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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：DN2400碳化塔设计 学生姓名：xxxx学 号：xxxxx专 业：过程装备与控制工程班 级：装备xxx班指导教师：xxxDN2400碳化塔设计摘要碳化工序是氮肥生产的心脏，而碳化塔又是碳化工序的关键设备，所以碳化塔系统在整个生产中占有极为重要的地位。它关系到氮肥生产的各项指标的完成、消耗的高低、质量的优劣，甚至是投资的高低。本次碳化塔设计，主要依据国家质量技术监督局颁发的相关书籍，从结构和强度两个方面，对设备的各零部件做了详细论述。对主要受压元件诸如筒体、封头及冷却管组、非标零部件的厚度进行了详细的计算，并对强度进行了详细校核。对于标准
2、件没有强度计算，但均根据设计条件而选定。对于一些标准上没有给定计算公式的，采用了近似原理。碳化塔中零部件能采用标准件的尽量采用标准件，对于一些非标准件均在安全可靠的基础上采用合理的结构、强度进行设计，并考虑工业的经济性。最后并就设计中常出现的一些问题展开了深入的探讨与研究。关键字：碳化塔；计算；校核；补强AbstractCarbonization process is the heart of the nitrogen fertilizer production, and the carbonization tower is the key equipment of the carboniza
3、tion process. So the carbonation tower system occupies extremely important status in the whole production. In relation to various indicators of nitrogen fertilizer production, consumption level, the completion of the quality, and even investment level. The carbonization tower design mainly on the ba
4、sis of relevant books issued by the State Bureau of quality and technical supervision, from the two aspects of the structure and strength, make a detailed exposition on the parts of equipment. The main pressure parts, such as cylinder head and cooling tube group, non-standard parts thickness are cal
5、culated in detail, and the strength of the detailed check. No strength calculation for standard parts which are selected according to the design conditions. For some of the standard have not been given, the formula of approximate principle is adopted. Carbonation tower components can adopt standard
6、parts as far as possible using standard parts, for some non standard parts are used in safety and reliability on the basis of reasonable structure, the strength to carry on the design, and considering the industrial economy. Finally for some problems in the design, carried out in-depth study and res
7、earch.Keywords: carbonation tower; calculation; check; reinforcement 目录摘要IAbstractII第一章 引言1第二章 结构选型及材料选材32.1结构选型32.1.1 壳体结构32.1.2 封头32.1.3 裙座32.1.4 除沫器42.1.5 人孔42.1.6 液面计42.1.7 液体分布器42.1.8 换热器42.2 材料选材52.2.1 受压元件52.2.2 非受压元件52.2.3 接管及法兰52.2.4 焊条型号选择6第三章 筒体及封头的设计63.1壳体厚度计算63.2封头计算73.2.1 封头厚度计算83.2.2
8、椭圆封头最大许用工作压力83.2.3 封头尺寸的确定93.3水压试验及校核93.3.1 立置时压力按下式计算93.3.2 卧置时的压力应计入液柱静压力PL93.3.3 应力校核93.3.4 冷却管箱水压试验10第四章 塔重量计算104.1质量载荷计算104.1.1容器壳体及裙座质量 m01104.1.2壳体固定附件质量 m02124.1.3 容器可卸内件质量 m03134.1.4 冷排质量144.1.5 所需螺母、螺钉及垫片总质量154.1.6 碳化塔设备总质量154.2 碳化塔所受重力载荷计算154.2.1 充水重力QW154.2.2 水压试验时的最大重量 Qmax164.2.3 设备操作时
9、的重量164.2.4 设备、吊装的最小重量164.3 塔的自振周期164.4 风载荷计算184.4.1 水平风力计算194.4.2 各参数确定204.4.3 风力计算系数204.4.4 风弯矩计算214.5 地震载荷计算224.5.1 参数的确定224.5.2 地震弯矩的计算234.5.3 偏心弯矩234.6 卡曼涡街引起的弯矩计算244.6.1 判断是否存在卡曼涡街244.6.2临界风速的计算254.7 各种载荷总表25第五章 应力校核255.1 塔体壁厚校核（1-1截面）255.1.1设计压力引起的轴向应力255.1.2 按最大组合应力校核筒体壁厚265.2 裙座的强度计算及校核265.3
10、 地脚螺栓的计算275.3.1取基础环时275.3.2求向风侧最大拉压力285.4 基础环的计算285.4.1 作用在基础环上的最大压应力285.4.2 基础环厚度的计算28第六章 冷却管组计算296.1 管箱短节及壳程短节壁厚的确定296.1.1 材料选择296.1.2 管箱厚度及长度的确定296.1.3 壳程短节厚度的确定296.2 短节的厚度计算306.2.1 壁厚计算306.2.2 冷却管组封头的确定306.2.3 管子材料选择及型号确定306.2.4 管板厚度的确定306.2.5 管板强度校核316.2.6 法兰的选择326.2.7 支承架结构，尺寸的确定326.2.8 换热器的排列
11、336.2.9 换热器尺寸确定336.3 碳化塔冷排数的确定34第七章 附件设计计算357.1 气体分布板结构设计357.2 液体分布器结构设计357.3 汽液分布板结构设计357.4 球形挡板结构设计357.5 分布锥结构设计357.6 角钢圈、支承环、筋板及支承梁367.7 碳化塔裙座结构设计36结论37参考文献38致谢40第一章 引言农业的发展在很大程度上取决于化肥工业的发展，在化学肥料中氮素肥料占首位。因此，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用，同时氨还是一些工业部门的重要原料。所以氮肥在我国国民经济中占重要地位。这次设计的任务是碳化工段的碳化塔，碳化工段是碳酸氢铵制造
12、过程的心脏部分，而碳化塔系统又是碳化工段的心脏部分。因此碳化塔系统在整个生产中占有极为重要的地位，因为它关系到产量的高低，原材料的利用程度；又由于主要的化学反应，都集中在碳化塔进行，因此，碳化塔又决定了产品质量，即碳酸氢铵的好坏。碳化塔是碳化工段的主要设备，它担负着氨水吸收二氧化碳制成碳酸氢铵的重要任务，碳化塔的反应地段，基本可以分为三个部分：塔的上段是净气吸收地段，塔的中段是碳化反应地段，塔的下段是碳酸氢铵结晶生成地段。碳化塔生产的主要反应式是：NH3(气)+H2O(液)+CO2(气)=NH4HCO3(固)氨 水 二氧化碳 碳酸氢铵实际的反应过程是比较复杂的。要经过一系列中间反应。但在碳化塔
13、内的化学反应基本上又可以分为两个过程：即二氧化碳与氨的中和过程；碳酸铵溶液继续碳酸化过程。经这两个过程即可制得碳酸氢铵液，同时从这两个过程也可以看出来，在氨吸收塔内已经进行着稀薄的碳酸铵溶液反应，因此在碳化塔内进行的第一过程的反应已部分的被氨吸收塔所取代。因此，缩短了溶液在塔内的反应时间，即加速了结晶的生成，但全部的过程还必须在碳化塔内完成。碳化前进入碳化塔的变换气的成份和体积成份H N CO CO CH O体积505316192630 1.172.0 0.51.5 0.5碳化后去合成氨的原料成份和体积成份H N CO CO CH O NH体积657021240.330.51.50.50.19
14、/通过碳化塔进出气成份的对比，可知二氧化碳气体在塔内基本被吸收，根据碳化塔内的化学反应方程式：NH3+CO2+H2O=NH3HCO3+Q若使二氧化碳含量减少必须使反应一直顺利向右进行。降低塔内温度带走反应产生的热量正是碳化塔所必须的工艺条件。本次所设计的碳化塔亦应充分考虑其工艺条件。碳化塔的实际生产能力与塔的直径、高度、冷却面积等因素有关，在塔的高度一定的情况下，直径大，有效容积大生产能力就高，此外，还与操作条件的好坏关系很大，如碳化反应的温度；进气含二氧化碳的浓度及温度高低；液体在塔内停留的时间；母液的成份；操作工人的熟练程度等有关，因此在设计时应充分考虑。本次碳化塔设计主要有碳化塔塔体的设
15、计校核、零部件的设计校核及冷排的设计校核。设计依据的标准主要为GB1501998钢制压力容器和GB1511999钢制管壳式换热器。碳化塔设计主要计算除和其他塔设备一样进行塔体除沫器、进出料和各类仪表接管、人孔、塔盘等设计外，在选型及结构设计等方面主要考虑以下几点：1.根据碳化塔内反应的工艺要求，碳化塔冷排应有较高的传热效率，为此冷排的换热管应选用导热系数较高的铜管、铝管或不锈钢管。同时考虑氨水等介质的腐蚀性及经济合理性，选用铝合金管板，并进行渗铝处理。操作时为达到最佳状态，应合理分布冷却水。2.由于碳化塔筒体密集开孔，需根据GB1501998对碳化塔筒体进行整体补强。3.由碳酸氢铵的生产工艺决
16、定了碳化塔内同时存在汽、液、固三相。为使操作正常、高效进行，必须保证全塔畅通，并尽可能延长液体在塔内的停留时间，以保证汽液充分接触，因此塔盘大多采用角钢焊接的炉篦式结构，并在角钢上开齿以防止结疤。塔内结构不能形成死角，必要时可设蒸汽接口来吹堵。4.由于浓氨水等介质有较强的腐蚀性，因此，在选材时应综合考虑安全及经济合理性，本碳化塔设计塔体选用16MnR低合金钢。为防腐在塔体内表面及塔内易腐蚀零件应进行喷铝及涂环氧树脂保护层，并采用电化学保护。5.在碳化塔总高16m控制范围内，为使碳化塔有较好的操作弹性，可适当增加冷排数，但须保证塔顶及塔底留有足够空间。6.操作时，为防止冷却水一侧铝管发生点蚀应减
17、少水中对铝具有强烈腐蚀性的离子。7.由于塔顶、塔底温度及液位有严格的要求，因此在塔顶、塔底应该设有温度计及液位计接口，并在全塔范围内适当布置温度计及液位计。第二章 结构选型及材料选材总的出发点是：要满足工艺过程所需要的功能并方便使用，要满足在运行中的安全可靠，要满足经济性，包括材料的易于获得，便于制造，所用的材料及总的花费最小。2.1结构选型容器选型首先要满足强度及制造工艺的要求。2.1.1 壳体结构本设备选用立式圆筒形容器，圆筒形容器单位容积所用的材料最少。且从强度观点分析，受力最佳，其器壁应力小，立式圆筒形容器便于操作，又利于反应介质的充分混合，且在现场制造时成本较低。2.1.2 封头本设
18、备选用标准椭圆封头，椭圆形封头不如球形封头受力佳，单位容积所花材料少，但由于球形封头制造花费较大，所以在一般中、低压力容器中广泛采用制造略易受力也不差的椭圆形封头。2.1.3 裙座本设备选用圆筒形裙式支座，裙座较其他支座的结构性能好，制造方便，经济上合理，连接处产生的局部压力也最小。塔运行中有可能有气体逸出，就会积聚在裙座与塔底封头之间的死区之中，这些逸出气体或者是可燃的，或者对设备有腐蚀作用，并会危及进入裙座的检修人员，所以进入裙座之前，应做相应的准备。2.1.4 除沫器本设备选用旋流板除沫器，当空塔气流较大，塔顶有溅液现象严重，以及工艺过程不允许出塔气体带雾滴的情况下设置除沫器，从而减少液
19、体的夹带损失，确保气体的纯度进而保证后续设备的正常操作。2.1.5 人孔本设备选用常压耳盖人孔、常压耳盖人孔是最简单的一种人孔。这种人孔只是在带有法兰的接管上安上块极板，它的结构简单，用于常压和不需经常利用人孔进行检查或修理的设备。2.1.6 液面计本设备选用玻璃管液面计，液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置，为设备操作提供部分依据。一般用于两种目的，一是通过测量液位来确定容器中的溶液，以保证生产过程中各环节必须定量的物料。二是通过液面测量来反应连续生产过程是否正常，以便控制过程的进行。玻璃管液面是一种有续式液面测量仪表，仪表的两端各装有一个针形阀，将液面计与容器隔开，以便进行清洗检修更
20、换零件。2.1.7 液体分布器操作时，在任一横截面上，保证气液的均匀分布是十分重要的。液体分布器的作用是把液体在填料顶部或某一高度上进行均匀的初始分布或再分布, 用以提高传质、传热的有效表面, 改善相间接触, 从而提高塔的效率，对于任一装填完毕的塔，气体的分布是否均匀，主要取决于液体分布的均匀程度，本设备采用多层反射式喷嘴。2.1.8 换热器本设备选用U型管式换热器。这种换热器的结果特点是只有一块管板，管束由多根U型管组成，管的两端固定在同一管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U型换热器有温差时不会产生热应力。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳
21、程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时，只有管束外围的U型管子便于更换，内层换热器坏了不能更换，只能堵死，而一根U型管相当于坏两根管，报废率很高。U型管式换热器结构比较简单，价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。2.2 材料选材 容器的选材和选型相类似，总的原则也是要满足工艺过程的要求，强度要求和制造工艺要求。满足工艺过程主要是指材料对介质腐蚀性的抵抗能力，如一般碳钢难以达到在容器使用寿命期内的抗腐蚀要求，必要时可以针对介质具体性质选用高合金钢，有色金属或采
22、用耐腐蚀衬里材料；对于有换热要求的容器，应尽可能选用热导率较大的材料。满足制造工艺要求主要是指成型加工工艺(冲压，旋压和卷制)以及焊接工艺。2.2.1 受压元件受压元件一般选用Q235B、16MnR、20R等材料。Q235B属于普通碳素钢，与优质碳素钢的主要区别在于对碳含量及性能范围要求以及对磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。Q235B主要用于建筑、制造工程质量要求较高的焊接结构件。16MnR钢是屈服强度为340MPa的压力容器专用钢板，它有良好的综合力学性能和工艺性能。受压元件的材料选用16MnR。2.2.2 非受压元件非受压元件一般不与介质接触，所以一般选用Q235A。Q235A也属于普
23、通碳钢，其性能比Q235B差一些，但是价格便宜，由于非受压元件不承压，一般也不与介质接触，所以选用Q235A是可以满足元件的工作性能要求。非受压元件的材料选用Q235A。2.2.3 接管及法兰接管材料的要求一般选用10钢，法兰材料按相应的法兰标准，材料至少选用Q235B材料，因为要求接管蠕度变形不要影响壳体的工作，还要求具有良好的持久塑性。法兰起到一定的连接作用，所以对材料的性能要求较高。冷却管组中U型管子选用铝及铝合金。接管选用的材料为10钢。法兰选用的材料Q235B.冷却管组中U型管子材料选用20。2.2.4 焊条型号选择碳钢焊条型号为E4303，这类焊条为钛钙型，药皮中含有30以上的氧代
24、钛和20以上的钙或镁的碳酸盐矿熔渣流动性良好，脱溶容易，选用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正反接，主要焊接较重要的碳钢结构。低合金钢与碳钢、低合金钢之间采用焊条型号为E5016。这类焊条为低氢钾型，药皮在与E4315和E5015相似的基础上添加了稳弧剂。如钾小玻璃等，电弧稳定剂，这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能，主要焊接重要的碳钢结构，也可焊接与焊条强度相当的低合金结构钢。埋弧自动焊丝型号采用HJ401H08A HJ402-H10Mn2和H0CrC0Ni10Ti型，碳钢与碳钢之间采用焊剂401，低合金钢之间采用焊剂402。第三章 筒体及封头的设计3.1壳体厚度计算壳体厚度按G
25、B150-1998中式（5-1）计算: 式（3.1）式中：P 设计压力取(1.051.1)的工作压力Di 圆筒的内径 设计温度下筒体的许用应力 焊接接头系数 =0.85C 壁厚附加量 C=C1+C2C1 钢材负偏差 C1=0.8C2 腐蚀裕度 C2=2 设计厚度d =+ C = 6.95 + 2.8 = 9.75mm圆整后取塔的筒体壁厚n=10由于碳化塔筒体开孔较多,并为纵向和对角向排孔.根据GB1501998钢制压力容器,应用排孔削弱系数代替式(4-1)中的焊接接头系数.调整所需厚度和最大允许工作压力。根据GB1501998,当纵向排孔与对角向排孔同时存在时,由GB1501998中图(8-8
26、)确定排孔削弱系数。由设计要求取: S1=7002=1400S为弧长 S=500S2=860由于在圆筒上开孔为短节和筒体的相贯线,故d取为:d=1.25500=625v1=(S1-d)/S1=(1400-625)/1400=0.55S2/S1=860/1400=0.694由GB1501998中图(8-8)查得: V2=0.39在V1,V2中选取较小者代替(2-1)中计算所需厚度:c=(0.82400)/(21630.39-0.8+C)=17.99式中:C=C1+C2C2腐蚀裕量 C2=2C1钢板负偏差 C1=0.8故名义厚度为 17.99圆整后的名义厚度取 n=183.2封头计算压力容器封头的
27、类型很多，分为凸形封头，锥壳，变径段，平盖及紧缩口等，采用什么样的封头要根据工艺条件的要求，制造的难易程度和材料的消耗等情况来决定。设计时，一般优先选用封头标准中推荐的形式与参数。 图2.1椭圆形封头3.2.1 封头厚度计算碳化塔上下封头均采用标准椭圆形封头 式(3.2)式中: Pc-设计压力取(1.051.1)的工作压力Di-圆筒体的内直径t-设计温下筒体的计算应力-焊接接头系数 =0.85 取封头厚度与筒体厚度相等n=18 3.2.2 椭圆封头最大许用工作压力 式(3.3)其中K=1为标准椭圆封头Pw=(21630.8518)/(12400+0.518)=2.07MPaPw0.8MPa满足
28、工作要求3.2.3 封头尺寸的确定表3.1公称直径曲边高度h1直达高度h2内表面积F()容积V(m3)重量()2400600406.252.009403.3水压试验及校核 式(3.4)式中：D1-水压试验产生的轴向压力，MPa PT-液压试验压力，MPa De1-筒体的有效厚度，mm3.3.1 立置时压力按下式计算PT =1.25P 式(3.5)式中:P-设计压力P=0.8MPa-试验温度下材料的许用应力163MPa-设计温度下材料的许用应力163MPaPT =1.250.8163/163=1MPa3.3.2 卧置时的压力应计入液柱静压力PLPT=1.25P+ PLPL =gh=10009.8
29、114.3810-6=0.15MPaPT=PT+PL=1+0.15=1.15MPa3.3.3 应力校核钢板的 MPa即满足要求，水压试验合格。3.3.4 冷却管箱水压试验PT=1.25P 式(3.6)式中：p-为管程设计压力，0.3MPaPT=1.25=0.38MPa第四章 塔重量计算4.1质量载荷计算质量载荷包括：塔体，裙座质量m01；塔内件如塔盘或填料的质量m02；保温材料的质量m03；操作平台及扶梯的质量m04；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；偏心载荷me。如下图： 图4.1质量载荷4.1.1容器壳体及裙座质量 m01（1）筒体质量m
30、筒体h/4(Di+2n)2-Di27930=14291塔体开孔减少面积：A1=1.2665 (壳程短节孔）A2=0.9711 (壳程短节孔）A3=0.3665 (人孔）塔体开孔减少面积：A=(A1+A2)30+2A3=68.04由化工设备设计手册查得18，碳钢钢板每平方米质量为172.7。塔体开孔减少总质量：m塔体172.768.041.17104（2）封头质量标准椭圆形封头，所以查化工容器及设备简明设计手册得：m封头940两封头重1880（3）裙座质量m裙座h/4(Di+2n)2-Di27850 10731裙座开孔减少的面积：A4=0.2443裙座减少质量：m裙座172.70.244342.
31、19（4）基础环质量m基1/2m裙514m01=m筒体2 m封头m裙座m基m塔体m裙座15601=1.5601104kg4.1.2壳体固定附件质量 m02（1）人孔质量由化工设备设计手册查得DN=500 人孔质量161。（2）分布锥质量c=(PcDc/2t-Pc) (1/cos2)由化工设备设计手册查得：c10，m分h/3(R2+r2+Rr) 7930 = 370（3）角钢圈质量由化工设备设计手册查得：m角7063.13（4）支承梁质量m支606（5） 塔体接管及接管法兰质量 表4.1符号接管尺寸个数接管长度（）法兰单重（）接管单重（）a3779150014.7940.84b159451150
32、6.122.58d3779130014.7924.51e1-5453.551201.710.43f1-525351600.7480.26h125311500.7480.244h225312500.7480.408K1594.5120756.1235.9接管与法兰总重：m接163.538（6）筋板及支承环板质量m板m筋板m支承环板2.435.537.9（7）球形挡板质量由化工设备设计手册查得12厚钢板每平米质量为94.21m球 94.21.54145.1m拉筋1.735.1m球 m球m拉筋150.2（8）壳程短节及法兰质量m接1217.020.243.4 m接2217.020.52112.85m
33、法兰29 m短节172.404m 短节2141.85 m短节30（m短节1m短节2）6.43103 m02 m人孔+m分+m角+m支+m接+m球+m短节+m板= 8.8041034.1.3 容器可卸内件质量 m03（1）气体分布板质量m气398.7（各零件质量详见部件图）（2）液体分布板质量m液19371351（3）汽液分布板质量m汽液434.3（4） 活动支承梁质量m支1422.3319m03=m气m液m汽液m支2501.94.1.4 冷排质量（1）冷排封头质量表4.2名称尺寸数量质量（）封头盖DN 5508116.2平环1.210.3法兰PN 1.0，DN 550129m封头16.20.3
34、2945.5(2)冷排管箱质量表4.3名称尺寸数量质量（）筒节DN 550200122法兰PN 1.0DN 550129隔板1211.05接管108630239.564接管法兰PN 1.0DN 10028.02m箱99.634(3)冷排管板质量由化工设备设计手册查得42的钢板每平米质量为329.7m板0.1958329.764.553(4)冷排管子质量m管188.8157m管275.6625（详见零件图）(5)支撑架质量表4.4名称尺寸数量单重（）总重（）支承板203515连接板661.59圆钢2024.328.64m支15.098.6432.64m冷1=m封+m箱+m板+m管1+m支331.
35、143m冷2=m封+m箱+m板+m管2+m支317.99m0430（m冷1m冷2）=1.947104kg4.1.5 所需螺母、螺钉及垫片总质量m051.2954103 =133.4262kg（详见各零部件图或碳化塔装配图）4.1.6 碳化塔设备总质量m0 m01+m02+m03+m04+m0543771.34.2 碳化塔所受重力载荷计算4.2.1 充水重力QWQW=/4Di2H =/424002144601000=65415.5 式（4.1）(1)塔物料重量折合液位高度取5m，物料密度取0.876/tQ物/4Di2H=/42400214460876 =19814.6(2)冷排内冷却水重量Q水6
36、.93104NQ1=Q物+Q19814.67071.4268864.2.2 水压试验时的最大重量 QmaxQmax=QW+m0=65415.5+43771.3=109186.84.2.3 设备操作时的重量Q0Q1+m026886+43771.370657.34.2.4 设备、吊装的最小重量Qmin=m01+m02=24395表4.5 塔重量汇总表项目名称符号重量（）壳体计裙座质量m0115601壳体固定附件质量m028804容器可卸内件质量m032501.9冷排质量m0419470螺母、螺钉计垫片质量m051295.4塔设备总质量m043771.3充水重量QW65415.5物料重量Q12688
37、6水压试验时最大重量Qmax109186.8设备操作时重量Q070657.3设备吊装的最小重量Qmin243954.3 塔的自振周期 对直径和厚度相等的塔的自振周期为： 式(4.2)式中：H-塔体总高，mmH15150 m0-塔体操作质量，kgm0=24395=239091N E-弹性模量，MpaE=2.11011 Mpa -塔体的有效厚度，mm c=18=0.018mDi-塔体内径，mmDi=2400=2.4mTC=0.364s等直径，等厚度塔的固有周期： 第一振型 第二振型 第三振型4.4 风载荷计算 图4.2 塔结构简图选危险截面0-0截面，塔设备的基底截面，1-1截面，裙座上人孔或较大
38、管线引出处的截面，2-2截面，塔体与裙座连接焊缝处的截面。风载荷示意图如下： 图4.3 风载荷4.4.1 水平风力计算 第i计算段质量重心处的水平风力为：Pi=K1K2iq0fihiDefi 式(4.3)式中： pi-第i计算段质量重心处的水平风力，N； Defi-第i段的有效直径，m； 图4.4 风弯矩计算简图4.4.2 各参数确定（1）空气动力系数圆筒形设备 K1=0.7（2）风振系数 K2i表4.6离地面高度11015.15mi0.350.350.35K2i=1+m01.351.351.35mi、分别由压力容器及化工设备（下）中表13-5和13-6查得。(3) 呼和浩特基本风压q0q0=
39、0.5KN/(4)计算段中心距地面高度处风压变化系数fi表4.7离地高度5101520Fi0.781.11.151.25(5)有效直径Defi根据碳化塔结构简图，1和2段无平台，3段有效直径Defi3.2m4.4.3 风力计算系数按（3-2）式进行风力计算，列表如下：表4.8计算塔段01122K10.70.70.7K2i1.351.351.35Fi0.780.780.78q0（KN/)0.50.50.5hi(m)0.80.73.2Defi(m)2.82.83.2Pi(KN)0.8250.72246.4264.4.4 风弯矩计算塔任意设备截面I-I处的弯矩按下式计算： 式（4.4）所以0-0截面
40、风弯距为：0.8251/20.80.7224（0.80.7/2）6.426（0.8+0.73.2/2）=0.33+0.83+19.92=21.08kn/m对于1-1、2-2截面按下式计算1-1截面的风弯矩为: =17.6kNm 式（4.5）2-2截面的风弯矩为: 式（4.6）4.5 地震载荷计算任意高度hk处的集中质量mk引起的基本振型，地震水平力为： 式(4.7) 式中：FK1-集中质量mk引起的基本振型水平地震力，N；CZ-综合影响系数；CZ =0.5mk-距地面hk处的集中质量，kg；a1-对应塔体基本振型T1下的地震影响系数a值，地震载荷示意图如下： 图4.5 地震载荷4.5.1 参数的确定地震烈度按8度计算时：0.45类场地上 0.32/Tc=0.30.45/0.1567=0.862钢质圆筒直立设备，结构形状系数C0.54.5.2 地震弯矩的计算因碳化塔为等直径，等壁厚，0-0截面地震弯矩按下式计算：0.50.8627065715.152.0669106 1-1,2-2截面按下式计算：1-1截面地震弯矩为：=1.974106 2-2 截面地震弯矩为：因碳化塔H/Di15150/24006.31255，所以必须考虑高振型的影响：4.5.3 偏心弯矩 偏心
