课程塔设备设计说明

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,化工设备机械基础,塔设备设计,- 万永燕、郑舒元,主要内容：,了解塔所承受载荷的特点。,熟悉塔体和裙座承受的各项载荷计算及强度校核步骤。,能够确定塔体和裙座体危险截面，并掌握塔体壁厚的校核方法。,塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行,。,根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。,板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的,规模,一般较小，故采用填料塔较多,。,板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便,塔设备与其他化工设备一样，置于室外，无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有猪狗的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也比较成熟，因此，在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的有点。,一、,塔体材料选择,：,设计中塔体的材料选择是：,16MnR,塔体是塔设备的外壳，由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所英气的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响，所以选择塔体的材料很重要。,二、,裙座材料的选择,设计中裙座材料的选Q235-A;,塔体裙座是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定位置上进行正常工作，为此，它应当具有足够的强大和刚度，能够承受各种操作情况下的全塔质量，以及风力、地震等引起的载荷。,三、塔体及封头厚度的计算,按,设计,压力计算塔体和封头厚度,1.塔体厚度的计算：,2.封头厚度的计算：,四,、塔体强度计算,室外,H,/,D,较大的塔，,操作压力、,质量载荷、,风载荷、,地震载荷,偏心载荷等,五、塔体承受的各中载荷的计算,自支承式塔设备的塔体除承受工作介质的压力外，还要承受质量载荷、地震载荷、风载荷及偏心载荷的作用；,1 、质量载荷的计算,（1）塔设备的操作质量：(kg),（2）、塔设备液压试验时的质量（这时设备质量最大），简称设备最大质量：(kg),（3）设备吊装时的质量（这是设备质量最小）,最小质量,：,式中,：,m,0,1:塔体和裙座质量Kg；,m,0,2:内件质量Kg；,m,0,3:保温材料质量，Kg； m,0,4:平台、扶梯质量Kg；,m,0,5:操作时塔内物料质量，Kg；,ma:人孔、接管、法兰等附件质量，Kg；,me:偏心质量，Kg； mw:液压试验时，塔内充液质量，Kg；,0.2m2:考虑内件焊在塔体上的部分质量，如塔盘支承圈、降液管等。,当空塔吊装时，如未装保温层、平台、扶梯等，则mmin应扣除m3和m4。,在计算m2、m4及m5时，若无实际资料，可参考表,8-1,进行估算。,2、地震载荷的计算,当发生地震时，塔设备作为悬梁臂，在地震载荷作用下发生弯曲变形。所以，安装在7度及7度以上地震地区的塔设备必须考虑其抗震能力，计算出它的地震载荷。,对于实际应用的塔，全塔质量并不集中于顶点，而是按全塔或分段均布。计算地震载荷与计算风载荷一样，也是将全塔沿高度分成若干段，每一段质量视为集中于该段1/2,任意截面,i,-,i,基本振型地震弯矩：,等直径、等厚度塔的任意截面,i,-,i,和底截面0-0的基本振型地震弯矩：,H,/,D,15，或高度大于等于20m时，考虑高振型,3、风载荷,的计算,迎风面产生风压。与风速、,空气密度、地区和季节有关。,各地离地面10m处30年一遇,10分钟内平均风速最大值作为计算风压，得到该地区的基本风压,q,0,，,风速随地面高度而变化。塔高于10m，,应分段计算风载荷,，视离地面高度的不同乘以高度变化系数,f,i,风压还与塔高度、直径、形状以及自振周期有关。两相邻计算截面间的水平风力为：,P,i,-水平风力；,q,0,-基本风压值，见表4-26，但均不应小于250N/,2,；,f,i,-风压高度变化系数,L,i,-第计算段长度；,D,ei,-塔各计算段有效直径；,K,1,-体型系数，圆柱直立设备0.7,K,2i,-各计算段风振系数，,2、,风弯矩的计算,风弯矩计算,0-0截面,1-1截面,2-2截面,5,.偏心,弯矩的计算,塔外附属设,塔顶冷凝器偏心安装,塔底外侧悬挂再沸器,偏心载荷引起轴向压应力和轴向弯矩,M,e,，,六、,各种载荷引起的轴向应力,2、,操作质量引起的轴向压应力,查得相关标准得：,0-0截面,1-1截面,2-2截面,1、,计算压力引起的轴向拉应力,3、最大弯矩引起的轴向应力,0-0截面,1-1截面,2-2截面,七、,强度与稳定性校核,根据,正常操作,或,停车检修,时的各种危险情况，求出最大组合轴向应力，必须满足强度条件与稳定性条件，表4-34。,周向拉应力只进行强度校核，因为不存在稳定性问题。,轴向压应力既要满足强度要求，又必须满足稳定性要求，进行双重校核,。,名 称,强度校核,稳定性校核,塔体,最大,组合轴向,拉应力,s,max,K,s,t,f,截面最大,轴向压应力,s,max,K,s,t,K,0.06E,t,ei,/R,i,K,为载荷组合系数，取,K,=1.2。,1、,轴向最大应力的校核条件,塔体,最大组合轴向拉应力,校核,：,塔体与裙座的稳定校核,3. 水压试验时应力校核, 环向拉应力, 最大组合轴向拉应力,校核,（三）地脚螺栓,为了使塔设备在刮风或地震时不致翻倒必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓，把设备固定在基础面上。,基础面上由螺栓承受的最大拉应力为,B,0塔自身稳定，固定位置加螺栓,B,0，必须设地脚螺栓，螺纹小径,地脚螺栓个数取4的倍数，小直径塔取6个，圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24,图为参考浮,阀塔设备图,谢谢大家 ！,