1、49第 5 章 塔设备设计5.1 塔设备的分类和总体结构5.1.1 塔设备的分类塔设备的分类方法很多。按单元操作可分为精料塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等；最常用的是按塔的内件结构分为板式塔(图 5-1)和填料塔(图 5-2)两大类。板式塔和填料塔的特点见表5-l。表 5-1 塔的主要类型及特点类 型 板 式 塔 填 料 塔结构特点塔内设置有多层塔板每层板上装配有不同型式的气液接触元件，如泡罩、浮阀等塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等填料为气液接触的基本元件操作特点 气液逆流逐级接触 微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作设备性能空塔速度（亦即生产能力）高效率稳定压
2、力降大液气比的适应范围大持液量大空塔速度（亦即生产能力）低小塔径、小填料的塔效率高。直径大效率低压力降小要求液相喷淋量较大持液量小制造与维修直径在 600mm 以下的塔安装困难检修清理容易金属材料耗量大造价比板式塔便宜检修清理困难可采用非金属材料制造适用场合处理量大操作弹性大带有污垢的物料处理强腐蚀性物料液气比大真空操作要求压力降小5.1.2 塔设备的总体结构塔设备的总体结构均包括：塔体、内件、支座及附件。塔体是典型的高大直立容器，多由筒节、封头组成。当塔体直径大于 800mm 时，各塔节焊接成一个整体；直径小的塔多分段制造，然后再用法兰连接起来。内件是物料进行工艺过程的地方，由塔盘或填料支承
3、等件组成。支座常用裙式支座。附件包括人、手孔，各种接管、平台、扶梯、吊柱等。50图 5-1 板式塔1吊柱；2排气口；3回流液入口；4精馏段塔盘；5壳体；6进料口；7人孔； 8提馏段塔盘；9进气口；10裙座； 11排液口；12裙座人孔图 5-2 填料塔1吊柱；2排气口；3喷淋装置；4壳体；5液体再分配器；6填料；7卸填料人孔； 8支撑装置；9进气口；10排液口； 11裙座； 12裙座人孔5.2 塔设备设计的内容和步骤5.2.1 塔设备设计的内容塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。本课程设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安
4、装、检修、使用等方面出发进行结构设计。塔设备设计任务书内容和格式常按表 5-2。51表 5-2 塔设备设计任务书简图与说明 比例 设计参数及要求工作压力，MPa 1.0 设计寿命设计压力，MPa 1.1 填料形式、规格、容积工作温度， 170 填料的密度，kg/m 3 设计温度， 200 填料的堆积方式介质名称 浮阀（泡罩）规格/个数介质密度，kg/m 3 800 浮阀（泡罩）间距，mm传热面积， m2 保温材料厚度， 100基本风压，N/m 2 400 保温材料密度，kg/m 3 300地震基本烈度 8 塔盘上存留介质层高度 100场地类别 壳体材料 16MnR塔形 内件材料塔板数目 70
5、裙座材料 Q235-A塔板间距 偏心质量 4000腐蚀速率 偏心距 2000接管表符号 公称尺寸 DN 连接面形 式 用 途 符 号 公称尺寸 DN 连接面形 式 用途a1.2 人 孔 g 100 突面 回流口b1.2 32 突面 温度计 h14 25 突面 取样口c 450 突面 进气口 i1，2 15 突面 液面计d1.2 100 突面 加料口 j 125 突面 出料口e1.2 25 突面 压力计 k18 450 突面 人孔f 450 突面 排气口条 件 内 容 修 改修改标记 修改内容 签字 日期修改标记 修改内容 签字 日期备注单位名称 工程名称设计项目 条件编号设备图号 位号/台数提
6、 出 人 日 期5.2.2 塔设备设计的步骤在阅读了设计任务书后，按以下步骤进行塔设备的机械设计。525. 2. 2. 1 进行强度、刚度和稳定性计算包括如下内容：了解设计条件； 1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各种载荷引起的抽向应力； 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校核；10基础环设计；11地脚螺栓计算。125.2.2.2 进行结构设计(1) 板式塔结构设计内容如下： 塔体与裙座结构； 塔盘结构是板式塔的主要结构部分，包括塔盘板，降液管，
7、溢流堰，紧固件和支承件等； 除沫装置，用于分离气体中夹带的液滴，多位于塔顶出口处； 设备接管，包括用于安装、检修塔盘的人( 手)孔，气体和物料进出口的接管，以及安装化工仪表的接管等； 塔附件，包括支承保温材料的保温圈，吊装塔盘用的吊柱以及扶梯、平台等。(2) 填料塔结构设计内容如下： 塔体与裙座结构； 喷淋装置； 液体再分布器； 填料支承结构； 塔附件。5.3 塔设备的强度和稳定性计算根据课程设计的特点，着重介绍等截面、等壁厚塔设备的设计计算。5.3.1 塔设备的载荷分析和设计准则塔设备在操作时主要承受的以下几种载荷作用：操作压力、质量载荷、地震载荷、风载荷、偏心载荷。各种载荷示意图及符号见图
8、 5-3。53图 5-3 塔设备各种载荷示意图及符号(a)质量载荷；(b)地震载荷；(c)风载荷；(d)偏心载荷塔设备的强度和稳定性计算通常按下列步骤计算。 根据 GBl50-1998 相应章节或参考文献 1 第十一章，按压力确定圆筒有效厚度 及e封头的有效厚度 ；eh 根据地震和风载的需要，选取若干计算截面(包括所有危险截面) ，并考虑制造、安装、运输的要求，设定各截面处圆筒有效厚度 与裙座有效厚度 。应满足 ，eiesei；6mes 根据自支承式塔设备承受的质量载荷、风载荷、地震载荷及偏心载荷的作用，依次进行校核和计算，并应满足各相应要求，否则需重新设定圆筒的有效厚度 ，直至满足全部校ei
9、核条件为止。塔设备设计计算常用符号及说明见表 5-3。5.3.2 质量载荷塔设备的操作质量 （5-1）001023045(kg) aemmm：塔设备的最大质量 （5-2）axax 0塔设备的最小质量 （5-3）inin0102345. ae：式 5-3 中的 0.2m02 系考虑焊在壳体上部分内构件的质量，如塔盘支持圈、降液管等。当空塔起吊时，如未装保温层、平台、扶梯，则 mmin 应扣除 m03 和 m04。式中的壳体和裙座质量m01 按求出的壳体名义厚度 、封头名义厚度 及裙座名义厚度 计算，也可分段计算。nnhns54部分塔设备零部件，若无实际资料，可参考表 5-4，计算中注意单位统一。
10、表 5-3 塔设备设计计算常用符号及说明符号 符号说明 符号 符号说明B 系数，按 GB150 相关章节，MPa 01m壳体和裙座质量，kgDi 塔设备壳体内直径，mm 2内件质量，kgDib 基础环内直径，mm 3保温材料质量，kgDO 塔设备壳体外直径，mm 04平台、扶梯质量，kgDOb 基础环外直径，mm 5操作时塔内物料质量，kgDOS 裙座壳体外直径，mm i塔设备第 i 段的操作质量，kgdO 塔顶管线外径，mm k距地面 hk 处的集中质量（见图 5-4），kge 偏心质量重心至塔设备中心线的距离，mm eq塔设备的当量质量，取 meq=0.75mo，kgE 设计温度下材料的弹
11、性模量，MPaI-E1M任意计算截面 I-I 处的基本振型地震弯矩，N.mm fi 风压高度变化系数，按表 5-7 选取0-底截面 0-0 处的地震弯矩，N.mm0VF塔设备底截面处的垂直地震力，NIW任意计算截面 II 处的风弯矩，N.mmI塔设备任意计算截面 II 处垂直地震力，N-底截面 0-0 处的风弯矩，N.mmK集中质量 引起的基本振型水平地震力，NkmImax任意计算截面 II 处的最大弯矩，N.mmg 重力加速度，取 g=9.81m/s2 0q基本风压值，N/m 2H 塔设备高度，mm b基础环计算厚度，mmHi 塔设备顶部至第 i 段底截面的距离，mm e圆筒的有效厚度，mm
12、hit 塔设备第 i 段顶截面距地面的高度，mm h封头的有效厚度，mmhi 塔设备第 i 段集中质量距地面的高度，mm s裙座的有效厚度，mmIi、Ii-1 第 i 段、第 i-1 段的截面惯性矩，mm4 n圆筒的名义厚度，mmK 载荷组合系数，取 K=1.2 h封头的名义厚度，mmK1 体形系数，取 K1=0.7 s裙座的名义厚度，mmK3 笼式扶梯当量宽度；当无确切数据时，可取K3=400mmp管线保温层厚度，mmK4 操作平台当量宽度，mm si塔设备第 i 段保温层厚度，mmil第 i 计算段长度（见图 5-7），mm 1由内压和外压引起的轴向应力，MPa0操作平台所在计算段的长度，
13、mm 2重力及垂直地震力引起的轴向应力，MPaam人孔、接管、法兰等附属件质量，kg 3最大弯矩引起的轴向应力，MPae偏心质量，kg 试验压力引起的周向应力，MPa0塔设备操作质量，kg cr设计温度下圆筒的许用轴向压应力，MPaw液压实验时，塔设备内充液质量，kg 试验介质的密度（用水时 =0.001kg/m 3）表 5-4 塔设备零部件质量载荷估算表名 称 笼式扶梯 开式扶梯 钢制平台 圆泡罩塔盘 舌形塔盘质量载荷 40kg/m 1524 kg/m 150 kg/m2 150 kg/m2 75 kg/m2名 称 筛板塔盘 浮阀塔盘 塔盘填充液 保温层 瓷环填料质量载荷 65 kg/m2
14、75 kg/m2 70 kg/m2 30 kg/m 700 kg/m5.3.3 自振周期分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台与外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底端刚件固定，质量沿高度连续分布的悬臂梁。其基本震型的自振周期 按式(5-4)计算：1 ()Ts（5-4）3019.31eimHTED555.3.4 地震载荷当发生地震时，塔设备作为悬臂梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。安装在七度或七度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力，计算出它的地震载荷。5.3.4.1 水平地震力任意高度 hk 处的集中质量 mk 引起的基本振型水平地震力 Fk1 按式(5
15、-5) 计算：，N （5-5）11KZkFCmg式中 ZC-综合影响系数，取 0.5；-距地面 hk 处的集中质量( 见图 5-4)，kg；km-对应于塔设备基本自振周期 的地震影响系数 值；11T-地震影响系数，查图 5-5。图中的曲线部分按式(5-6)计算，但不得小于0.2 ；ax（5-6）0.9maxgT-地震影响系数的最大值，见表 5-5；max-各类场地土的特征周期，见表 5-6；gT-基本振型参与系数；1k（5-7）1.5.31nkiihm图 5-4 水平地震力计算简图 图 5-5 地震影响系数 表 5-5 地震影响系数 最大值设计烈度 7 8 9max0.23 0.45 0.90
16、表 5-6 场地土的特征周期 Tg场地土 近振 远振 场地土 近振 远振 0.2 0.25 0.4 0.55 0.3 0.4 0.65 0.855.3.4.2 垂直地震力地震烈度为 8 度或 9 度地区的塔设备还应考虑向上和向下两个方向垂直地震力作用，见图 5-6。56塔设备底截面处的垂直地震力 按式(5-8)计算：0VF（5-8）0maxVveqg式中 -垂直地震影响系数最大值，取 =0.65 ；maxvmaxvax-塔设备的当量质量，取 0.75 ，kg。eq eq0任意质量 i 处垂直地震力 按式(5-9) 计算：I-VF（i=1,2，n） （5-9）I-0iVVnkihFm5.3.4.
17、3 地震弯矩塔设备任意计算截面 JJ 处基本振型地震弯矩 M 旨，按式(5-10)计 算（i=1，2，n） （5-10）11 nIEkiMFh对于等直径、等壁厚塔设备的任意截面 I-I 和底截面 0-0 的基本振型地震弯矩分别按式(5-11)和式 (5-12)计算：（5-11）3.52.53.51012.58147IZECmgHh（5-12）01106EZM当塔设备 ，或 时还需考虑高振型的影响，在进行稳定和其他验算时，5D2也可按式（5-13）计算：（5-13）1.IIEE5.3.5 风载荷塔设备受风压作用时，塔体会发生弯曲变形。吹到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增加面增加。为计算简便
18、，将风压值按塔设备高度分为几段，假设每段风压值各自均匀分布于塔设备的迎风面上，如图 5-7 所示。塔设备的计算截面应选取在其较薄弱的部位，如：塔设备的底部截面00、裙座上人孔或较大管线引出孔处的截面 hh、塔体与裙座连接焊缝处的截面 22，见图 5-7 所示。两相邻计算截面区间为一计算段；任一计算段的风载荷，就是集中作用在该段中点上的风压合力。任一计算段风载荷的大小，与设备所在地区的基本风压值 有关，同时也和设备的高度、直径、0q形状以及自振周期有关。575.3.5.1 水平风力两相邻计算截面间的水平风力按式(5-14)计算：（5-14）6120126120eiiiePKqflDfl式中 Pl
19、、P 2、P i -塔设备各计算段的水平风力，N；De1、D e2、D ei塔设备各计算段的有效直径，mm；当笼式扶梯与塔顶管线布置成 180时：（5-15）3422eiOisi OPsKd当笼式扶梯与塔顶管线布置成 90时，取下列两式中较大者：（5-16）34eiisi（5-17）4OOPsDOi -塔设备各计算段的外径，mm；K21、K22K2i塔设备扦计算段的风振系数，当塔高 时，取20Hm，当 时，按式(5-18)计算：21.70iK2Hm（5-18）2iziffi -风压高度变化系数，按表 5-7 查取；-脉动增大系数，按表 5-8 查取；-第 i 段脉动能响系数，按表 5-9 查取
20、；i zi -第 i 段振型系数，根据 与 u 查表 5-10；ihHK3 -笼式扶梯当量宽度；当无确切数据时，可取 ；340mKK4 -操作平台当量宽度，mm；（5-19）402Al-第 i 段内平台构件的投影面积(不计空档投影面积)，mm 2；A-第 i 计算段长度(见图 5-7)，mm；ill0-操作平台所在计算段的长度，mm；q0 -基本风压值， kNm ：；各地区的基本风压值按全国基本风压分布图或按当地气象部门资料确定。表 5-7 风压高度变化系数 fi地面粗糙度类型 地面粗糙度类别距地面高度 ithA B C距地面高度 ithA B C510152030401.171.381.52
21、1.631.801.920.801.001.141.251.421.560.540.710.840.941.111.2450607080901002.032.122.202.272.342.401.671.771.861.952.022.091.361.461.551.641.721.7958注：A 类地面粗糙度系指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B 类系指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中小城镇和大城市郊区；C 类系指有密集建筑群的大城市市区。-管线保温层厚度，mm；PS-塔设备第 i 段保温层厚度，mm。si表 5-8 脉动增大系数 221,qTNsm10 20 40 60
22、80 100 200 400 600 800 1000 2000 4000 6000 8000 10000 20000 300001.47 1.27 1.69 1.77 1.83 1.88 2.04 2.24 2.36 2.46 2.53 2.80 3.09 3.28 3.42 3.54 3.91 4.14注：计算 时，对 B 类取 ，对 A 类 ，对 C 类 。2110q10.38q10.7q表 5-9 脉动影响系数 i高度 mht，粗糙度类别10 20 40 60 80 100A 0.78 0.83 0.87 0.89 0.89 0.89B 0.72 0.79 0.85 0.88 0.89
23、 0.90C 0.66 0.74 0.82 0.86 0.88 0.89表 5-10 振型系数 Zl顶、底有效直径比 u顶、底有效直径比 u相对高度 ithH1 0.8 0.6相对高度 ithH1 0.8 0.60.1 0.02 0.02 0.01 0.6 0.48 0.44 0.410.2 0.07 0.06 0.05 0.7 0.60 0.57 0.550.3 0.15 0.12 0.11 0.8 0.73 0.71 0.690.4 0.24 0.21 0.19 0.9 0.87 0.86 0.850.5 0.35 0.32 0.29 1.0 1.00 1.00 1.005.3.5.2 风
24、弯矩塔设备任意计算截面 II 处的风弯矩 按式（5-20）计算：IWM（5-20）12121.2ii iWi iilllPPl塔设备底截面 00 处的风弯矩 按式（5-21）计算：0W（5-21）312312.lllMl 5.3.6 偏心弯矩当塔设备的外侧悬挂有分离器、再沸器、冷凝器等附属设备时，可将其视为偏心载荷。由。于有偏心距 e 的存在，偏心载荷在塔截面上引起偏心弯矩 。偏心载荷引起偏心弯短沿塔高eM无变化，可按式(5-22)汁算：（5-22） emg595.3.7 最大弯矩塔设备任意计算截面 II 处的最大弯矩 按式（5-23）计算：maxIM取其中较大值 （5-23）max0.25I
25、WeIEe塔设备底部截面 0-0 处的最大弯矩 按式(5-24)计算：max取其中较大值 （5-24）0max0.25WeEeMM5.3.8 圆筒轴向应力核核校核圆简轴向应力，使之满足稳定条件。5.3.8.1 圆筒轴向应力圆筒任意计算截面 II 处的轴向应力分别铵式（5-25） 、式（5-26）和式（5-27 ）计算：由内压和外压引起的轴向应力 ：1（5-25）14iepD其中设计压力 p 取绝对值。操作或者非操作时重力及垂直地震力引起的铀向应力 ：2（5-26）02IIViemgFD其中 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。IVF最大弯矩引起的轴向应力 ：3（5-27）max34Iie
26、M5.3.8.2 圆筒稳定校核圆筒许用轴向压应力 按式(528) 确定：cr取其中较小值 （5-28）=tcrKB圆筒最大组合压应力按式(5-29)或式(5-30) 校核：对内压塔器 （5-29）23cr+对外压塔器 （5-30）1r5.3.8.3 圆筒拉应力校核圆筒最大组合拉应力按式(5-31)或式（5-32）校核：60对内压塔器 （5-31）123+tK对外压塔器 （5-32）t如校核不能满足条件时，须重新设定有效厚度 ，重复上述计算，直至满足要求。ei5.3.9 塔设备压力试验时的应力校核5.3.9.1 圆筒应力对选定的各计算截面按式(5-33)、式(5-34) 、式(5-35) 和式(
27、5-36)进行各项应力计算：试验压力引起的周向应力 ：T（5-33）9.812ieieipHD式中 -试验介质的密度( 当介质为水时， )， ；30.kgcm3H -液柱高度，cm。气压试验时，无液柱静压力。试验压力引起的轴向应力 ：1T（5-34）14TiepD重力引起的轴向应力 ：2T（5-35）2ITiemgD式中 -液压试验时，计算截断 II 以上的质量( 只计入塔壳、内构件、偏心质量、保ITm- 温层、扶梯及平台质量) ，kg。弯矩引起的轴向应力 ：3T（5-36）3240.IWeTiMD5.3.9.2 应力校核压力试验时，圆筒材料的许用轴向压应力 按式（5-37）确定：cr取其中较
28、小值 （5-37）=0.9crsKB压力试验时，圆筒最大组合应力按以下公式校核：液压试验时： （5-38）0.9Ts61气压试验时： （5-39）0.8Ts液压试验时： （5-40）123+.9TsK气压试验时： （5-41）Ts（5-42）23cr5.3.10 裙座轴向应力校核 塔设备常采用裙座支承。并根据承载不同，分为圆筒形和圆锥形两种。由于圆筒形裙座。制造方便，采用极为广泛。但需配置较多的地脚螺栓和具有足够大求载由积的基础环，以防止由于风载荷或地震载荷所引起的弯矩而造成翻倒。若经应力校核不能满足，只能选用圆锥形裙座支承。这里重点介绍圆筒形裙座。圆筒形裙座轴向风力校核首先选取裙座危险截面。
29、危险截面的位置，一般取裙座底截面 (0-0)或裙座检查孔和较大管线引出孔(hh)截面处( 见图 5-8)。然后按裙座有效厚度 验算危es险截面的应力。5.3.10.1 裙座底截面的组合应力裙座底截面的组合应力按式(5-43)和式(5-44) 校核：（5-43）00max VtsbsbsKBMgFZA取 其 中 较 小 值其中 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。vIF（5-44）0maxmax.3 0.9essbsbBgZ取 其 中 较 小 值式中 -裙座底部截面积， ，mm 2；sbAiAD-裙座圆筒和锥壳的底部截面系数， ，mm 3。Zsb4isZ5.3.10.2 裙座检查孔和较大管
30、线引出孔截面处组合应力裙座检查孔和较大管线引出孔(见图 5-8)hh 截面处组合应力按式（5-47）和式（5-48)校核：（5-47）0max hVtssmsKBgFMZA取 其 中 较 小 值其中 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。vhF（5-48）max0.3 0.9hhWesssBgZ取 其 中 较 小 值式中 -h-h 截面处水平方向的最大宽度，mm；mb62-h-h 截面处裙座壳的内直径，mm；imD-h-h 截面处的垂直地震力。但仅在最大弯短为地震弯矩参与组合时计入此项，hVFN；-检查孔和较大管线引出孔加强管长度，mm； ml-h-h 截面处的最大弯矩，N mm；axhM
31、-h-h 截面处的风弯矩，N mm；W-h-h 截面以上塔设备压力试验时的质量，kg；a-h-h 截面以上塔设备的操作质量，kg；0h-h-h 截面处加强管的厚度(见图 5-8)，mm；m-h-h 截面处裙座的截面积，mm 2；sA（5-49）smiesmmADbA（5-50）sl-h-h 截面处的裙座壳截面系数，mm 3；smZ（5-51）242essmiesmimZbZ（5-52）isesDl如校核不能满足条件时，须重新设定裙座壳有效厚度 ，重复上述计算，直至满足要求。ei5.3.11 地脚螺栓座5.3.11.1 基础环设计(1)基础环内、外径(见图 5-9、图 5-10)可参考式(5-5
32、3)、式(5-54)选取：（5-53）(1604)ObisD:63（5-54）(1604)ObisD:(2)基础环厚度按式(5-55) 或式(5-56)计算：无筋板时(见图 5-9)基础环厚度为（5-55）max1.73bb式中 -基础环材料的许用应力，MPa;b对低碳钢取 ；=40MPab-混凝土基础上的最大压力，MPa；max（5-56）0maxax0max .3bbWebbgZA:取 其 中 较 大 值有筋板时（见图 5-10）基础环厚度为（5-57）b6sbM式中 -计算力矩，取矩形板 X、Y 轴的弯矩 、 中绝对值较大者， 、sMXYXM按表 5-11 计算。Y无论无筋板或有筋板的基
33、础环厚度均不得小于 l6mm。表 5-11 矩形板力矩计算表lb)(0xby)(0yxlb)(0xby)(0yx0.12max5.2ma.b1.62max485.2ma16.lb0.2 49bx61.7 3bx70.3 a8. a51.l1.8 a. a9.0.42x3020b1.92x0230lb0.5 ma1.bmax93.2.0 ma1.bmax1.0.6 64l2.1 830.72ax. 2a61.b2.22ax5. 2a.lb0.8 730bx0752.3 06bx300.9 ma14. ma8.l2.4 ma17. ma1.1.02x829b2.52x2lb1.1 a95.bax1
34、.2.6 a85.bax.1.2 06l2.7 0301.32max7. 2ma6.b2.82max19. 2ma1.lb1.4 bx02.9 4bx1.5 a5. a13.l3.0 a3. a.注：l 为两相邻筋板最大外侧间距（见图 5-10） 。645.3.11.2 地脚螺栓地脚螺栓座相关尺寸见图 5-11。地脚螺拴承受的最大拉应力 按式(5-58)计算：B（5-58）0min00 .25WebbBEeVs bMgZAF 取 其 中 较 大 值其中 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。0vF式中 -地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa；BAb -基础环面积，mm 2；（5-59）24bO
35、biAD-基础环截面系数，mm 3。bZ（5-60）42ObibZ图 5-11 地脚螺栓座尺寸当 时，塔设备可自身稳定，但为固定其位置，应设置一定数量的地脚螺栓。0B当 时，塔设备必须设置地脚螺栓。地脚螺栓的螺纹小径可按式(5-61)计算：（5-61） 124BbtAdCn式中 -地脚螺栓螺纹小径，mm；1dC2 -地脚螺栓腐蚀裕量，mm；取 C23mm；65N -地脚螺栓个数，一般取 4 的倍数，最小直径塔设备可取 n6；对 ，取 ；对 ，取 ；235QA17btMPa16n170MPabt圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于 M24。5.3.11.3 筋板筋板的压应力按式(5-62)计算：（5
36、-62）12GFnl式中 -筋板的压应力GF 一个地脚螺栓承受的最大拉力， ，N；BbAn-对应一个地脚螺栓的筋板个数；1n-筋板宽度，mm ；2l-筋板厚度，mm 。G筋板的许用压应力 按式(5-64)或式(5-65) 计算：c当 时c（5-64）210.4cGc当 时c（5-65）20.7Gcc式中 -筋板的许用压应力，MPa；c-细长比，按式(5-66)计算，且不大于 250；（5-66）0.5klii-惯性半径，对长方形截面的筋板取 ，mm； .289G-筋板长度，mm ；kl-临界细长比，按式(5-67)计算；c（5-67）20.6cGEE-筋板材料的弹性模量；-筋板材料的许用应力，
37、MPa；对低碳钢 ;G 140MPa-系数；66（5-68）21.53c筋板的压应力应小于或等于许用应力，即 。但 一般不小于 基础环厚GG23度。5.3.11.4 盖板 分块盖板最大应力 按式(5-69)或式(5-70) 计算：Z无垫板时（5-69）322ZcFld有垫板时（5-70）32224ZcZlld式中 -分块盖板最大应力， MPa；Z-垫板上地脚螺栓孔直径，mm；2d-盖板上地脚螺栓孔直径，mm；3-筋板宽度，mm ；l-筋板内侧间距，mm；-垫板宽度，mm ；4l-盖板厚度，mm ；c-垫板厚度，mm 。Z一般，分块盖板厚度不小于基础环厚度。环形盖板的最大应力按式(5-71)或式
38、(5-72) 计算：无垫板时（5-71） 3224ZcFld有垫板时（5-72）322244ZcZlldd一般环形盖板厚度不小于基础环厚度盖板最大应力应等于或小于盖板材料的许用应力，即 。对低碳钢盖板的许用应Zz力 140ZMPa675.3.12 裙座与塔壳焊缝5.3.12.1 裙座与塔壳搭接焊缝搭接焊缝 JJ 截面处(见图 5-12)的剪应力按式(5-73) 或式 (5-74)校核：（5-73）max00.8JJJtVwWMgFKzA其中 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。vJF式中 -焊缝抗剪断面面积， ，mm 2；WA.7wotesD-裙座顶部截面的外直径，mm；otD-搭接焊缝
39、处的垂直地震力，N；vJ-搭接焊缝处的最大弯矩，Nmm；maxM-压力试验时塔设备的最大质量( 不计裙应质量)，kg；J-JJ 截面以上塔设备操作质量， kg；0-JJ 焊缝抗剪截面系数， ，mm；WZ20.5wotesZD-设计温度下焊接接头的许用应力，取两例母材许用应力的小值，MPa；tw图 5-12 图 5-135.3.12.2 裙座与塔壳的对接焊缝对接焊缝 JJ 截面处(见图 5-13)的拉应力按式(5-77) 校核：（5-77）max0240.6JJJtvWititesMgFKD其中 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。JvF式中 -裙座顶截面内直径，mm。itD5.3.13
40、塔设备法兰当量设计压力当塔设备分段安装采用法兰连接时，考虑内压、轴向力和外力矩的作用，其当量设计压力按式(5-78) 确定。（5-78）32164eGMFppD式中 -法兰的当量设计压力，MPa；ep-垫片压紧力作用中心团直径舰， ；GD68F -轴向外载荷，拉力时计入，压缩时不计，N；P -设计压力，MPa ；M -外力矩，应计入法兰截面的最大力矩 、管线推力引起的力矩和其他机械maxIM载荷引起的力矩，Nmm。5.3.14 塔设备设计计算举例5.3.14.1 塔设备设计任务书（以表 5-2 所给参数为例）5.3.14.2 塔设备已知设计条件及分段示意图首先，选取计算截面（包括所有危险截面）
41、 。本例将全塔分成 6 段。其计算截面分别为 0-0、1-1、 2-2、 3-3、4-4、5-5。已 知 设 计 条 件 分 段 示 意 图塔体内径 Di 2000mm塔体高度 H 40000mm设计压力 p 1.1MPa设计温度 t 2000C材料 16MnR 170MPa许用应力t 170MPa设计温度下弹性模量 E 1.9X10-5 MPa常温屈服点 s 345 MPa塔体厚度附加量 C 2mm塔体焊接接头系数 0.85介质密度 800Kg/m3塔盘数 N 70每块塔盘存留介质层高度 hw 100mm基本风压值 q0 400N/m2地震设防烈度 8 度场地土类别 类偏心质量 me 400
42、0Kg偏心距 e 2000mm塔外保温层厚度 s 100mm保温层材料密度 2 300 Kg/m3群座 材料 Q235-A69许用应力st 113MPa常温屈服点 s 235 MPa设计温度下弹性模量 Es厚度附加量 Cs 2mm人孔、平台数 8材料 Q235-A许用应力 bt 140 MPa腐蚀裕量 C2 3地脚螺栓个数 n 32705.3.14.3 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 公 式 及 数 据塔内液柱高度 h,m h=2.34(仅考虑塔底至液封盘液面高度)液柱静压力 pH,MPa （可忽略）pgh05.18.342
43、8.9010p66H 计算压力 pc,MPa .cp圆筒计算厚度 ,mm 6.75.72ctiD圆筒设计厚度 c ,mm 496.Cc圆筒名义厚度 n,mm 1n圆筒有效厚度 e,mm 10e封头计算厚度 h,mm 63.715.872.5.2ctihp封头设计厚度 hc ,mm 639c封头名义厚度 hn,mm 1hn封头有效厚度 he,mm 10Ce塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计 算 公 式 及 数 据计 算 内 容01 12 23 34 45 56塔段内直径 D，mm 2000塔段名义厚度 ni,mm 12塔段长度 li,mm 1000 2000 7000 10000 10000
44、10000塔段高度 H1，mm 40000单位筒体质量 m1m,kg/m 596筒体高度 H1,mm 36790筒体质量 m1,kg m1=596x36.790=21926.84封头质量 m2,kg m2=438x2=876裙座高度 H3,mm 3060裙座质量 m3,kg m3=596x3.06 =1823.76m01= m1 +m2 +m3=21926.84+876+1823.76=24627塔体质量 m01,kg596 1630 4172 5960 5960 6309塔段内件质量 m02,kg 164937502440 NqD2i(浮阀塔盘质量 qN=75kg/m2) 2120 5184
45、 5184 40050322034mHDmonisni 7581.1543079.6042 m03 封头保温层质量， （kg） 108 1401 2002 2002 206871续表塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计 算 公 式 及 数 据计 算 内 容01 12 23 34 45 5顶平台质量 qp=150kg/m2 笼式扶梯质量 qF=40kg/m平台质量 n=8 笼式扶梯质量 HF=39mFnini HqpDBDm2140 22.0.9.01.0.683458.平台，扶梯质量 m04,kg40 80 943 2387 1725 168505124fowi VhN操作时塔内物料质量 m0
46、5,kg 944 6786 5529 5529 4272按经验取附件质量为： 65742501ma人孔、接管、法兰等附件质量 ma,kg154 231 1092 1710 1485 148519308.79.3624WfiwVHD充液质量 mw,kg 1180 21991 31416 31416 31936再沸器：me=4000偏心质量 me,kg 1400 2600 87 4061572306875164932m040210eam操作质量 m0,kg790 4393 19114 22772 21885 19824524 4061572368075193.060421minea最小质量 mmin,kg790 3449 10632 13096 12209 123481
