1、化工设备基础及设计课程设计 化工设备基础及设计课程设计设计题目学院 _专业 _班级 _姓名 _学号 _同组成员 _指导教师 _2012年 6 月 18 日板式塔设备机械设计任务书 (21. 设计任务及操作条件 (22. 设计内容 (23. 设计要求 (21、塔的设计条件及主要物性参数表 (32、塔设备设计计算程序及步骤 (4按设计压力计算塔体和封头厚度 (4塔设备质量载荷计算 (4自振周期计算 (6地震载荷与地震弯矩计算 (7风载荷与风弯矩计算 (8偏心弯矩 (10最大弯矩 (11圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核 (11塔设备压力试验时的应力校核 (12裙座轴向应力校核 (13基础环设计 (15
2、地脚螺栓计算 (163、设计结果汇总表 (174、主要符号说明195、设计评论 (196、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D i=1600mm,塔高30m,工作压力为1.1MPa,设计温度为300,介质为原油,安装在广州郊区,地震强度为8度,塔内安装55层浮阀塔板,塔体材料选用16MnR,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
3、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0-0、1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、。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D i1600mm塔体高度H30000mm工作压力p o 1.1MPa设计压力p 1.2MPa设计温度t300塔体材料16MnR 许用应力 170
4、MPat144MPa设计温度下弹性模量E 1.79105MPa 常温屈服点s325MPa厚度附加量C 1.8mm塔体焊接接头系数 1.0 介质密度810kg/m3塔盘数N55每块塔盘存留介质层高度h w100mm 基本风压值q0500N/m2地震设防烈度8度场地土类别类偏心质量m e4000kg偏心矩e2000mm 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s t 86MPa常温屈服点s235MPa 设计温度下弹性模量E s厚度附加量C s 1.8mm 人孔、平台数 6地脚螺材料Q235-A 许用应力bt 147MPa 腐蚀裕量C23mm栓 个数n
5、162、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p H /MPa 可忽略计算压力p c /MPa 2.1=+=p p p p H c圆筒计算厚度/mm 70.62.10.1144216002.12=-=-=c t i c p D p 圆筒设计厚度c /mm 5.88.170.6=+=+=C n 圆筒名义厚度n /mm 10=n 圆筒有效厚度e /mm2.88.110=-=-=C n e 封头的计算厚度h /mm 68.62.15.00.1144216002.15.02=-=-=c ti c h p D p 封头设计厚度hc /mm 84.88.168
6、.6=+=+=C h hc 封头名义厚度hn /mm 10=hn 封头有效厚度he /mm2.88.110=-=-=C hn he 塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计算内容 计算公式及数据011223 344(顶塔段内直径D i /mm 1600 塔段名义厚度ni /mm10塔段长度l i /mm 100020007000 1000010400塔体高度H 1/mm 30400 筒体密度/kg/m 3 单位筒体质量 m 1m /kg/m 397 筒体高度H 1/mm 26460筒体质量m 1/kg62.1050446.263971=m封头质量m 2/kg 2.64021.3202=m裙座高度H
7、 3/mm3000塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计算内容 计算公式及数据011223344(顶裙座质量m 3/kg 119133973=m塔体质量m 01/kg82.1233511912.64062.1050432101=+=+=m m m m3971114.127793970 4290.1塔段内件质量m 02/kg 6.828975556.1442202=N i q N D m(浮阀塔盘质量2/75m kg q N =【3】-112515001500保温层质量m 03/kg25.43553005864.06999.0(230046.2662.182.1(422(22(4220320220
8、3=-+-=+-+=m H D D m n i s n i m03封头保温层质量,(kg 【4】-34.051134.21620.21654.2平台、扶梯质量m 04/kg平台质量q p =150kg/m 2 笼式扶梯质量q F =40kg/m平台数量n =6 笼式扶梯高度H F =39m5018394015065.01.0201.026.1(9.021.0201.026.1(42122(222(4222203=+-+=+-+=FF p n i n i H q nq D B D m 40801432.8 1552.8 1552.8操作时塔内物料质量m 05/kg2.122058005864.0
9、8108.1551.0(6.14(42110205=+=+=f w i V h N h D m- 469.12 5305.3 6109.2 6578.3人孔、接管、法兰等附件质量m a /kg按经验取附件质量为:96.308382.1233525.025.001=m m a 45.68 278.53 694.75 992.51072.5塔 设 备 质 量 载 荷 计 算计算内容计算公式及数据011223 34 4顶充液质量m w /kg8.5434610005864.02100046.266.1424202=+=+=wf w i w V H D m-1172.8 14067 20096 212
10、68.8 偏心质量m e /kg 再沸器:m e =4000- -4000-操作质量m 0/kg49288400096.308392.1220532.501825.43556.828982.1233505040302010=+=+=ea m m m m m m m m 482.681975.81647115744.716648最小质量m min /kg27.30451400096.308332.501825.43556.82892.082.123352.004030201min =+=+=ea m m m m m m m 482.681506.6810265.678435.58869.69最大
11、质量m max /kg7.914294000955.30838.5434632.501825.43556.828982.1233504030201max =+=+=ea w m m m m m m m m482.682679.522454 29731.531338.5自 振 周 期 计 算计算内容 计算公式及数据塔体内直径D i /mm 1600 塔体有效厚度e /mm8.2塔设备高度H ,mm 30400 操作质量m 0/kg49288.1塔设备的自振周期T 1/s517.11016002.81079.1304001.492883040033.901033.903353301=-ie D E
12、 H m HT 地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算各段操作质量m i /kg 1162 3852 20132 20258 19860 各点距地面高度h i /mm500200065001500025000地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算计算内容 计算公式及数据01 12 23 34 4顶 h i 1.5 1.12104 8.94104 5.24105 1.84106 3.95106 m i h i 1.50.541071.771080.861010 2.9010106.581010=615.1i ii h m A 1.0351011h i 3 1.25108 8.00109
13、2.751011 3.381012 1.561013 m i h i 30.610111.5810134.510155.310162.61017=613i i i h m B3.181017 A/B3.2610-7基本振型参与系数k15.175.111026.3i i k h h B A -= 0.00365 0.029 0.17 0.60 1.30综合影响系数C Z取C Z =0.5【5】地震影响系数最大值 maxmax =0.45【5】(设计烈度为8度各类场地土的特征周期T gT g =0.35【5】(类场地土、近震时 地震影响系数 10.90.91max max 10.350.450.1
14、280.21.41g T T = 1不得小于09.045.02.02.0max =水平地震力F k1/N111k k k F m g =2.66 140.27 4335.91 15262.54 32419.15地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算计算内容 计算公式及数据0112 23 34 4顶底截面处地震弯矩01-E M /N mm 0011081635160.128492889.81304008.601035E M m gH -=截面1-1处地震弯矩111E M -/N mm113.5 2.5 3.5101 2.53.5 2.52.53.588(1014417580.12849288
15、9.81(10304001430400175304001000410008.2010E m gM H H h h H-=-+=-+= 截面2-2处地震弯矩221E M -/N mm 223.5 2.5 3.5101 2.53.5 2.52.53.588(1014417580.128492889.81(10304001430400175304003000430007.4110E m g M H H h h H-=-+=-+= 风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容 计算公式及数据011223344顶各计算段的外径D Oi /mm 216002101620Oi i n D D =+=+=塔顶管
16、线外径d O /mm400 第i 段保温层厚100度si /mm 管线保温层厚度ps /mm 100 笼式扶梯当量宽度K 3400 各计算段长度l i /mm1000200070001000010400操作平台所在计算段的长度l 0/mm - 2000 7000 10000 10400 平台数0 1 1 2 2 各段平台构件的投影面积A/mm 2910591051810518105风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容 计算公式及数据0112 23344顶操作平台当量宽度K 4/mm 042l A K =操作平台当量宽度K 4/mm900257360346各计算段的有效直径D ei /mm
17、ps O si O i ei d K D D 224+=242033202677.127802766432K K D D si O i ei += 22203120 2477.1 2580 2566 各计算段顶截面距地面的高度h it /m13102030.4风压高度变化系数f i 根据h it 查课程设计指导书表5-23【6】1.0 1.0 1.01.25 1.42体型系数K 1 0.7 基本风压值 q 0/N/m 2 500 塔设备的自振周期T 1/s 1.517 q 0T 121150.6脉动增大系数(B 类 查课程设计指导书表5-24【6】2.57脉动影响系数i(B 类 查课程设计指导
18、书表5-25【6】 0.72 0.72 0.72 0.79 0.83 h it /H 0.0330.0980.33 0.661u1.0第i 段振型系数zi 根据h it /H 与u 查课程设计指导书表5-26【6】0.02 0.02 0.18 0.521各计算段的风振系数K 2i izii i f K +=12 1.0371.0371.3331.8452.502各计算段的水平风力P i /N602110-=ei i i i i D l f q K K P878.3 2409.9 8743 22439.8 35770.8风 载 荷 与 风 弯 矩 计 算计算内容 计算公式及数据011223344
19、顶0-0截面的风弯矩00-WM /N mm 003121213125512349(222(2500878.320002409.9650087431500022439.82520035770.81.3010W l l l M P P l P l l l P l l l l -=+=+= 1-1截面的风弯矩11-WM /N mm 11324232423552349(222(210002409.9550087431400022439.82420035770.81.2310W l l lM P P l P l l lP l l l -=+=+= 2-2截面的风弯矩22-WM /N mm 2235434
20、35349(222350087431200022439.8+2220035770.81.0910W l l lM P P l P l l -=+=+= 偏 心 弯 矩计算内容计算公式及数据偏心质量m e /kg 4000 偏心距e/mm 2000偏心弯矩M e /N mm740009.8120007.84810e e M m ge =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 e i i W M M +-1.38109 1.31109 1.17109 e i i W i i E M M M +-25.0 1.26109 1.22109 1.09109 最大弯矩i i
21、 M -max /N mm1.381091.311091.17109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 /mm 8.2 筒体内径D i /mm 1600计算截面以上的操作质量m 0i-i /kg49288.148805.446608.6设计压力引起的轴向应力1/MPa 1 1.2160058.54448.2i eipD =0 058.54操作质量引起的轴向应力2/MPa eii ii D g m -=02 11.7411.62 11.09最大弯矩引起的轴向应力3/MPa ei i ii D M 2max 24-= 83.4479.
22、39 70.89载荷组合系数K 1.2系数A0.0940.0948.20.000964800ei i A R =设计温度下材料的许用应力t/MPa (16MnR,300,144t MPa=【7】(Q235-A,300,86t MPa=【7】86 86 144系数B/MPa (16MnR,300,106=B【8】(Q235-A,300,81=B【8】81 81 108KB/MPa 97.2 97.2 129.6Kt/MPa 103.2 103.2 172.8许用轴向压应力cr/MPa 取以上两者中小值97.2 97.2 129.6Kt/MPa 103.2 103.2 172.8圆筒最大组合压应力
23、(2+3/MPa 对内压塔器crK+32(满足要求95.18 91.01 81.98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tK+-321(满足要求71.7 67.77 118.34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/cm 4000液柱静压力Hg/MPa0.39有效厚度ei/mm 8.2筒体内径D i/mm 16002-2截面最大质量m T2-2/kg52.882675.267968.4287.9142922=-=-Tm试验压力p T
24、/MPa77.11441702.125.125.1=tTpp筒体常温屈服点345s /MPa 2-2截面0.9K s /MPa372.6 2-2截面KB/MPa97.2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 97.6试验压力引起的周向应力T /MPa81.2112.822.81600(39.077.1(2(=+=+=eiei i T T D Hg p 液压试验时:s T K 9.081.211=(满足要求试验压力引起的轴向应力T1/MPa34.862.84160077.141=ei i T T D p 重力引起的轴向应力 T2/MPa02.212.8160081.95
25、2.88267222=-ei i T T D g m 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 56.302.8160010848.71009.13.0(43.0(42792223=+=+=-eii e W T D M M 压力试验时圆筒最大组合应力/MPa88.9556.3002.2134.86321=+-=+-T T T 液压试验时:s T T T K 9.088.95321=+-(满足要求 cr T T 58.5156.3002.2132=+=+(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 /mm 8.2 裙座筒体
26、内径D is /mm 16000-0截面积A sb /mm 2 521041.02.81600=is is sb D A0-0截面系数Z sb /mm 3 7221065.12.8160044=s is sb D ZKB/MPa97.2Kt s /MPa103.2 裙座许用轴向应力/MPa取以上两者中小值 97.20-0截面最大弯矩00max-M/N mm910297.10-0截面操作质量m 00-0/kg492880-0截面组合应力/MPaKB A g m Z M sb sb =+=+-40.901041.081.9492881065.110297.1579000max 检查孔加强管长度l m /mm120【9】 检查孔加强管水平方向的最大宽度b m /mm 450【9】 检查孔加强管厚度 m /mm12【9】 裙座内直径D im /mm 1600裙 座 轴 向 应 力 校 核计算内容 计算公式及数据A m28801212022=m m m l A 1-1截面处裙座筒体的截面积A sm /mm 24
