水解塔設計（全套CAD圖+說明書+開題報告+翻譯）

水解塔設計（全套CAD圖+說明書+開題報告+翻譯）,水解,設計,全套,cad,說明書,仿單,開題,報告,講演,呈文,翻譯 購買后包含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 摘要：本次設計的是油脂和水生成脂肪酸的水解塔。根據(jù)工藝條件選用板式塔來完成此任務。板式塔的設計包括的主要內(nèi)容：物料衡算、熱量衡算、塔設備的工藝設計（塔內(nèi)徑、塔高、封頭、填料、進出口接管及裙座等）等。并對其進行強度計算以及校核，繪制圖紙等。技術方案及路線：首先進行物料衡算和熱量衡算，然后進行塔設備的尺寸計算，主要包括塔的高度確定和板層高度的計算，以及對塔附件（吊柱、液體分布器、人孔、封頭、裙座等）的計算與選擇，最后進行強度計算和校核。 關鍵詞： 油脂水解；水解塔；物料衡算；強度計算 Abstract：What this design is the fat and aquatic becomes the fatty acid the hydrolisis tower. Selects the plate tower according to the technological conditions to complete this task. The plate tower design includes primary coverage: The material balance, the thermal graduated arm calculated that the tower equipment's technological design (tower inside diameter, tower are high, shell cover, padding, import and export control and skirt and so on) and so on. And carries on the strength calculation as well as the examination to it, the plan blueprint and so on. Technical program and route: First carries on the material balance and the thermal graduated arm calculated that then carries on the tower equipment's size computation, mainly includes the tower the high determination and the flag high computation, as well as to tower appendix (pylon, liquid spreader, person hole, shell cover, skirt and so on) the computation and the choice, carry on the strength calculation and the examination finally. Key word ：Fat hydrolisis; Hydrolisis tower; Material balance; Strength calculation; 目 錄 第1章 簡述……………………………………………………………………… 1 1.1油脂水解方法…………………………………………………………………1 1.2高、中壓水解技術的對比……………………………………………………2 1.3高壓連續(xù)水解工藝…………………………………………………………3 1.4兩種中壓水解裝置技術性能的對比…………………………………………4 第2章 《鋼制塔式容器》標準……………………………………………………6 2.1準則……………………………………………………………………………6 2.2安全系數(shù)………………………………………………………………6 2.3適用范圍 ……………………………………………………………6 2.4設計壓力與穩(wěn)定 ………………………………………………………7 2.5腐蝕裕量………………………………………………………………8 2.6最小厚度…………………………………………………………………8 2.7結構………………………………………………………………………9 第3章 強度、剛度、穩(wěn)定性的計算……………………………………………12 3.1設計條件………………………………………………………………………12 3.2選材……………………………………………………………………………13 3.3塔體和封頭的壁厚計算………………………………………………………14 3.4塔設備的載荷分析和設計準則………………………………………………14 3.5塔設備質量載荷計算…………………………………………………………19 3.6自振周期………………………………………………………………………20 3.7地震載荷……………………………………………………………………20 3.8風載荷與風彎矩………………………………………………………………26 3.9偏心彎矩與最大彎矩………………………………………………………30 3.10圓筒軸向應力校核 ……………………………………………………32 3.11塔設備壓力實驗時的應力校核 ……………………………………34 3.12裙座軸向應力的校核…………………………………………………38 3.13地腳螺栓…………………………………………………………………42 參考文獻……………………………………………………………………………52 英文翻譯………………………………………………………………………54 謝辭…………………………………………………………………………………70 前 言 隨著我國洗滌用品工業(yè)、表面活性劑工業(yè)、化工助劑工業(yè)的發(fā)展，油脂水解技術日益重要。本設計是在水解塔中將油脂生成脂肪酸的塔設備的設計。水解塔屬于板式塔。 從2013年1月份開始著手設計任務以來，本人從圖書館及網(wǎng)上資源查閱了大量的相關資料，對本設備的基本原理有了更進一步的了解，在和同組同學討論以及任務分工后進行了總體方案論證、總圖設計、主要部件設計和設計任務書的編寫工作。 本次設計是對我們四年來所學的專業(yè)知識的總結，旨在培養(yǎng)我們綜合運用所學的基礎知識、專業(yè)知識去分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力及培養(yǎng)正確的設計思想，并通過運用設計標準、規(guī)范、手冊、圖冊、和查閱有關技術資料去進行理論計算、結構思考、繪制圖樣、寫相關說明性材料，培養(yǎng)我們機械設計的基本技能和工程設計工作者的基本素質，為我們走上工作崗位打下堅實的基礎。 由于本人水平有限，實踐經(jīng)驗不足，再加上時間不允許非常深入的研究，以致設計中難免會出現(xiàn)錯誤和不當之處，還請各位老師多提寶貴意見，深表感謝！ 第 71 頁 共 81 頁 第一章 簡述 1.1油脂水解方法 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活的需求，推動了洗滌工業(yè)、活化劑工業(yè)和化工助劑等工業(yè)的發(fā)展，脂肪酸的生產(chǎn)就顯得日益重要。而脂肪酸的生產(chǎn)前提就是油脂水解，所以油脂水解技術就成為其中的重點。 什么是水解呢？水解是一個化工過程，是利用水將物質分解成新的物質的過程。通常是指鹽類的水解平衡。 油脂的水解技術大概有100多年的歷史。 早期主要為有催化劑的間歇水解法，隨著科學技術的發(fā)展，發(fā)展了油脂無觸媒連續(xù)水解技術。其流程示意圖： 1.2高、中壓水解技術的對比 目前的連續(xù)無觸媒水解技術主要有單塔高壓水解法和多塔中壓水解法。它們在原理和控制方法上是類似的，油脂在水解塔底部加入，工藝水有水解塔的頂部加入，由于油脂和水的比重不同，形成逆流，并在塔內(nèi)高溫高壓的條件下，發(fā)生水解反應產(chǎn)生甘油和脂肪酸。基于比重的差異，脂肪酸浮向塔頂，從塔頂被排出，而甘油水從塔底排出，油脂水解的反應如下： 雖然這兩種在原理和控制方式上相似，但在工藝條件、設備和生產(chǎn)量等方面存在著差異，其差異見下表。對于廠家應考慮自己的生產(chǎn)規(guī)模、技術環(huán)境等多方面因素，選擇適合自己的技術。 表 1-1高、中壓水解技術對比 高 壓 水 解 中 壓 水 解 工 藝 條 件 55巴，250~260℃ 35巴，230℃左右 設 備 單 塔 雙 塔 串 聯(lián) 加 熱 方 法 導 熱 油 加 熱 高 壓 蒸 汽 加 熱 水 解 度 98~99% 97% 停 留 時 間 約 2 小 時 約 8 小 時 生 產(chǎn) 能 力 75 噸 / 天 以 上 50~100 噸 / 天 1.3高壓連續(xù)水解工藝 油脂高壓連續(xù)水解工藝流程簡圖如下： 圖1-1油脂高壓連續(xù)水解工藝流程簡圖 油脂從換熱器W071.02加熱后進入脫氣塔B0721.01，在真空條件下脫去油脂中的空氣，脫氣后的油脂由泵P0721.03和高壓活塞泵P0721.04共同作用下進入水解塔K0721.01的底部。 工藝水由泵P07210.2進入，經(jīng)換熱器W0721.01被加熱到適宜溫度，在高壓活塞泵P0721.05的作用下進入水解塔K0721.01的頂部。由此向上流動的脂肪和向下的工藝水發(fā)生接觸，由于水的比重比油脂大，因此發(fā)生逆流，使得脂肪和水充分接觸反應保證水解度。 反應后的脂肪酸從塔頂離開在卸壓罐B0721.02卸壓，而殘留在其中的水分也在卸壓罐的真空下蒸發(fā)，水蒸汽在冷凝器B0721.04中凝結。甘油水由塔底排出，然后在卸壓罐B0721.03中卸壓，由于罐中真空使得部分水分蒸發(fā)，水蒸汽在冷凝器B0721.04凝結。真空泵W0721.01為B0721.01，B0721.02，B0721.03和B0721.04提供真空條件。 卸壓罐B0721.02中的粗脂肪酸在泵P0721.06的作用下進入下一步工序。卸壓罐P0721.03中的甘油水在泵P0721.07的作用下進入貯藏罐或進入下一步工序。 連續(xù)無觸媒高壓水解法是目前在脂肪酸生產(chǎn)工業(yè)中最先進的水解技術。其顯著優(yōu)點是持續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，成本低。但對水解原料有其適應范圍，投資高，操作難度大。 1.4兩種中壓水解裝置技術性能的對比 近年來，我國從國外引進了多種中壓水解裝置，它們從工藝上大體可以分成兩類，其工藝流程簡圖如圖1-2，圖1-3。 圖1-2第一種中壓水解裝置工藝簡圖 1. 高壓泵；2.加熱器；3.水解塔；4.甜水閃蒸器；5.脂肪酸閃蒸器；6.甜水沉降槽；7脂肪酸沉降槽；8.工藝水罐；9.甜水泵；10汽封罐。 圖1-3 第二種中壓水解裝置工藝簡圖 1.高壓泵；2.加熱器；3.水解塔；4.甜水閃蒸器；5.脂肪酸閃蒸器；6.甜水沉降槽；7脂肪酸沉降槽；8.工藝水罐；9.甜水泵；10汽封罐。 由上面的流程圖可以看出，這兩種工藝在整體上大同小異，并且在預熱和水解部分完全一致，不過在水解后的熱能回收利用方面有所不同。主要區(qū)別為：①第一種工藝將脂肪酸和甜水的誰蒸汽全部回收，用于濃縮甘油水。而第二種是將這些蒸汽冷凝，沒有回收利用；②對于水解后脂肪酸的熱能分配，第二種工藝比較合理，它把其部分熱能用來濃縮甘油水，不但降低了脂肪酸溫度，還提高了甜水的濃度。 第二章《鋼制塔式容器》標準 2.1準則 本標準的“總則”為JB/T 4710-2005《鋼制塔式容器》。凡是可以借用JB/T 4710-2005的地方一律采用，在使用本標準應先熟悉其內(nèi)容，并將其標準貫徹到整個設計中去。 2.2安全系數(shù) 安全系數(shù)主要是為了使用壓力容器是預留一定的余量，以彌補理論上的漏洞和制造過程中無法檢測到的缺陷，確保容器的安全運行。本標準的安全系數(shù)采用GB 150—1998的規(guī)定。 在計算塔體和裙座的應力時，應該在應力許用值的基礎上乘以一個安全系數(shù)K=1.2. 2.3適用范圍 本標準適用于H/D>5，高度H>10m，且設計壓力不大于35MPa的裙座自支承的塔式容器。 不適用于帶有拉牽裝置或夾套的塔式容器，還有由操作平臺聯(lián)成一體的塔群或排塔。 H——塔總高，D——塔殼的公稱直徑。 對于不等直徑的塔式容器：D=D1L1/H+D2L2/H+··· 適用范圍是考慮到： （1）塔式容器振動只做平面彎曲振動，高度小的塔式容器截面彎曲應力小，計算壁厚取決于最小厚度。 （2）塔式容器屬于直立型容器，它承受的載荷有壓力載荷、重力載荷、風載荷和地震載荷等載荷。在內(nèi)外壓較低時，塔式容器所承受的主要載荷為風載荷和地震載荷。這些載荷對塔殼和裙座殼所產(chǎn)生的截面應力為彎曲應力。如果在相同的風力載荷和地震載荷的作用下，塔的高度越高，而塔高與直接之比就越大，殼體所需承受的彎曲應力也就越大；對于低矮和H/D較小的塔式容器，殼體中的彎曲應力較小，因為低矮塔式容器的力臂較小，而H/D較小的塔式容器的殼體的截面抗彎系數(shù)可以很快增大。所以低矮塔器和H/D較小的塔器的壁厚取決于最小壁厚或壓力載荷。 （3）風載荷和地震載荷都是動載荷，而上述情況都是把它們看做靜載荷來分析的。從動力方面計算，塔殼的承受能力不僅跟其本身的尺寸有關，還與其動力特性有關聯(lián)，在計算塔器的振動特性時，假定塔器為一端固定的懸臂梁，而它的振動為彎曲振動或剪切振動，即剪切力、彎矩力的聯(lián)合振動。對于塔器從屬于什么振動形式取決于它的HID比值。由經(jīng)驗統(tǒng)計，當HID≤4時主要以剪切振動為主；當410時主要為彎曲振動。當5≤HID≤10時可以忽略剪切分量的影響，只考慮彎曲振動，這樣可以使得計算得以簡化。至于忽略剪切分量的影響，一定會造成誤差。經(jīng)分析，剪切變形會降低梁的剛度，使其自振周期增大。自振周期的增大會使得地震影響系數(shù)的減小。故而，由于忽視了剪切變形，從而使自振周期減小，地震影響系數(shù)隨之變大，故而在不考慮剪切變形時計算出來的地震載荷和彎矩比考慮剪切變形是的大，因此在工程上還是可行的。 （4）塔器的支座有：腿式支座；耳式支座；裙式支座；有帶拉牽裝置的塔和由操作平臺聯(lián)成的排塔或群塔等等。本塔器設計僅適用于裙座自支承，裙座自支承是指獨立的裙式支座塔器，塔與塔、塔與框架之間互不連接。 （5）對于帶有夾套的塔器本標準并不適合，因為帶夾套的塔器截面為復合截面，而本標準的計算并不適合計算復合截面。 由操作平臺連成的排塔可以看成一個整體，在自振特性周期的計算方面不能采用本標準的數(shù)學模型。排塔的振動有兩個方向：沿塔排列方向和垂直于塔的排列方向。由于在排塔的這兩個方向上的剛度差異較大，其抗彎剛度各有不同，因而存在著載荷分配的問題。塔與塔之間的平臺連接形式對排塔的自振周期和受力都有一定的影響，因此排塔的計算要復雜很多。 2.4設計壓力與溫度 本設計壓力標準遵照JB/T 4710—2005《鋼制塔式容器》中的規(guī)定，只是對工作壓力小于0.1MPa的內(nèi)壓塔器，設計壓力取0.1MPa。由中間封頭隔成兩個及兩個以上壓力室的塔器應分別確定其設計壓力。在塔器內(nèi)往往裝有物料，這些物料會對塔器產(chǎn)生靜壓力。因此在核對塔器強度時，應把這部分靜壓力考慮在內(nèi)。 考慮附加液注靜壓力，對于承受靜壓力的部位，所承受的壓力為設計壓力加靜壓力，即為計算壓力。 對于液注靜壓力考慮的規(guī)定，各國都不一樣。本標準明確規(guī)定，當元件所受液注靜壓力大于或等于5%的設計壓力時，那么應該把液注靜壓力計入到該元件的設計計算和校核當中去。 塔器的設計溫度遵照GB150—1998《鋼制壓力容器》來取值，裙座殼的設計溫度與塔器的環(huán)境溫度有關。由于我國南北月平均最低氣溫差異較大，因此，本標準規(guī)定裙座設計溫度取值是在當?shù)卦缕骄鶜鉁氐淖畹椭瞪霞?0℃。 2.5腐蝕裕量 凡是與工作介質接觸的塔器的筒體、封頭、孔、接管和內(nèi)部構件等，都需要考慮腐蝕裕量。 對于塔器的筒體應該根據(jù)介質和預期壽命，還有材料的腐蝕速率來確定腐蝕裕量； 當各元件所受的腐蝕程度不同時，應該分別確定其腐蝕裕量； 當材質為低合金鋼或碳素鋼，介質為水、水蒸汽或壓縮空氣時，腐蝕裕量不應少于1mm； 對于裙座和地腳螺栓腐蝕裕量的規(guī)定：裙座的腐蝕裕量取2mm，地腳螺栓的腐蝕裕量取3mm； 對于不銹鋼和不銹復合鋼等與介質接觸不發(fā)生腐蝕的不銹鋼材質，可不計腐蝕裕量。 用涂漆可以防止環(huán)境對塔體外表和外部構件的腐蝕，還可以通過焊接不銹鋼材質來隔絕介質與可腐蝕材質的接觸，從而達到抗腐蝕的目的。 2.6最小厚度 如果壁厚太小則不能滿足運輸、制造和裝配等方面的要求。因此，本標準規(guī)定：對材質為碳素鋼或低合金鋼的塔器筒體，其最小壁厚不得小于2/1000的內(nèi)直徑，且不小于3mm，而腐蝕裕量另算。而對不銹鋼材質的塔器圓筒，其最小壁厚不得小于2mm。因為在運輸和吊裝等過程中，可能會對剛度有一定的要求，如有必要應采取一定的補強措施。 2.7結構 （1）裙座的型式，可以采用圓筒形和圓錐形兩種。圓錐形裙座的半錐頂角角度β不得超過15°，且圓筒形或圓錐形裙座殼的δns厚度不能小于6mm。 塔體與裙座的連接型式： 圖2-1塔體與裙座連接型式 塔體與裙座的連接型式有對接和搭接兩種。采用對接，則要求塔體封頭外徑與裙座殼外徑必須相等。塔接可以分為塔接在筒體上和搭接在封頭上兩種。當H/D>5時，不宜采用搭接。 （2）當塔體封頭由多快鋼板拼接起來時，拼接焊縫處的裙座殼應該開缺口。如圖所示： 圖2-2塔體封頭拼接焊縫處 （3）本標準規(guī)定：“當塔器下封頭的設計溫度大于或等于400℃時，在裙座殼上部靠近封頭處設置隔氣圈。”如下圖： 圖2-3裙座隔氣圈 對于隔氣圈位置的設定有一定的規(guī)定： 表2-1隔氣圈與封頭切線距離L （4）塔器操作中大多有氣體逸出，容易積聚在裙座與封頭之間的死區(qū)中，如果這些氣體為易燃，易爆氣體或腐蝕性氣體，會影響塔器的正常運行或和對檢修人員的安全不利，故應設置排氣孔。 當裙座有放火或保溫層時，應把排氣孔改為排氣管。 （5）地腳螺栓座： A.所示圖2-4地腳螺栓座是由筋板、基礎環(huán)、蓋板和墊板組成，適用于予埋地腳螺栓和非予埋地腳螺栓的情況。 圖2-4地腳螺栓結構圖（1） B.圖2-5所示為中央地腳螺栓座。該地腳螺栓中心孔孔徑較小，用于地腳螺栓數(shù)量較少，需要予埋。 圖 2-5 地腳螺栓結構圖（2） C.對于塔高較小的塔器，且基礎環(huán)的板厚小于20mm時，地腳螺栓座可簡化為單環(huán)板結構。 第三章 強度、剛度和穩(wěn)定性計算 3.1設計條件： 表3-1容器設計條件 容器設計及觀察規(guī)范 JB/T4710≤鋼制塔式容器≥，HG20652≤塔器設計技術規(guī)程≥，≤壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程≥ 容器類別 第二類 工作壓力，MPa 5.5 設計壓力，MPa 6.0 工作溫度，℃ 255 設計溫度，℃ 290 物料名稱 油脂 水蒸汽 甜水 脂肪酸 物料密度，kg/ 750 焊接接頭系數(shù) 筒體/封頭 1 腐蝕裕量，mm 0 基本風壓，N/㎡ 450 地震基本烈度 7 近震 場地類別 Ⅱ 粗糙度類別 A 水試驗壓力，MPa 9.31（臥式） 塔形 板式塔 塔板數(shù)目 10 塔高，m 37.5 塔徑，m 1.2 3.2選材 （1）對于塔器的筒體和封頭外層可采用復合板16MnR，內(nèi)層00Cr17Ni14Mo2，并依據(jù)國標制定出相應的計算技術要求。 （2）法蘭與接管材質采用00Cr17Ni14Mo2，人孔材質采用16MnR。 （3）保溫材質采用巖棉。 （4）塔器的元件可以分為受壓元件和非受壓元件。雖然它們都是受力構件，但是它們的受力性質卻有所區(qū)別。受壓元件主要是承受壓力載荷，且均勻分布在整個截面上，當這些應力達到屈服極限時，那么塔器壁的整個截面就會屈服，整個塔器將會變得非常危險。塔器內(nèi)部往往裝有介質，且有些介質是易燃、易爆或有毒的，如果塔器壁被破壞，介質外溢就會造成危害。因此對這些元件材質的要求必須要嚴格一些。 像裙座殼、基礎環(huán)、地腳螺栓等非受力元件，并不承受壓力載荷，且不接觸介質，所以對這些元件的選材要求可以適當?shù)姆艑挕? 對于受壓元件的選材應該嚴格遵照GB 150—1998中“材料”的規(guī)定。裙座支撐著整個塔體，是塔器的一個至關重要的元件。因此，雖然裙座是一個非受壓元件，但也應該按受壓元件來要求對待。 地腳螺栓一般采用Q235，如果環(huán)境溫度低于0℃時應采用Q345。當特殊情況下需采用其他材料，那么其屈服強度安全系數(shù)應不能小于2.0，且這個數(shù)值必須低于法蘭螺栓的安全系數(shù)。地腳螺栓主要是用來抗塔體傾斜時承受拉應力，地腳螺栓中心栓柱的受力呈線性分布，沿風向和地震方向最外端的螺栓受力最大，其他位置的螺栓受力依次減小。如果受力最大的螺栓過載屈服，其他螺栓的受力將重新分配，也不會使塔器立即傾倒。而法蘭螺栓則不同，在受壓情況下是均勻受力，其中一個發(fā)生屈服那就意味著全部螺栓都會屈服，所以法蘭螺栓必須控制在彈性范圍內(nèi)。 3.3塔體和封頭的壁厚計算： 表3-2塔體封頭厚度設計 按設計壓力計算塔體和封頭厚度 計算內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 計算壓力，MPa =6.0 圓筒計算厚度，mm 圓筒設計厚度，mm =+C=29.5+0=29.5 圓筒名義厚度，mm =36 圓筒有效厚度，mm =—C=36—0=36 封頭計算厚度，mm 封頭設計厚度，mm =+C=29.1+0=29.1 封頭名義厚度，mm =36 封頭有效厚度，mm =—C=36—0=36 3.4塔設備的載荷分析和設計準則 塔設備在運行時承受的載荷有：壓力載荷、地震載荷、質量載荷、偏心載荷，風載荷等載荷。示意圖如下： 圖3-1地震載荷 圖3-2質量載荷 圖3-3偏心載荷 圖3-4風載荷 塔設備各種載荷示意圖及符號 說明：式中的0.2是考慮焊在殼體上那部分內(nèi)構件的質量。 計算公式及數(shù)據(jù) 0～1 1～2 2～3 3～4 4～5 5～頂 塔段內(nèi)直徑，mm 1200 塔段名義厚度，mm 36 塔段長度 2500 5000 5000 5000 10000 10000 塔體高度,mm 37500 單位筒體質量 2184 筒體高度,mm 35000 筒體質量，kg =2184×35.0=76440 封頭質量，kg =1605×2=3210 裙座高度，mm 1700 裙座質量，kg =2184×1.7=3712.8 塔體質量，kg =++=76440+3210+3712.8=83363 546 1092 1092 1092 2184 2184 塔段內(nèi)件質量，kg =（浮閥塔盤質量=75kg/） - - 514 514 1028 1028 保溫層質量，kg = ----封頭保溫層質量，（kg） - 108 272 272 492 492 操作時塔內(nèi)物料質量，kg ==3260 _ 944 6786 5529 4272 4272 人孔、接管、法蘭等附件質量，kg 按經(jīng)驗取附件質量為：=0.25=0.25×83363=20840.75 154 231 1092 1710 1485 1485 充液質量 - 960 2013 9495 9495 9495 操作質量，kg =83363+848+4583+3260+20840=112894 790 6394 19110 28770 39620 18210 最小質量，kg =+0.2=83363+0.2×848+4583+3260+20840=112216 790 5436 17821 28670 39124 17348 最大質量，kg =83363+848+4583+3260+31458+20840=144352 790 4629 24319 38659 37772 37483 3.5塔設備質量載荷計算 當空塔起吊時，如沒有平臺、保溫臺和扶梯，則中應扣除和。式中殼體和裙座質量按求出的封頭名義厚度、殼體名義厚度及裙座名義厚度計算，也可以分段計算。部分塔設備零部件，若無確定的資料，可以參考表1，計算中注意單位應統(tǒng)一。 表3-3 塔設備部分零件質量載荷估算表 名稱 籠式扶梯 開式扶梯 鋼制平臺 圓泡罩塔盤 舌形塔盤 質量載荷 40 15～24 150 150 75 名稱 篩板塔盤 浮閥塔盤 塔盤填充液 保溫層 瓷環(huán)填料 質量載荷 65 75 70 30 700 3.6自振周期 在分析塔設備的自振時，一般不考慮外部接管與平臺的限制作用還有地基變形的影響，而是把塔設備看做一端剛性固定的懸臂梁，其自振周期（s）按式（1-1）計算： = （3-1） 1.塔體內(nèi)直徑=1200mm 2.塔體有效厚度=38mm 3.塔設備高度H=37500mm 4.操作質量=112894kg0 由以上條件求的塔設備的自振周期 ==90.33×37500=1.33s 3.7地震載荷 1.當發(fā)生地震時，把塔設備看做懸臂梁，在載荷作用下將發(fā)生彎曲變形。如果 塔設備安裝地區(qū)的地震烈度是在七度或七度以上，那么就應該考慮它的抗震強 度，計算出它的地震載荷。 A.水平地震力 任意高度處的集中質量所引起的基本振型的水平地震力按式（1-2）計 算： ， N （3-2） 式中 ——綜合影響系數(shù)，取值為0.5； ——距地面處的集中質量(見圖3-5)，kg； ——對應于塔設備基本自振周期的地震影響系數(shù)的值； ——地震影響系數(shù)，查圖3-6，不得小于0.2； = （3-3） ——地震影響系數(shù)的最大值， ——各類場地土的特征周期， ——基本振型參與系數(shù)； = （3-4） 圖3-5地震系數(shù)影響曲線（1） 圖3-6地震影響系數(shù)曲線（2） B.垂直地震力 當塔設備所在地區(qū)的地震烈度為8或9時，還應該考慮上、下兩個方向的垂 直地震力。 塔設備截面處的垂直地震力按式（1-5）計算： = （3-5） 式中——垂直地震影響系數(shù)最大值，取=0.65； ——塔設備的當量質量，取=0.75，kg。 任意質量i處垂直地震力按式（1-6）計算： 計算內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 0～1 1～2 2～3 3～4 4～5 5～頂 各段操作質量，kg 790 6394 19110 28770 39620 18210 各點距地面高度，mm 500 2000 6500 15000 25000 35000 1.12 5.24 1.84 3.95 6.55 8.83 3.93 1.00 4.18 8.65 1.30 2.686 1.25 8.00 2.75 3.38 1.56 4.29 9.88 3.51 5.25 7.69 3.42 8.50 B= 1.274 2.11 基本振型參與系數(shù) ==2.11 2.36 1.89 0.11 0.387 0.833 1.38 綜合影響系數(shù) 取=0.5 地震影響系數(shù)最大值 =0.45（設計烈度7度時） 各類場地土的特征周期 =0.3（Ⅱ類場地土、近震時） 地震影響系數(shù) =>0.2 不得小于=0.20.45=0.09 水平地震力，N 0.840 37.37 948.79 3976.85 8226.56 12345.17 垂直地震影響系數(shù) =0.65=0.650.45=0.2925 操作質量，kg 88778 當量質量，kg 取=0.75=0.7588778=66583.5 底截面處垂直地震力，N ==0.292566583.59.81=191056.4 3.95 8.79 1.24 3.42 5.47 6.94 1.716 垂直地震力 44.0 978.7 13805.94 38077.67 60902.0 77268.73 底截面處地震彎矩，N，mm =0.50.092887789.8140000=7.3256 底截面處地震彎矩，Nmm =1.25=1.257.3256=9.157 截面1-1處地震彎矩，Nmm =1.25 =1.25 = 截面2-2處地震彎矩 , Nmm = =8.196 3.8風載荷與風彎矩計算 塔設備在受風載荷作用時，塔體將會發(fā)生彎曲變形。塔設備迎風面的風壓會隨設備高度的增加而增大。為了方便計算，把風壓按塔的高度分成幾段，如圖4所示。塔的計算截面應取其薄弱的部位。兩相鄰計算截面之間為一個計算段，每一個計算段的風載荷，都是集中在該段中點的風壓合力。每一個計算段的風力載荷的大小與當?shù)氐娘L壓值有關，還與設備的形狀、直徑、高度和自振周期相關。 圖3-7風彎矩計算簡圖 3.8.1水平風力 兩相鄰計算截面間的水平風力按式（1-7）計算： … (3-7) 式中、、…——塔設備各計算段的水平風力，N； 、、… ——塔設備各計算段的有效直徑，mm； 表3-4風壓高度變化系數(shù) 距地面高度 地面粗糙度類別 距地面高度 地面粗糙度類別 A B C A B C 5 10 15 20 30 40 1.17 1.38 1.52 1.63 1.80 1.92 0.80 1.00 1.14 1.25 1.42 1.56 0.54 0.71 0.84 0.94 1.11 1.24 50 60 70 80 90 100 2.03 2.12 2.20 2.27 2.34 2.40 1.67 1.77 1.86 1.95 2.02 2.09 1.36 1.46 1.55 1.64 1.72 1.79 注：A類地面粗糙度是指海島、近海面、海岸、湖岸和沙漠地區(qū)；B類是指鄉(xiāng)村、 田野、丘陵、叢林和房屋稀少的城鎮(zhèn)郊區(qū)；C類是指大量建筑密集的大城市。 3.8.2風彎矩 塔設備任意截面Ⅰ-Ⅰ處的風彎矩可以按式（3-8）計算： = … （3-8） （3-9） 表3-5塔體計算 計算內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-頂 各計算段的外徑，mm 塔頂管線外徑，mm 400 第i段保溫層厚度 100 管線保溫層厚度 100 籠式扶梯當量寬度 400 各計算段長度 1000 2500 4000 10000 10000 10000 操作平臺所在計算段的長度 1000 2500 4000 10000 10000 10000 平臺數(shù) 0 0 1 3 2 2 各段平臺構件的投影面積， 0 0 操作平臺當量寬度，mm 0 0 257.1 540 360 360 各計算段的有效直徑，mm 2824 2824 3081 3364 3184 3184 2624 2624 2881 3164 2984 2984 各計算段頂截面距地面的高度，m 1 3 10 20 30 40 風壓高度變化系數(shù) 根據(jù)查表2 0.8 0.8 1.0 1.25 1.42 1.56 體型系數(shù) 0.7 基本風壓值， 400 塔設備的自振周期，s 1.75 1225 0.025 0.075 0.25 0.5 0.75 1 u 1.0 第i段振型系數(shù) 根據(jù)與u 0.02 0.02 0.11 0.35 0.66 1.00 各計算段的風振系數(shù) =1+ 1.047 1.047 1.205 1.573 1.987 2.411 各計算段的水平風力，N 662.3 1324.6 7276.7 18520.5 25154.6 33531.5 0-0截面的風彎矩，Nmm = =500 662.3+2000 13246+6500 7267.7+15000 18520.5+25000 25154.6+35000 33531.5=2.04 1-1截面的風彎矩, Nmm = =1000 1324.6 +5500 7276.7 +14000 18520.5+24000 25154.6+34000 33531.5=2.04 2-2截面的風彎矩，Nmm = =3500 7276.7+12000 18520.5+22000 25154.6+32000 33531.5=1.87 3.9 偏心彎矩和最大彎矩 （1）當塔設備外懸掛有附屬設備時，可將這些設備視為偏心載荷。這樣就會存在一個偏心距e，偏心載荷作用在塔截面將會產(chǎn)生一個偏心彎矩。這個偏心彎矩不會隨著塔高而改變，可用式（3-10）計算： （3-10） （2）塔設備的任意截面Ⅰ—Ⅰ處最大彎矩可按式（3-11）計算： 取其中較大值 （3-11） 塔設備底部截面0-0處的最大彎矩按式（3-12）計算： 取其中較大值 （3-12） （3）計算步驟： 偏心質量=4000kg 偏心距e=1200mm 偏心彎矩 表3-6最大彎矩的計算 計算內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 0-0截面 1-1截面 2-2截面 2.21 2.12 1.95 1.52 1.47 1.37 最大彎矩 2.21 2.12 1.95 3.10圓筒軸向應力的校核 校核圓筒軸向力，是為了確保筒體溫度。 3.10.1圓筒軸向力的校核 圓筒任意截面Ⅰ—Ⅰ處的軸向應力可分別按式（3-13）、式（3-14）和式（3-15）計算： 由內(nèi)外壓引起的軸向應 ： （3-13） 其中設計壓力p取絕對值。 運行或者非運行時重力和垂直的地震力所引起的軸向應力： （3-14） 式中的僅在最大彎矩有地震彎矩參與組合時才計入此項。 最大彎矩引起的軸向應力： （3-15） 3.10.2圓筒的穩(wěn)定校核 圓筒許用 軸向應力按式（3-16）確定： 取其中較小值 （3-16） 圓筒的最大組合壓應力可以按式（3-17）或式（3-18）校核： 對外壓塔器 （3-17） 對外壓塔器 （3-18） 3.10.3圓筒拉應力的校核 圓筒的最大組合拉應力可以按式（3-19）或式（3-20）校核： 對內(nèi)壓塔器 （3-19） 對外壓塔器 （3-20） 如果校核不能滿足要求時，必須重新設定有效厚度，并且重復以上計算， 直至滿足要求。 表3-7筒體計算 計算內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 0-0截面 1-1截面 2-2截面 有效厚度，mm 36 筒體內(nèi)徑，mm 1200 計算截面以上的操作質量，kg 88778 87988 83595 設計壓力引起的軸向應力，MPa 0 0 50 操作質量引起的軸向應力，MPa 6.42 6.38 6.21 最大彎矩引起的軸向應力，MPa 30.34 27.48 22.07 載荷組合系數(shù)K 1.2 系數(shù)A A= 設計溫度下材料的許用應力，MPa 16MnR，250℃下：=147 Q235-B，250℃下：=91 91 91 147 系數(shù)B,MPa 16MnR，250℃下：B=118 Q235-B，250℃下：B=93 93 93 118 KB,MPa 111.6 111.6 141.6 ,MPa 109.2 109.2 176.4 許用軸向壓應力，MPa 取以上兩者中小值 109.2 109.2 141.6 ，MPa 109.2 109.2 141.6 表3-8組合應力 圓筒最大組合壓應力（），MPa 對內(nèi)壓塔器 （滿足要求） 44.19 41.20 35.11 圓筒最大組合拉應力（），MPa 對內(nèi)壓塔器 （滿足要求） 16.49 13.76 64.03 3.11塔設備在壓力試驗中的應力校核 3.11.1圓筒的應力 對選定截面可以按式（3-21）、式（3-22）、式（3-23）和式（3-24進行各中 應力計算： 試驗應力引起的周向應力： （3-21） 式中 ——試驗介質的密度（當介質為水時，=0.00，kg/）, kg/; H——液柱高度，cm。 氣壓試驗時，沒有液柱靜壓力。 試驗壓力所引起的軸向應力： = （3-22） 重力所引起的軸向應力： = （3-23） 式中 ——液壓試驗時，計算截面Ⅰ—Ⅰ以上的質量（只計入塔殼·內(nèi)構件·偏心質量·保溫層·扶梯及平臺質量），kg。 彎矩引起的軸向應力 ： （3-24） 3.11.2應力校核 壓力試驗時，圓筒材料的許用軸向壓應力按式（3-25）確 定： 取其中較小值 （3-25） 壓力試驗時，圓筒最大組合應力按以下公式校核： 液壓試驗時： （3-26） 氣壓試驗時： （3-27） 液壓試驗時： （3-28） 氣壓試驗時： （3-29） （3-30） 計算內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 試驗介質的密度（介質為水）， 0.00075 液柱高度H，cm 4000 液柱靜壓力，MPa 0.408 有效厚度，mm 36 筒體內(nèi)徑，mm 1200 2-2截面最大質量，kg =183657-790-4629=178238 試驗壓力，MPa =1.25p=1.256.0=7.5 筒體常溫屈服點，MPa 345 2-2截面0.9K，MPa 372.6 2-2截面KB，MPa 141.6 壓力試驗時圓筒材料的許用軸向壓應力，MPa 取以上兩者中小值 141.6 試驗壓力引起的周向應力，MPa 液壓試驗時：=118.6<(滿足要求) 試驗壓力引起的軸向應力，Mpa 重力引起的軸向應力，Mpa = 彎矩引起的軸向應力，Mpa = 壓力試驗時圓筒最大組合應力，Mpa =45.83-27.83+20.4=38.4 液壓試驗時：=38.4<0.9K（滿足要求） =27.83+20.4=48.23<（滿足要求） 3.12裙座軸向應力的校核 塔設備一般采用裙式支座。由承載的不同可以分為圓錐形和圓筒形兩種。因為制造方便，圓筒形裙座運用比較廣泛。而采用 圓筒形裙座需要一個有足夠承載面積的基礎環(huán)及配置較多的地腳螺栓，防止因為地震載荷和風載荷的作用造成塔體翻到。如果通過應力校核不滿足，則應采用圓錐形裙座。 對于圓筒形裙座軸向力的校核應該先選定裙座的危險截面。而裙座危險截面 一般選取裙座較大管線引出孔和檢查孔截面或者裙座底截面。 圖3-8裙座檢查孔或較大管線引出孔h-h截面示意圖 3.12.1裙座底截面的組合應力 裙座底截面的組合應力可以按式（3-31）和式（3-32）校核： 取其中較小值 （3-31） 其中只有在最大彎矩有地震彎矩參與組合時才計入此項。 取其中較小值 （3-32） 式中 ——裙座底部截面積， =， （3-33） ——裙座圓筒和錐殼的底部截面系數(shù)， =， （3-34） 3.12.2裙座較大管線引出孔和檢查孔截面處組合應力 裙座較大管線引出孔和檢查孔h-h截面處的組合應力可以按式 （3-35）和式（3-36）校核： 取其中較小值 （3-35） 其中只有在最大彎矩有地震彎矩參與組合時才計入此項。 取其中較小值 （3-36） 式中 ——h-h截面處水平方向的最大寬度，mm； ——h-h截面處裙座殼的內(nèi)直徑，mm ——h-h截面處的垂直地震力。但只有在最大彎矩有地震彎 矩參與