銅氨液再生氣回流塔的設計畢業(yè)設計說明書

1、銅氨液、再生氣回流塔的設計銅氨液、再生氣回流塔的設計摘要：此次設計回流塔的介質為銅氨液、再生氣，塔的設計溫度為 100，設計壓力為0.18mpa，塔徑 1400mm，塔高 10.48m，填料塔，填料段：1。塔設備是生產過程中一種重要的單元操作設備，它廣泛應用于化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護等工業(yè)部門。本銅氨液、再生氣回流塔的作用是利用銅氨液對再生氣中所含的少量一氧化碳和二氧化碳進行脫洗。首先考慮到工藝條件等因素，塔體的材料選用了 q345r。其次對塔進行了強度和穩(wěn)定性校核，計算了質量載荷，塔的自振周期、地震載荷與地震彎矩、風載荷與風彎矩。進行了圓筒軸向應力校核和裙座軸向應力校核。通過計算得出

2、強度和穩(wěn)定性都符合要求。然后通過比較不同的元件，分別對吊柱、吊耳、填料、設備接管、法蘭、平臺及扶梯進行了設計選擇。最后利用 fluent 軟件對該回流塔進行上段液體流動分析，檢驗回流塔上段液體流動是否滿足均勻分布要求。關鍵詞：填料塔；銅氨液；再生氣；壓力容器；fluentdesign of cuprammonia and resurgent gases reflux columnabstract：the media of this design of cuprammonia and resurgent gases column is cuprammonia and resurgent gase

3、s, and its design temperature is 100, design pressure is 0.18mpa.the diameter of column is 1400mm,and height is 11.48m,which is packing layer and has 1 trays. column is an important process equipment, which is widely used in petrochemical, pharmacy, food, environment protection and so on. the cupram

4、monia and resurgent gases column is to use cuprammonia wash off a small amount of carbon monoxide and carbon dioxide contained in the regeneration gas. based on process conditions,q345r was chosen as column material. stiffening was made at open pore region and stiffening rings was chosen. the streng

5、th and the stability of the column were checked including calculating mass loads, self-vibrations cycles, earthquake loads, earthquake moments, wind loads, wind moments. the axial stresses in cylindrical shell and skirt support were checked. the strength and the stability of the column were eligible

6、. and by comparing different components, davits, sag, trays, tubes, flanges, flats and ladders were designed and chosen. finally,fluent6.3.26 which is used to analysis has been used for check the liquid.keywords：packed tower; cuprammonia; resurgent gass; prseesur; fluent目 錄1 緒論緒論 11.1 概述 11.2 塔設備的結構

7、設計 11.3 塔設備的強度和穩(wěn)定性設計 22 材料選擇和結構設計材料選擇和結構設計 32.1 筒體、封頭、裙座材料的確定 32.2 塔全高的確定 32.3 內壓圓筒設計與計算 32.4 封頭的設計與計算 42.4.1 封頭類型的比較 42.4.2 封頭類型的確定 52.4.3 封頭參數確定 52.4.4 封頭厚度計算 52.5 裙座的結構與焊接設計 62.5.1 裙座的結構設計 62.5.2 焊接形式設計 62.6 進出口設計 72.6.1 接管厚度 72.7 開孔和開孔補強 82.7.1 開孔最大直徑要求 92.7.2 允許不另行補強的最大開孔直徑 92.7.3 液體進口補強 102.7.

8、4 再生氣進口補強 112.7.5 氣體出口補強 132.7.6 人孔補強 142.8 本章總結 153 強度和穩(wěn)定性計算強度和穩(wěn)定性計算 163.1 考核缺陷對壓力容器安全性的影響 163.2 塔器質量計算 163.2.1 圓筒和裙座質量 173.2.2 內件質量 173.2.3 保溫層質量 173.2.4 平臺和梯子質量 173.2.5 操作狀態(tài)下塔內物料質量 183.2.6 人孔、接管及法蘭等附件質量 183.2.7 水壓試驗時質量 183.2.8 塔器操作質量 183.2.9 塔器最大質量 183.2.10 塔器最小質量 193.3 塔的自振周期計算 193.4 地震載荷與地震彎矩計算

9、 193.4.1 水平地震力 193.4.2 垂直地震力 223.4.3 地震彎矩 233.5 風載荷和風彎矩計算 243.5.1 水平風力 243.5.2 風彎矩 253.6 塔體的強度和穩(wěn)定性校核 273.7 裙座強度和穩(wěn)定性校核 283.7.1 裙座底部 0-0 截面強度校核283.7.2 裙座檢查孔處 h-h 截面強度校核293.7.3 裙座焊縫強度校核 303.8 本章總結 314 零部件設計和選用零部件設計和選用 324.1 地腳螺栓座和地腳螺栓計算 324.1.1 基礎環(huán)厚度計算 324.1.2 地腳螺栓設計 334.1.3 筋板的設計 344.1.4 蓋板的設計 354.2 填

10、料塔內件設計 364.2.1 總體結構 364.2.2 液體分布器 364.2.3 液體再分布器 364.2.4 填料支撐板 364.2.5 除沫器 364.3 設備接管 374.3.1 排液管 374.3.2 進氣管 374.3.3 人孔 384.4 法蘭連接設計 384.4.1 容器法蘭的選取 384.4.2 接管及孔徑 384.4.3 管法蘭連接設計 394.4.4 管法蘭連接面選擇 394.5 本章總結 39結論結論 40致謝致謝 41參考文獻參考文獻 421 緒論填料塔主要由塔體、填料、塔體支座、除沫器、接管、人孔和手孔、吊耳和吊柱以及其他附件組成。塔體是塔設備的外殼，是由三段等直徑

11、、等壁厚的圓筒和作為頭蓋和底蓋的橢圓形封頭及連接三段筒體的法蘭組成；填料是進行傳質的主要部件；塔體支座是塔體安放到基礎上的連接部分，他必須保證塔體坐落在確定的位置上進行正常的工作；除沫器用于捕集夾帶在氣流中的液滴；塔設備中的接管是用以連接工藝管路，把塔設備與相關設備連成系統；人孔和手孔一般都是為了安裝檢修和檢查的需要而設置的；吊耳和吊柱分別是為了運輸安裝，及塔內件的運送。再生氣從塔下部適當位置進塔，銅氨液從塔上部適當位置進塔，氣、液在中段填料層進行氣液傳質，反應后的氣體從塔頂封頭流出，反應后的銅液從塔底封頭流出進入回流系統。1.1 概述塔設備的設計包括塔的工藝設計和塔的機械設計兩部分。塔的工藝

12、設計一般有化工工藝工程師進行，塔的機械設計由設備工程師進行。設備工程師是在工藝工程師的工藝設計基礎上進行塔的機械設計。其中塔的機械設計是本課題的主要方向。塔設備的機械設計包括塔的結構設計和塔的強度及穩(wěn)定性計算。根據塔器設計的原理和方法，結合課題所給予的設計條件和實際情況，依據gb150-2010 鋼制壓力容器與jt4710-2005 鋼制塔式容器等標準，確定銅氨液、再生氣回流塔設計的機械設計，將主要從兩個方面進行。1.2 塔設備的結構設計塔設備的結構設計包括塔體及附件的結構設計和塔內件的結構設計。（1） 塔設備的主要結構尺寸的確定由于填料塔比板式塔壓降小、真空度高，所以本設計采用填料塔作為回流

13、塔的結構。填料層的壓降既與氣流流動狀況有關，又與填料特性有關，情況比較復雜，有關手冊載有各種尺寸填料實測的壓力降曲線，可供計算時應用。（2） 附屬結構及設備 填料支撐結構：填料支撐結構應滿足三個基本條件：使氣液能順利通過。要有足夠的強度承受填料重量，并考慮填料孔隙中的持液重量，以及可能加于系統的壓力波動、機械波動、溫度波動等因素。要有一定耐腐蝕性能。 裙座：裙座的選材應考慮到載荷、塔的操作條件，以及塔釜封頭的材料等因素，對于在室外操作的塔，還得考慮環(huán)境溫度。裙座一般選用圓筒形。細高塔形的應選用圓錐形裙座，同時考慮塔體與裙座的焊接形式。 液體再分配裝置液體沿填料層下流時，往往有逐漸靠塔壁方向集中

14、的趨勢。使總的傳質效率大為降低。因此每隔一定距離必須設置液體再分配裝置，以克服此現象。 除沫器：除沫器的作用是減少液體的夾帶損失，確保氣體的純度，保證后續(xù)設備的正常操作。除沫器的常用形式有：絲網除沫器，拆流板式除沫器以及旋流板除沫器。形式的選用一般是根據所分離液滴的直徑、要求的捕沫效率及給定的壓力降來確定。綜述，塔器根據工作壓力、工作溫度以及介質特性，選擇塔器主體、封頭等的材料，材料選擇力求經濟合理又能滿足性能要求。而后再進行初始的結構設計。具體內容包括塔器的主體結構的形式確定，封頭的類型，塔體外部人孔手孔等的開孔情況，包括開孔大小、數目、位置等，外部吊裝裝置的選擇以及具體工藝接管的安排等。1

15、.3 塔設備的強度和穩(wěn)定性設計塔設備除必須按規(guī)范進行強度和穩(wěn)定性計算外，還應根據具體情況進行一些在特殊工況下的強度計算，如局部應力計算等，以及一些有強度要求的零部件的計算。塔的強度計算一般應有下列內容： 在設計壓力下的筒體和封頭的厚度計算； 在風載荷、地震載荷及其他載荷作用下的強度和穩(wěn)定性計算； 地腳螺栓、基礎板、地腳螺栓座的筋板和蓋板的計算； 各接管開孔補強計算； 塔的吊耳計算； 塔的吊裝計算； 局部應力計算； 特殊零件計算； 塔設備的振動計算與防震；將根據銅氨液、再生氣回流塔設計的具體設計條件和結構，確定實際需要計算的內容。2 材料選擇和結構設計2.1 筒體、封頭、裙座材料的確定已知塔徑

16、1400mm；工作壓力：0.1kg/cm2；工作溫度：；介質：銅液量：2060m3/h；再生氣量：mm3/h。設置于上海地區(qū)，基本風壓為 550n/m2。42548401400介質特性、操作特性、材料焊接性能知滿足要求的材料有 q245r、q345r、q370r等，結合容器的制造工藝以及經濟上的合理性，考慮到介質銅氨液為輕微腐蝕溶液，故筒體、封頭、裙座均采用 q345r。2.2 塔全高的確定1、塔頂空間高度應該有足夠的高度以使氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來，減少塔頂出口氣體中液體的夾帶，這段高度一般取 1.21.5m，在這里取 1.5m。h12、填料選取金屬矩鞍環(huán)，矩鞍環(huán)填料的尺寸與塔徑之

17、比，由塔徑 1400，得115d93.3mm，查表 12-3-19，選取公稱直徑為 50mm 的金屬矩鞍環(huán)。填料層較高時，應在塔內分幾段設置，每段填料的高度與塔徑之間的關系，對于中小型塔而言，為0058m；對于大直徑塔，不宜超過 6m，故取填料高度為 3.5m。03、塔底空間高度應該留有空間以滿足安裝進氣管的要求，進氣管的位置應該在填料層以下約一個塔徑的距離，且高于塔底液面 300mm 以上，由于此次設計的填料塔氣體流量較小，故忽略液封高度，則塔底空間高度可取。2= 1600mm + 400mm = 2000mm綜上所述，故塔全高為 h 塔=1.5m+3.5m+2m=7m。2.3 內壓圓筒設計

18、與計算圓筒形壓力容器結構形式，具有結構簡單、易于制造、便于在塔體內部裝設附件等優(yōu)點。主要分為單層式和組合式，組合式又可分為多層包扎式、熱套式、繞板式等。目前，多層包扎式圓筒是世界上應用最廣泛、制造和使用經驗最為豐富的組合式圓筒結構。在設計時為了避免裂紋沿厚度方向擴展，各層板間的縱向焊縫應相互錯開 75角。多層包扎式圓筒制造工藝相對簡單，不需要大型復雜的加工設備；與單層式圓筒相比安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴展的能力，減少了脆性破壞的可能，且包扎預應力可有效改善圓筒的應力分布；對介質的適應性強，可依據介質的特性選擇合適的材料。但多層包扎式圓筒制造工序多、周期長、效率低、鋼板

19、材料利用率低，尤其是筒節(jié)間對接的環(huán)焊縫對容器的制造質量和安全有顯著影響。根據工藝要求和考慮經濟性因素，本次的銅氨液、再生氣回流塔的圓筒形式采用單層式。已知塔徑 1400mm；工作壓力：0.1kg/cm2；工作溫度：；介質：銅液量：2060m3/h；再生氣量：mm3/h。選定設計溫度：100。進行計算：425484014001、計算工作壓力：（2.1）= 0.1/2（2.2） =(1.051.1)=(1.051.1) 0.1 9.810 4= 1029010780 = 0.011 過名義厚度的 6%，故取=0mm，。圓整得。c1= + c2= 3 + 1 = 4= 42.5 裙座的結構與焊接設計

20、2.5.1 裙座的結構設計為了制作方便，裙座一般選用圓筒形。對直徑小又細高的塔（即 dn1m，且h/dn25 或 dn1m，且 h/dn30） ，為了提高設備的穩(wěn)定性及降低地腳螺栓與基礎環(huán)支承面上的應力，可采用圓錐形裙座。設計圓錐形裙座時，考慮到按穩(wěn)定計算的錐體厚度是與 cos2成反比（即錐體的半錐頂角 增大，厚度也將增加） ，且錐體與塔體的焊縫在彎曲與剪切作用下引起的應力突變，也將隨 的增大而增加，所以 一般不大于 10。（1） 類型 dn1m，h/dn=7750/1400=5.541500mm 時，開孔最大直徑 /3，且1000mm；dddd橢圓形封頭、凸形封頭或球殼上開孔最大直徑，其孔的

21、中心線宜垂直于封 12d頭表面。2.7.2 允許不另行補強的最大開孔直徑根據 gb150-2010 規(guī)定，對于不另行補強的最大開孔直徑要求如下：設計壓力小于或等于 2.5mpa；兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和；對于 3個或以上相鄰開孔，任意兩孔中心的間距（對曲面間距弧長計算）應不小于該兩孔直徑之和的 2.5 倍；接管外徑小于或等于 89mm；接管壁厚滿足表 6-1 要求，表中接管壁厚的腐蝕裕量為 1mm，需要加大腐蝕裕量時，應相應增加壁厚；開孔不得位于 a、b 類焊接街頭上；鋼材的標準抗拉強度下限值540mpa 時，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結r構型式。查

22、 gb150-2010 表 4-3 得，q345r 鋼管在設計溫度 100下的許用應力為。= 189表2.2 管徑表用途公稱尺寸dn,mm,mmd1壁厚,mm材料銅液出口 a2002192.5氣體進口 b3003252.5人孔 c4504803銅液進口 d2002192.5接管法蘭 e2002192.5氣體出口2502732.5q345r2.7.3 液體進口補強a 開孔位于筒體上部，筒體的計算厚度 = 0.78，= 4b 開孔補強面積 a計算強度消弱系數：（2.11）=115189= 0.61接管有效厚度：= = 2.5 2 = 0.5開孔直徑： = + 2 = 219 + 2 2 = 223

23、開孔補強面積 a：（2.12） = + 2(1 ) = 223 0.78 + 2 0.78 0.5 (1 0.61)= 174.24c 有效補強范圍有效補強寬度：（2.13）=2 = 2 223 = 446 + 2+ 2= 223 + 2 4 + 2 2.5 = 236?取其中較大值，故 b=446mm有效高度：（2.14）1= 223 2.5 = 23.61200?取其中較小值，故1= 23.61。（2.15）2= 223 2.5 = 23.61300?取其中較小值，故2= 23.61。有效補強面積封頭有效厚度= = 4 1 = 3封頭多余金屬面積：1（2.16）1=( )( ) 2( )(

24、1 )1=(446 223)(3 0.78) 2 0.5 (3 0.78)(1 0.61)1= 494.192接管多余金屬面積2接管計算厚度（2.17）=2 =0.18 2192 115 0.85 0.18= 0.20（2.18）2= 21( )+ 22( 2)2= 2 23.61 (0.5 0.20) 0.61 + 2 23.61 (0.5 2) 0.612= 34.572焊縫金屬截面積(焊腳取 6.0mm)3（2.19）3= 6 6 12 2 = 36.002有效補強面積（2.20）= 1+ 2+ 3= 494.19 34.57 + 36 = 495.622所需另行補強面積（2.21）4=

25、 = 174.24 495.62 = 321.3824 0故無需補強同理可證，接管法蘭與銅液出口也無需補強。2.7.4 再生氣進口補強a 開孔位于筒體下部，筒體的計算厚度 = 0.78，= 4b 開孔補強面積 a計算強度消弱系數：=115189= 0.61接管有效厚度：= = 2.5 2 = 0.5開孔直徑： = + 2 = 325 + 2 2 = 329開孔補強面積 a： = + 2(1 ) = 329 0.78 + 2 0.78 0.5 (1 0.61) = 256.92c 有效補強范圍有效補強寬度：=2 = 2 329 = 658 + 2+ 2= 329 + 2 4 + 2 2.5 =

26、342?取其中較大值，故 b=658mm有效高度：1= 329 2.5 = 28.68250?取其中較小值，故1= 28.68。2= 329 2.5 = 28.68700?取其中較小值，故2= 28.68。有效補強面積封頭有效厚度= = 4 1 = 3封頭多余金屬面積：11=( )( ) 2( )(1 )1=(658 328)(3 0.78) 2 0.5 (3 0.78)(1 0.61)1= 731.732接管多余金屬面積2接管計算厚度=2 =0.18 3252 115 0.85 0.18= 0.302= 21( )+ 22( 2)2= 2 28.68 (0.5 0.30) 0.61 + 2

27、28.68 (0.5 2) 0.612= 45.492焊縫金屬截面積(焊腳取 6.0mm)33= 6 6 12 2 = 36.002有效補強面積= 1+ 2+ 3= 731.73 45.49 + 36 = 722.242所需另行補強面積4= = 256.92 722.24 = 465.3224 0故無需補強。2.7.5 氣體出口補強a 開孔位于下封頭頂端，封頭的計算厚度 = 0.84，= 4b 開孔補強面積 a計算強度消弱系數：=115189= 0.61接管有效厚度：= = 2.5 2 = 0.5開孔直徑： = + 2 = 273 + 2 2 = 277開孔補強面積 a： = + 2(1 )

28、= 277 0.84 + 2 0.84 0.5 (1 0.61) = 233.01c 有效補強范圍有效補強寬度：=2 = 2 277 = 554 + 2+ 2= 277 + 2 4 + 2 2.5 = 290?取其中較大值，故 b=554mm有效高度：1= 277 2.5 = 26.32200?取其中較小值，故1= 26.32。2= 277 2.5 = 26.320?取其中較小值，故2= 0。有效補強面積封頭有效厚度= = 4 1 = 3封頭多余金屬面積：11=( )( ) 2( )(1 )1=(554 277)(3 0.84) 2 0.5 (3 0.84)(1 0.61)1= 597.482

29、接管多余金屬面積2接管計算厚度=2 =0.18 2772 115 0.85 0.18= 0.262= 21( )+ 22( 2)2= 2 26.32 (0.5 0.26) 0.61 + 2 0 (0.5 2) 0.612= 7.712焊縫金屬截面積(焊腳取 6.0mm)33= 6 6 12 2 = 36.002有效補強面積= 1+ 2+ 3= 597.48 + 7.71 + 36 = 641.192所需另行補強面積4= = 233.01 641.19 = 408.1824 0故無需補強。2.7.6 人孔補強a 開孔位于筒體下段，筒體的計算厚度 = 0.78，= 4b 開孔補強面積 a計算強度消

30、弱系數：=115189= 0.61接管有效厚度：= = 3 2.27 = 0.73開孔直徑： = + 2 = 480 + 2 2.27 = 484.54開孔補強面積 a： = + 2(1 ) = 484.54 0.78 + 2 0.78 0.73 (1 0.61) = 378.39c 有效補強范圍有效補強寬度：=2 = 2 484.54 = 969.08 + 2+ 2= 484.54 + 2 4 + 2 3 = 498.54?取其中較大值，故 b=mm969.08有效高度：1= 484.54 3 = 38.13200?取其中較小值，故1= 38.13。2= 484.54 3 = 38.130?

31、取其中較小值，故2= 0。有效補強面積封頭有效厚度= = 4 1 = 3封頭多余金屬面積：11=( )( ) 2( )(1 )1=(969.08 484.54)(3 0.78) 2 0.73 (3 0.78)(1 0.61)1= 1074.412接管多余金屬面積2接管計算厚度=2 =0.18 4802 115 0.85 0.18= 0.442= 21( )+ 22( 2)2= 2 38.13 (0.73 0.44) 0.61 + 2 0 (0.73 2) 0.612= 13.492焊縫金屬截面積(焊腳取 6.0mm)33= 6 6 12 2 = 36.002有效補強面積= 1+ 2+ 3= 1

32、074.41 + 13.49 + 36 = 1123.92所需另行補強面積4= = 378.39 1123.9 = 745.5124 0.2（3.26）0.2= 0.2 0.45 = 0.09的求?。海?.27）1 =1.5 = 11.5 = 13表3.3第一振型參與系數第一振型參與系數計算表塔段號123各段操作質量，kgm332.25449.432637.83各點距地面高度 ，mmh90017006238.51.52.71047.011044.931051.58.971063.151071.30109 =3 = 11.51.3410937.291084.911092.43101132.421

33、0112.2110126.411014 =3 = 136.441014a/b2.0810-6由上表得：基本振型參與系數11=1.5= 1.62 10 61.5所以，任意高度處的集中質量引起的基本振型水平地震力如下表所示：1表3.4 水平地震力計算表塔段號123基本振型參與系數10.0560.1461.025水平地震力1 = 11，n110.6737.621550.073.4.2 垂直地震力當震級大于八級時，還要計算垂直地震力。計算垂直地震力的方法主要有以下三種：1、靜力法；2、反應譜法；3、利用水平地震反應譜采用等效重力載荷進行計算。方法一的計算結果往往失實，方法二則因為目前沒有任何規(guī)范推薦可

34、以用于設計的垂直地震反應譜所以不能使用，所以方法三是目前處理垂直地震載荷最好的辦法。gb-150 所使用的計算垂直地震力的方法也是第三種。計算過程如下塔設備底截面處的垂直地震力按式計算：f0 0（3.28）f0 0 = 式中垂直地震影響系數最大值，取，= 0.65塔設備的當量質量，取=0.75，kg 0任意質量 i 處垂直地震力：f （3.29）f = = f0 0表 3.5 為求解處置地震力表表3.5垂直地震力計算表塔段號123垂直地震影響系數= 0.65= 0.65 0.45 = 0.2925操作質量，kgm04634.99當量質量，kgm=0.75=0.754634.99=3476.24

35、mm0底截面處垂直地震力，nf0 0f0 0= m = 0.2925 3476.24 9.8 = 9964.642.991057.641051.651073 = 11.76107垂直地震力f ，f = = f0 0= 9964.641.76 107169.29432.569341.853.4.3 地震彎矩塔設備任意計算截面-處基本振型地震彎矩按式計算： 1 （3.30）f 1= 1(1 )( = 1,2)式中，h 為計算截面距地面的高度，mm。（1）裙座人孔中線截面-，h=900mm表3.6 -截面地震彎矩計算表塔體段號123 ()08005338.5( )03.011048.28106，n.

36、m 18.31106（2）裙座與塔體連接處的焊縫截面-，h=2510.3mm表3.7 -截面地震彎矩計算表塔體段號123 ()-1610.3-810.33728.2( )-1.71104-3.051045.78106，n.m 15.73106（3）底截面 0-0 的基本振型地震彎矩分別按式（5.6）計算：（3.31）0 01 =163510底截面 0-0，h=00 01=1635100 01=1635 0.5 0.117 4634.99 9.8 10477.30 01= 1.27 107.當塔設備 h/ 5 時，還須考慮高振型的影響，再進行穩(wěn)定和其他驗算時，也可按式d計算：（3.32） = 1

37、.25 0故 = 1.25 1= 1.25 8.31 106= 1.04 107. = 1.25 1= 1.25 5.73 106= 7.16 106.0 0 = 1.250 01= 1.25 1.27 107= 1.59 107.3.5 風載荷和風彎矩計算3.5.1 水平風力由于大多數塔設備安裝在室外，所以會受到風的影響，即受到風載荷的作用。風載荷除了使塔體產生應力和變形外，還可能使塔體產生順風向的振動（縱向振動）及垂直于風向的誘導振動（橫向振動） 。過大的塔體應力會導致塔體的強度及穩(wěn)定失效，而太大的塔體繞度則會造成塔盤上的流體分布不均，從而使分離效率下降。計算時，通常將其折算成靜載荷，即在

38、靜力的基礎上考慮與動力有關的折算系數，稱為風振系數。過程設備設計塔設備中第 i 計算段所受的水平風力由下式計算： = 120 10 6式中為塔設備各計算段的水平風力；空氣動力系數，此次設計為圓筒截面所以取 0.7；1為 i 段塔設備各計算段的風振系數，當塔高20m 時，取=1.70；22為上海地區(qū)的基本風壓，450n/m2；0為 i 段塔設備的風壓高度變化系數，按表查取；為 i 段離地高度；塔設備各計算段的有效直徑。由下表選取，由于化工設備一般設于郊區(qū)所以按照 b 類地面粗糙度。表3.8 風壓高度變化系數地面粗糙度類別距地面高度habc51.170.800.54101.381.000.1715

39、1.521.140.84201.631.250.94301.801.421.11401.921.561.24502.031.671.36602.121.771.46702.201.861.55802.271.951.64902.342.021.721002.402.091.79注：a 類地面粗糙度指海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；b 類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)；c 類指有密集建筑群的大城市市區(qū)。的計算：（3.33）= 0+ 2+ 3+ 4+ 0+ 2式中為塔設備各計算段的外徑；為籠式扶梯當量寬度，本次設計為采用平臺及03扶梯，故取=0mm；為操作平臺當量寬

40、度，取 0mm。343.5.2 風彎矩塔設備任意計算截面-處的風彎矩（3.34） = 2+ + 1(+ + 12)+ + 2(+ + 1+ + 22)+ 塔設備地截面 0-0 處的風彎矩0 0= 12+ 2(1+22)+ 3(1+ 2+2)+ 表3.9 風載荷和風彎矩塔段號項目123塔段長度（m）00.90.92.02.010.48基本風壓（n/m2）q0450（空氣動力系數，對圓筒形界面取 0.7）k10.7（風振系數，此處按 1.7 ?。﹌21.701.701.70（扶梯的附加寬度，取 0mm）k30（操作平臺的附加寬度，取 0mm）k40（mm）= 0+ 2+ 3+ 41408 = 12

41、0 10 6()542.871025.424703.73 0 0= 112+ 2(1+22)+ 3(1+ 2+2)+ 2.17107塔設備任意計算截面-處的風彎矩 = 2+ (+ + 12)+ + 2(+ + 1+ + 22)+ -截面（離地 900mm 處）風彎矩 = 542.87 900 9002+ 1025.42 (900 900) +17002 + 4703.73 （900 900） + 1700 +6238.52 = 2.35 107.-截面（離地 2000mm 處）風彎矩 = 2+ (+ + 12)+ + 2(+ + 1+ + 22)+ = 542.87 900 20002+ 10

42、25.42 (900 2000) +17002 + 4703.73 (900 2000) + 1700 +6238.52) = 1.69 107 .3.6 塔體的強度和穩(wěn)定性校核對塔底危險截面（-）的軸向應力計算：由內壓和外壓引起的軸向應力：1（3.35）1=41=4=0.18 14084 3= 21.12mpa操作或非操作時重力及垂直地震力引起的軸向應力：2（3.36）2=9.8 0 其中，僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時，計入此項。 2=9.8 0 =4634.99 9.83.14 1408 3= 3.42最大彎矩引起的軸向應力：3（3.37）3= 423=1.69 1073.144 14

43、002 3= 3.66塔底危險截面（-）抗壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算：該截面上的最大軸向壓縮應力發(fā)生在空塔時，（3.38）= 2+ 3?查文獻得 b=90mpa，組合系數 k=1.2= 3.42 + 3.66 = 7.08 1.2 189 = 226.81.2 90 = 108?因此塔底-截面滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定條件。塔底-截面抗拉強度校核：（3.39）= 1 2+ 3 = 21.12 3.42 + 3.66 = 21.36 1.2 189 0.85 = 192.78該截面滿足抗拉強度要求。綜合以上各項計算，在各種不同危險工況下塔體壁厚取，可以滿足整個塔= 4體的強度、剛度和穩(wěn)定性要求。3.7

44、裙座強度和穩(wěn)定性校核3.7.1 裙座底部 0-0 截面強度校核（1）裙座底部 0-0 截面的組合應力校核（3.40）1cos（0 0+0 + 0 0） cos2?其中：僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項，mm2；0 0裙座圓筒或錐殼的底部截面面積，mm2；（3.41）= = 3.14 1400 4.22 = 18551.122裙座底部內直徑，mm；裙座殼有效厚度，mm；裙座圓筒或錐殼底部界面呢系數，mm3；（3.42）=42=4 14002 4.22 = 6.50 1063b 為系數根據 gb150-2010 來確定；由于裙座為圓筒形，故cos = 1（3.43） =1cos（0 0+0

45、 + 0 0） =2.17 1076.50 106+4634.99 9.8 + 9964.6418551.12 = 6.32（3.44） =cos2?=1.2 45.67 = 54.801.2 99.4 = 119.28?所以 xy故裙座底截面組合應力滿足校核要求。（2）液壓試驗時組合應力校核（3.45）1cos(0.30 0+ +)cos0.9?（3.46） =0.30 0+ + =0.3 2.17 1076.50 106+14774.07 9.8118551.12 = 8.81（3.47） =cos20.9?=1.2 45.67 = 54.800.9 1.2 189 = 204.12?所以

46、 xy故裙座地截面處在液壓試驗時的組合應力滿足校核要求。3.7.2 裙座檢查孔處 h-h 截面強度校核h-h 截面處組合應力計算及校核a 操作時組合應力（檢查孔）（3.48）1cos（h - h+h - h0+ h - h） cos2?式中：僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項h - hh - h截面處裙座殼的截面積，2；（3.49）= (+ 2) （3.50）= 2h-h 截面處水平方向的最大寬度，mm；檢查孔或較大引出管線引出孔加強管長度，mm；h - hh - h截面的最大處彎矩.h - h0h - h截面以上塔器的操作質量，；h-h 截面處的裙座殼的截面系數，mm；（3.51）=4

47、22 （3.52）= 2(2)2(2)2h-h 截面處裙座殼的內直徑，mm；（3.53）h-h 截面處加強管的厚度，mm；（3.54）由于引出管直徑為，故引出孔直徑為，且219 6cos = 1= 2(2)2(2)2= 2 4.22 250 (14002)2(6002)2= 1.33 106=422 =4 14002 4.22 (600 1400 4.222 1.33 106)= 3.39 1063= 2= 2 250 20 = 10000= (+ 2) = 1400 4.22 (600 + 2 20) 4.22 10000= 2.59 1042因此 =h - h+h - h0+ h - h=

48、2.17 1073.39 106+4634.99 9.82.59 104= 8.15 =cos2?=1.2 45.67 = 54.801.2 99.4 = 119.28?所以 xy故符合要求b 液壓試驗時（檢查孔）（3.55）0.3 + + cos20.9?-截面處的風彎矩，n.mm； -截面以上塔器壓力試驗時的質量，kg； =0.3 + + =0.3 2.17 1073.39 106+4634.99 9.812.59 104 = 3.68 =cos20.9?=1.2 45.67 = 54.800.9 1.2 99.4 = 107.35?所以 xy故符合要求3.7.3 裙座焊縫強度校核裙座與塔

49、底焊接于封頭間的焊接接頭可分為對接及塔接。采用對接型式接頭時，裙座筒體外與塔體下封頭外徑相等，焊縫必須采用全熔透的連接續(xù)焊，且與塔釜封頭的外壁圓滑過渡。搭接型式接頭的受力情況較差，只是因安裝較方便。本裙座設計采用對接型式。裙座筒體上端面至塔釜封頭的切線距離 h（3.56） = (4+ 1) 1 (2+ 1 2)2(2+ 1)2式中：橢圓封頭的內徑，mm；橢圓封頭的厚度，mm；1裙座厚度，mm；2故 =(14004+ 4) 1 (14002+ 4 6)2(14002+ 4)2= 46.12對接焊縫 j-j 截面處的拉應力按下式計算（3.57）4 2 0 0.6式中：對接焊縫處的垂直地震力，n；僅

50、在最大彎矩為地震彎矩參與組合時 計入此項；裙座頂截面的內直徑，mm；對接焊縫處的最大彎矩，nmm； j-j 截面以上塔器操作質量，kg； 0裙座殼有效厚度，mm；設計溫度下焊接接頭的許用應力，取焊縫兩側母材許用應力較小值，mpa。裙座材料為 q345r，筒體材料為 q345r，故= 99.4= 99.4= 98.11（3.58） =4 2 0 =4 2.17 107 14002 4.224634.99 9.8 1400 4.22 = 3.10 = 0.6= 0.6 1.2 98.11 = 70.64因此 0（2）地腳螺栓的螺紋小徑可按下式計算1=4+ 2式中：為地腳螺栓螺紋小徑，mm；1為地腳

51、螺栓腐蝕裕量，mm，根據 jb4710 取 3mm；2cn 為地腳螺栓個數，一般取 4 的倍數，n=32；由于地腳螺栓座選 q345r 為制造材料，故= 189（4.6）1=4+ 21=4 0.04 1.32 106 32 189+ 3 = 6.33故 m246 的螺栓滿足要求。選用 m246 規(guī)格螺栓 32 個。4.1.3 筋板的設計（1） 筋板的壓應力（4.7）=12式中：筋板的壓應力，mpa；f一個地腳螺栓承受的最大拉力，n；（4.8） =0.8 1.32 10632= 3.3 104對應一個地腳螺栓的筋板個數；n1筋板寬度，mm；l2筋板厚度，mm；故=12=3.3 1042 24 1

52、90= 3.62（2） 筋板的許用應力a 為細長比，按下式計算，且不大于 250（4.9） =0.5筋板長度，mm；慣性半徑，對長方形截面的筋板取，mm；i0.289 =0.5=0.5 3320.289 24= 23.93b 為臨界細長比，按下式計算（4.10）=20.6式中：e筋板材料的彈性模量，mpa，由于筋板材料選用 q345，在 20常溫下e=2.09105；筋板的許用應力，mpa，取= 189=20.6=2 2.09 1050.6 189= 134.87故 筋板的許用應力公式為（4.11）=1 0.4()2式中：系數， = 1.5 +23()2= 1.5 +23(23.93131.7

53、7)2= 1.52故=122.71mpa=1 0.4()2=1 0.4 (23.93131.77)2 1891.52因此 故筋板符合校核要求。4.1.4 蓋板的設計本設計采用環(huán)形蓋板且有墊板故環(huán)形蓋板的最大應力按下式計算（4.12）=334(2 3)2+ 4(4 2)2式中：蓋板的最大應力，mpa；墊板上的地腳螺栓孔直徑，mm，取22= 34蓋板上地腳螺栓孔直徑，mm，取33= 44筋板寬度，mm，取22= 190筋板內側間距，mm，取33= 135墊板寬度，mm，取44= 140蓋板厚度，mm，取= 40墊板厚度，mm，取= 26=334(2 3)2+ 4(4 2)2=3 3.3 104 1

54、354 (190 44) 402+ 4 (140 34) 262= 10.95mpa故= 189因此蓋板滿足設計要求。4.2 填料塔內件設計4.2.1 總體結構填料塔主要有塔體、液體分布器、液體再分布器、填料、氣體分布器、裙座、除沫器、接管、人孔和手孔、吊耳和吊柱及其他附件組成。此章主要選取和塔體設計無關的一系列內件。4.2.2 液體分布器液體分布器選用蓮蓬頭式噴灑器，噴頭直徑，噴灑角80，噴灑外圈距 =1315塔壁 x=70100mm，噴頭高度，小孔直徑=310mm。h = 0.5104.2.3 液體再分布器液體再分布器選用結構簡單、牢固可靠、便于安裝、能承受住氣、液流體的沖擊的集液再分配錐

55、。綜上所述，此次設計采用截錐式液體再分布器，= 1400mm1= 0.70.8，且此次設計中填料未分段，故截錐式液體再分布器如圖所示。 = 35454.2.4 填料支撐板填料支撐板選用柵板結構。4.2.5 除沫器除沫器參照 hg-t21586 選用抽屜式絲網除沫器，h=100mm，h1=160mm，分塊數 n=2。= 1400mm4.3 設備接管4.3.1 排液管排液管一般設置在底部封頭處，通過裙座上的通道管引導裙座外部。4.3.2 進氣管進氣管的裝配位置由工藝條件確定。但應設置在最高液面之上，避免液體淹沒氣體通道。本次設計選用雙列葉片式氣體分布器作為氣體分布器。 （a） （b）（c）（d）圖

56、4.1 常用進氣管結構4.3.3 人孔人孔是安裝或檢修人員進出塔器的唯一通道。人孔的設置應便于人員出入填料層。人孔的選擇應考慮設計壓力，試驗條件，設計溫度，物料特性及安裝環(huán)境等因素。人孔法蘭的密封面形式及墊片用材料，一般與塔的接管法蘭相同。操作溫度高于 350時，應采用對焊法蘭人孔。此次設計的填料塔全高為 7m，故設置一個常壓人孔。4.4 法蘭連接設計4.4.1 容器法蘭的選取壓力容器法蘭分類如下圖：圖4.2 壓力容器法蘭分類為了簡化計算、降低成本、增加互換性，世界各國都制定了一系列法蘭標準。實際使用時，應盡可能選用標準法蘭。選擇法蘭的主要參數是公稱壓力和公稱直徑。根據設計壓力 0.18mpa

57、，設計溫度100，圓筒直徑 1406mm，查 jb/t-4702乙型平焊法蘭選用乙型平焊法蘭凹凸密封面 pn=0.6mpa，dn=1400mm 的容器法蘭。其具體參數為dn=1400mm，d=1560mm，=1515mm，=1476mm，=1456mm，=1453mm，d1d2d3d4，h=270，a=21，=18，d=27mm，螺栓 m24 數量為 60 個。 = 72= 16a14.4.2 接管及孔徑表 6.1 將此次塔設計的主要接管及其公稱直徑、壁厚、材料等參數通過表格形式列舉出來。按照一般直管選用方法，dn80mm 的管子伸出長一般選擇 150mm，管徑處于80mm250mm 的直管則由實際工藝確定?；亓鞴芘c液體進料管應滿足以下要求：液體不直接接觸塔填料區(qū)；盡量使液體均勻分布；接管安裝高度應不妨礙液體分布器上端液體流動；液體內含有氣體時，應設法派出；管內的允許流速一般不超過 1.5 到 1.8m/s。4.4.3 管法蘭連接設計標準管法蘭的選用應根據容器或管道公稱直徑、公稱壓力、工作溫度、工作介質特性以及法蘭材料進行選用。4.4.4 管法蘭連接面選擇目前，中國管法蘭標準較多，主要有國際標準 gb91129125鋼制管法蘭 ，機械行業(yè)標準 jb/t7490管路法蘭和墊片以及化工行業(yè)標準 hg205922