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压力容器设计人员培训班讲稿-塔式容器2011


2011年江苏省 2011年江苏省D类压力容器设计人员培训班 年江苏省D

JB / T 4710 -2005 标 准 学 习

塔式容器
江苏省化工机械研究所有限责任公司

韩 建 新

0. 塔式容器简介
0.1 塔式容器在工艺上的作用:
塔式容器是直立设备中的一种

,它可使气液或液 液两相之间进行紧密接触,达到传质及传热的目的。 在化工、炼油、医药、石化、轻纺、石油天然气等行 业的蒸馏、吸收、解吸、萃取及气体的洗涤、冷却、 增湿、干燥的单元操作中得到广泛的应用,是生产中 最重要的设备之一。

0.2 塔式容器的主要特点是:
体型高,长宽比大,荷载重,塔身除了承受压 力载荷、温度载荷外,还承受风载荷、地震载荷和 重量载荷。塔式容器的支座通常为裙式支座,塔式 的整个重量都是由裙座支承。地脚螺栓又将裙座固 定在基础上。对于直径较小的塔式容器也有采用耳 座、圈座等支承方式。也有由操作平台连成一体的 塔群或排塔。

0.3 塔式容器的种类:
从结构考虑:等直径等壁厚塔;等直径不同壁 厚塔;变径塔等。 从塔内件考虑:空塔;填料塔;板式塔等。

0.4 塔式容器设计的有关参考标准规范:
1. 2. 3. 4. GB50011-2001《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001《建筑抗震设计规范》 GB50009-2001《建筑结构载荷规范》 GB50009-2001《建筑结构载荷规范》 SH 3098-2000 《石油化工塔器设计规范》 3098石油化工塔器设计规范》 SH 3048-1999 《石油化工钢制设备抗震设计 3048规范》 规范》 5. HG 20652-1998 《塔器设计技术规定》 20652塔器设计技术规定》

0.5 关于JB/T 4710-2005: 关于JB/T 4710-2005:
1. 替代 JB 4710-2000(实际替代 JB 4710-1992); 4710-2000(实际替代 4710-1992); 2. 与 GB 150-1998 相关内容一致; 1503. 建筑结构载荷、抗震设计规范的更新; GB50011-2001《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001《建筑抗震设计规范》→GBJ11 GB50009-2001《建筑结构载荷规范》 GB50009-2001《建筑结构载荷规范》→GBJ17 4. 计算方法、设计方法的进步; 如横向风的风振计算等;

一、总则: 1.适用范围
适用于: (1)设计应力不大于35Mpa, 设计应力不大于35Mpa, (2) H /D>5,且高度H>10m; 且高度H 10m (3)裙座自支承的塔式容器。 裙座自支承的塔式容器。 H——总高(指塔顶封头切线至裙座底部 ——总高( 的距离) 的距离); D——塔壳的公称直径。 ——塔壳的公称直径。 对不等直径塔式容器:取各段公称直 径的加权平均值

□ 适用范围是考虑下述因素制定的:
a. 塔式容器振动时只作平面弯曲振动; b. 高度小的塔式容器截面的弯曲应力小,计 高度小的塔式容器截面的弯曲应力小, 算壁厚取决于压力载荷或最小厚度。 算壁厚取决于压力载荷或最小厚度。 c. 塔式容器必须是自支承的。 塔式容器必须是自支承的。 有牵引装置的塔式容器、 有牵引装置的塔式容器、由操作平台连成 一体的排塔或者塔群、 一体的排塔或者塔群、带有夹套的塔式容 器不适用本标准(不适用范围) 器不适用本标准(不适用范围)

说明:

□ 塔式容器属于高耸结构,其承受的载荷除考虑
设计压力与设计温度一起作为载荷条件外,还要考 虑风载荷、地震载荷、重量载荷、偏心载荷等的作 用。由于以上诸多载荷的存在,塔式容器的计算方 法也不同于一般的压力容器。 高塔在压力较低时,风载荷、地震载荷决定了 塔器的壁厚;而低矮的塔器的壁厚大多数取决于压 力载荷和最小壁厚。 裙座自支承是指由裙座支承在基础上的独立塔 器,塔与塔之间,塔与框架之间毫无关连。这也使 计算自振特性时得以方便。

□ 由于风载荷和地震载荷的计算都是动力计算,在 作动力计算时,可视塔器为一底端固定的悬臂梁。 其振动形式为剪切振动或弯曲振动,有时也可为 剪、弯联合振动。当H/D≤4时,以剪切振动为主; 剪、弯联合振动。当H/D≤4时,以剪切振动为主; 4<H/D≤10时为剪、弯联合振动;10<H/D时以弯曲 4<H/D≤10时为剪、弯联合振动;10<H/D时以弯曲 振动为主。设计塔器时仅考虑弯曲振动,忽略了剪 切振动,才使得自振周期和地震计算得以简化。这 样给设计工作带来了极大方便。这样作的结果,使 自振周期变小,地震影响系数变大,计算出的地震 载荷与地震弯矩较考虑剪切变形时大,设计上略趋 于保守,但还是可行的。

2. 塔式容器应考虑的载荷和工况:
□ 载荷:(5.1.4) 载荷:( 设计时应考虑的载荷 a. 内压或外压; b. 液柱静压力; c. 塔式容器自重(包括内件和填料等)以及正常 塔式容器自重(包括内件和填料等)以及正常 操作条件下和试验状态下内装物料的重力载荷; d. 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、 台等的重力载荷; e. 风载荷和地震载荷; 风载荷和地震载荷;

△ 需要时,还要考虑下列载荷: 需要时, (标准中未给出计算方法) 标准中未给出计算方法) f. 连接管道和其他部件引起的作用力; g. 温度梯度和热膨胀不同引起的作用力; h. 包括压力剧烈波动的冲击载荷; I. 冲击反力,如由流体冲击引起的反力; 冲击反力, j. 运输和吊装时的作用力。 运输和吊装时的作用力。

□ 工况: 对有不同工况的塔式容器, 对有不同工况的塔式容器,应按最苛刻工况设 计,并在设计图样注明各工况的压力温度值。 并在设计图样注明各工况的压力温度值。 (5.1.3) a. 安装工况; b. 水压试验工况;√ 水压试验工况;√ c. 操作工况; √ d. 检修工况(包括开停车时清吹扫等)。 检修工况(包括开停车时清吹扫等)

□ 载荷性质可以分为静载荷和动载荷,区别: 载荷性质可以分为静载荷和 ,区别: a. 载荷大小、方向甚至作用点等不随时间变化的 载荷大小、 是静载荷,随时间变化的是动载荷。 是静载荷,随时间变化的是动载荷。 b. 动载荷使结构产生加速度,引起结构振动。振 动载荷使结构产生加速度,引起结构振动。 动过程中结构的位移和内力随时间变化,因此, 动过程中结构的位移和内力随时间变化,因此, 求出来的解是随时间有关的系列, 求出来的解是随时间有关的系列,而静载荷的 解是单一的。 解是单一的。 c. 动载荷计算与结构自身的振动特征(如自振频 动载荷计算与结构自身的振动特征( 率或周期、振型与阻尼)有关, 率或周期、振型与阻尼)有关,而静载荷仅与 载荷大小、约束条件有关。 载荷大小、约束条件有关。

3. 设计压力与设计温度
(1)确定设计压力时,要考虑: 确定设计压力时, □ 装有超压泄放装置时,按GB150确定设计压力; 装有超压泄放装置时, GB150确定设计压力; □ 对工作压力小于0.1MPa的内压塔式容器,设计压 对工作压力小于0 MPa的内压塔式容器, 力取不小于 MPa; 力取不小于 0.1MPa; □ 真空塔式容器按承受外压考虑,无安全控制装置 真空塔式容器按承受外压考虑, 时,设计压力取0.1 MPa; 设计压力取0 MPa; □ 有两个或两个以上压力室组成的塔式容器,应分 有两个或两个以上压力室组成的塔式容器, 别确定各室的设计压力。 别确定各室的设计压力。

(2)确定设计温度时,要考虑: 确定设计温度时, □ 设计温度不低于元件金属在工作状态下可能达到 的最高温度;金属温度低于 0℃时,设计温度不 高于元件金属可能达到的最低温度; □ 塔式容器各部分在工作状态下的金属温度不同时, 塔式容器各部分在工作状态下的金属温度不同时, 可分别设定每部分的设计温度; 分别设定每部分的设计温度; □ 元件的金属温度可用传热计算求得,或在已使用 元件的金属温度可用传热计算求得, 的同类塔式容器上测定,或按内部介质温度确定; 的同类塔式容器上测定,或按内部介质温度确定; □ 裙座壳的设计温度取使用地区月平均最低气温的 最低值加20℃ 最低值加20℃。

4. 腐蚀裕量与最小厚度
(1)腐蚀裕量: A. 容器的塔体。 容器的塔体。 a) 应根据预期寿命和介质;利用金属材料的腐蚀 速率确定腐蚀裕量; 即C2=K·B =K· K——腐蚀率 毫米/年 ——腐蚀率 毫米/ B——构件设计寿命, ——构件设计寿命, 一般为15~20年 一般为15~20年

b) 各元件受到腐蚀程度不同时,分别确定其腐蚀 各元件受到腐蚀程度不同时, 裕量;

B. 裙座和地脚螺栓 碳钢、低合金钢制裙座,腐蚀裕量取C mm; 碳钢、低合金钢制裙座,腐蚀裕量取C2≥2mm; 地脚螺栓, 地脚螺栓, 腐蚀裕量取C2≥3mm; 腐蚀裕量取C mm;

C.塔器内件及附件的腐蚀裕量(参考) 塔器内件及附件的腐蚀裕量(参考)
结构形式 (1)不可拆卸或 不能从人孔取出 (2)可拆卸并可 从人孔取出 受力状态 受力 不受力 受力 不受力 腐蚀裕量C 腐蚀裕量C2 取塔壳腐蚀裕量 取塔壳腐蚀裕量的1 取塔壳腐蚀裕量的1/2 取塔壳腐蚀裕量的1 取塔壳腐蚀裕量的1/4 0

□ 最小厚度: 最小厚度: A. 容器壳体(成形后不包括腐蚀裕量) 容器壳体(成形后不包括腐蚀裕量) a) 碳素钢、低合金钢制为2/1000的内直径、且不 碳素钢、低合金钢制为2 1000的内直径、 小于3 小于3毫米; b) 高合金钢制为2/1000 Di,不小于2mm。 高合金钢制为 不小于2mm。 B. 裙座和地脚螺栓 a) 裙座壳名义厚度不应小于6mm。 裙座壳名义厚度不应小于6mm。 b) 裙座基础环不小于16mm;(SH3098) 裙座基础环不小于16mm;( b) 地脚螺栓直径,标准无限制,但工程上一般不 小于M 24,最大不超过M100。 小于M 24,最大不超过M100。

5. 材料的选用与许用应力: (1)材料的选用 受压元件 —— 选用按GB150规定; 选用按GB150规定; 非受压元件 —— 材料标准、焊接性能; 裙座材料 —— 按受压元件用钢要求选用。 裙座壳体支撑塔体的整个重量,它的破坏直接影 响塔器的正常使用。 (2)许用应力 受压元件材料和螺栓材料按GB150; 受压元件材料和螺栓材料按GB150; 地脚螺栓: 地脚螺栓: Q235 147MPa ; Q345 170MPa 安全系数: 碳钢 低合金钢 基础环、盖板和筋板: 基础环、盖板和筋板: 碳钢 147MPa ; 低合金钢

ns≥1.6 ; ns≥2.0;

170MPa

(3)圆筒B值的计算: )圆筒B 1)计算系数 A = 0.094 δe / Di 2)按 GB 150 外压圆筒算图,查B值,或按 外压圆筒算图,查B B = 2 A Et / 3 计算; (4)载荷组合系数K )载荷组合系数K 因素:长期载荷效应与短期载荷效应不同。 因素:长期载荷效应与短期载荷效应不同。 方法:在地震载荷、风载荷的作用下, 方法:在地震载荷、风载荷的作用下,计算壳体 和裙座的组合拉、压应力时, 和裙座的组合拉、压应力时,由于载荷为 短期作用载荷,许用应力值可以提高1 短期作用载荷,许用应力值可以提高1.2 倍,即许用应力值乘系数 K = 1.2。

二、结构:
1. 裙座的型式: 分为圆筒形和圆锥形两种。 分为圆筒形和圆锥形两种。 要求:圆锥形裙座的半锥顶角不超过15° 要求:圆锥形裙座的半锥顶角不超过15°; 无论圆筒形或圆锥形裙座壳其名义厚度不得 小于6mm。 小于6mm。

选择: (1)一般选圆筒形裙座; (2)下列情况之一时,可考虑选用圆锥形裙座: 下列情况之一时,可考虑选用圆锥形裙座: a. 由于地脚螺栓数量多,且需保持一定的螺栓 由于地脚螺栓数量多, 间距; b. 需增加裙座筒体的截面惯性矩; c. 需降低混凝土基础顶面的压应力。 需降低混凝土基础顶面的压应力。

2. 筒体与裙座的连接型式(对接、搭接) 筒体与裙座的连接型式(对接、搭接) (1) 对接: 要求:裙座壳体外径宜与塔体封头外径相等; 全焊透连续焊;焊接结构及尺寸见图。 全焊透连续焊;焊接结构及尺寸见图。

SH 3098 中,下列情况应开坡口: 1)可能引起横向振动的高塔(H/D>20); 可能引起横向振动的高塔(H/D>20) 2)塔釜为低温操作的 塔式容器; 3)裙座与下封头焊缝 可能产生热疲劳时; 4)裙座名义厚度 ≥8mm时。 mm时

(2) 搭接: □ 分为搭接在封头与搭 接在筒体上两种。 □ 搭接在封头时,应位 于直边段; □ 搭接在筒体上时,环 焊缝需磨平,且100% 焊缝需磨平,且100% 无损检测; □ 搭接接头距环焊缝不 少于1.7倍筒体壁厚; 少于1.7倍筒体壁厚; 角焊缝应填满。

3.封头拼接焊缝处的缺口: 3.封头拼接焊缝处的缺口: 当塔壳封头由多块钢板拼接制成时,拼接焊缝 处的裙座壳应开缺口, 如图所示。 (尺寸见表7 (尺寸见表7-3) 按封头厚度 R = 35~70mm; 35~ 厚度大于38mm, 厚度大于38mm, R = 2倍封头厚度 2倍封头厚度

4.隔气圈 4.隔气圈 □ 当塔式容器下封头的设计温度大于或等于400℃ 当塔式容器下封头的设计温度大于或等于400℃ 时,应设置隔气圈。 □ 隔气圈结构见图7-6、 隔气圈结构见图7 图7-7; □ 隔气圈至封头切线的 尺寸 L可参照标准释 义表3 义表3-1。 □ 隔气圈作用: 空气隔离,缓解了焊 缝处温差应力过高, 或温差变化过大的情况,避免裙座与塔壳的连接 焊缝处产生较大的温差应力,造成破坏。 。

5.裙座上部排气孔、排气管 裙座上部排气孔、 □ 裙座上部应均匀设置排气孔; 当裙座与封头拼接 焊缝处有缺口时, 焊缝处有缺口时, 可不设 □ 裙座有保温或防火层 时,应设置排气管。 应设置排气管。 □ 规格、数量及尺寸 规格、 见表7 见表7-4、表7-5。

6. 地脚螺栓座 (1)结构1: 由基础环、筋板、盖板和垫板组成, 结构1 由基础环、筋板、盖板和垫板组成, 结构如图所示, 结构如图所示, □该结构适用于 予埋地脚螺栓 和非予埋地脚 螺栓的情况。 螺栓的情况。 □尺寸可参照标 准释义表3 准释义表3-2。

(2)结构2:中央地脚螺栓座结构, 结构2:中央地脚螺栓座结构, □ 地脚螺栓中心圆直径小,用于地脚螺栓数量较 地脚螺栓中心圆直径小, 少,需予埋。 对塔高较小的塔式容器,地脚螺 需予埋。 对塔高较小的塔式容器, 栓座可简化成 单环板结构。 单环板结构。 优点:结构简单; 缺点:地脚螺栓座整 体强度不足。 体强度不足。 □ 尺寸可参照标 准释义表3 准释义表3-3。

7. 壳体、裙座上要考虑的其他结构 壳体、

□ 检查孔——分圆形和长圆形两种;(7.7) 检查孔——分圆形和长圆形两种;( □ 引出孔——引出管、加强管及支承板;(7.6) 引出孔——引出管、加强管及支承板;( □ 排净孔—— 排净孔—— □ 保温支撑圈 □ 裙座过渡段——裙座与封头连接部分材料与封 裙座过渡段——裙座与封头连接部分材料与封
头相同(封头材料为低温用钢、不锈钢、 头相同(封头材料为低温用钢、不锈钢、铬钼 钢以及高温、低温时,可参见有关标准) 钢以及高温、低温时,可参见有关标准)

8. 吊柱及吊耳: (1)吊柱:根据需要,可在塔顶设置吊柱。 吊柱:根据需要,可在塔顶设置吊柱。 (7 . 9 . 1 ) □ 目的:为方便的安装和拆卸内件、填料等; 目的:为方便的安装和拆卸内件、 □ 吊柱选用的标准:HG/T 21639《塔顶吊柱》; 吊柱选用的标准:HG/T 21639《塔顶吊柱》 □ 安装位置:应满足吊柱中心线与人孔中心线有 合适的夹角。 合适的夹角。 (2)吊耳:吊耳的结构、位置及数量应按吊装方式 吊耳:吊耳的结构、 和塔式容器的质量确定。 和塔式容器的质量确定。(7.9.2) □ 目的:整体吊装; □ 吊耳选用的标准, HGT 21574-2008 ; 吊耳选用的标准, 21574□ 计算:吊耳计算、壳体局部应力计算等。 计算:吊耳计算、壳体局部应力计算等。

三、计算:
1.计算内容: (1) 塔式容器的计算: 自振周期—— 地震载荷——水平地震力和垂直地震力; 风载荷——顺风向风振和横风向风振; 塔的挠度计算等四部分。 □ 自振周期用作地震载荷计算; □ 地震载荷、风载荷用作 地震载荷、风载荷用作截面弯矩计算;

(2)应力校核: 壳体轴向应力校核; 裙座壳轴向应力校核; 地脚螺栓座计算; 裙座与塔壳连接焊缝校核; 塔体法兰当量设计压力等。 塔体法兰当量设计压力等。 除JB/T 4710 中的计算外,还需要: 中的计算外, 按GB150进行的筒体、封头、开孔补强计算等; GB150进行的筒体、封头、 局部应力计算; 填料支撑粱、栅板等强度计算等。 填料支撑粱、栅板等强度计算等。

(2)计算时所需准备计算条件: 1)工艺必要的给定条件 2)塔设备设置地区的自然条件- □ 地震设防烈度——只考虑7~9度; 地震设防烈度——只考虑7 设计地震加速度——对应0.1~0.4g; 设计地震加速度——对应0.1~0.4g; 设计地震分组——分一、二、三组; 设计地震分组——分一、二、三组;
可按GB50011-2001《建筑抗震设计规范》 可按GB50011-2001《建筑抗震设计规范》

场地土类别——分 场地土类别——分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类; □ 基本风压值—— 基本风压值——
可按GB50009-2001《建筑结构载荷规范》 可按GB50009-2001《建筑结构载荷规范》 基本风压值取所在地10m高度50年一遇10min最大 基本风压值取所在地10m高度50年一遇10min最大 平均风速为基本风速; 基本风压值计算公式:

地面粗糙度——分 地面粗糙度——分A、B、C、D四类;

3)塔体的设计压力、设计温度,塔体(包括封头) 材料及厚度附加量,裙座材料及厚度附加量,塔 壳焊接接头系数,塔体与裙座的焊接结构等; 4)计算需要的质量(最小、操作及最大重量); 5)确定危险截面位置;一般来说,危险截面为: a. 塔器裙座底截面。 b. 裙座上开设人孔、引出管孔的中心位置截面。 c. 塔器筒体与裙座对接焊缝(或搭接)处截面。 d. 塔体等直径筒节上筒体壁厚变化处截面。 e. 塔体筒体直径变化的截面。

6)对塔体进行分段: 在作自振周期、地震载荷计算中分段与质量的不 均匀变化有关; 作风载荷计算时分段方法可不同于前者,分段越 多,就越接近于实际的风载荷分布情况,塔体分 段原则为: a. 危险截面处必须分段; b. 每一段几何形状没有突变,每一段应是一个几 何连续体。如直径、壁厚相等的圆筒,半顶角 不变的锥壳。 c. 每一段的刚度连续,即要求分段的壳体厚度相 等。 d. 每一段质量分布没有突变,如筒体中有一定液 位,气液分界面必须分开。

2. 自振周期 (1) 名词术语: 自由度:指振动过程中任何瞬时都触完全确定系统 在空间的几何位置所需的独立坐标数目。 在空间的几何位置所需的独立坐标数目。 振型: 振动时任何瞬间各点位移之间的相对比 值,即整个体系具有的确定的振动形态。 即整个体系具有的确定的振动形态。 一般取前三个振型,如下图所示。 一般取前三个振型,如下图所示。 自振周期: 设备以某固有频率作自由振动时的振 动周期称为自振周期。 动周期称为自振周期。

(2) 模型的简化: 简化成一端自由、一端固定的臂梁,做平面弯曲 振动,对等直径、等壁厚的塔式容器,按弹性连续 体公式计算。不等直径或不等壁厚的塔式容器按多 自由度体系进行计算,方法: a) 首先将各段的分布质量聚缩成集中质量; b) 利用机械触守恒定律,并近似地给出振型函 数,即可得到自振周期公式, c) 一般仅限于基本振型,原因:二、三振型函数 难以确定。

(3)高振型计算:(标准规定H/D>15,且H>20m时) 高振型计算:(标准规定H/D>15, H>20m 按附录B计算,对等直径、 按附录B计算,对等直径、等壁厚的塔式容 器,可近似取:

T2=1/6T1

T3=1/18T1

(4) 自振周期的计算: □ 对等直径、等壁厚的塔式容器 解析法计算中把塔视为质量均匀的悬壁梁作无 阻尼自由振动,单自由度体系的自振周期 阻尼自由振动,单自由度体系的自振周期

m ——质点的质量; ——质点的质量; y——顶端作用单位力时的挠度,为体系的柔 ——顶端作用单位力时的挠度,为体系的柔
H3 8 度,对塔式容器: y = = (H / D)3 3EI 3πEδ

带入上式得出等直径等厚度的塔式容器自振周 期公式 (8-5) 自振周期值随设备的质量和高度增加而增大

□ 对于直径、厚度或材料沿高
度变化的塔式容器视为一个多 质点体系。 其基本自振周期式:

其中截面惯性矩: 圆筒段

圆锥段

3. 地震载荷计算: 地震载荷计算: (1)水平地震力计算: 计算公式 (8-6)

α1 η1k mk g

为地震影响系数,
设计时可利用反应谱曲线查取;

振型参与系数; 质点质量; 重力加速度; 重力加速度; 系数: 衰减系数 斜率调整系数 阻尼调整系数

□ 地震载荷设计参数:

(1)地震设防烈度: 烈度——某一地区地面各类结构物和建筑物宏观破 坏程度。 基本烈度——指在一定期限内,一个地区可能普遍 遭遇到的最大烈度,目前为50年超越 概率为10%的烈度。 设防烈度——按国家规定的权限批准作为一个地区 抗震设防依据的地震烈度。 (2)设计地震加速度: 地震时地面运动的加速度

(3)设计地震分组: 表征地震震级及震中距影响与场地特征 周期与峰值加速度有关的参量。 周期与峰值加速度有关的参量。 (4)场地土类别:

□ 抗震设防目标: △当遭遇到多遇地震时,塔式容器处于正常使用 当遭遇到多遇地震时,
状态(工作状态是弹性状态) 状态(工作状态是弹性状态);

△遭遇到相当于基本烈度时,结构进入弹塑状态; 遭遇到相当于基本烈度时,结构进入弹塑状态; △遭遇到罕遇地震时,应能够控制其变形,避免 遭遇到罕遇地震时,应能够控制其变形,
倒塌 。

(2) 垂直地震力计算:

□ □

任意质量处的垂直地震力 任意计算截面的 垂直地震力



在设防烈度为八 度和九度地区应 考虑垂直地震力 作用

(2) 垂直地震力计算: □ 塔式容器底截面处总的垂直地震力 垂直地震影响系数 塔式容器当量质量

(3) 地震弯矩: □ 任意计算截面基本振型的地震弯矩 □ 高振型塔式容器任意计算截面的地震组合弯矩
( H / D >15,且高度大于等于20m时)。 15,且高度大于等于20m时)

3. 风载荷计算: 风载荷计算: (1) 顺风向水平风力的计算 顺风向水平风力的计算 计算公式
(8-17) 17)

□ 体型系数
风作用在物体表面上所引起的 实际压力与风速度压的比值 对圆截面K1=0.7,平面K1=1.4

□ 风振系数

□ 基本风压值
风压——当风以一定速度运动时, 风压——当风以一定速度运动时,垂直于风向的平面 上所有受到的压力。 上所有受到的压力。 基本风压——风载荷的基准压力, 基本风压——风载荷的基准压力,按我国荷载规范规 定为十米高度处五十年一遇十分钟的最大平 均风速, 均风速,再考虑空气密度按公式 计算得出;标准规定:

□ 风压高度变化系数
任意高度处风压与10米高度处的风压之比, 任意高度处风压与10米高度处的风压之比,与高度和 地面粗糙度有关: 地面粗糙度——风在到达结构以前吹越过2 地面粗糙度——风在到达结构以前吹越过2公里范围内 的地面时, 的地面时,描述地面上不规则障碍分布状况等级

□ 与风振有关的系数
顺向风水平风力的计算公式: 其中第一项为平均风压的静力作用; 第二项为脉动风压的动力作用; 两项合并后, 两项合并后,令 形成( 17) 形成(8-17)

脉动增大系数——脉动风作用产生的振幅与脉动载荷以静 脉动增大系数——脉动风作用产生的振幅与脉动载荷以静 力方式作用产生位移之比;( 力方式作用产生位移之比;(表8-4)

式中:

脉动影响系数——反映脉动风压沿高度变化及其空间相关性 脉动影响系数——反映脉动风压沿高度变化及其空间相关性 系数, 系数,与高度和地面粗糙度类别有关;

振型系数——与计算截面距地面高度和塔总高有关的系数; 振型系数——与计算截面距地面高度和塔总高有关的系数;

□ 计算段有效直径
当笼式扶梯与塔顶管线成180 当笼式扶梯与塔顶管线成180o时: 当笼式扶梯与塔顶管线成90 当笼式扶梯与塔顶管线成90o时: 取大值

(2) 横风向风振计算(附录A) 横风向风振计算(附录A □ 当H/D>15且H>30m时,还应计算横风 15且 30m 向风振。 向风振。(8.5.3)

□ 横风向风振产生原因 横风向风振产生原因
气流绕过圆截面柱体时,压强和速度产生变化, 气流绕过圆截面柱体时,压强和速度产生变化, 形成卡曼涡街效应,并给柱体一个横向推力, 形成卡曼涡街效应,并给柱体一个横向推力,使柱 体沿垂直于风的流动方向上产生振动。 体沿垂直于风的流动方向上产生振动。

□ 计算步骤
1)计算临界风速 (塔共振时的风速) 塔共振时的风速) 计算塔顶设计风速 2)判别是否产生共振 v<vc1 不需考虑塔器共振 vc1<v<vc2 必须考虑第一振型振动 v>vc2 考虑第一、二振型振动。 考虑第一、二振型振动。 3)计算塔体共振时横风向塔顶振幅和塔体弯矩

(3) 风弯矩

□ 顺风向水平风力产生的计算截面弯矩

塔体共振时组合风弯矩( □ 塔体共振时组合风弯矩(A.6)

取大值

4、最大弯矩计算:

四、应力校核(设计)
1. 圆筒形塔体轴向应力校核

□ 轴向应力
由内压或外压引起 由重力及垂直地震力引起 由弯矩引起的轴向应力

□ 最大组合拉应力
内压容器 外压容器



最大组合压应力

内压容器 外压容器 许用轴向压应力

注:1. 注:1. 计算压力取绝对值; 2. 垂直地震力仅在最大弯矩为地震弯矩计入; 3. 圆锥形筒体计算与圆筒相似,考虑cosβ。

2. 压力试验时的应力校核 □ 圆筒应力 由试验压力引起 由重力引起 由弯矩引起 □ 轴向拉应力 液压试验时 气压试验时 □ 轴向压应力 许用轴向压应力

3.裙座壳轴向应力校核 3.裙座壳轴向应力校核 (1)裙座壳底截面的应力 操作工况: 液压试验:

(2)裙座壳检查孔截面 操作工况:

液压试验工况:

4.地脚螺栓座应力校核 4.地脚螺栓座应力校核 (1)计算元件 基础环(无筋板、有筋板) 筋板 盖板(分块、环形) 地脚螺栓 (2)基础板的计算 由重力和弯矩共同 引起的压应力; 承压面积、厚度; 混凝土的压应力; (8.12.1) 8.12.1)

(3)地脚螺栓 地脚螺栓承受的最大拉应力

拉应力小于等于0 拉应力小于等于0,地脚螺栓起固定作用; 拉应力大于0 拉应力大于0,应校核数量、根径; (4)筋板 按压杆计算; (5)盖板 螺栓力作用下的 受弯曲载荷的板;

5. 裙座与塔壳焊缝的应力校核

□ 搭接焊缝的剪应力

□ 对接焊缝的拉应力

6. 塔体连接法兰的当量压力

7、塔顶挠度计算:(附录C) 、塔顶挠度计算:(附录C □ 计算方法: 等直径且等壁厚 等直径不等壁厚 不等直径不等壁厚

□ 挠度的控制值: JB/T 4710 : 按工程设计要求确定; SH 3098、HG 20652: 3098、 DN≤1000mm时,Y DN≤1000mm时,YD≤H/100; 1000mm<DN≤2000mm时,Y 1000mm<DN≤2000mm时,YD≤10·(H/DN); DN>2000mm时,Y ≤H/200; DN>2000mm时,YD≤H/200;
美国埃索公司 H/160 伯克托公司 H/170 美国科学设计公司、凯洛格公司 H/200 西德伍德公司 填料塔 H/100 板式塔 H/200

□ 挠度控制值过大——产生较大的附加弯矩(偏心载 挠度控制值过大——产生较大的附加弯矩(偏心载 荷);使塔盘效率降低;影响管道法兰连 接的密封性等; 挠度控制值过小——增加塔体壁厚,提高材料和制 挠度控制值过小——增加塔体壁厚,提高材料和制 造费用;

五、制造、检验与验收: 五、制造、检验与验收:
(1)外形尺寸公差应符合图9-1和9-1的规定; 外形尺寸公差应符合图9 (2)吊耳与塔壳之间焊接接头应作磁粉或渗透检测; (3)作局部应力校核计算的与塔体之间连接件的焊接 接头应作磁粉或渗透检测; (4)裙座与塔壳的焊接接头应连续,对接应全焊透、 裙座与塔壳的焊接接头应连续,对接应全焊透、 搭接角焊缝应填满;塔壳材料标准抗拉强度大于 搭接角焊缝应填满;塔壳材料标准抗拉强度大于 等于540MPa时 等于540MPa时,应作磁粉或渗透检测; (5)图样中液压试验的试验压力要注明卧置、立置; 图样中液压试验的试验压力要注明卧置、 (6)需进行整体热处理的塔式容器,连接件与塔壳的 需进行整体热处理的塔式容器, 焊接应在热处理前完成。 焊接应在热处理前完成。

参考:

□ 支承条件不满足JB/T4710的塔式容器的计算: 支承条件不满足JB/T4710的塔式容器的计算:
1. 用耳座或圈座支承的塔式容器 1)参照JB/T4712中耳座的计算; )参照JB/T4712中耳座的计算; 2)风载荷计算时,从偏于安全考虑,只计算支座 上部筒体面积承受的风载荷;参照JPI规定 上部筒体面积承受的风载荷;参照JPI规定 3)支座位置的筒体应局部应力计算; 4)采用圈座结构可降低筒体局部应力,计算方法 参照HGJ20582或 参照HGJ20582或NB/T 47003.1。 47003.1。

2. 塔体中部加支承的塔式容器 1)参照挠度计算方法,计算出无中间支承时, 支承部位的最大挠度; 2)设中间支承处允许最大挠度,计算中间支承 )设中间支承处允许最大挠度,计算中间支承 处附加反力; 3) 按风载荷和附加反力计算风弯矩; 4) 按一端固支、支承部位铰支的悬臂梁(静不 按一端固支、支承部位铰支的悬臂梁(静不 定梁)计算地震弯矩;(自振周期改变、地 定梁)计算地震弯矩;(自振周期改变、地 震影响系数取最大值) 5) 按上述计算的风弯矩、地震弯矩确定计算截 面最大弯矩。

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