塔设备机械强度校核

（一）已知条件：（1）塔体直径iD=800mm，塔高H=29.475m。（2）设计压力p=2.3Mpa。（3）设计温度t=19.25OC,（4）介质为有机烃类。（5）腐蚀裕量2C=4mm。（6）安装在济南地区（为简化计算，不考虑地震影响）。（二）设计要求（1）确定塔体和封头的厚度。（2）确定裙座以及地脚螺栓尺寸。（三）设计方法步骤A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d=22itpDCp=2.3800420.851252.3=12.75mm式中tt——Q235-C在19.25OC时的许用应力。查《化工设备机械基础》为125Mpa——塔体焊缝为双面对接焊，局部无损检测，=0.85。2C——腐蚀裕量，取值4mm。按刚度要求，筒体所需最小厚度min=228001.610001000iDmm。且min不小于3mm。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n=20mm，则假设的塔体有效厚度e=12nCC=20-4.8=15.2mm式中1C——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1C=0.8mm。b封头壁厚计算采用标准椭圆形封头，则22.3800421250.850.52.320.5idtpDCp=12.71mm。为便于焊接，取封头与筒体等厚，即n=20mm。C塔体上各项载荷计算a塔质量塔体质量1Q3227.85103.14(0.80.78)18.425=14351gk34层塔盘等内件质量约为2Q=4259gk保温层（si=100mm，每3m质量0.5t）质量3Q=5500gk操作平台（共九层，每层500gk）及斜梯（总高28m，每5m重125kg）质量4Q=5200kg料液（按34层塔盘计）质量5Q=4070kg裙座质量6Q=1189kg充水质量7Q=230.7827.210129904kg塔操作时质量11Q=12345QQQQQ=33380kg塔体与裙座操作时质量00116QQQ34569kg全塔最大质量00max123467QQQQQQQ=43489kg全塔最小质量min146QQQQ=20740kgb塔体的风载荷及风力矩风载荷P=120iieKKqflD1K=0.7;塔高29.475m、iD=0.8m时酌取2K=1.75,由《化工设备机械基础》查的0q=35510Mpa。if值如下：6.4~10m段'1l=10-6.4=3.6m由《化工设备机械基础》查的1f=1.010~20m段2l=20-10=10m2f=1.1420~30m段3l=30-20=10m3f=1.42塔体有效直径eiD=0342siDKK,对于斜梯取3K=200mm，4K=2/iAl，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0.52m，则4K=6240.51040010000mm为简化计算且偏安全计，各段均取eiD=1224+200+2100+400=2024mm塔体各段风力：6.4~10m段'1p='6121011110eKKqflD=0.71.750.000551360020244909N10~20m2P6122022210eKKqflD=0.71.750.000551.143600202414546N20~30m3p6123033310eKKqflD=0.71.750.000551.423600202419364N塔体底部（1-1截面）弯矩'11'''312121312()()222WlllMPPlPll式中'1l——塔体1-1截面到标高10m处的距离，'1l=10-6.4=3.6m。'1P——对应于'1l段的风力。1136001000010000490914546(3600)19367(360010000)222wM=6448.1910Nmm裙座底部（0-0截面）弯矩''00''''''312121312()()222WlllMPPlPll0056001000010000618514546(5600)19367(560010000)222wM=6570.4610NmmD塔体的强度及轴向稳定性验算a塔底危险截面（1-1）的各项轴向应力计算12.380030.264415.2iepDMPa1129.8333808.683.1480015.2ieQgMPaD116322448.191058.690.7850.78580015.2wieMMPaDb塔体1-1截面抗压强度及轴向稳定性验算max23,ttcrKK125tMPa50.06/0.061.731015.2/600262.96ttcreiERMPamax238.6858.6967.371.2125150,1.2262.96315.55ttcrMPaKMPaK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max123teK因为teK=1.21250.85127.5MPamax30.268.6858.6980.27tMPaK故满足抗拉强度条件。上述各项校核表明，塔体厚度n=20mm可以满足整个塔体的强度、刚度及稳定性要求。E裙座的强度及稳定性验算设裙座厚度ns=20mm，厚度附加量C=1mm，则裙座的有效厚度ns=20-1=19mm。a裙座底部0-0截面轴向应力计算操作时全塔质量引起的压应力0029.8345697.13.1480019isesQgMPaD风载荷引起的0-0截面弯曲应力006322570.461059.760.7850.78580019wisesMMPaDb裙座底部0-0截面的强度及轴向稳定性校核max23,ttcrsKK裙座材料采用Q235-A钢，差《化工设备机械基础》得20113tMPa而50.06/0.062.01011/600220tcresispsERMPa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max237.159.7666.86MPa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1120.785wieMD11ieQgD=62448.19100.785800199.8333803.1480019=46.956.85=40.1Mpa0.60.61.27755.44twKMPa.因此焊缝强度足够。式中tw为焊缝材料在操作温度下的许用应力，查《化工设备机械基础》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'()()0.92TieTseeppD式中p——液体静压力，因塔体高约27m，故取'0.27pMPa0.90.92350.85179.78sMPa由于0.361.25(133/125)0.27(80015.2)23.620.9215.20.85TsMPa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'Ts0020.30.785wisesMD00maxisesQgD0.9,scrsKK式中0.90.91.2235253.8sKMPa。crsK264pMPa。6'29.8434890.3448.19108.9314.0923.020.9,800190.78580019TsScrsMPaKK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0031612243161540bSDDmm内径014412241441000ibSDDmmb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2=24mm）间的距离为0215402420220bDlmmn基础环的外伸宽度001540122415822bsDDbmm。两筋板间基础环部分的长宽比1580.781202bl由《化工设备机械基础》查的20.1812.715812313/sxMMNmmmm基础环也采用Q235-A钢，其厚度为6612313222.97224.97140sbbMCmm取b=25mmH地脚螺栓强度设计塔设备在迎风侧作用在基础环上的最小应力为B=004400()32wbibbMDDDmin2200.785()bibQgDD=644570.4610(15401000)32154022207409.80.785(15401000)=6.53-0.19=6.34MPa由于B0为拉应力，设备可能翻到，必须安装地脚螺栓。若材料选用16nM，取bt=170MPa，则螺栓的根径为22020.785()4bibBibtDDdCn=2240.785(15401000)2.23320170=30.01+3=33.01mm式中n——地脚螺栓数，取为20.根据《化工设备机械基础》，选用36M的地脚螺栓。