duì)于急劇汽化的料液在進(jìn)料塔底上須裝上擋板、襯板或除沫器，此時(shí)進(jìn)料塔盤(pán)間距還得更高一些。此外，開(kāi)有人孔的塔盤(pán)間距也較大，一般為700mm。 為了塔體的保溫，在塔體上有時(shí)焊有保溫材料的支承圈。為檢修方便，有時(shí)還在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。 可見(jiàn)，板式塔與填料塔的區(qū)別僅在于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。對(duì)于板式塔來(lái)說(shuō)，內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)是塔盤(pán)結(jié)構(gòu)，包括塔板、降液管及受液盤(pán)、溢流堰、緊固件和支撐件等。 1.3浮閥塔 浮閥塔從五十年代起已大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)用以完成加壓、常壓、減壓下的精餾、吸收、解析等過(guò)程。大型浮閥塔的塔徑可達(dá)10m，塔高達(dá)83m，塔板有數(shù)百塊之多。 浮閥塔的塔板上，按一定中心距開(kāi)閥孔，閥孔里裝有可以升降的閥片。 浮閥能隨著氣速的增減在相當(dāng)寬的氣速范圍內(nèi)自由升降，以保持穩(wěn)定操作。因此浮閥塔能在較寬的流量范圍內(nèi)保持高效率，其操作彈性比篩板、泡罩和舌形塔盤(pán)大得多；由于氣液接觸狀態(tài)良好，且蒸汽以水平方向吹入液層，故霧沫夾帶較少，塔板效率比泡罩塔高15%左右；由于氣流通過(guò)浮閥只有一次收縮、擴(kuò)大及轉(zhuǎn)彎，故單板壓力降比泡罩塔低；浮閥形狀簡(jiǎn)單，液面落差?。挥捎陂y盤(pán)大多用不銹鋼制造，加之浮閥不停的浮動(dòng)，所以不易積垢堵塞，故操作周期較泡罩塔長(zhǎng)，清理也節(jié)省時(shí)間；另外。其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，安裝容易，制造費(fèi)僅為泡罩塔的60%~80%，（但為篩板塔的120%~130%）。 1.4原油的分餾 石油是由超過(guò)8000種不同分子大小的碳?xì)浠衔铮吧倭苛蚧衔铮┧M成的混合物。石油在使用前必須經(jīng)過(guò)加工處理，才能制成適合各種用途的石油產(chǎn)品。常見(jiàn)的處理方法為分餾法，利用分子大小不同，沸點(diǎn)不同的原理，將石油中的碳?xì)浠衔镉枰苑蛛x，再以化學(xué)處理方法提高產(chǎn)品的價(jià)值。工業(yè)上先將石油加熱至400℃~500℃之間，使其變成蒸氣后輸進(jìn)分餾塔。在分餾塔中，位置愈高，溫度愈低。石油蒸氣在上升途中會(huì)逐步液化，冷卻及凝結(jié)成液體餾分。分子較小、沸點(diǎn)較低的氣態(tài)餾分則慢慢地沿塔上升，在塔的高層凝結(jié)，例如燃料氣、液化石油氣、輕油、煤油 等。分子較大、沸點(diǎn)較高的液態(tài)餾分在塔底凝結(jié)，例如柴油、潤(rùn)滑油及蠟等。在塔底留下的黏滯殘余物為瀝青及重油，可作為焦化和制取瀝青的原料或作為鍋爐燃料。不同餾分在各層收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)管輸離分餾塔。這些分餾產(chǎn)物便是石油化學(xué)原料，可再制成許多的化學(xué)品。 1.5 設(shè)計(jì)任務(wù)和思想 1.5.1.設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)課題為浮閥塔，設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要選擇適用合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)滿(mǎn)足制造、檢修、裝配、運(yùn)輸和維修等要求；而強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容包括浮閥塔的材料，確定壁厚和要結(jié)構(gòu)尺寸，滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等要求。 1.5.2 .設(shè)計(jì)思想 盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)、國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則，具體有如下幾點(diǎn)： 1) 根據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》和GB151-1999〈〈管殼式浮閥塔〉〉等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2）滿(mǎn)足工藝和操作要求，所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)。 3）滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)上的要求，考慮省熱能和電能的消耗，設(shè)備投資與運(yùn)行費(fèi)用，設(shè)計(jì)時(shí)要全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。 4）保證生產(chǎn)安全，保證浮閥塔具有一定的剛度和強(qiáng)度。設(shè)計(jì)中根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定壁厚,再校核其他零件的強(qiáng)度,進(jìn)行水壓試驗(yàn)，容器是否有足夠的腐蝕裕度。 第二章 浮閥塔的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 浮閥塔的總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示 圖2-1 浮閥塔的總體結(jié)構(gòu)圖 浮閥塔由塔體、內(nèi)件、及支座等部件組成，如圖1、圖2所示。 塔體由鋼板焊接。為了滿(mǎn)足工藝要求及制造安裝的需要，在塔體上設(shè)有許多的零部件及接管，如液面計(jì)、入孔、手孔、進(jìn)料管、進(jìn)氣管、出料管、回流管、產(chǎn)品抽樣管以及安裝溫度計(jì)及壓力表的接管等。為了安裝、檢修及操作，在塔體上還裝有吊柱、平臺(tái)及扶梯。為了安裝保溫材料，在塔底上焊有一定數(shù)量的支撐圈。浮閥塔采用裙座支承。 板式塔內(nèi)件主要包括塔盤(pán)、降液管、受液管、除沫器等。 各層塔盤(pán)間距相等。但是底層塔盤(pán)到塔底的距離（塔底空間）一般比塔底空間要高得多，因?yàn)樗鹬A槽的作用，使塔底液體不致流空。頂層塔板到塔頂?shù)木嚯x（塔頂空間）也較大，一般取1.2-1.5m，目的是減少塔頂排氣中攜帶的液體量。為了更好的分離氣體中攜帶的液體以提高產(chǎn)品質(zhì)量，還在塔頂設(shè)置除沫裝置。進(jìn)料段空間高度取決于進(jìn)料介質(zhì)的狀態(tài)，因?yàn)闉橐合噙M(jìn)料，取為與塔板間距相同。此外，在開(kāi)入孔處的塔盤(pán)間距要考慮人員進(jìn)入的需要，設(shè)為700mm。裙座高度由工藝配置決定。 第三章 材料選擇及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 浮閥塔的材料選擇 塔設(shè)備與其他化工設(shè)備一樣，置于室外，無(wú)框架的自支承式塔體，絕大多數(shù)是采用鋼材制造的。這是因?yàn)殇摬木哂凶銐虻膹?qiáng)度和塑性，制造性能較好，設(shè)計(jì)制造的經(jīng)驗(yàn)也較成熟。 本設(shè)計(jì)的浮閥塔的塔徑不大，主要的材料選用鋼材。為了滿(mǎn)足腐蝕性介質(zhì)或低溫要求，采用有色金屬材料（如鈦、鋁、銅、銀等）或非金屬耐腐蝕材料。 浮閥塔的塔盤(pán)以及浮閥，由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加之安裝工藝和使用方面的要求，（如浮閥應(yīng)能自由浮動(dòng)），所以以鋼材為主，其他材料為輔。 3.2浮閥塔的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2.1 浮閥塔盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 塔盤(pán)分為整塊式和分塊式兩種。當(dāng)塔徑小于900mm時(shí)采用整塊式塔盤(pán)；當(dāng)塔徑大于800mm時(shí)，由于人能在塔內(nèi)安裝、拆卸，可采用分塊式塔盤(pán)；根據(jù)本設(shè)計(jì)的條件，塔徑為1600mm，故采用分塊式塔盤(pán)。 采用分塊式塔盤(pán)時(shí)，為便于安裝、檢修、清洗，常將塔板分成數(shù)塊，通過(guò)人孔送入塔內(nèi)，裝在焊于塔體內(nèi)壁的塔盤(pán)支撐件上。此時(shí)，塔體為一焊制整體圓筒，不分塔節(jié)。分塊式塔盤(pán)一般采用自身梁式塔板，他的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，由于將塔板沖壓折邊，使其具有足夠的剛性，這樣不僅簡(jiǎn)化了塔盤(pán)結(jié)構(gòu)，而且可以節(jié)約材料。為進(jìn)行塔內(nèi)清洗和檢修，使人能進(jìn)入各層塔盤(pán)，可在塔板接近中央處設(shè)置一塊內(nèi)部通道板。又因在一般情況下，塔體設(shè)有兩個(gè)以上的人孔，人可以從上面或下面進(jìn)入，故通道板應(yīng)是上、下均可拆的。 3.2.2裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了制作方便，裙座一般選用圓筒形。裙座與塔體的連接采用焊接，焊接接頭采用對(duì)接型式。裙座筒體與塔釜封頭的外徑相等，裙座筒體與塔釜封頭的連接焊縫采用全焊透的連續(xù)焊，且與塔釜封頭外壁圓滑過(guò)渡。 3.3浮閥塔其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.3.1．降液管及受液盤(pán) （1）降液管 降液管一般分為圓形和弓形兩種， 圓形降液管通常在液體負(fù)荷或塔徑較小時(shí)使用，可采用一根或數(shù)根圓形或長(zhǎng)圓形降液管。為了增加溢流周邊，并提供足夠的分離空間，可在降液管前方設(shè)置溢流堰，也可將圓形降液管伸出塔盤(pán)表面兼做溢流堰，如上圖3-1根據(jù)本設(shè)計(jì)的條件，選用圓形降液管。 圖3-1 凹形受液盤(pán) 1-塔壁；2-降液板；3-塔板；4-受液盤(pán)；5-支座 為防止氣體從降液管底部竄入，降液管必須有一定的液封高度。降液管底端到下層塔盤(pán)受液盤(pán)的間距應(yīng)低于溢流堰高度，通常取，本設(shè)計(jì)取。 降液管的尺寸，應(yīng)該使夾帶氣泡的液流進(jìn)入降液管后，能分離出氣泡，從而僅有清流流往下層塔盤(pán)。 （2）受液盤(pán) 為保證降液管出口處的液封，在塔盤(pán)上設(shè)置受液盤(pán)。受液盤(pán)有平形和凹形兩種。 對(duì)于易聚合的物料，為避免在塔盤(pán)上形成死角，應(yīng)采用平形受液盤(pán)。 當(dāng)液體通過(guò)降液管與受液盤(pán)的壓力降大于250Pa時(shí)，應(yīng)采用凹形受液盤(pán)，如上圖圖3-1所示。 凹形受液盤(pán)對(duì)液體流向有緩沖作用，可降低塔盤(pán)人口的液封，使得液流平穩(wěn)，有利于塔盤(pán)人口區(qū)更好地鼓泡。凹形受液盤(pán)的深度一般大于50mm，但不能超過(guò)塔板間距的1/3，否則須加大塔板間距。根據(jù)本設(shè)計(jì)的條件，選用凹形受液盤(pán)。 在塔或塔段最低一層塔盤(pán)的降液管末端應(yīng)設(shè)液封盤(pán)，以保證降液管出口處的液封。用于弓形降液管的液封盤(pán)液封盤(pán)上應(yīng)開(kāi)設(shè)淚孔，供停工時(shí)排液。 3.3.3．其他附屬裝置 （1）進(jìn)料口 對(duì)于液體進(jìn)料，直接引入加料板。板上有進(jìn)口堰，使液體能均勻的通過(guò)塔板，并且可以避免由于進(jìn)料泵及控制閥所引起的波動(dòng)的影響。圖3-10為液態(tài)進(jìn)料常用的可拆接管型式。 (2)出料口 常用的塔底出料接管見(jiàn)圖3-2。 圖3-2 液體進(jìn)料口 一般在出料管端部裝有防渦擋板，以防止液體造成漩渦而將氣體夾帶至出料泵。 塔頂氣體引出管的直徑不宜過(guò)小，以減少壓降，并避免夾帶液滴。在塔頂設(shè)置除沫器。 （3）人孔、手孔及其他 由于塔體采用分塊式塔盤(pán)結(jié)構(gòu)，開(kāi)設(shè)人孔。可在在塔高6000mm處設(shè)一人孔。在塔頂和塔頂另各設(shè)一人孔。 人孔或手孔的布置應(yīng)與降液管錯(cuò)開(kāi)，保證人員能順利出入。人孔開(kāi)在塔壁的同一經(jīng)線面內(nèi)，方便裝拆和作業(yè)。 在塔體上采用回轉(zhuǎn)蓋人孔，因?yàn)橛斜匾?。在操作平臺(tái)處，人孔中心高度一般比操作平臺(tái)高800~1000mm。人孔中心離中心離塔內(nèi)可站立內(nèi)件的高度超過(guò)1000mm時(shí)，在塔壁內(nèi)部應(yīng)設(shè)置用直徑18~22園鋼制成的把手或爬梯。 第四章 強(qiáng)度計(jì)算與校核 4.1浮閥塔的設(shè)計(jì)參數(shù) 表4-1 浮閥塔的設(shè)計(jì)參數(shù)如下 浮閥塔的設(shè)計(jì)參數(shù) 最高工作壓力/MPa 0.05 介質(zhì)密度kg/m3 972 工作溫度t/℃ 140 安裝地區(qū) 遼寧地區(qū) 設(shè)計(jì)壓力/MPa 0.15 地震烈度 8級(jí) 設(shè)計(jì)溫度t/℃ 150 場(chǎng)地類(lèi)型 Ⅱ 腐蝕速率 0.15年/mm 塔板數(shù) 20 偏心質(zhì)量/kg 2300 塔內(nèi)徑/mm 1800 偏心距/mm 530 塔板上存留介質(zhì)高度/mm 100 保溫材料密度/mm 300 保溫材料厚度/mm 110 4.2按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度 4.2.1.塔體厚度計(jì)算 考慮厚度附加量C=3.3mm，經(jīng)圓整后取δn=10mm。 4.2.2封頭厚度計(jì)算 考慮厚度附加量C=3.3mm，經(jīng)圓整后取δn=10mm。 4.3塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算 4.3.1.筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量 圓筒質(zhì)量： 封頭質(zhì)量： m2 =2972=594kg 裙座質(zhì)量： 說(shuō)明：（1）塔體總高(不包括封頭和裙座）：H=10.75 （2） 查的DN1800mm，厚度10mm的橢圓形封頭質(zhì)量為297kg/個(gè)（封頭曲面深度450mm，直邊高度40mm）； （4）裙座高度2000mm，厚度按10mm計(jì)。 4.3.1.塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 m02=（浮閥塔盤(pán)質(zhì)量75） 4.3.2保溫層質(zhì)量 其中，為封頭保溫層的質(zhì)量 其保溫層外容積為 橢圓封頭的曲面方程為 所以 其殼體外容積為 4.3.3.平臺(tái)、扶梯質(zhì)量 說(shuō)明：由表8-1查得平臺(tái)單位面積質(zhì)量，籠式扶梯單位長(zhǎng)度質(zhì)量；籠式扶梯總高HF=19m，平臺(tái)數(shù)量為4。 4.3.4.操作時(shí)物料質(zhì)量 說(shuō)明：物料密度ρ=972kg/m3，封頭內(nèi)容積Vf=0.865m3，塔釜圓筒部分深度，塔板數(shù)N=20，塔板上液層高度。 4.3.5. 附件質(zhì)量 按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為 4.3.6.充水質(zhì)量為 其中 4.3.7.各種質(zhì)量載荷匯總 （1）塔體操作時(shí)的質(zhì)量： （2） 塔體與裙座操作時(shí)的質(zhì)量： （3）塔設(shè)備的最大質(zhì)量為： （4）塔設(shè)備的最小質(zhì)量為： 4.4風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算 4.4.1.風(fēng)載荷計(jì)算 式中： ——體形系數(shù)，對(duì)圓筒形容器， ——10m高處基本風(fēng)壓值，q0=4510-5MPa f1——風(fēng)壓高度變化系數(shù) f1值如下：6.4—10m段 L1=10-6.4=3.6m 查表f1=0.9 10—18.4m段 L2=18.4-10=8.4m 查表f2=1.15 ——計(jì)算段長(zhǎng)度 ——塔的有效直徑。設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90，取下a、b中較大者。 ，， Dei=1820+2110+400+400=2840 塔體各段風(fēng)力： 4.4.2.風(fēng)彎矩計(jì)算 裙座底部（0—0截面）彎矩： =72742800＋2376.5(5600＋7000)=50106Nmm 塔底部（H面）彎矩： =4782180014259﹙3600＋4200﹚=119.83106Nmm 4.5地震載荷計(jì)算 取第一振型阻尼比為 則衰減指數(shù) 0.8772s 塔的總高度 H=1400mm 全塔操作質(zhì)量 23384kg，重力加速度 地震影響系數(shù) 由表8-2查的（設(shè)防烈度8級(jí)） 由表8-3查的 計(jì)算截面距地面高度h： 0-0截面：h=0，1-1截面：h=2000mm 等直徑、等厚度的塔，，按下列方法計(jì)算地震彎矩。 0-0截面： 1-1截面： 4.6偏心彎矩計(jì)算 4.7塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性校核 4.7.1.塔底危險(xiǎn)截面的各項(xiàng)軸應(yīng)力計(jì)算 其中 4.7.2.塔底1-1截面抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性校核 1-1截面： 由于＜140MPa 因此塔1-1截面滿(mǎn)足抗拉強(qiáng)度軸向穩(wěn)定條件。 4.7.3.塔底1-1截面抗拉強(qiáng)度校核 故滿(mǎn)足抗拉強(qiáng)度條件 上述各項(xiàng)校核表面：塔體厚度，可滿(mǎn)足塔體強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求 4.8裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算 設(shè)裙座厚度附件厚度C=1，則裙座有效厚度 4.8.1.裙座底部0-0截面軸向應(yīng)力計(jì)算 裙座的有效厚度 風(fēng)載荷引起0-0截面彎曲應(yīng)力 4.8.2.裙座底部0-0截面彎曲應(yīng)力 裙座材料采用A3鋼 而即裙座出現(xiàn)失穩(wěn)之前材料已達(dá)到彈性極限，因此強(qiáng)度是主要的約束因素。 因此滿(mǎn)足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求。 4.9焊接強(qiáng)度 此塔裙座與塔體采用對(duì)接焊，焊縫承受的組合拉應(yīng)力 表4-1各危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定校核匯總 項(xiàng)目 計(jì)算危險(xiǎn)截面 0-0 1-1 塔體與裙座有效厚mm 10 10 截面以上操作質(zhì)量/kg 45076 44183 計(jì)算截面面積 截面的抗彎截面系數(shù) 最大彎矩 最大允許軸向拉應(yīng)力 -- 119 最大允許壓應(yīng)力 113 140 180 173 計(jì)算壓力引起的向拉應(yīng)力 0 0 操作質(zhì)量引起的向壓應(yīng)力 8.68 4.05 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 2.18 4.71 最大組合軸向拉應(yīng)力 - - 最大組合軸向壓應(yīng)力 11.4 8.76 強(qiáng)度與穩(wěn)定校核 強(qiáng)度 — — 穩(wěn)定性 滿(mǎn)足穩(wěn)定性條件 4.9塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核 4.9.1.筒體水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力 (1)由試驗(yàn)壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力 (2)由試驗(yàn)壓力引起的軸向拉應(yīng)力 (3)最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力 (4)由彎矩引起的軸向應(yīng)力 4.9.2.水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 (1)筒體環(huán)向應(yīng)力校核 因?yàn)?，故滿(mǎn)足要求。 (2)最大組合軸向拉應(yīng)力校核 許用應(yīng)力： 因?yàn)?，故滿(mǎn)足要求。 (3)最大組合軸向壓應(yīng)力校核 軸向許用壓應(yīng)力 取其中較小值。 , 取。 因?yàn)?，故滿(mǎn)足要求。 4.10基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 4.10.1基礎(chǔ)環(huán)尺寸 取 圖4-1基礎(chǔ)環(huán)尺寸圖 4.10.2.基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核 取其中較大值， (1) (2) 取 選用75號(hào)混凝土，其許用應(yīng)力，故滿(mǎn)足要求。 4.10.3.基礎(chǔ)環(huán)厚度 按有筋板時(shí)，計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)的厚度。 設(shè)地腳螺栓直徑為M42，由表8-11查得l=160mm，則b/l=150/309=0.485，由表8-10查得 取，基礎(chǔ)環(huán)材料采用A3鋼其厚度為，取。 4.11地腳螺栓計(jì)算 4.11.1.地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力 取其中較大值， 其中， 取其中較大值， 4.11.2.地腳螺栓的螺紋小徑 因?yàn)?，故此塔設(shè)備必須安裝地腳螺栓。選取螺栓材料16MnR，螺栓個(gè)數(shù)為n=20，，C=3mm。 取地腳螺栓為M24。由表8-12查得M42的螺紋小徑d=20.75mm，故選用20個(gè)M24的地腳螺栓，滿(mǎn)足要求。 4.12筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取 4.12.1.法蘭選型 根據(jù)筒體內(nèi)徑，計(jì)算壓力，溫度150℃，查表6-2，確定法蘭結(jié)構(gòu)為乙型平焊法蘭，查附錄12選取材料16Mn，公稱(chēng)壓力PN=0.6Mpa。 查相關(guān)手冊(cè)得法蘭基本數(shù)據(jù)： D=1930mm，D1=1890mm，D2=1855mm，D3=1841mm，D4=18387m 螺紋孔直徑d=23mm，法蘭厚度b=56mm 4.12.2.螺栓選型 根據(jù)公稱(chēng)直徑DN=1800mm，查附錄13-3，得螺柱材料為40MnVB，查表6-6得，螺母材料為40Mn。 4.12.3.墊片選型 壓緊密封面選取平面密封面，選用纏繞型墊片，D=1878mm，d=1825mm，墊片種類(lèi)為石棉式石墨填充帶。 塔的機(jī)械設(shè)計(jì) 塔的名義壁厚 筒體，封頭，裙座 塔的載荷及其彎矩 質(zhì)量載荷 風(fēng)彎矩 地震彎矩 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)環(huán)尺寸 基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核 滿(mǎn)足要求 地腳螺栓設(shè)計(jì) 直徑M24，個(gè)數(shù)20個(gè) 表4-2塔的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果 主要符號(hào)說(shuō)明 ——裙座人孔處截面的面積， ——裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)， ——裙座殼底部?jī)?nèi)直徑， —— 裙座殼有效壁厚， ——裙座人孔截面處裙座殼的內(nèi)直徑， ——裙座人孔截面處水平方向的最大寬度， ——人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的長(zhǎng)度， ——人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的厚度， ——塔計(jì)算段的有效直徑， ——基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)直徑， ——基礎(chǔ)環(huán)外直徑， ——裙座大端外直徑， E ——設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量， ——風(fēng)壓高度變化系數(shù) H ——塔的總高度， ——塔第i段頂截面距地面的高度， ——塔第i-i截面處的地震彎矩， ——塔第i-i截面處的最大彎矩， ——塔第i-i截面處的風(fēng)彎矩， ——塔的最大質(zhì)量， ——塔的最小質(zhì)量， ——塔的操作質(zhì)量， ——計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量， ——計(jì)算壓力， ——塔i-i計(jì)算段的水平風(fēng)力， ——基本風(fēng)壓值， ——塔的基本自振周期， ——對(duì)應(yīng)的地震影響系數(shù) ——地震影響系數(shù)的最大值 ——管線保溫層厚度， ——脈動(dòng)增大系數(shù) ——脈動(dòng)影響系數(shù) ——由計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力， ——由重力引起的軸向應(yīng)力， ——設(shè)計(jì)溫度下筒體材料的許用應(yīng)力， ——設(shè)計(jì)溫度下材料的許用軸向壓應(yīng)力， ——設(shè)計(jì)溫度下裙座材料的許用應(yīng)力， ——振型系數(shù) 第五章 心得體會(huì) 三周的課設(shè)轉(zhuǎn)眼即逝，雖然時(shí)間短暫，但收獲的知識(shí)卻很豐厚。本次過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的課設(shè)，我的設(shè)計(jì)題目是塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)，塔設(shè)備是最常見(jiàn)的化工設(shè)備之一，可用于精餾分離。再結(jié)合化工原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，我們可以通過(guò)設(shè)備的工作要求計(jì)算出塔設(shè)備的基本尺寸、材料選型、強(qiáng)度校核、及其附屬設(shè)備的選擇校核等。這對(duì)我們充分的理解塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能等提供了很大的幫助。本次課設(shè)我們還繪制了塔設(shè)備的裝配圖和塔盤(pán)部件圖，對(duì)于如何布置塔設(shè)備內(nèi)各個(gè)管口、人孔、儀表有了深入的了解。補(bǔ)充了課堂上所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，在實(shí)踐中溫故而知新。感謝老師們的耐心輔導(dǎo)和幫助！ 參考文獻(xiàn) [1] 路秀林，王者相. 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