|
塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。机械设计是把工艺参数、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、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。 4.1设计条件 由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。 表4-1 设计条件表 已知设计条件
| 塔体内径Di
| 2000mm
| 塔体高度H
| 28000mm
| 设计压力P
| 1.0MPa
| 设计温度t
| 200℃
| 塔 体
| 材料
| 16MnR
| 许用应力
| 170MPa
| 许用应力
| 170MPa
| 设计温度下弹性模量E
| 1.9×105MPa
| 常温屈服点
| 345MPa
| 厚度附加量C
| 2mm
| 塔体焊接接头系数ϕ
| 0.85
| 介质密度ρ
| 783.92kg/m3
| 塔盘数N
| 40
| 每块塔盘存留介质层高度hW
| 80mm
| 基本风压值q0
| 400N/m2
| 地震防烈度
| 8度
| 场地土类别
| Ⅱ类
| 偏心质量me
| 4000kg
| 塔外保温层厚度δ
| 100mm
|
保温材料密度ρ2
| 300kg/m3
| 裙 座
| 材料
| Q235-A
| 许用应力
| 113MPa
| 常温屈服点σs
| 235MPa
| 厚度附加量Cs
| 2mm
| 人孔、平台数
| 6
| 地 脚 螺 栓
| 材料
| Q235-A
| 许用应力bt
| 140MPa
| 腐蚀余量C2
| 3
| 个数n
| 32
|
4.2设计计算 4.2.1全塔计算的分段 图4-1 全塔分段示意图 塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为： 0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。分段示意图如图4-1。 4.2.2塔体和封头厚度 塔内液柱高度： （m） 液柱静压力： （MPa） 计算压力： MPa（液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度： （mm） 圆筒设计厚度： （mm） 圆筒名义厚度： （mm） 圆筒有效厚度： （mm） 封头计算厚度： （mm） 封头设计厚度： （mm） 封头名义厚度： （mm） 封头有效厚度： （mm） 4.2.3塔设备质量载荷 1.塔体质量 查资料[1],[8]得内径为2000mm，厚度为10mm时，单位筒体质量为495kg/m，单个封头质量为364kg。 通体质量： （kg） 封头质量： （kg） 裙座质量： （kg） 塔体质量： （kg） 0-1段： （kg） 1-2段： （kg） 2-3段：（kg） 3-4段： （kg） 4-顶段： （kg） 2.塔段内件质量 查表5-4得[8] ,筛板塔塔盘质量 ，则 塔体内件质量： （kg） 2-3段： （kg） 3-4段： （kg） 4-顶段： （kg） 3.保温层质量  1-2段： （kg）2-3段： （kg） 3-4段： （kg） 4-顶段： （kg） 4.平台和扶梯质量 1-2段： （kg） 2-3段： （kg） 3-4段： （kg） 4-顶段： （kg） 5.操作时塔内物料质量  1-2段： （kg） 2-3段： （kg） 3-4段： （kg） 4-顶段： （kg） 6.人孔等附件的质量  （kg） 0-1段： （kg） 1-2段： （kg） 2-3段： （kg） 3-4段： （kg） 4-顶段： （kg） 7.充液质量  1-2段： （kg）2-3段： （kg） 3-4段： （kg） 4-顶段： （kg） 8.偏心质量 已知再沸器： 1-2段： （kg） 2-3段： （kg） 9.操作质量  同理可得各段的操作质量如下：  （kg）， （kg）10.最小质量  同理可得各段的最小质量如下：  （kg）， （kg）11.最大质量  同理可得各段的最小质量如下： （kg）， （kg）综上可知塔的各种质量载荷计算结果如表4-2所示。 表4-2 质量载荷计算结果
| 质量/kg
| 0--1
| 1--2
| 2--3
| 3--4
| 4--顶
| m01
| 14340.5
| 495
| 1354
| 2475
| 4950
| 5066.5
| m02
| 8164
| 0
| 0
| 1020.5
| 3877.9
| 3265.6
| m03
| 5116.5
| 0
| 111.9
| 998.5
| 1997
| 2009.1
| m04
| 5033.7
| 40
| 80
| 861.3
| 1722.6
| 2329.8
| m05
| 13227
| 0
| 919.5
| 5415.3
| 3741.5
| 3150.7
| ma
| 3585.1
| 123.8
| 338.5
| 618.8
| 1237.5
| 1266.6
| me
| 4000
| 0
| 1400
| 2600
| 0
| 0
| mw
| 79275.8
| 0
| 1172.9
| 15700
| 31400
| 31002.9
| m0
| 53466.8
| 658.8
| 4203.9
| 13989.4
| 17526.5
| 17088.3
| mmin
| 33708.6
| 658.8
| 3284.4
| 7757.7
| 10682.68
| 11325.12
| mmax
| 119515.6
| 658.8
| 4457.3
| 24274.1
| 45185
| 44940.5
|
4.2.4自振周期  式中H –––––塔设备高度，mm m0 –––––操作质量，kg E –––––设计温度下弹性模量，MPa Di –––––塔体内径，mm δ–––––塔体有效厚度，mm  4.2.10地震载荷与地震弯矩1.水平地震力  式中CZ –––––综合影响系数，取CZ =0.5； mK –––––距离地面hK处的集中质量，kg； α1 –––––对应于塔设备基本自振周期T1的地震影响系数α值；  αmax –––––地震影响系数的最大值，设计烈度8度时取αmax =0.45； Tg–––––各类场地土的特征周期，Ⅱ累场地、近震时取Tg =0.3。 ηK1–––––基本振型参与系数；   表4-3 Excel计算水平地震力过程及结果
| 0--1
| 1--2
| 2--3
| 3--4
| 4--顶
| 各段操作质量mi，kg
| 658.8
| 4203.9
| 13989.4
| 17526.5
| 17088.3
| 各点距离地面高度hi，mm
| 500
| 2000
| 5500
| 13000
| 23000
| hi1.5
| 11180.34
| 89442.72
| 407890.9
| 1482228
| 3488123
| mihi1.5
| 7365608
| 3.76E+08
| 5.71E+09
| 2.6E+10
| 5.96E+10
|
| 91673880218
| hi3
| 1.25E+08
| 8E+09
| 1.66E+11
| 2.2E+12
| 1.22E+13
| mihi3
| 8.24E+10
| 3.36E+13
| 2.33E+15
| 3.85E+16
| 2.08E+17
|
| 2.4878E+17
| A/B
| 3.68493E-07
| ηki
| 0.00412
| 0.032959
| 0.150305
| 0.546191
| 1.285349
| 水平地震力Fk1,N
| 2.249902
| 114.8556
| 1743.003
| 7935.334
| 18207.3
|
以0--1段为例进行计算：   （N）其他段由Excel计算过程及结果如表4-3。 2.垂直地震力 塔设备底截面处垂直地震力可由下式计算：  –––––塔设备的当量质量，取 kg。 任意质量i处垂直地震力可按下式计算：  以0—1段为例进行计算：   （kg） 塔设备底截面处的垂直地震力：  （N）  658.8kg，距离水平面500mm处垂直地震力： （N）其他段由Excel计算过程及结果如表4-4。 表4-4 Excel计算垂直地震力过程及结果
| 0--1
| 1--2
| 2--3
| 3--4
| 4--顶
| ,kg
| 40100.1
| 40100.1
| 40100.1
| 40100.1
| 40100.1
|
| 115064.2
| 115064.2
| 115064.2
| 115064.2
| 115064.2
|
| 0．2925
| 0.2925
| 0.2925
| 0.2925
| 0.2925
|
| 329400
| 8407800
| 76941700
| 2.28E+08
| 3.93E+08
|
| 706554300
|
| 53.64364
| 1369.232
| 12530.16
| 37105.07
| 64006.1
|
3.地震弯矩 等径、等壁厚塔设备任意截面 的基本振型地震弯矩：  等径、等壁厚塔设备底截面0-0的基本振型地震弯矩：  当塔设备H/D>15，或H≥20m时，还必须考虑高振型的影响，在进行稳定和其他验算时，可按下式计算[8] ： 底面处地震弯矩：  （N·mm）截面1-1处地震弯矩：  截面2-2处地震弯矩： 同理可得： （N·mm）  （N·mm）4.2.6风载荷与风弯矩 1.水平风力 以0—1段为例进行计算：   …  式中P1 、P2 ……Pi –––––塔设备各计算段的水平风力，N； De1、De2……Dei –––––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90°时，取下列两式中较大者[8]：   Doi –––––塔设备各计算段的外径，mm； K21、K22……K2i –––––塔设备各计算段的风振系数，当塔高H≤20m时，取K2i =1.70，当H>20m时，按下式计算[8]：   –––––风压高度变化系数，按表5-7[8] 查得；  –––––脉动增大系数，按表5-8[8] 查得；  –––––第i段脉动影响系数，按表5-9[8] 查得；  –––––第i段振型系数，根据hi /H与u查表5-10[8] ； K3–––––笼式扶梯当量宽度，当无确切数据时，可取400mm[8]； K4–––––操作平台当量宽度，mm；   –––––第i段内平台构件的投影面积，mm2  –––––操作平台所在计算段的长度，mm。  –––––第i计算段长度，mm。 Excel计算过程及结果如表4-5。 表4-5 Excel计算水平风力过程及结果
| 0--1
| 1--2
| 2--3
| 3--4
| 4—顶
|
| 1000
| 2000
| 5000
| 10000
| 10000
|
| 1000
| 2000
| 5000
| 10000
| 10000
|  ，m
| 1
| 3
| 8
| 18
| 28
| ，mm2
| 0
| 0
| 9×105
| 1.8×106
| 2.7×106
|
| 0
| 0
| 360
| 360
| 540
| 脉动增大系数（B类）
| 2.2
| 2.2
| 2.2
| 2.2
| 2.2
| 脉动影响系数（B类）
| 0.72
| 0.72
| 0.72
| 0.79
| 0.85
|
| 0.0357
| 0.1071
| 0.2857
| 0.6429
| 1
|
| 1.0
| 1.0
| 1.0
| 1.0
| 1.0
| 第 段的风振系数
| 0.02
| 0.02
| 0.15
| 0.54
| 1
|
| 0.8
| 0.8
| 1
| 1.25
| 1.42
|
| 0.7
| 0.7
| 0.7
| 0.7
| 0.7
|
| 1.0396
| 1.0396
| 1.2376
| 1.750816
| 2.316901
|  , N/m2
| 400
| 400
| 400
| 400
| 400
| 较大值 （较大值）
|
| 2820
| 2820
| 3180
| 3180
| 3360
| 各计算段的 水平风力 ，N
|
| 656.6945
| 1313.389
| 5509.795
| 19486.58
| 30952.32
|
2.风弯矩 0-0截面的风弯矩：  1-1截面的风弯矩： 2-2截面的风弯矩： 4.2.7最大弯矩1.偏心弯矩 偏心质量 kg 偏心距 mm 偏心弯矩 N·mm 2.最大弯矩 最大弯矩计算结果如表4-6 表4-6 最大弯矩表
| 0-0截面
| 1-1截面
| 2-2截面
|
|
|
|
|
|
|
|
| 最大弯矩
|
|
|
|
4.2.8圆筒轴向应力校核 1.圆筒轴向应力 设计压力引起的轴向应力： 操作质量引起的轴向应力：  （MPa） （MPa） （MPa）最大弯矩引起的轴向应力：  （MPa） （MPa） （MPa）2.圆筒稳定校核 载荷组合系数 K=1.2 （Q235-A，200℃） =113MPa 即： =113MPa  =113MPa  =170MPa 查得[1] （16MnR，200℃）B=118 （Q235-A，200℃）B=93 则： MPa ，  MPa  MPa ，  MPa  MPa ，  MPa取两者中较小值，即：  =111.6MPa  =111.6MPa  =141.6MPa  MPa  MPa  MPa 圆筒最大组合应力 ：  MPa<=111.6MPa MPa<=111.6MPa MPa<=141.6MPa对内压容器< 满足要求。 圆筒最大组合拉应力 ：  MPa< MPa  MPa< MPa  MPa< MPa 对内压容器< 满足要求。 4.2.9塔设备压力试验时的应力校核 试验介质密度（介质为水）： kg/cm3 ，液柱高度：H=2800cm 液柱静压力： MPa 2-2截面最大质量： kg 2-2截面 MPa 2-2截面KB=141.6MPa 压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力=141.6MPa（取两者中较小者）试验压力引起的周向应力：  MPa液压试验时， MPa< MPa 试验压力引起的轴向应力：  MPa重力引起的轴向应力：  MPa弯矩引起的轴向应力：  MPa液压试验时圆筒最大组合应力：  MPa < （满足要求） MPa<（满足要求）4.2.12裙座轴向应力校核 1.裙座底截面的组合的应力 裙座有效厚度： mm 裙座筒体内径： mm 0-0截面积： mm2 0-0截面系数： mm2  MPa ， MPa 裙座许用轴向应力取两者较小值。0-0截面组合应力：  MPa<MPa2.裙座检查孔和较大管线引出孔截面处组合应力 检查孔加强管长度： mm，检查孔加强管厚度： mm 检查孔加强管水平方向的最大宽度： mm  mm2 1-1截面处裙座筒体截面积：  mm2  1-1截面处得裙座筒体截面系数： 1-1截面组合应力：1.基础环设计 裙座外径： mm 基础环外径： mm 基础环内径： mm 基础环伸出宽： mm 相邻两筋板最大外侧间距： mm 基础环材料的许用应力： MPa 基础环面积： mm2 基础环截面系数：  mm3 水压试验时压应力：  MPa操作时压应力：   MPa 混泥土基础上的最大压力取以上两者中最大值1.91MPa。 有筋板时基础环厚度：  mm圆整后取 mm 2.地脚螺栓 基础环中螺栓承受的最大拉应力：   MPa基础环中螺栓承受的最大拉应力取两者中较大值，即 MPa。 MPa>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。 地脚螺栓个数：n=32 地脚螺栓材料的许用应力 ： 对于Q235-A取=140MPa 地脚螺栓腐蚀余量：C2=3mm 地脚螺栓螺纹小径：  mm圆整后可取M30地脚螺栓。 4.2.12接管 由Aspen模拟结果知F、D、W、V、L、Vˊ的体积流量分别如下： F=0.0245m3/s D=0.0020m3/s W=0.02289m3/s V=2.6883m3/s L=0.0076m3/s Vˊ=2.6139m3/s 一般液体的流速为1.0~3.0m/s，一般气体的流速为10~20m/s，饱和蒸汽的流速为20~40m/s，过热蒸汽的流速为30~50m/s。[7] 取液体流速为1.5m/s，气体流速为15m/s， 由 可分别计算出各接管的内径，以进料接管为例：  m=144mm查管子规格表[7]圆整为ϕ180×10mm，其他接管同理可得。 综上可得各接管的规格如表4-7 表4-7 接管规格表 加料接管
| ϕ180×10mm
| 取样口
| DN=25mm
| 回流接管
| ϕ 108×10mm
| 液面计
| DN=15mm
| 气体出口
| ϕ 450×10mm
| 人孔
| DN=450mm
| 出料接管
| ϕ159×10mm
| 温度计
| DN=32mm
| 再沸器进气口
| ϕ450×10mm
| 压力计
| DN=25mm
|
| 
发表于 2022-11-23 09:52:49
笼式扶梯质量
平台数
笼式扶梯总高度
0-1段：
（kg）
（kg），
（kg），
（kg）
（kg），
（kg），
（kg）
（kg），
（kg），
（kg）
式中
–––––垂直地震影响系数最大值，取
；
MPa 
MPa 
MPa
设计温度下材料的许用应力
查得[1] （16MnR，200℃）
<
4.2.11地脚螺栓座
对X轴的弯矩
，N·mm/mm
，查表5-11[8]得：
对Y轴的弯矩
，N·mm/mm
计算力矩时取两者中较大值，
N·mm/mm
MPa