蒸馏塔与裙座的机械设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流蒸馏塔与裙座的机械设计.精品文档.化工设备基础及设计课程设计蒸馏塔与裙座的机械设计目录板式塔设备机械设计任务书11. 设计任务及操作条件12. 设计内容13. 设计要求11、塔的设计条件及主要物性参数表22、塔设备设计计算程序及步骤3按设计压力计算塔体和封头厚度3塔设备质量载荷计算3自振周期计算5地震载荷与地震弯矩计算5风载荷与风弯矩计算7偏心弯矩9最大弯矩9圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核10塔设备压力试验时的应力校核11裙座轴向应力校核12基础环设计14地脚螺栓计算153、设计结果汇总表164、设计评论175、参考资料18附图1 浮阀塔装配图板式塔设备机械设计任务书1. 设计任务及操作条件：试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。已知条件为：塔体内径i1800mm，塔高40m，工作压力为1.2MPa，设计温度为350，介质为原油，安装在湛江郊区，地震强度为7度，塔内安装45层浮阀塔板，塔体材料选用20R，裙座选用Q235A。2. 设计内容 （1）根据设计条件选材； （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）各种载荷引起的轴向应力； （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； （12）板式塔结构设计。3. 设计要求：（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（2图纸）1、塔的设计条件及主要物性参数表将全塔分为6段，计算截面分别为00、11、22、33、44、55、。表1 设计条件及主要物性参数表已 知 设 计 条 件分段示意图塔体内径Di2000mm塔体高度H40000mm工作压力po1.2MPa设计压力p1.3MPa设计温度t350塔体材 料20R许用应力133MPat86MPa设计温度下弹性模量E1.73×105MPa常温屈服点s235MPa厚度附加量C1.8mm塔体焊接接头系数1.0介质密度810kg/m3塔盘数N45每块塔盘存留介质层高度hw100mm基本风压值q0750N/m2地震设防烈度7度场地土类别类偏心质量me4000kg偏心矩e1800mm塔外保温层厚度s100mm保温材料密度s300kg/m3裙座材料Q235-A许用应力75MPa常温屈服点s225MPa设计温度下弹性模量Es厚度附加量Cs1.8mm人孔、平台数7地脚螺栓材料Q235-A许用应力bt147MPa腐蚀裕量C23mm个数n162、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液注静压力pH/MPa可忽略计算压力pc/MPa圆筒计算厚度/mm圆筒设计厚度c/mm圆筒名义厚度n/mm圆筒有效厚度e/mm封头的计算厚度h/mm封头设计厚度hc/mm封头名义厚度hn/mm封头有效厚度he/mm塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶塔段内直径Di/mm1800塔段名义厚度ni/mm20塔段长度li/mm100020007000100001000010000塔体高度H1/mm40000筒体密度/kg/m37.85×103【1】单位筒体质量m1m/kg/m898筒体高度H1/mm36350筒体质量m1/kg封头质量m2/kg【2】裙座高度H3/mm3000塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶裙座质量m3/kg塔体质量m01/kg89823666286898089808966塔段内件质量m02/kg(浮阀塔盘质量)【3】1145267224812290保温层质量m03/kgm03'封头保温层质量，（kg）【4】931280182818281803平台、扶梯质量m04/kg平台质量qp150kg/m2 笼式扶梯质量qF40kg/m平台数量n7 笼式扶梯高度HF39m4080903164716471607操作时塔内物料质量m05/kg7214947288626792473人孔、接管、法兰等附件质量ma/kg按经验取附件质量为：2245921571224522452242塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶充液质量mw/kg89017813254472544724683偏心质量me/kg再沸器：me40004000操作质量m0/kg1162385220132202581986019381最小质量mmin/kg1162313114269152351519615076最大质量mmax/kg1162402132998428194262841591自 振 周 期 计 算计算内容计算公式及数据塔体内直径Di/mm1800塔体有效厚度e/mm18.2塔设备高度H，mm40000操作质量m0/kg84645塔设备的自振周期T1/s地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算各段操作质量mi/kg1162385220132202581986019381各点距地面高度50020006500150002500035000地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶hi1.51.12×1048.94×1045.24×1051.84×1063.95×1066.55×106mihi1.51.30×1073.44×1081.05×10103.73×10107.84×10101.27×10112.536×1011hi31.25×1088.00×1092.75×10113.38×10121.56×10134.29×1013mihi31.45×10113.08×10135.54×10156.85×10163.10×10178.31×10171.215×1018A/B2.09×107基本振型参与系数k10.002340.01870.110.3850.8261.37综合影响系数CZ取CZ0.5【5】地震影响系数最大值 maxmax0.23【5】（设计烈度为7度）各类场地土的特征周期TgTg0.3【5】（类场地土、近震时）地震影响系数1不得小于水平地震力Fk1/N0.69418.37564.841989.304184.106772.35操作质量m0/kg84645底截面处地震弯矩/N·mm地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶底截面处地震弯矩/N·mm截面11处地震弯矩/N·mm截面22处地震弯矩/N·mm风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶各计算段的外径DOi/mm塔顶管线外径dO/mm300第i段保温层厚度si/mm100管线保温层厚度 ps/mm100笼式扶梯当量宽度K3400各计算段长度li/mm100020007000100001000010000操作平台所在计算段的长度l0/mm100020007000100001000010000平台数001222各段平台构件的投影面积A/mm2008.1×1052×8.1×1052×8.1×1052×8.1×105风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶操作平台当量宽度K4/mm操作平台当量宽度K4/mm00231.4324324324各计算段的有效直径Dei/mm254025402771286428642864244024402671276427642764各计算段顶截面距地面的高度hit/m1310203040风压高度变化系数fi根据hit查课程设计指导书表5-7【6】0.80.81.01.251.421.56体型系数K10.7基本风压值q0/N/m2750塔设备的自振周期T1/s1.55q0T121802脉动增大系数（B类）查课程设计指导书表5-8【6】2.75脉动影响系数i（B类）查课程设计指导书表5-8【6】0.720.720.720.790.820.85hit/H0.0250.0750.250.50.751u1.0第i段振型系数zi根据hit/H与u查课程设计指导书表5-10【6】0.020.020.110.350.661.00各计算段的风振系数K2i1.0491.0491.2181.6082.0482.498各计算段的水平风力Pi/N1119.12238.112403.430222.443727.158593.5风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据01122334455顶0-0截面的风弯矩/N·mm1-1截面的风弯矩/N·mm2-2截面的风弯矩/N·mm偏 心 弯 矩计算内容计算公式及数据偏心质量me/kg4000偏心距e/mm1800偏心弯矩Me/N·mm最 大 弯 矩计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面3.75×1093.61×1093.31×1091.48×1091.43×1091.32×109最大弯矩/N·mm3.75×1093.61×1093.31×109圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度 ei/mm18.2筒体内径Di/mm1800计算截面以上的操作质量m0i-i/kg846458348379631设计压力引起的轴向应力1/MPa0032.14操作质量引起的轴向应力2/MPa8.077.967.59最大弯矩引起的轴向应力3/MPa80.9777.9571.59载荷组合系数K1.2系数A设计温度下材料的许用应力t/MPa（20R，350）， 【7】（Q235-A，350），【7】757586系数B/MPa（20R，350），【8】（Q235-A，350），【8】118118118KB/MPa141.6141.6141.6Kt/MPa9090103.2许用轴向压应力cr/MPa取以上两者中小值9090103.2Kt/MPa9090103.2圆筒最大组合压应力（2+3）/MPa对内压塔器（满足要求）89.0485.9179.06圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面圆筒最大组合拉应力（12+3）/MPa对内压塔器（满足要求）72.9069.9996.02塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据试验介质的密度（介质为水）/kg/cm30.001液柱高度H/cm4000液柱静压力H/9.81/MPa0.408有效厚度ei/mm18.2筒体内径Di/mm18002-2截面最大质量mT2-2/kg试验压力pT/MPa筒体常温屈服点s/MPa2352-2截面0.9Ks/MPa253.82-2截面KB/MPa141.6压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力cr/MPa取以上两者中小值141.6试验压力引起的周向应力T/MPa液压试验时：（满足要求）试验压力引起的轴向应力T1/MPa重力引起的轴向应力T2/MPa塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据弯矩引起的轴向应力T3/MPa压力试验时圆筒最大组合应力/MPa液压试验时：（满足要求）（满足要求）裙 座 轴 向 应 力 校 核计算内容计算公式及数据裙座有效厚度es/mm18.2裙座筒体内径Dis/mm18000-0截面积Asb/mm20-0截面系数Zsb/mm3KB/MPa141.6Kts/MPa141.6裙座许用轴向应力/MPa取以上两者中小值141.60-0截面最大弯矩/N·mm0-0截面操作质量m00-0/kg846450-0截面组合应力/MPa检查孔加强管长度lm/mm120【9】检查孔加强管水平方向的最大宽度bm/mm450【9】检查孔加强管厚度m/mm12【9】裙座内直径Dim/mm1800裙 座 轴 向 应 力 校 核计算内容计算公式及数据Am1-1截面处裙座筒体的截面积Asm/mm2Zm1-1截面处的裙座筒体截面系数Zsm/mm31-1截面最大弯矩/N·mm3.75×1091-1截面处的风弯矩/N·mm3.54×1091-1截面以上操作质量/kg834831-1截面以上最大质量/kg1640571-1截面组合应力/MPa基 础 环 设 计计算内容计算公式及数据裙座内径Dis/mm1800裙座外径Dos/mm基础环外径Dob/mm基础环内径Dib/mm基础环伸出宽度b/mm相邻两筋板最大外侧间距l/mm160【9】基础环面积Ab/mm2基础环截面系数Zb/mm3最大质量mmax/kg165219操作质量m0/kg846450-0截面的风弯矩/N·mm3.68×1090-0截面最大弯矩/N·mm3.75×109偏心弯矩Me/N·mm7.063×107基础环材料的许用应力b/MPa【10】水压试验时压应力b1/MPa操作时压应力b2/MPa混凝土基础上的最大压力bmax/MPa取以上两者中大值6.1b/l基 础 环 设 计计算内容计算公式及数据对X轴的弯矩Mx/N·mm/mm由b/l得：【11】对Y轴的弯矩My/N·mm/mm由b/l得：【11】计算力矩Ms/N·mm/mm取以上两者中大值17563.8有筋板时基础环厚度/mm 经圆整取地 脚 螺 栓 计 算计算内容计算公式及数据最小质量mmin/kg64069操作质量m0/mm846450-0截面的风弯矩/N·mm3.68×109底截面处地震弯矩/N·mm4.935×108偏心弯矩Me/N·mm7.063×107最大拉应力B1/MPa最大拉应力B2/MPa基础环中螺栓承受的最大拉应力B取以上两者中大值 塔设备必须设置地脚螺栓地 脚 螺 栓 计 算计算内容计算公式及数据地脚螺栓个数n16【12】地脚螺栓材料的许用应力bt/MPa对Q-235A，取地脚螺栓腐蚀裕量C2/mm地脚螺栓取地脚螺栓螺纹小径d1/mm故取16M76地脚螺栓满足要求3、设计结果汇总表计 算 结 果塔体圆筒名义厚度n/mm20（满足强度和稳定性要求）塔体封头名义厚度hn/mm20（满足强度和稳定性要求）裙座圆筒名义厚度en/mm20（满足强度和稳定性要求）基础环名义厚度b/mm30（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓个数16（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓公称直径d/mm76（满足强度和稳定性要求）4、设计评论 本次是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计，设计结果如汇总表所示。其中地脚螺栓的个数根据化工设备设计全书塔设备中的裙座地脚螺栓个数表中查取得：裙座底部内直径为1800mm时，地脚螺栓取16个，这样可能会导致裙座底部基础环所受的局部应力不均匀，但是通过校核计算并圆整得到地脚螺栓的公称直径为76mm，故选用M-76的大直径地脚螺栓才能满足强度和稳定性要求。另外，对塔体焊接接头系数的选取问题，原本我组是选择=0.85的，事实上也是系数为0.85的会相对比较常用且经济，但是在做圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核时，许用轴向压应力校核不过关，这才将塔体焊接接头系数改为1.0，这样的话就能满足圆筒的强度要求了。5、参考资料1 陈国恒主编化工机械基础第二版北京：化学工业出版社，20061，1031032 全国压力容器标准化技术委员会钢制压力容器用封头（JB/T4746-2002），20028，39393 蔡纪宁 张秋翔主编化工设备机械基础课程设计指导书北京：化学工业出版社，20006，60604 蔡纪宁 张秋翔主编化工设备机械基础课程设计指导书北京：化学工业出版社，20006，1021045 蔡纪宁 张秋翔主编化工设备机械基础课程设计指导书北京：化学工业出版社，20006，61616 蔡纪宁 张秋翔主编化工设备机械基础课程设计指导书北京：化学工业出版社，20006，63647 陈国恒主编化工机械基础第二版北京：化学工业出版社，20061，2993018 陈国恒主编化工机械基础第二版北京：化学工业出版社，20061，1691719 蔡纪宁 张秋翔主编化工设备机械基础课程设计指导书北京：化学工业出版社，20006，808110陈国恒主编化工机械基础第二版北京：化学工业出版社，20061，12512511蔡纪宁 张秋翔主编化工设备机械基础课程设计指导书北京：化学工业出版社，20006，686812路秀林 王者相主编化工设备设计全书塔设备北京：化学工业出版社，20041，324327