精馏塔机械设计

辽宁石油化工大学毕业设计（论文） GraduationProject (Thesis) for Undergraduate of LSHU题 目精馏塔T-101机械设计TITLET-101 mechanical design of distillation column学 院School专业班级Major&Class姓 名Name指导教师Supervisor 201 年 月 日本论文为原创，为了方便学弟学妹参考特发到百度文库，图纸没发0.0论文独创性声明本人所呈交的论文，是在指导教师指导下，独立进行研究和开发工作所取得的成果。除文中已特别加以注明引用的内容外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。本声明的法律结果由本人承担。特此声明。论文作者（签名）： 201年 月 日辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸摘 要精馏设备是一种常见的过程设备。对工业生产过程的生产效率有重要影响，例如能源利用率，环保等。在国民经济发展中起着重要作用，有着无可撼动的地位，因此，我们必须认真对待关于塔设备的研究。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重大的影响。本次设计的精馏塔是分离乙烯醋酸聚合物的塔设备。在设计时要考虑实际要求，并遵循塔设备的设计原则，要经历总体结构设计、零部件结构设计、参数设计和设计实施这几个过程，之后才能完整的设计出合格的塔设备。说明书反映的是设计的基本过程。第一章为概述，主要阐述了设计的背景以及塔的基本知识；第二章是塔基本结构的设计，从整体和部分各环节进行了机械的设计和选型；第三章则是对已设计好的方案进行各种载荷的计算以及校核，校核合格后方能证明该设计方案的合理性；第四章对需要补强的开孔进行了补强设计；最后一章则是说明了主要零部件的制造工艺。另外，需要绘制CAD图纸。绘制时应该严谨，并尽量保持其正确性。除了塔的整体装配图外，还要绘制4张零件图。关键词：精馏塔；设计；校核；补强；装配图IAbstractThe rectifying column equipment is one kind of common process equipment. In the process industrial production it has an important impact to the production efficiency, the energy use factor, the environmental protection and so on. As the process industry is pivotal to national economys development function, therefore, we must take seriously the tower equipments research. Tower equipment Have a great effect on the performance of the whole device product yield, quality, production capacity and consumption and waste treatment and environmental protection etc.The design of the distillation tower is the separation of EVA polymer tower equipment When design we must consider to request actual, to follow the tower equipments principle of design, which experience the demand analysis, the gross structure design, the spare part structural design, the parameter design and the design implements these processes. The instruction booklet has reflected the design unit process. The first chapter is the outline, mainly elaborated the design background and the tower elementary knowledge; The second chapter is the basic structure design, has carried on machinerys design and the shaping from the whole and part various links; The third rules to the plan which designs have carried on each kind of load the computation as well as the examination, the examination qualified can prove the design proposal the rationality; The fourth chapter carries on the reinforcement design for the opening which needs the reinforcement; The last chapter explained the main spare part fabrication technology.Moreover, the CAD drawing of the map is also necessary. The blueprint is also master documents during the manufacture. Drawing must be strict, as far as possible to maintain accuracy. Besides the overall assembly drawing of tower, but also drew up four detail drawings to carry on the supplement to it, caused the expression to be clearer concretely.Keywords: Rectifying column；Design；Checking；Reinforcement；Assembly drawingIII目录1 前言11.1 塔设备概论11.2 常压塔的主要结构22 精馏塔基本结构的设计42.1 设计条件42.2 塔高的确定42.3 塔盘选型与设计62.3.1 塔盘型式及设计62.3.2 塔盘的结构设计82.3.3 塔盘板82.3.4 塔盘主梁和支梁的设计102.3.5 塔盘的紧固件102.4 附件设计102.4.1 人孔102.4.2 接管112.4.4 吊柱142.4.5 操作平台与梯子152.4.6 保温层152.4.7 裙座153 强度和稳定性计算173.1 材料的选择173.1.1 筒体和封头材料的选择173.1.2 裙座材料的选择173.1.3 接管的材料173.2.1 厚度计算过程步骤173.2.2 厚度计算183.3 载荷计算193.3.1 质量载荷193.3.2 塔的自振周期计算213.3.3 地震载荷及地震弯矩计算223.3.4 风载荷和风弯矩计算243.3.5 最大弯矩263.4 校核计算273.4.1 圆筒应力校核273.4.2 裙座计算283.4.3 裙座与塔壳对接焊缝校核334 开孔补强344.1 补强的判据344.2 对塔顶气体出口的补强344.2.1 补强计算方法判别354.2.2 开孔所需补强面积354.2.3 有效补强范围354.2.4 有效补强面积364.3 人孔的补强364.3.1 补强计算方法判别374.3.2 开孔所需补强面积374.3.3 有效补强范围375 主要零部件的制造工艺395.1 零部件的制造395.1.1筒体制造395.1.2 封头的制造405.2 塔设备的制造485.3 塔体及塔盘的制造技术条件的规定41总结42参考文献43谢辞44III1 前言1.1 塔设备概论塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。它的作用是实现气（汽）液相或液液相之间充分的接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。塔设备应用面广、量大，其设备投资费用占整个工艺设备费用较大的比例。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对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着重大影响。因此，塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外，还应满足以下要求：（1） 气（汽）液两相充分接触，相际间的传热面积大；（2）生产能力大，即气液处理量大；（3）操作稳定，操作弹性大；（4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大减少生产中的动力消耗，以降低操作的费用；（5）结构简单，制造、安装、维修方便，并且设备的投资及操作费用低；（6）耐腐蚀，不易堵塞。方便操作、调节和检修。塔设备的分类：（1）按操作压力可分有加压塔、常压塔以及减压塔；（2）按单元操作可分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等；（3）按内件结构可分有填料塔、板式塔;（4）按形成相际接触界面的方式可分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔。1.2 常压塔的主要结构在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔以及板式塔，所以主要考虑这两种类别。考虑到设计条件，成分复杂，并且板式塔和填料塔相比效率更高一些，更稳定，液气比适用范围大，持液量较大，安装、检修更容易，造价更低，故选用板式塔更为合理。 板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔内使用塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热，并且两相的组分浓度呈阶梯式变化。塔盘采用浮阀型式。因为浮阀塔在石油、化工、等工业部门应用最为广泛，并具备优异的综合性能，在设计和选用时经常作为首选的板式塔型式。板式初馏塔的总体结构见装配草图。板式塔除了各种内件之外，主要由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台组成。(1) 塔体塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒和上下封头组成。对于大型塔设备，为了节省材料偶尔采用不等直径、不等厚度的塔体。塔设备一般情况下安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（内压或外压）、温度外，还要考虑到风载荷、地震载荷、偏心载荷等。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。本设计中精馏塔为常压0.11MPa，采用等直径等厚度型式。(2) 支座塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分。它必须保证塔体固定在稳定位置上进行正常的操作。为此，它应当具备足够的强度和刚度，并且能承受各种操作情况下的全塔重量，以及风力、地震等引起的载荷。最常用的塔体支座是裙式支座（简称为“裙座”）。(3) 人孔及手孔人孔和手孔一般都是为了安装、检修检查和装填填料的需要而设置的。在板式塔和填料塔中，各有不同的设置要求。本精馏塔体设有人孔。(3)接管塔设备的接管是用来连接工艺管路的，把塔设备与相关设备连成系统。按接管的用途， 分为进液管、出液管、进气管、出气管、回流管、侧线抽出管和仪表接管等。本初馏塔的主要接管见草图。(4) 吊柱安装于塔顶，为了在安装和检修时，方便塔内件的运送。2 精馏塔基本结构的设计2.1 设计条件已知给定设计条件如下：工作介质：EVA,塔径：1000mm工作参数：设计压力0.11MPa，最高工作温度150开口及接管根据现场确定。工作地点：抚顺地震基本烈度为7度，基本风压0.30KN/m2。2.2 塔高的确定（1） 塔的顶部封头高度顶部空间高度取（2） 塔的主体高度主体高度：（3） 椭圆形封头根据JB/T4746-2002 ，选用DN10008Q345R型号封头。如图2-1。EHA椭圆形封头参数见表2-1。图2-1 椭圆封头表2-1 EHA椭圆形封头参数公称直径DN /mm总深度H/mm内表面积A/mm2容积V/ mm3直边高度h/mm质量m/kg10002501.160.1514072.1（4） 裙座的高度裙座的高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度。具体尺寸如下图2-2所示，裙座的全部高度是V和U相加和得到。其中U是由工艺决定的，在此常压塔设计中可以取裙座总高为 图 2-2 裙座（5） 塔的总高度2.3 塔盘选型与设计2.3.1 塔盘型式及设计选用的是浮阀式塔盘，这类塔盘的塔盘板开有阀孔，安装了能在适当范围内上下浮动的阀片，其形状有圆形、条形、方形等。由于浮阀与塔盘板之间的流通面积能随着气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持着稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向催促，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也小。浮阀式具有生产能力大，操作弹性大，效率高，塔板结构及安装较泡罩简单且重量轻，制造费用低的优点。 浮阀塔F-型（国外通称V-型）是用钢板冲压而成的圆形阀片，浮阀塔F-型下面有三条阀腿，将三条阀腿装入塔板的阀孔之后，用工具将腿下的阀脚扭转90度，则浮阀就被限制在浮孔内只能进行上下运动而不能脱离塔板。当气速较大时，浮阀塔F-型浮阀被吹起，此时达到最大开度；当气速较小时，气体的动压头小于浮阀自身重量，于是浮阀塔F-型浮阀下落，浮阀周边上三个朝下倾斜的定距片与塔板接触，此时的开度最小。定距片的作用是保证最小气速时还有一定的开度，使气体与浮阀塔F-型塔板上液体能均匀地鼓泡，避免浮阀与塔板粘住。浮阀是浮阀塔的气液传质元件。目前国内应用最为广泛的是F1型浮阀。F1型浮阀分为轻阀和重阀两种，轻阀采用1.5mm薄板冲压而成，其质量约为25kg；重阀采用2mm薄板冲压，其质量约为33kg。由于轻阀漏液量较大，除真空操作时选用外，一般情况使用重阀。浮阀的阀片及阀腿是整体冲压的，阀片的周围还冲有三个下弯的小定距片。在浮阀关闭阀孔时，它能使浮阀与塔板间保留一个小的间隙，一般约为2.5mm，阀片四周向下倾斜，并有锐边，更利于气体进入液层的湍动作用，有利于气液传质。浮阀的最大开度是由阀腿的高度决定的，一般约为12.5mm。F1型浮阀的基本参数见表2-2。表2-2 F1型浮阀的基本参数标记L阀片厚度阀片重量（g）适用塔板厚度L/mmH/mm材质F1Q-3C1.524.83511.506Cr19Ni10浮阀的排列：浮阀最好以三角形排列，此时各排浮阀垂直于液流方向，使气液两相均匀接触。对分块式塔盘，由于塔盘板分块的宽度是统一的，所以采用等腰三角形排列。在垂直于液流的方向上，浮阀的中心距t固定不变，一般定位75mm。等腰三角形的高为100mm。在排列浮阀时，还应注意外围浮阀与塔壁和堰之间保留相当的距离，以利于安装和操作，则我们取80mm。分块式塔盘外围浮阀的中心与进口堰、溢流堰的距离，一般为100mm。2.3.2 塔盘的结构设计塔盘按结构可分为整块式和分块式两种类型。由于本次塔设计的塔径大于800mm，故采用分块式塔盘。直径较大的板式塔，为便于制造、安装、检修，可将塔盘板分成数块，通过人孔送入塔内，装在焊于塔体内壁的塔盘支撑件上。选用自伸梁式。选择具有可调节堰、可拆降液板、自伸梁式塔盘板的单流塔结构。2.3.3 塔盘板（1） 用自伸梁式（2） 塔盘板的分块矩形塔盘板用于塔盘中间部分，端部取3个卡子；弧形塔盘板及切角矩形塔盘板用于塔壁附件。（3） 塔盘板的结构尺寸塔盘板的支撑件，支撑圈、支撑板和降液板连接带焊在塔内壁上，用以支持塔盘板和降液板。塔盘板外沿与塔内壁的间隙为15mm；塔盘板与支持圈连接处的紧固件尺寸取120mm；塔盘板之间连接的紧固件间距取180mm；自伸梁高度L=80mm。 支持圈和支持板宽度见表2-3。表2-3 支持圈和支持板宽度塔盘直径支持圈宽度支持板宽度厚度1000mm40mm40mm8mm（4）支持件结构塔盘上的降液板及受液盘分为可拆结构及焊接的固定结构。固定结构的降液板和受液盘，与支持圈、支撑板一起，都焊在塔壁上，形成塔盘的固定件。（5）排液孔板式塔在停止操作时，塔盘、受液盘、封液盘等应均能自行排净存液，否则就需要开设排液孔。在这些盘中开设一个直径约为10mm的排液孔。（6）降液管及受液盘降液管应选用弓形降液管。当降液面积占塔盘总面积的12%以上时，应选用倾斜式降液管。它的下部截面约为上部截面的56%，这样就可以扩大塔盘的有效面积。一般取倾斜降液板的倾斜角为10度。可拆式弓形降液管是由焊在塔壁上的连接带、以及可拆的降液板和紧固件装配而成。用M10螺栓紧固时，在降液板间的连接处均用直径为12mm的圆孔。在降液板与连接带的连接处，连接带上要用直径为12mm的圆孔，降液板上用1440mm的长圆孔，以便于安装、调整。受液盘选用凹形受液盘。可拆式结构的每个可拆卸零件均应能通过人孔。在受液盘的下方设加强筋板，则凹形受液盘的深度约为70mm。封液盘：在塔或塔段最低一层塔盘的降液管末端，应设置封液盘，以保证降液管出口处的液封。入口堰：进口堰距传质元件边缘的最小距离约为60mm。当出口堰顶高度大于降液管底边时，在正对第一排气液接触元件的上游，设置直径为8mm圆钢或小型角钢构成入口堰。对于分块式塔盘，入口堰分段的焊在分块的塔盘板上，与塔盘板构成一体。出口堰：与可拆式降液管配用的出口堰，可用角钢或者用钢板弯成角钢形状，用紧固件连接到塔盘支持件或降液板上。堰板的两侧用紧固件固定在降液板的连接带上。塔盘零件的最小厚度见表2-4。表2-4 塔盘零件的最小厚度材料塔盘板受液盘降液板碳钢4442.3.4 塔盘主梁和支梁的设计（1）主梁主梁的安装方向，应垂直平行于液体的流向。主梁的结构应采用整体式。主梁应安装在与塔壁焊接的支座上，并用螺栓与焊与塔壁或支座上的连接板相接。当塔盘必须设置主梁时，应设法尽量减少主梁的高度，以减少它对工艺操作的影响，并要求在安装时，人员能从梁底下通过。（2）支梁单独设置的支梁，应采用角钢或槽钢制造，且宽度不宜超过75mm。支梁连接与支持圈、支持板或主梁连接时，在表面应覆盖一堵板。焊于主梁或支梁的螺栓，其规格应大于或等于M12。2.3.5 塔盘的紧固件紧固件应优先使用标准件，螺柱的规格应不小于M10。因为连接处有垫片，所以塔板与支持圈的间距应不大于150mm，即取100mm。塔盘板之间的连接可使用螺纹连接紧固件，选上可拆连接型式。塔盘版与支持板或支持圈的连接用于螺纹卡板紧固件。卡子由卡板、椭圆垫板、圆头螺栓以及螺母组成。卡板与圆头螺栓焊成一个整体，点焊时应使螺栓尾部沟槽的方向与卡板的长度方向平行，以此来辨别卡板的方位。2.4 附件设计2.4.1 人孔塔体上采用垂直吊盖人孔。人孔法兰的密封面型式及垫片用材，一般与塔的接管法兰相同。采用对焊法兰人孔。人孔深入塔内部分应与塔的内璧修平，其边缘须倒棱或磨圆。设计人孔尺寸为450mm。2.4.2 接管（1） 进料口进料口的工程直径为250mm。伸出的长度为200mm。其接管的上盖板，下盖板，衬板见施工图。（2） 釜液出口釜液从塔底出口管流出时，会形成一个向下的漩涡，使塔釜液面不稳定，且能带走气体。塔釜出口应设置防涡流挡版，见施工图。釜液出口管直径选择50mm，伸出高度为110mm。引出孔的加强管上，一般应焊支撑板支撑。裙座上应开设检查孔，选取长圆形的检查孔，数量一个。引出孔、检查孔的加强管与裙座壳的连接应采取全焊透结构。（3）液面计口为了监视、调整塔釜内流量，塔釜上一定要设置液面计口。综合实际情况，根据HGJ49-91，选择磁性液面计，其适用温度范围为4030，液体密度大于等于0.45g/cm，黏度小于150MPaS的液体，故符合要求。液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置，为设备操作提供了依据。它的作用是通过测量液位来确定容器中的物料的量，用来保证生产过程中各环节必须定量的物料，并可以通过它来观察连续生产过程是否正常，以便可靠地控制生产过程的进行。液面计公称直径为20mm，伸出高度400mm，4个液面计。（4）其他接管选型b.回流液口：50mm 110mmc.N2出口：350mm 377mmd.气体出口：250mm 400mme.温度计口：40mm 200mmh.N2出口：200mm 219mm i.温度计口：40mm 200mm2.4.3 管法兰（1） 根据法兰标准欧洲体系HG20595-97法兰的选用，选择带颈对焊钢制法兰，采用平面连接型式。如图2-3，管法兰尺寸见表2-5。图2-3 法兰尺寸图表2-5 管法兰尺寸 管口a.进料口b.回流液口c.N2出口d.气体出口e.温度计口f.液面计口g.釜液出口j人孔公称直径DN2505025250402050450管外径2735732273452557480法兰外径D395165115395150105165640螺栓孔直径K3501258535011075125585螺栓孔直径L2218142218141830螺栓孔数量n12441244420 续表2-5管口a.进料口b.回流液口c.N2出口d.气体出口e.温度计口f.液面计口g.釜液出口j人孔螺纹ThM20M16M12M20M16M12M16M27法兰厚度C2618182618181840法兰颈N2927446292644074S6.32.92.66.32.62.32.9H1168616768R125412545法兰高度H7045407045404587注：以上数据按照法兰欧洲体系HG20595-97标准选取。平面安装时易于对中，还能有效地防止垫片被挤出压紧面，适用于公称压力小于等于6.4MPa的容器法兰和管法兰。接管的加固：对于DN小于等于25mm，伸出长度大于等于150mm以及DN=3250mm，伸出长度大于等于200mm的接管，应采用变径管加固或设置筋板予以支撑。接管伸长量：根据标准20583-1998，保温层厚度为100mm时，接管最小伸出长度见表2-6。表2-6 接管最小伸出长度接管公称直径最小伸出长度105015070200200（2） 紧固件的选择紧固件应优先选用标准件，螺柱规格应不小于M10。在公称压力小于等于4.0MPa非剧烈循环场合用双头螺柱GB901-B级材料06Cr19Ni10性能等级8.8，螺母材料06Cr19Ni10性能等级8。2.4.4 吊柱对于较高的室外无框架的整体塔，在塔顶设置吊柱，对补充和更换填料，安装和拆卸内件，是既方便又经济的一项设施。一般高度在15m以上的塔，都需要设置吊柱。吊柱尺寸见表2-7。表2-7 吊柱尺寸表SLHRel质量kg标准图号16004250125016810740250110310HG/T21639-9图2-4 吊柱的结构型式1.下支座；2.防雨罩；3.挡销；4.上支座；5.止动插销；6.手把；7.吊杆；8.耳环；9.吊钩；10.封板2.4.5 操作平台与梯子操作平台的材料：平台全为钢结构，材料一般为Q345R操作平台应设置在人孔、手孔、塔顶吊柱、液面计等需要经常检修和操作的地方。操作平台应布置得在检修时不再需要另外设置脚手架和缆索。平台宽1.2m，单位质量150kg/ m2 ，包角180。平台的边缘与塔壁之间应留出一定空隙，使设备的保温、涂漆工作更方便进行。有保温时，至保温层表面的间隙为50mm。支撑平台的槽钢梁一般应沿平台外周围等分安排相邻间距为1000mm。平台栏杆应用直径为5mm的黑铁管制成。管端应予以封闭，来防止腐蚀性气体进入。栏杆高度1000mm。当安装标高在15m以上的平台时，栏杆高度宜用1.2m，中间还需用双横杆。栏杆的立柱应使用牢固的型钢制造，立柱间距为1000mm。选择笼式扶梯，笼梯相邻护圈的间距约为1.2m。在平台通道开口处以下的笼梯护圈，应在平台下1000mm。梯子自塔体、保温层外表面的距离约为300mm。梯子最低一级踏步应高出地面300mm。相邻踏步的间距一般取300mm。梯子的材料一般采用Q345R。高温操作的塔，连接板应与塔体完全焊透，焊缝应打磨光洁，以减少热应力的影响。2.4.6 保温层保温层应选择微孔硅酸钠，厚度是100mm，保温材料密度为300kg/m3。保温层延伸到裙座与塔体的连接焊缝以下400mm止，裙座其余部分不需保温层。塔内原油易燃易爆，一旦发生火灾，裙座会因为温度变高而丧失强度，以致倒塌，所以裙座需要防火，并在内外侧须敷有50mm的石棉水泥层。2.4.7 裙座裙座高5000mm。由于裙座不直接与塔内的介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。故也选用Q345R。受力情况较好，且塔径较大，则不需要配置较多的地脚螺栓，选用圆筒形的地脚螺栓。焊接采用对接接头形式，裙座筒体外径与封头外径相等，焊缝采用全透焊。3 强度和稳定性计算3.1 材料的选择3.1.1 筒体和封头材料的选择在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在以强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等限制，选用Q345R系列的碳素钢。由于容器设计压力为0.11MPa，使用温度为150，并且介质不是毒性程度为高度或季度危害的介质，故筒体和封头都选用Q345R的钢板。由于椭圆形封头拥有半球形封头受力好和蝶形封头受力浅的优点，且椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀，所以选择椭圆形封头。3.1.2 裙座材料的选择由于裙座不直接与塔内的介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。故也选用Q345R。3.1.3 接管的材料选用Q345R作为补强圈的材料，部分接管选用06Cr19Ni10。3.2 厚度计算3.2.1 厚度计算过程步骤安装在室外的大型塔设备常压装置初馏塔，除受操作压力作用外，还受设备自身质量引起的重力、地震载荷、风载荷等的作用，而引起的轴向应力。从而可能使轴向组合应力，大于设计压力而引起的环向应力，而使设备因轴向应力过大而被破坏。因此我国JBT47102005钢制塔式容器规定对高度大于10m，且高度与直径之比大于5的裙座自支承塔式容器，按设计压力计算来确定塔壳的圆筒和封头的有效厚度，之后再根据级地震、风载荷的需要，以及考虑制造、运输、安装的要求，设定一个不得小于按压力计算的圆筒有效厚度e，而且es 应不小于6mm。然后进行载荷计算，圆筒应力校核和裙座计算，校核设定的e、es是否合适，以确保塔式设备的环向、轴向强度和稳定性。3.2.2 厚度计算主要有筒体、封头、裙座壳的壁厚设计。（1） 圆筒和封头壁厚设计设计压力P=0.11MPa，设计温度t=150筒体和封头材料均选Q345R，假设壳体厚度在616mm范围内。查GB1502011中表41可得： t=113MPa，s=345MPa对于筒体：考虑采用双面对接焊，局部无损探伤，焊接接头系数取=0.85，计算压力： 筒体计算厚度： 按JBT4710-2005钢制压力容器之规定，低合金钢塔式容器在塔壳加工成型后有效厚度最小为，再加上腐蚀裕量，可取筒体名义厚度为8mm，其中C1=0，C2=2mm。 即，对于封头：封头计算厚度：同样可取封头名义厚度为8mm，其中C1=0，C2=2mm。即，裙座壳厚度取裙座壳有效厚度6mm，其名义厚度为8mm。3.3 载荷计算3.3.1 质量载荷塔壳和裙座质量 人孔、法兰、接管等附属件质量 内构件质量保温材料质量 平台、扶梯质量 （笼式扶梯单位质量40kg/m）取EVA密度为 9.4103kg/m3，操作时塔内物料质量(其中)充液质量塔器的操作质量塔器的最大质量塔器的最小质量 将塔沿高度分为7段（如图3-1所示），其质量列于表3-1。 图3-1塔分段表3-1塔质量分段 分段(kg)1234567m01223.6708.1410.0596.3596.3596.3536.7000883.1883.1588.8588.8132.3418.9242.6330.8330.8330.8297.748.7923.8858.9121.6121.6804.4792.20016392235223522352011.5 001972.92690.32690.32690.32421.3 404.62050.13150.54313.94343.94996.74359.3404.62050.15123.47004.27004.27687.16780.6404.62050.11511.51372.41372.41996.41876.83.3.2 塔的自振周期计算取150时，对于Q345R，查GB 150-2011得其弹性模量 E=2.00105 查表得取。3.3.3 地震载荷及地震弯矩计算地震力和地震弯矩见表3-2。 表3-2 地震力和地震弯矩 塔项目塔段号1234567操作质量mi/kg404.62050.13150.54313.94313.94996.74359.3集中质量距地面高度/mm6002500610087001170014700175501.46910412.510447.64310481.148104126.55104178.22104232.491040.05 1090.31091.61093.51095.51098.910910.11090.87 10110.003210160.073410160.28410160.69110161.5910162.361016 3.0181010500.28810140.0250.1300.2830.4890.7631.0751.402续表3-2 塔项目塔段号1234567g ,m/s29.81，N14.7776.82613.081345.122098.833425.113897.150.2421065.1310619.2210637.5310650.4710673.4510676.51106,N 因为塔的高度，所以不用考虑高振型影响。参考截面如下图3-2所示：图3-2塔体截面图截面地震弯矩截面地震弯矩截面地震弯矩3.3.4 风载荷和风弯矩计算如图3-3，将塔沿高分成4段；相关的计算结果见表3-3。图3-3塔的分段表3-3 风载荷和风弯矩计算项目塔段号1234塔段长度/ m0551010151518.9 , N/m2300K10.7 (B类)2.1 (B类)0.680.710.740.770.030.200.490.83 (B类)1.001.001.141.251.0431.2981.6682.07450005000500039004006002316, N2536.43156.54324.14853.4截面风弯矩： 截面风弯矩截面风弯矩3.3.5 最大弯矩偏心弯矩： 塔底部截面处： 取较大值同理：截面 截面 3.4 校核计算3.4.1 圆筒应力校核验算塔壳-截面处操作时和压力试验时的强度和稳定性。计算结果见表3-4。表3-4验算塔壳-截面处操作时和压力试验时的强度和稳定性计算截面 计算截面以上塔的操作质量， kg21134.3计算截面的横截面积， mm218840塔壳有效厚度， mm6计算截面的截面系数， mm34710000最大弯矩， Nmm许用轴向压应力，取小值（B=120MPa），MPa135.6许用轴向拉应力， K=1.2 MPa115.3操作压力引起的轴向拉应力， MPa8.3重力引起轴向应力， MPa11.01弯矩引起轴向应力 MPa22.25轴向压应力2+3 cr， MPa33.26135.6轴向拉应力， MPa19.54115.3PT+液柱静压力( )， MPa0.41液压试验时计算截面以上的塔的质量， kg23239.8 续表3-4许用轴向压应力 取小值， MPa144许用周向应力， MPa179.8许用轴向拉应力， MPa215.7周向应力，MPa34.37179.8压力引起的轴向应力， MPa5.21重力引起的轴向应力， MPa12.10弯矩引起的轴向应力， MPa7.68轴向压应力， MPa19.78144组合拉应力， MPa0.79215.7注：液压试验时，计算截面-以上的质量（只计入塔壳、内构件、偏心质量、保温层、扶梯及平台质量），Kg。3.4.2 裙座计算（1） 裙座壳轴向应力校核截面裙座壳设计为圆柱形，材料Q345R，查得B=120MPa，t=113MPa，s=235MPa。 ,取较小值，即135.6MPa ，取较小值，即144MPa截面（出入孔所在截面）出入孔: ， ， （2） 基础环设计裙座内径裙座外径基础环外径基础环内径基础环材料的许用应力 伸出宽度 基础环面积 基础环截面系数 取其中较大值，得查表，有筋板 故取（3） 地脚螺栓地脚螺栓承受的最大拉应力 取其中较大值，故地脚螺栓螺纹小径，其中 地脚螺栓腐蚀裕量 C2=3mm, 向上圆整取地脚螺栓为M30，12个。（4）筋板对应一个地脚螺栓的筋板个数：筋板厚度： 筋板宽度： 一个地脚螺栓承受的最大拉力 细长比 筋板许用应力 其中 筋板压应力满足要求（5） 盖板，环形盖板加垫板结构故满足要求。3.4.3 裙座与塔壳对接焊缝校核，故合格。4 开孔补强4.1 补强的判据安装接管要在容器上开孔，这就削弱了器壁的强度，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患。所以需要开孔补强。比较几种开孔补强的方法，由于母材为Q345R系列，我们采用补强圈补强，由于接管的加厚部分正处于最大应力区域内，能有效降低应力集中系数，而且补强的结构简单。焊缝少，补强效果比较好，锻件补强由于制造成本我们在此没有必要考虑。而厚壁管补强我们也可以选用。当设计压力小于或等于2.5MPa的壳体上开孔，而相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管工称外径小于或等于89mm时，只要接管最小厚度满足要求，就可不另行补强。需要另行开孔补强的开孔为：进料口，塔顶气体，人孔 计算压力，设计温度150。筒体，封头材料为：Q345R，许用应力。筒体名义厚度，计算厚度，有效厚度。封头名义厚度，计算厚度，有效厚度。接管材料为：06Cr19Ni10；当接管壁厚时，许用应力；接管厚度附加量。4.2 对塔顶气体出口的补强选用钢管，伸出长度4.2.1 补强计算方法判别开孔直径本筒体开孔直径,满足等面积补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。4.2.2 开孔所需补强面积强度削弱系数接管有效厚度开孔所需补强面积4.2.3 有效补强范围（1） 有效宽度B取较大值，（2） 有效高度外侧有效，取较小值，即内侧有效，取较小值，即4.2.4 有效补强面积（1） 封头多余金属面积（2） 接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余面积（3） 接管区焊接面积（焊脚取6.0mm）（4） 有效补强面积 不需要补强 由上知，进料口也不需要补强。4.3 人孔的补强选用钢管4.3.1 补强计算方法判别开孔直径本筒体开孔直径,满足等面积补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。4.3.2 开孔所需补强面积强度削弱系数接管有效厚度开孔所需补强面积4.3.3 有效补强范围 （1） 有效宽度B，取较大值，外侧有效，取较小值，即内侧有效取较小值，即4.3.4 有效补强面积（1） 筒体多余金属面积 （2） 接管多余金属面积接管计算厚度 接管多余面积c.接管区焊接面积（焊脚取6.0mm）d.有效补强面积 不需要补强5 主要零部件的制造工艺5.1 零部件制造 5.1.1 筒体的制造其主要工序包括：原材料准备，划线，切割，弯曲，成型，边缘加工。（1）原材料准备原材料定义为工件材料（各种钢材、锻件、铸件等）和焊接材料（焊条、焊丝、焊剂等）其准备步骤包括： 原材料的验收和管理。 钢材的净化，包括焊口处的净化、涂漆及衬里表面的清理，净化对象是油、锈、氧化膜，净化方法采用手工净化或机械净化。 用弯曲法对钢材进行校正。（2）划线余量:正式划到钢材上的尺寸 A=A1+ A2+ A3A4A1：切割时的加工余量，一般留23mm；A2：切后刨边余量，留约5mm；A3：焊缝收缩余量；A4：焊缝组队时留的间隙。样板划线：用纸板制成样板再在钢板上作图；排样；标号。（3） 切割，即下料用等离子切割；（4） 边缘加工，加工出符合要求的破口形式；（5） 弯曲，即对钢板进行卷板，卷板后用电焊筋板固定，（6） 焊接；（7） 热处理；（8） 无损检测；（9） 总检。5.1.2 封头的制造（1）原材料准备（2）划线（3）切割，即下料用等离子切割；（4）边缘加工，加工出符合要求的破口形式；（5）由于封头DN=1000mm，采用整体冲压成型，且冷冲为好；（6） 热处理；（7）无损检测；（8）总检。5.2 塔设备的制造（1） 塔盘板长度偏差不得超过4至+0之间，宽度偏差不得超过+0至2之间。（2） 塔盘板需要维持一定的水平度，否则将影响气液的分布。除在制造及安装中会引起偏差外，且因塔盘板的自重，液体负荷以及塔体弯曲及局部不平整在整个板面外均不得超过2mm；在安装后，塔盘板水平在整个面上的偏差fm不得超过4mm。（3） 为了保证塔盘的水平度，支持圈的表面水平度亦有一定的要求，在300mm旋长的表面上，局部水平度不超过1mm，总的水平度的允许偏差与塔盘相同，相邻两支持圈间距的偏差不超过20mm。（4）支持圈的表面与主梁及支持梁的表面应在同一表面上，两表面的最高与最低只差不得超过3mm。（5）溢流堰顶的水平度对塔盘板的操作及效率均有影响，故堰顶的不平度不超过堰宽的1/1000，且不大于3mm。（6）降液班安装后，其下端与受液盘距离E的偏差为3mm。（7）塔体弯曲度应小于1/1000塔高，塔体最大弯曲度为，但塔高大于20mm，不得超过30mm，塔体安装垂直度偏差应小于1/1000塔高，且不大于15mm。（8）塔体在同一断面上的最大直径与最小直径：对常压塔e 10%Dg。（9）接管一般在塔体安装好以后进行，在安装后要检查塔的位置和塔的方位是否正确，个管口的高度偏差一般均在6mm以内。5.3 塔体及塔盘的制造技术条件的规定（1）制造用的原材料：应符合各项要求，如设计要求GB150，HG20581，对入厂的材料进行检查和验收，如有必要可进行复检。（2）加工和成型：塔体材料在加工过程中，标记应保留。必要时，应将标记转移到工件上，并保证转移标记的正确、无误、清晰、耐久。（3）焊接和切割：塔体上开孔应尽量不安排在焊缝及其临近区域，焊接采用电弧焊。（4）焊后热处理：应符合GB150第10章的有关规定。 总 结这是四年大学生活学习中的最后一个任务，毕业设计的完成也为大学生画上了个完美的句号，但这并不意味着结束，这是新的开始。这次毕业设计之前有过几次课程设计，然而与这次毕业设计相比，毕业设计需要考虑的更加全面，更加贴近实际应用。需要自己用平稳的心态，积极地态度来解决随时出现的难题，也是对精神品质的而一次考验。平时积累的各种知识要学会应用到解决实际问题当中，精益求精，方能使毕业设计更上一层楼。虽然期间碰到过许多的问题和困难，但是通过查阅相关的资料以及老师和同学对我的帮助，最后通过努力终于完成了任务,因此有一定的收获。遵守标准和规范是设计的基本原则。同时设计要结合具体实际情况，考虑生产的经济性，合理性等，选择最佳方案，这样才能完成一次成功的设计工作。塔的设计有其特殊性，需要考虑制造、安装吊运、检修。对其强度、稳定性必须要有足够的保证，以满足塔设备工作时承受风载荷、地震载荷、偏心载荷以及雪载荷的要求。设计的思想第一是保证安全，其次是环境保护，能源利用，工作效率和经济性等。设计是有严格遵循的步骤和方法。根据一定的条件和要求，确定设