塔式容器讲座

塔式容器中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19目录一塔式容器的现行标准、规范二JB4710《塔式容器》修订内容简介三JB4710《塔式容器》适用范围四设计基础五材料六塔计算七结构设计八、塔的制造、检验与验收要求九、横风向的风力和风弯矩计算中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19一、塔式容器的现行标准、规范：．JB4710《钢制塔式容器》．SH3098-2000《石油化工塔器设计规范》．HG20592-1998《塔器设计技术规定》．SH3088-1998《石油化工塔盘设计规范》．SH3048-1999《石油化工钢制设备抗震设计规范》．JB/T1205-2001《塔盘技术条件》中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19二、JB4710《钢制塔式容器》修订内容简介，JB4710主要修订内容如下：．根据GB150-1998修改了相关内容．根据GB50009-2001《建筑结构载荷规范》修改相关内容．根据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》修改相关内容．增设了裙座隔气圈结构．补充了有关分段交货的内容中国石化集团宁波工程有限公司．增加了横向风的风振计算．取消高振型近似地震弯矩的计算中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19三、钢制塔式容器(JB4710)范围3.1适用范围1、规定了钢制塔式容器的设计、制造、检验与验收的要求2、设计压力不大于35MPa,高度H10m,且H/D5的裙座自支承钢制塔式容器。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19D：平均直径＝D1HhDHhDHhii...2213.2不适用范围1、带有拉牵装置的塔式容器2、由操作平台联成一体的排塔或塔群从静力计算角度，塔是一细高的构筑物，除承受内（外）压外，还承受风载荷、地震载荷以及质量载荷，因此高度愈高、H/D愈大，其弯曲应力亦愈大；反之，对于低矮塔或H/D较小的塔，尽管风载荷、地震载荷不见得小，但由于低塔力臂较小，计算截面的弯矩相对较小，所以壳体的弯曲应力不会太大，其塔壁厚可能取决压力或最小壁厚，因此标准规定H10m的使用范围。1中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19至于在工程设计中遇到10m以下塔如何处理，我们推荐方法如下：1）、根据GB150，按内（外）压确定塔壳有效厚度、名义厚度2）、水平地震力计算，（近似按单质点考虑）Pe=0.5αemog设防烈度7度8度9度αe地震影响系数0.230.450.93）、水平风载荷Pw=0.95fiDH.H×10-6中国石化集团宁波工程有限公司4）、风、地震弯矩计算5）、应力校核风载荷、地震载荷属于动载荷，即载荷大小、方向及作用点是随时间变化的，由于动载荷使塔器产生加速度而引起惯性力，并使塔发生振动，振动过程中塔的位移和内力不仅与自身的几何尺寸有关，而且与塔的自身动力特性相关（即自振周期、振动型式，载荷的变化规律）。对于自支承的塔，可将简化为一底部固定，顶端自由的悬臂梁，其振动型式为剪切振动、弯曲振动、或剪、弯联合作用的振动，究竟是那种振动型式，主要取决于长细比（H/D）；中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19当H/D≤5塔的振动以为主5H/D≤10弯曲振动、剪切振动联合作用H/D10弯曲振动为主标准排除了H/D5的剪切振动，同时略去了5H/D≤10的剪切分量的影响，即塔的风载、地震计算仅考虑弯曲振动。其理由:a、简化地震计算及自振周期计算，即一端自由一端固定的悬臂梁，做平面弯曲振动。b、经振动的动力分析，由于有剪切变形，使构件刚度降低，自振周期偏大，所以在地震反应谱中的中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19地震影响系数偏低，因此,水平地震力较低，但由于忽略了剪切变形的影响，计算时，自振周期比实际值小，从反应谱曲线T↓,α↑，F地↑，M地震弯矩较考虑剪切变形时要大，因此在工程设计上趋于保守，是安全可行的。标准中地震载荷和风载荷计算公式，是以塔在地震载荷和风载荷作用下产生弯曲振动为主给出的。因此，JB4710规定了H/D5的使用范围。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19四、设计基础4.1定义a、压力：除注明外，均指表压力。b、工作压力：在正常工作时，容器顶部可能达到的压力。c、设计压力：设定的容器顶部的最高工作压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。d、计算压力：在相应的设计温度下，用以确定元件厚度的压力。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19d、计算压力：在相应的设计温度下，用以确定元件厚度的压力。e、设计温度：在正常工作情况下，设定的元件的金属厚度（沿元件金属截面的温度平均值）。4.2设计压力的确定4.2.1JB4710规定，工作压力小于0.1MPa的内压塔容器，设计压力不小于0.1Mpa。即无论其工作压力大小均属于压力容器范畴，塔的设计、选材、制造和检验都必须遵守GB150的规定。对于工作压力是常压，中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19且是密闭不与大气相通的塔器，设计压力取0.1MPa.4.2.2GB150中3.5.1条，指出了在确定容器设计压力时，应考虑的问题。4.2.3SH3074-95《石油化工钢制压力容器》和压HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》对设计压力的确定作了详细的规定。4.2.4当工程设计中另有规定时，其设计压力按有关规定执行。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.194.2.5对于真空塔器，按承受外压设计，当装有安全泄放装置（真空泄放阀）。设计压力取1.25倍的最大内、外压力差或0.1MPa两者中的较小值；当没有安全泄放装置时取0.1MPa.4.2.6法兰当量设计压力（或称法兰当量计算压力）：中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19当塔体采用设备法兰连接时，法兰除承受内（外）压外，还承受塔自重，风载荷、地震载荷、偏心载荷或管道推力等引起的轴向力和力矩，所以应将法兰所承受的轴向力、力矩（弯矩）连同塔的内压力折合成一个当量设计压力，在选用标准设备法兰的压力等级或非标准法兰的设计压力时应不小于法兰当量设计压力。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19PDFDMpGGe23416M-外力矩（法兰面处的最大力矩）F-轴向外载荷（拉力）DG－垫片压紧力作用中心圆直径P－设计内压力4.3计算压力在相应的设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力，当静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.194.4试验压力系指在压力试验时，塔器顶部的压力。卧置试压时，应加上液柱静压力。同时应注意试验压力对管法兰压力等级的影响。4.5设计温度4.5.1塔的设计温度是指塔在正常工作情况下，设定元件的金属温度，设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。图样或铭牌上标注的设计温度应是壳体设计温度的最高值或最低值。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.194.5.2GB150和JB4710-2005指出了在确定容器设计温度时的原则。4.5.3关于设计温度确定的细则，详见以下标准：SH3074-95《石油化工钢制压力容器》HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》SH3098-2000《石油化工塔器设计规范》中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.194.5.4对于带保温（冷）的塔器的设计温度，SH3098规定如下，参见下表：中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19塔器设计温度（不包括裙座）最高（或最低）工作温度设计温度炼油石油化工T0≤-20介质工作温度0~10℃或最低工作温度-20T0≤15T=T0-5(但最低应高于-20℃介质正常操作温度减5～10℃或取最低介质温度15T0≤350T=T0＋20介质正常操作温度加5～10℃或取最高介质温度T0350T=T0+(15~5)4.5.5工程设计中另有规定时，其设计温度按工程规定。4.5.6裙座和地脚螺栓的设计温度。a、JB4710-2005版规定，裙座壳和地脚螺栓的设计温度应取使用地区月平均最低气温的最低值加10℃.b、SH3098对裙座壳的设计温度的规定见下表中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19裙座设计温度有过渡段的裙座无过渡段的裙座裙座过渡段裙座本体T-20或T≤200℃200℃T≤350℃取塔或塔釜的设计温度T取建塔地区的环境温度取建塔地区的环境温度设计温度取塔或塔釜设计温度环境温度：取GBJ19-88《采暖通风与空气调节设计温度》中的冬季空气调节室外计算温度。表中T为塔或塔釜设计温度℃。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19裙座作为塔器的一个重要支承元件。据GB150的规定，容器各部分工作状态下的金属温度不同时，可分别设定各部分的设计温度，而裙座直接与压力容器（塔）焊成一体。裙座的工作温度不仅要考虑环境温度的影响，而且还应注意塔釜设计(或操作)温度的影响（特别是高温或低温塔器），否则会由于设计温度确定不当，造成选材不合理。因此SH3098考虑到裙座上、下部分既受塔釜温度的影响，又受环境温度的影响，对裙座设计温度作较为详细的规定。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.194.6载荷设计时应考虑的载荷a)压力载荷-设计压力，液柱静压力，试验压力。b）重力载荷-塔器自重（含内件、填料），物料重，压力试验的液体附属设备及保温、管道、梯子平台等。c)偏心载荷。d）动载荷：风载荷和地震载荷。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19需要时，还应考虑的载荷e)连接管道和其它部件引起的作用力。f)温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力。g）包括压力急剧波动的冲击载荷。h）冲击反力，如由流体冲击引起的反力等。i）运输、吊装的作用力。4.7厚度及厚度的附加量4.7.1塔壳加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19a）碳钢、低合金钢塔器为2/1000Di，且不小于4mm.b)高合金钢制塔器不小于3mm.c）在满足a、b的前提下，为保证塔器在制造、运输、吊装时的刚度,设计，制造、安装单位应就具体情况确定，是否采用临时加固措施。4.7.2复合钢板复层的最小厚度应满足以下要求。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19·为保证工作介质干净（不被铁离子污染）采用的复合板其复层公称厚度不小于2mm.·为防腐采用的复合钢板其复层不应小于3mm4.7.3不锈钢堆焊层在加工后的最小厚度为3mm.4.7.4塔盘最小厚度：详见SH3098第2.5.5节或SH3088《石油化工塔盘设计规范》。塔盘受液盘降液板碳钢4（浮伐塔盘）4/6（不可拆）4/6不锈钢222中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.194.7.5裙座壳的名义厚度不得小于6mm（JB4710-92版为有效厚度不小于6mm）。4.7.6在GB150、塔器JB4710的标准中规定，壳体的实际厚度（成形后的厚度）均不得小于名义厚度减去钢板厚度负偏差。4.7.7厚度负偏差C1a)当钢板厚度负偏差不大于0.25mm,且不超过名义厚度的6％时，负偏差可忽略不计。中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19GB6654、GB3531由于钢板厚度负偏差全部为0.25mm，故可不计C1.b)SH3098为便于设计人员查找方便，列出了常用钢板、钢管的厚度负偏差的表格。4.7.8腐蚀裕量C2a)腐蚀裕量：腐蚀裕量应根据金属材料在介质中的腐蚀速率和塔器的设计寿命确定.C2＝NF.dc2中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19NF-设计寿命对炼油和石油化工类的塔器,一般取15～20年dc2-年腐蚀速率mm/年b)塔器主要元件的腐蚀裕量的选取可参见下表：中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19中国石化集团宁波工程有限公司2005.10.19元件类型腐蚀裕量的选取筒体和封头介质为压缩空气、水蒸汽或水时，碳钢