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1、目录1、塔的设计条件及主要物性参数表22、塔设备设计计算程序及步骤3按设计压力计算塔体和封头厚度3塔 设 备 质 量 载 荷 计 算3按设计压力计算塔体和封头壁厚4自 振 周 期 计 算6地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算6地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算8风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算8风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算10偏 心 弯 矩10最 大 弯 矩11圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核11塔设备压力试验时的应力校核12裙 座 轴 向 应 力 校 核13基 础 环 设 计14地 脚 螺 栓 计 算153、设计结果汇总表164、设计综述175、参考资料176、主要符号说
2、明18 板式塔设备机械设计任务书1. 设计任务及操作条件： 试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。 已知条件为：塔体内径i1200mm，塔高30m，工作压力为0.8MPa，设计温度为350，介质为原油，安装在南京郊区，地震强度为8度，塔内安装50层浮阀塔板，塔体材料选用20R，裙座选用Q235A。2. 设计内容 （1）根据设计条件选材； （2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力； （8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力
3、校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。3. 设计要求：（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）1、塔的设计条件及主要物性参数表将全塔分为5段，计算截面分别为00、11、22、33、44。表1 设计条件及主要物性参数表已 知 设 计 条 件分段示意图塔体内径Di1200mm （分段示意图在附图中）塔体高度H3000mm工作压力p00.8MPa设计压力p0.8MPa设计温度t350塔体材 料20R许用应力133MPat92MPa设计温度下弹性模量E1.73105MPa常温
4、屈服点s245MPa厚度附加量C2mm塔体焊接接头系数0.85介质密度810kg/m3塔盘数N50每块塔盘存留介质层高度hw100mm基本风压值q0250N/m2地震设防烈度7度设计基本地震加速度0.2场地类别II类地面粗糙度B类偏心质量me4000kg偏心矩e2000mm塔外保温层厚度s100mm保温材料密度s300kg/m3裙座材料Q235-A许用应力st140MPa常温屈服点s235MPa设计温度下弹性模量Es厚度附加量Cs2mm人孔、平台数6地脚螺栓材料Q235-A许用应力bt147MPa腐蚀裕量C23mm个数n402、塔设备设计计算程序及步骤 按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容计算
5、公式及数据塔内液柱高度h/m可忽略液注静压力pH/MPa可忽略计算压力pc/MPa圆筒计算厚度/mm圆筒设计厚度c/mm圆筒名义厚度n/mm圆筒有效厚度e/mm封头的计算厚度h/mm封头设计厚度hc/mm封头名义厚度hn/mm封头有效厚度he/mm 塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计算内容计算公式及数据1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)塔段内直径Di/mm1200塔段名义厚度ni/mm10塔段长度li/mm1000200070001000010000塔设备高度H/mm300001单位筒体质量m1m/kg/m298筒体高度H1/mm29350筒体质量m1/kg封头质量m2/kg
6、裙座高度H3/mm3000裙座质量m3/kg塔体质量m01/kg298596208629803954.3塔段内件质量m02/kg(浮阀塔盘质量)-1102.71611.61526.85保温层质量m03/kgm03封头保温层质量，（kg）-18.92302.93289.53310.7 按设计压力计算塔体和封头壁厚平台、扶梯质量m04/kg平台质量qp150kg/m2 笼式扶梯质量qF40kg/m平台数量n6 笼式扶梯高度HF29m4080143315331534操作时塔内物料质量m05/kg-203.622612804816人孔、接管、法兰等附件质量ma/kg按经验取附件质量为：74.51495
7、21.5745988.6充液质量mw/kg254.57916942416108.5偏心质量me/kg再沸器：me400014002600操作质量m0/kg412.51047.511107.116649.112130.5最小质量mmin/kg412.5843.97963.9411469.82100929.97最大质量mmax/kg412.51098.416762.122183.127422.95 自 振 周 期 计 算计算内容计算公式及数据塔设备的自振周期T1/s 地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算计算内容0112233445各段操作质量mi/kg412.51047.511167.116
8、649.112130.5计算内容计算公式及数据011223344顶各点距地面高度hi/mm1000200070001000010000hi1.53.161048.941045.241051.841061.84106mihi1.51.31079.361076.51091.6610101.2110103.541010hi31.01098.01093.4310111.010121.01012mihi34.12510118.3810113.8110151.6610161.2110163.251016A/B1.08106基本振型参与系数k10.0340.0960.5651.9871.987阻尼比i 0.
9、02衰减指数阻尼调整系数2地震影响系数最大值 maxmax0.12（设计烈度为7度,设计基本加速度0.15g时）场地土的特征周期TgTg0.4（地震分组为第一组，II类场地土）地震影响系数1Tg=0.4T1=1.685Tg=2水平地震力Fk1/N5.3613.61145.11216.35157.63垂直地震影响系数vmaxvmax=0.65max=0.078当量质量meq/kg取meq=0.75m0=24172.95底面垂直地震力Fv0-0/NFv0-0=vmax*meq*g=18477.80mihi3.68108任意质量i处垂直地震力Fvi/N20.71105.183903.588358.5
10、449330.36090.01任意计算截面i处垂直地震力Fv1-1Fv1-1=0-0截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5截面18477.8018457.0918351.9114448.336089.79-地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶底截面处地震弯矩/Nmm截面11处地震弯矩/Nmm截面22处地震弯矩/Nmm风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据011223344顶各计算段的外径DOi/mm塔顶管线外径dO/mm480第i段保温层厚度si/mm100管线保温层厚度 ps/mm100笼式扶梯当量宽度K340
11、0各计算段长度li/mm1000200070001000010000操作平台所在计算段的长度l0/mm-70001000010000平台数00222各段平台构件的投影面积A/mm20029.010529.010529.0105操作平台当量宽度K4/mm操作平台当量宽度K4/mm00514.3360360各计算段的有效直径Dei/mm210021002614.324602460182018202334.321802180取大值Dei/mm210021002614.324602460各计算段顶截面距地面的高度hit/m13102030风压高度变化系数fi查表5-231.01.01.01.251.4
12、2体型系数K10.7基本风压值q0/N/m2350塔设备的自振周期T1/s1.68q0T123501.682=987.84脉动增大系数（B类）查课程设计指导书表5-242.17脉动影响系数i（B类）查课程设计指导书表5-240.720.720.720.790.83hit/H0.0340.1020.3410.6811.00第i段振型系数zi根据hit/H与u查课程设计指导书表5-250.020.020.170.531.00各计算段的风振系数K2i1.0311.0311.2651.7272.268各计算段的水平风力Pi/N530.61061.25674.413009.819413.6风 载 荷 与
13、 风 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据011223344顶0-0截面的风弯矩/Nmm1-1截面的风弯矩/Nmm2-2截面的风弯矩/Nmm偏 心 弯 矩计算内容计算公式及数据偏心质量me/kg4000偏心距e/mm2000偏心弯矩Me/Nmm最 大 弯 矩计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面7.981087.581086.811084.231084.051083.7108最大弯矩/Nmm7.981087.581086.81108圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度 ei/mm10筒体内径Di/mm1200计算截面以上的操作
14、质量m0i-i/kg32230.631818.130770.6设计压力引起的轴向应力1/MPa0024操作质量引起的轴向应力2/MPa8.388.278.00最大弯矩引起的轴向应力3/MPa70.567.060.2载荷组合系数K1.2系数A设计温度下材料的许用应力t/MPa（20R，350）， （Q235-A，350），757586系数B/MPa（20R，350），（Q235-A，350），135135135KB/MPa162162162Kt/MPa9090103.2许用轴向压应力cr/MPa取以上两者中小值9090103.2Kt/MPa9090103.2圆筒最大组合压应力（2+3）/MPa对
15、内压塔器（满足要求）78.8875.2768.20计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面圆筒最大组合拉应力（12+3）/MPa对内压塔器（满足要求）62.258.876.2塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据试验介质的密度（介质为水）/kg/m31000液柱高度Hw/m27.53液柱静压力H/9.81/MPa0.282-2截面最大质量mT2-2/kg试验压力pT/MPa筒体常温屈服点s/MPa2452-2截面0.9Ks/MPa264.62-2截面KB/MPa162压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力cr/MPa取以上两者中小值162试验压力引起的周向应力T/MPa液压试
16、验时：（满足要求）试验压力引起的轴向应力T1/MPa重力引起的轴向应力T2/MPa弯矩引起的轴向应力T3/MPa压力试验时圆筒最大组合应力/MPa液压试验时：（满足要求）（满足要求）裙 座 轴 向 应 力 校 核计算内容计算公式及数据0-0截面积Asb/mm20-0截面系数Zsb/mm3KB/MPa162Kts/MPa90裙座许用轴向应力/MPa取以上两者中小值900-0截面组合应力/MPa检查孔加强管长度lm/mm150检查孔加强管水平方向的最大宽度bm/mm450检查孔加强管厚度m/mm12Am1-1截面处裙座筒体的截面积Asm/mm21-1截面处的裙座筒体截面系数Zsm/mm3h-h截面
17、处的裙座壳截面系数Zsm/mm31-1截面组合应力/MPa基 础 环 设 计计算内容计算公式及数据裙座内径Dis/mm1200裙座外径Dos/mm基础环外径Dob/mm基础环内径Dib/mm基础环伸出宽度b/mm相邻两筋板最大外侧间距l/mm250基础环面积Ab/mm2基础环截面系数Zb/mm3基础环材料的许用应力b/MPa水压试验时压应力b1/MPa操作时压应力b2/MPa混凝土基础上的最大压力bmax/MPa取以上两者中大值2.94b/l矩形板力矩Cx、Cy系数查表5-27得：Cx=-0.0846 Cy=0.1120对X轴的弯矩Mx/Nmm/mm由b/l得：对Y轴的弯矩My/Nmm/mm由
18、b/l得：计算力矩Ms/Nmm/mm取以上两者中大值2238有筋板时基础环厚度/mm 经圆整取地 脚 螺 栓 计 算计算内容计算公式及数据最大拉应力B1/MPa最大拉应力B2/MPa基础环中螺栓承受的最大拉应力B取以上两者中大值 塔设备必须设置地脚螺栓地脚螺栓个数n40地脚螺栓材料的许用应力bt/MPa对Q-235A，取地脚螺栓腐蚀裕量C2/mm地脚螺栓取地脚螺栓螺纹小径d1/mm故取40M48地脚螺栓满足要求3、设计结果汇总表计 算 结 果塔体圆筒名义厚度n/mm12（满足强度和稳定性要求）塔体封头名义厚度hn/mm12（满足强度和稳定性要求）裙座圆筒名义厚度en/mm12（满足强度和稳定性
19、要求）基础环名义厚度b/mm25（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓个数40（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓公称直径d/mm48（满足强度和稳定性要求）4、设计综述 本次是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计，设计结果如汇总表所示。其中地脚螺栓的个数根据化工设备设计全书塔设备中的裙座地脚螺栓个数表中查取得：裙座底部内直径为1200mm时，地脚螺栓取48个，这样可能会导致裙座底部基础环所受的局部应力不均匀，但是通过校核计算并圆整得到地脚螺栓的公称直径为48mm，故选用40-M48的大直径地脚螺栓才能满足强度和稳定性要求。 本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。计算量比较大，计算公式繁琐，数据比较大。在
20、计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题，但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。本次设计的收获是在设计过程中，要善于查表和查找相关资料，并认真思考，结合书本以及所学知识解决，这样问题就变得迎刃而解了。5、参考资料1 陈国恒主编化工机械基础第二版北京：化学工业出版社，20061，1031032 全国压力容器标准化技术委员会钢制压力容器用封头（JB/T4746-2002），20028，39393 蔡纪宁 张秋翔主编化工设备机械基础课程设计指导书北京：化学
21、工业出版社，20006，60604 路秀林 王者相主编化工设备设计全书塔设备北京：化学工业出版社，20041，3243276、主要符号说明系数，按GB150相关章节，壳体和裙座质量，塔设备壳体内径，内体质量，基础环内径，保温材料质量，塔设备壳体直径，平台扶梯质量，基础环直径，操作时塔内物料质量，裙座壳体外直径，塔设备第i段的操作质量，塔顶管线外径，距地面处的集中质量，偏心质量中心至塔设备中心线距离，塔设备的当量质量，设计温度下材料的弹性模量，任意计算截面i-i的基本振型地震弯矩，风压高度变化系数底截面0-0出的地震弯矩，塔设备底截面处的垂直地震力，任意计算截面I-I处的风弯矩，塔设备任意计算截
22、面处垂直地震力，底截面0-0处的风弯矩，集中质量引起的基本振型水平地震力任意计算截面I-I处的最大弯矩，重力加速度，取基本风压值，塔设备高度，基础环计算厚度，塔设备顶部至第i段底截面的距离，圆筒的有效厚度，塔设备第i段顶截面距地面的高度，分头的有效厚度，塔设备第i段集中质量距地面高度，裙座的有效厚度，地i段、第i-1段的截面惯性距，圆筒的名义厚度，载荷组合系数，取封头的名义厚度，体型系数，裙座的名义厚度，笼式扶梯当量宽度，管线保温层厚度，操作平台当量质量，塔设备第i段保温层厚度，第i计算段长度，由内压和外压引起的轴向应力，操作平台所在计算段的长度，重力及垂直地震力引起的轴向应力，人空、接管、法兰等附属件质量，最大弯矩引起的轴向应力，偏心质量，试验压力引起的周向应力，塔设备操作质量，设计温度下圆筒材料的许用轴向压应力
