塔设备机械强度校核.docx

一)已知条件：1)塔体直径D =800mm,塔高H=29.475mi2)设计压力 p=2.3Mpa3)设计温度t=19.25oC ,4)介质为有机烃类5)腐蚀裕量C =4mm26)二)1)2)三)A安装在济南地区(为简化计算，不考虑地震影响)设计要求 确定塔体和封头的厚度确定裙座以及地脚螺栓尺寸设计方法步骤材料选择设计压力p=2.3Mpa，属于中压分离设备，三类容器，介质腐蚀性不提特殊要求，设计温度19.25oC，考虑选取Q235-C作为塔体材料B 筒体、封头壁厚确定 先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及风载荷引起的弯曲应 力进行强度和稳定性验算a 筒体厚度计算按强度条件，筒体所需厚度5d = 2 仃；—p + C2 = 2 x 0.85 X125 - 2.3 + 4=12.75pDi2.3 x 800mm式中L ]t——Q235-C在19.25OC时的许用应力查《化工设备机械基础》为125Mpat①一一塔体焊缝为双面对接焊，局部无损检测，①=0.850C2 —腐蚀裕量’取值4呎按刚度要求，筒体所需最小厚度8min2D 2x8004 = = 1.6mm1000 1000且8 不小于 3mm。

min故按刚度条件，筒体厚度仅需 3mm考虑到此塔较高，风载荷较大，而塔的内径不太大，故应适当增加厚度，现假设塔体厚度8 =20m m,则假设的塔体有效厚度8 = 8 — C — C =20-4.8=15.2mmn e n 1 2式中-——钢板厚度负偏差，估计筒体厚度在8〜25mm范围内，查《化工设备机械基础》 的 C1 =0.8mmb 封头壁厚计算 采用标准椭圆形封头，则pD2 ①：0.5p23T800 + 42 x125 x 0.85 - 0.5 x 2.3=12.71mm为便于焊接，取封头与筒体等厚，即8 =20mmnC 塔体上各项载荷计算a 塔质量塔体质量Q 二 7. 8 X 1Xi3.x14 2(0-. 8 2 0x. 78 )=14358. k4 2 5 g34 层塔盘等内件质量约为 Q2=4259kg保温层（8 =100mm,每m 3质量0.5t）质量siQ =5500 k3g操作平台（共九层，每层500k ）及斜梯（总高28m,每5m重125kg）质量gQ4 =5200 kg料液(按34层塔盘计)质量 Q5 =4070 kg裙座质量 Q6=1189 kg充水质量兀Q = x 0.782 x 27.2x 103 二 12990kg74塔操作时质量 Q1-1 = Q + Q + Q + Q + Q =33380 kg12345塔体与裙座操作时质量 Q 0-0二Q1-1 + Q6 = 34569 kg全塔最大质量 Q0-0 = Q + Q + Q + Q + Q + Q =43489 kgmax 1 2 3 4 6 7全塔最小质量 Q = Q + Q + ^=20740 kg mi n 1 4 6b 塔体的风载荷及风力矩风载荷 P= K K q f l D1 2 0 i i eK =0.7;塔高 29.475m、 D =0.8m 时酌取 K =1.75,由《化工设备机械基础》查的 1 i 2q =35x10-5Mpa。

f 值如下： 0i6.4~10m段l' =10-6.4=3.6m由《化工设备机械基础》查的f =1.01110~20m 段 l =20-10=10m f =1.14 2220~30m 段 l =30-20=10m f =1.42 33塔体有效直径D = D + 26 + K + K ,对于斜梯取K =200mm , K = ei 0 si 3 4 3 42 A /1.，其最大值为一计算塔段10m中有四层平台，每层平台迎风面积为0.5 m 2，则 iK=2 x 4 x 0.5 xl06=400mm10000为简化计算且偏安全计，各段均取D =1224+200+2 x 100+400=2024mmei塔体各段风力：6.4〜10m 段 p ' = KK q fl' D x106 = 0.7 x 1.75 x 0.00055 x lx 3600 x 2024 = 4909 N1 1 21 0 1 1 e110〜20mP = KK q fl D x106=0.7x1.75x0.00055x1.14x3600x2024=14546N2 1 22 0 2 2 e 220〜30mp = KK q flD x106=0.7x1.75x0.00055x1.42x3600x2024=19364N3 1 23 0 3 3 e 3塔体底部(1-1 截面)弯矩l ' l lM 1-1 = P '-1 + P (l 牛-2)+ P (l +1 + -W 1 2 2 1 2 3 1 2 2式中l '1塔体1-1截面到标高10m处的距离，1 '1=10-6.4=如。

P 对应于1'段的风力11M 1-1 = 4909 x 3600 +14546(3600 + +19367(3600 +10000 +w 2 2 2= 448.19 x 106 N • mm裙座底部(0-0 截面)弯矩l'' l lM 0-0 = P ' —h + P (l” + -2)+ P (l” + l + -3)W 1 2 2 1 2 3 1 2 2M 0-0 = 6185 x 5600 +14546(5600 + ^000) +19367(5600 +10000 + ^000)w 2 2 2= 570.46 x106 N • mmD 塔体的强度及轴向稳定性验算pDa 塔底危险截面（1-1）的各项轴向应力计算=2.3 x 800 = 30.26MPa4 x15.2G 二 Q1-1 X g2 兀D 8ie9.8 8 33380 二 8.68MPa3.14x800x15.2M 1-1 w 448.19 x106..「 二 58.69MPa0.785D28 0.785x8002x15.2ieb 塔体 1-1 截面抗压强度及轴向稳定性验算G =G +G < 'K [g], K [G } Jmax 2 3 cr[g ]t 二 125 MPa[g ]t = 0.06E8 /R = 0.06x 1.73x105 xl5.2/600 = 262.96MPacr e ig =g +G = 8.68 + 58.69 = 67.37MPa < max 2 31.2x125 = 150MPa,K[g } = 1.2x262.96 = 315.55Jcr因此塔底1-1 截面满足抗压强度及轴向稳定条件。

c 塔底 1-1 截面抗拉强度校核K[ G e3e因为 K [g } e = = 1.2 x 125 x 0.85 = 127.5MPaeg = 3 0. 2 - 8. + 8 5 8=6 9 M80a 2acr s es is p即裙座出现失稳之前，材料已达弹性极限，因此强度是主要制约因素。

由于 a =a +a 二7.1 + 59.76二66.86MPamax 2 3因此满足强度及稳定性要求C 焊缝强度 此塔裙座与塔体采用对接焊缝，焊缝承受的组合拉应力为M i-i Q1-1 x g 448.19 x 106 9.8 x 33380a = w — = —0.785D 25 兀D6 0.785 x 8002 x19 3.14 x 800x19i e i e= 46.95 — 6.85 =40.1Mpa<0.6 K [a] t = 0.6 x1.2 x 77 = 55.44 MPa .w因此焊缝强度足够式中[a] t为焊缝材料在操作温度下的许用应力，查《化工设备机械基w础》取 77Mpa.F 水压试验时塔的强度和稳定性验算A 水压试验时塔体 1-1 截面的强度条件左0. 9a ese( p + p' ) (D+ 5T i 25 ee式中p——液体静压力，因塔体高约27m，故取P'二0.27MPa0.9a "二 0.9 x 235 x 0.85 二 179.78MPas由于=23.62MPa < 0.9as[0.36 x 1.25(133/125) + 0.27 ](800 +15.2)2 x15.2 x 0.85因此满足水压试验强度要求。

b 水压试验时裙座底部0-0截面的强度与轴向稳定条件0.3M 0—0aTsw +0.785D 25is esQmax0-0x g < {).9Ka , K [a ] }兀 D 5 s cr sis es式中0. Ka二s0.>9 1x2 2^35 M5°3a 8K [a ] u 264MPa > acr s paTs9.8x43489 0.3x448.19x106+兀 x 800 x 19 0.785 x 8002 x19=8.93 +14.09 = 23.02MPa <{).9Ka , K [a ]}S cr scr因此满足强度与轴向稳定性要求G 裙座基础环设计 a 基础环内外径的确定外径 D 二 D + 316 二 1224 + 316 二 1540mm0b 0 S内径 D 二 D —144 二 1224 —144 二 1000mmib 0 Sb 基础环厚度设计采用 n=20 个均布的地脚螺栓，将基础环固定在混凝土基础上，基础上筋板（设厚度5 2=24mm）间的距离为,兀 D 兀 x1540l = ob — 5 = 一 24 = 202mmn 2 20基础环的外伸宽度=158mm。

D — D 1540—1224 b = —0b 0s =2两筋板间基础环部分的长宽比b =空=0.781l 202由《化工设备机械基础》查的M二。