塔设备强度设计计算参考PPT
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第八章 塔设备的机械设计(化工技术)
塔壁间的密封
碳钢制塔板与 塔盘圈厚度，一 般3-4mm，用不锈 钢时取2-3mm
2
分块式塔盘第八章图\分块塔板一.rm 第八 章图\分块塔板二.rm
塔身为焊制的整体圆筒，塔盘分成数块， 由人孔送入塔内，安装到塔盘固定件上。
塔径在800~900mm以上时建议采用
特点：
1）结构简单，装拆方便 2）制造方便，模具简单
二 裙座设计 结构： 1）座体 2）基础环 3）螺栓座 4）管孔
1
座体设计
初选座体有效厚度δes，然后验算危险
截面应力。
1）
基底为危险截面时,应满足
操作时，
0 0 M max m0 g Fv0 0 t min KB; K S Z sb Asb
水压试验时，
0.3 M
水压试验时，
0.3 M M e m g min 0.9 K s ; KB Z sm Asm
1 1 w 1 1 max
2
基础环设计
基础环尺寸的确定
1）
Dob Dis 160 ~ 400 mm Dib Dis 160 ~ 400 mm
7）稳定条件
ii max
cr
4
塔体拉应力校核
1）假设有效厚度δei
2）计算最大组合轴向拉应力
内压，正常操作时 外压，非操作时
max 1
i i 2
ii 3
max
ii 3
ii 2
• 3）强度校核条件
ii max
K
5）最大组合轴向压应力
外压，正常操作时 max 1
17.第十七章 塔设备
16
无降液管塔
（穿流式筛板塔）
筛孔φ5～8mm；
栅缝宽度4～6mm，
长度60～150mm； 筛孔或栅缝开孔率15～30%。
17
五、塔盘结构
塔盘设计要求：
有一定的强度和刚度以承载和维持水平，使塔盘上的液 层深度相对均匀； 塔盘和塔壁之间应保证一定的密封性以避免气液短路； 便于制造、安装和维修，制造成本低。
由泡罩、升气管组成
11
②浮阀塔
是用钢板冲压而成的圆形钢片，下面有三条腿。 把三条阀腿装入塔板孔后，用工具将腿的阀脚扭转90°， 则浮阀就被限制在阀孔内只能上下运动而不能脱离塔板。
12
③筛板塔
塔板上开设许多直径3～5mm的 筛孔，结构简单。
13
导向筛板塔
14
④舌形塔
15
浮 动 舌 形 塔
5
三、板式塔的总体结构
塔体的最下部为裙座，是用 塔中部是塔盘和溢流装置， 包括塔顶的气液分离部分、 来支承塔体的，塔的顶部还 气-液两相在塔盘上充分传 中部的气液传质部分、塔底
设有吊柱，便于吊装塔的零 质。上面设有溢流堰、降液 的液体排出部分及裙座。
部件。 管和受液盘。 塔顶气液分离部分具有较大 另外塔体上还安装有进料管、 塔底部是塔釜，具有较大空 空间，以降低气体上升速度，
31
（二）弓形板、矩形板与通道板
通道板是没有
自身梁的塔盘 板，安装检修 时，上下层塔 盘间需要有通 道，故设通道 板。
32
（三）自身梁式塔盘与槽式塔盘
为增大塔盘的刚度，每块塔盘冲压出折边。
有自身梁式与槽式两种。
33
⑴自身梁式塔盘板
34
通道板
通道板从上下两个方向均可打开。一般设置在塔中央 处附近。 各层设在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。
第二课塔器设计基础及案例
Ring
Intalox Saddle
螺旋环，Spiral Ring
改 进 矩 鞍 (Glitsch) ，
Ballast Saddle
鲍尔(开孔)环，
改 进 矩 鞍 (Koch) ， Flexi
Pall (Slotted)Ring
Saddle
哈埃派克(Norton)Hy-Pak 改
进
矩
鞍
(Hydronyl)Hydronyl
体在管内停留时间短,不容易结垢,且容易清洗;但壳程不能清洗,因此用 于较脏的加热介质;其本身造价较低,但要求较高的塔体裙座.
• 卧式热虹吸再沸器的主要特点:可用低裙座,但占地面积大,出塔
产品缓冲容积较大,故流动稳定,在加热段停留时间短,不容易结垢,可以 使用较脏的加热介质.
• 立式和卧式强制循环再沸器的共同特点:适应于高粘度液体和
热敏性物料,因为强制循环流速高,停留时间短,有利于工艺流体循环流 量的控制和调节.
精馏方案的选定
• 5.冷却方式
– 1)冷却剂----通常是水,水温随气候而定.入口一般为15℃--20℃,出
口<50℃，目的防止溶解于水中的无机盐析出.
• 冷却剂 还可以是冷冻盐水.液氨等，一般用于较低温度。
– 2)冷凝设备的结构形式
2024/6/8
4
天津创举科技有限公司
➢ 六七十年代，出现塔径十米以上的板式塔，塔板 数多达上百块、塔高度达80米；填料塔的最大直 径有15米，高八十年代以后，填料塔开始大量应用。板式塔与
填料塔的应用并驾驱，竞争日趋激烈。 ➢ 近年来，大量新型塔板研究成功。例如：
• 小塔---蛇管换热器 • 大塔---列管式换热器
工艺流程设计的要求
化工原理下册 第三章塔设备-2
xn1 yn (利用操作线方程)
（2）塔顶冷凝器的类型 (i)当塔顶为全凝器时,
y1 xd
则自第一块塔板下降的液相组成 x1 与 y1 成相平衡， 故可应用相平衡 方程由 y1 计算出 x1，自第二块塔板上升蒸汽组成 y2 与 x1 满足操作线方 程，由操作线方程以小 x1 计算得出 y2.
停留时间，即
A H
f T
LS
—液体在降液管中的停留时间，s
Af
（2）.降液管底隙高度 为保证良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取为
hO
m3 —降液管截面积，
hO hW 0.006 ~ 0.012 , hO
m
也不易小于 0.02～0.025m，以免引起堵塞，产生液泛。
孔，以供停工时排液。
18
19
3．溢流堰
根据溢流堰在塔盘上的位置
可分为进口堰和出口堰。
当塔盘采用平形受液盘时， 为保证降液管的液封，使液体 均匀流入下层塔盘，并减少液 流沿水平方向的冲击，应在液
体进口处设置进口堰。
20
21
4、溢流堰（出口堰）的设计
(1).堰长 lW : 依据溢流型式及液体负荷决定堰长,单溢流型塔板堰 长 lW 一般取 为 (0.6 ～ 0.8)D ；双溢 流型塔 板，两 侧堰长 取为 (0.5 ～ 0.7)D，其中 D 为塔径 (2).堰上液层高度 OW ： 堰上液层高度应适宜，太小则堰上的液体均布差，太大则塔板压 强增大，物沫夹带增加。对平直堰，设计时 hOW 一般应大于 0.006m， 若低于此值应改用齿形堰。 hOW 也不宜超过 0.06 ～ 0.07m ，否则可改 用双溢流型塔板。 平直堰的 hOW 按下式计算 式中
第三节 塔体强度校核
（1）风压的计算 ） 计算风压时，对于高度在10m以下的塔，按一段计算，以塔顶部 以下的塔， 计算风压时，对于高度在 以下的塔 按一段计算， 的风压值作为塔设备的均布风压，对于高度超过10m的塔体，应以 的塔体， 的风压值作为塔设备的均布风压，对于高度超过 的塔体 10m为一段分段计算，且将风力简化为作用于整段上的均布载荷。其 为一段分段计算， 为一段分段计算 且将风力简化为作用于整段上的均布载荷。 中任意计算段的风压为： 中任意计算段的风压为：
Doi------塔体各计算段处的外径，m； 塔体各计算段处的外径， ； 塔体各计算段处的外径 Do------塔顶管线外径，m； 塔顶管线外径， δsi ------ 塔设备第i段保温层厚度，m； 段保温层厚度， δps -------塔顶管线保温层厚度，m； 塔顶管线保温层厚度， K3------笼式扶梯当量宽度；当无确切数据时，可 取K3=0.400m 笼式扶梯当量宽度；当无确切数据时， K4------操作平台当量宽度，m； 操作平台当量宽度， ∑A------第i段内平台构件的投影面积，m2； 段内平台构件的投影面积， L0------操作平台所在计算段的长度，m； 操作平台所在计算段的长度，
1．正确选材 ． 金属材料的耐腐性能，与所接触的介质有关，因此，应根据介质的特性 合理选择。 2．采用覆盖层 ． 覆盖层的作用是将主体与介质隔绝开来。常用的有金属覆盖层与非金属 覆盖层。金属覆盖层是用对某种介质耐蚀性能好的金属材料覆盖在耐蚀性 能较差的金属材料上。常用的方法如电镀、喷镀、不锈钢衬里等。非金属 保护层常用的方法是在设备内部衬以非金属材料或涂防腐涂料。 3．采用电化学保护 ． 电化学保护是通过改变金属材料与介质电极电位来达到保护金属免受电 化学腐蚀的办法。电化学保护分阴极保护和阳极保护两种。其中阴极保护 法应用较多。 4．设计合理的结构 ． 塔设备的腐蚀在很多场合下与它们的结构有关，不合理的结构往往 引起 机械应力、热应力、应力集中和液体的滞留。这些都会加剧或产生腐蚀。 5．添加缓蚀剂 ． 在介质中加入一定量的缓蚀剂，可使设备腐蚀速度降低或停止。
塔设备04
系数α值，按图2查取；
αmax——地震影响系数α的最大值，按表4选取；
图2
1.0α
α
max
Ⅰ类场地土 Ⅱ类场地土
0.2 max
0.3 max T
T
Ⅲ类场地土
0.2α
max
0.7 max T
0
0.2 0.3 0.7 1.0
1.5
2.0
3.0
3.5T1s
Ⅰ类 微风化和中等风化的基石； Ⅱ类 除Ⅰ、Ⅲ类之外的一级稳定土； Ⅲ类 饱和松沙、淤泥和淤泥质土、冲填土、杂填土等；
i
——系数，按表3选取；
T1——塔设备的基本自振周期，s；由式（A）或（B） 计算； li——计算段的长度，mm；
Dei——塔设备各段的有效直径，mm；当笼式扶梯与进出 口管布置成180°时， ei Doi 2 si K 3 K 4 d 0 2 ps D
当笼式扶梯与进出口管布置成90°时，取下列二式中的
6
N
式中
q0 ——10 m高度处的基本风压值，按有关资料选取； fi ——风压高度变化系数，在100m以下时，按下式
计算或按表1选取： hit——塔设备第i段顶截面距地面的高度，m； K1——空气动力系数，取K1=0.7； K2i——风振系数， K 2i 1 i i
λi——系数，按表2求取；
塔设备任意危险截面I-I的最大弯矩按下面两式计 算取大值：
M max M W M e
I I I I
N mm
M max M E
I I I I
0.25M W M e
I I
首先按内压或外压圆筒及封头的设计方法，确定圆筒及 封头的有效厚度δe和δeh。再考虑制造、运输、安装的刚度要
李享 酸性水汽提塔设计PPT新
操作线性方程的确定: 精馏段操作方程为：0.74X+0.049 提馏段操作方程为：1.68X-0.00049 塔板数量的确定: 由化工原理中的逐板计算， 理论板数为：17.5（包括再沸器） 进料板位置：9 全塔效率：0.52 精馏段实际塔板数为：18 提馏段实际塔板数为：16
塔径的计算：
根据精馏段的气相体积流量和液相体积流 取安全系数为0.7,则求出的塔径为2.998m 按标准塔径圆整后为3.0m
工艺计算部分，根据实际采集的汽提过程产 出物的数据来确定物料平衡、塔盘数、进料 及侧线的抽出位置、中段回流位置以及相应 的温度和压力等。
本设计的工艺计算部分主要有：塔的物料衡 算；塔精馏段的操作条件与相关物性参数的 计算；塔体工艺尺寸计算； 塔板主要工艺尺 寸的计算。
塔的物料衡算
酸性水的摩尔质量：19kg /mol 硫化氢、氨气和二氧化碳的平均摩尔质量：27 kg /mol 原料液中易挥发组分摩尔分数：0.053 馏出液中易挥发组分摩尔分数：0.196 釜残液中易挥发组分摩尔组成：0.00071 联立总物料衡算方程和酸性水物料衡算方程 解得：D= 551.3897 kmol/h，W= 1507.9164 kmol/h 。
塔的有效高度计算：
精馏段高度为:5.6m 提馏段高度为:6.3m 故精馏塔的有效高度为:14.3m
溢流装置计算：
因塔径D=3.0m>2.2m， 故选用双溢流弓形降液管 因塔径 D=3.0m>0.8m， 故采用凹形受液盘。 堰长：1.8m 溢流堰高度：0.025m 弓形降液管宽度：0.33m 弓形降液管截面积：0.403m2 降液管底隙高度：0.019m
考虑到塔的直径比较大，必须采用分块式塔板， 而各分块板的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区 面积，因而排间距应小于93.3mm，故取t’=80mm 。按t=75mm，t’=80mm以等腰三角形叉排方式作 图，排得633个浮阀。 按N=633重新核算孔速及阀孔动能因数， 阀孔动能因数变化不大且仍在9~12范围内。
塔径的计算：
根据精馏段的气相体积流量和液相体积流 取安全系数为0.7,则求出的塔径为2.998m 按标准塔径圆整后为3.0m
工艺计算部分，根据实际采集的汽提过程产 出物的数据来确定物料平衡、塔盘数、进料 及侧线的抽出位置、中段回流位置以及相应 的温度和压力等。
本设计的工艺计算部分主要有：塔的物料衡 算；塔精馏段的操作条件与相关物性参数的 计算；塔体工艺尺寸计算； 塔板主要工艺尺 寸的计算。
塔的物料衡算
酸性水的摩尔质量：19kg /mol 硫化氢、氨气和二氧化碳的平均摩尔质量：27 kg /mol 原料液中易挥发组分摩尔分数：0.053 馏出液中易挥发组分摩尔分数：0.196 釜残液中易挥发组分摩尔组成：0.00071 联立总物料衡算方程和酸性水物料衡算方程 解得：D= 551.3897 kmol/h，W= 1507.9164 kmol/h 。
塔的有效高度计算：
精馏段高度为:5.6m 提馏段高度为:6.3m 故精馏塔的有效高度为:14.3m
溢流装置计算：
因塔径D=3.0m>2.2m， 故选用双溢流弓形降液管 因塔径 D=3.0m>0.8m， 故采用凹形受液盘。 堰长：1.8m 溢流堰高度：0.025m 弓形降液管宽度：0.33m 弓形降液管截面积：0.403m2 降液管底隙高度：0.019m
考虑到塔的直径比较大，必须采用分块式塔板， 而各分块板的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区 面积，因而排间距应小于93.3mm，故取t’=80mm 。按t=75mm，t’=80mm以等腰三角形叉排方式作 图，排得633个浮阀。 按N=633重新核算孔速及阀孔动能因数， 阀孔动能因数变化不大且仍在9~12范围内。
《塔强度设计》
震级
地震规模的大小，由地震能量决定，能量越大、震级就越大。
地震烈度
发生地震时，地区的危害程度、震级越大、该地区距地震中 心的距离（震中距）越小、地质条件越有利于地震波的传播， 地震烈度就越大。
基本烈度 设计烈度
某地区在今后一定时期内，可能遭遇到的最大地震烈度。基 本烈度分为12个等级，12度最高，然后依次降低。当基本 烈度在7度及以上时，就应考虑水平地震分量对塔设备的影 响，当达到8度及以上时，应同时考虑水平和垂直地震分量 对塔设备的影响。
选取塔板间距和塔高
计算塔径
塔盘布置与验算
结构设计
机械设计
六项内容中的前四项属于工艺设计
机械设计内容
1、按设计条件初定塔体壁厚； 2、计算塔在危险截面的总载荷； 3、同时考虑总载荷与操作压力校核塔体壁厚及塔的稳定性； 4、设计裙座、确定地脚螺栓的规格及数量。
本节主要讲载荷分析、塔体和裙座的强度及稳定性校核、塔设备的振动
a. 风压qi
若塔高H≤10m，以塔顶风压作为整个塔的风压； 若H>10m，应从塔底每10m分为一段，按下式分段计算风压；
qi = fi qo 式中：qo ——基本风压，Pa；
fi ——风压随高度变化的系数。
①基本风压qo
qo
1 2
vo2
(qo可直接查表)
式中：ρ——空气密度，kg/m3，随当地的高度和湿度而异，中
国设计规范规定：各地均取一个大气压、10℃
时的干空气密度，即ρ =1.25kg/m3；
vo ——基本风速，m/s，随当地季节和离地面的高度而 异，中国设计规范规定：取当大风速 的平均值。
② 风压随高度变化的系数fi（fi可直接查表）
地表通常是凸凹不平的，当风刮过时，不平的地表对风速、 风压产生阻碍作用，使其产生梯度。研究表明：在一定高度内， 高度越大，风速、风压就越小，风速、风压随高度变化呈指数 关系。
塔设备设计和绘制
对于填料塔，其高度主要取决于填料层的高度。计算填料层高度常采用以下两种 方法： A.传质单元法 填料层高度Z＝传质单元高度×传质单元数 B.等板高度法 等板高度（HETP）是与一层理论塔板的传质作用相当的填料层 高度。也称理论板当量高度。显然，等板高度愈小，说明填料层的传质效率高，则完 成一定分离任务所需的填料层的总高度可降低。等板高度不仅取决于填料的类型与尺 寸，而且受系统物性、操作条件及设备尺寸的影响。等板高度的计算，至今尚无满意 的方法，一般通过实验测定，或取生产设备的经验数据。当无实际数据可取时，只能 参考有关资料中的经验公式，此时要注意所用公式的适用范围。下面介绍默奇 （Murch）的经验公式，即：
u 4Vs / πD2
uG, max CL ,ρL——分别为汽相，液相密度，kg/m3； C——经验系数。 C值可从Smith图(图6-3)查得。此图是按表面张力σ＝20dyn/cm(1dyn=10-5N)时 得出的经验数值，当表面张力为其它值时,C值应按下式进行校正： 0.2 (6-7) C C20 20/ 应用smith图时，需预先拟定塔板间距和板上液层高度。塔板间距可从表6-1选 用，但应根据塔板流体力学计算的结果予以调整。
L L
(6-3)
等板高度的数据或关联结果，一般来自小型实验，故往往不符合工业生产装 置的实际情况。估算工业装置所需的填料层高度时，可参考工业设备的等板高度 经验数据。譬如，直径为25mm的填料，等板高度接近0.5m；直径为50mm的填料， 等板高度接近1m；直径在0.6m以下的填料塔，等板高度约与塔径相等；而当塔处 于负压操作时，等板高度约等于塔径加上0.1m。填料层用于吸收操作时的等板高 度要大得多，一般可按1.5～1.8m估计。此外，不同填料类型的等板高度值不同。 普通实体填料的等板高度大都在400mm以上。如25mm的拉西环HETP为0.5m， 25mm的鲍尔环HETP为0.4～0.45m。网体填料具有很大的比表面积和空隙率，为高 效填料，其等板高度在100mm以下，如CY型波纹丝网，Θ网环填料等。
化工设备设计基础塔设备强度设计计算
M M
ii W
ii E
Me
0.25M
ii W
Me
(取大值)
水压试验时间人为选定且时间较 短，在试验情况下最大弯矩取值
M ii max
0.3M
ii W
Me
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4M
ii max
Di2 ei
㈣ 筒体壁厚效核
１．最大轴向组合应力旳计算
内压塔设备
外压塔设备
正常操作 停修
正常操作
（1）水平风力旳计算
迎风面产生风压。与风速、
空气密度、地域和季节有关。
各地离地面10m处30年一遇
10分钟内平均风速最大值作为计算风压，
得到该地域旳基本风压q0，见表4-26。
风速随处面高度而变化。塔高于10m，应 分段计算风载荷，视离地面高度旳不同乘
以高度变化系数fi，见表4-27。
风压还与塔高度、直径、形状以及自振周 期有关。两相邻计算截面间旳水平风力为：
有多种振型，任意高度hK处集 中质量mK引起基本振型旳水平 地震力 FK1 Cza1hK1mK g
FK1-mK引起旳基本振型水平地震力 Cz-综合影响系数，直立圆筒Cz=0.5；
mK-距离地面hK处旳集中质量；
n
h1.5 K
mi
h1.5 i
hK1-基本振型参加系数， hK1
i 1
n
mi hi3
1、群座体与塔体对接焊缝
J-J截面旳拉应力校核
2、群座体与塔体搭接焊缝
J-J截面旳剪应力校核
思索题：
1.自支撑式塔设备设计时需要 考虑哪些载荷？
2.简述内压塔操作时旳危险工 况及强度校合条件。
一种是圆筒形， 一种是圆锥形。
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10
其中以水平方向振动 危害较大。 计算地震力时，仅考 虑水平地震力，并把 塔设备看成是悬臂梁。
11
5. 偏心载荷
塔外附属设 塔顶冷凝器偏心安装 塔底外侧悬挂再沸器 偏心载荷引起轴向压
应力和轴向弯矩Me，
Me mege
12
㈢ 圆筒的应力
1．塔设备由内压或外压引起的轴向
应力
1
pc Di
4 ei
2．操作或非操作时，重量及垂直地
轴向拉应力只进行强度校核，因为不 存在稳定性问题。
轴向压应力既要满足强度要求，又必 须满足稳定性要求，进行双重校核。
19
表12-10 轴向最大应力的校核条件
名称
轴向最大拉应 力max
强度校 核
稳定性校核
≤K[]tf
轴向最大压应 力max
≤K[]t ≤K0.06Etei/Ri
K为载荷组合系数，取K=1.2。
第九章 塔设备强度设 计计算
1
主要内容：
➢了解塔所承受载荷的特点。 ➢熟悉塔体和裙座承受的各项
载荷计算及强度校核步骤。 ➢能够确定塔体和裙座体危险
截面，并掌握塔体壁厚的校 核方法。
2
一、塔体 强度计算
室外H/D较
大的塔，
操作压力、
质量载荷、
风载荷、
地震载荷
偏心载荷等
3
㈠ 按设计压力计算筒体及封 头壁厚
震力引起的轴向应力（压应力）
2
mii 0
g
Fvii
Diei
13
3．最大弯矩在筒体内引起的轴向 应力
风M弯e。矩MW、地震弯矩ME、偏心弯矩
最大平均风速和可能出现的最大地震 烈度，同时达到最大值的几率极小。
通常操作下最大弯矩按下式取值：
Mm iia x M M W E ii ii 0 M .2e M 5W iiMe
(取大 )
14
水压试验时间人为选定且时间较 短，在实验情况下最大弯矩取值
M m iia x0.3M W ii M e
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4
M
ii ma
x
Di2 ei
㈣ 筒体壁厚效核
１．最大轴向组合应力的计算
内压塔设备
外压塔设备
正常操作 停修
正常操作
迎风 背风 迎风 背风 迎风 背风
1
+
室外自支承塔为悬臂梁。 产生风弯矩， 迎风面拉应力， 背风面压应力。
塔背后气流引起周期性旋涡，垂直于
风向的诱发振动弯矩。只在塔H/D较
大、风速较大时较明显，一般可忽略。
考虑两弯矩矢量叠加。
9
4. 地震载荷
地震烈度七度及以上地区，设计 时必须考虑地震载荷。
地震波作用下： 水平方向振动、 垂直方向振动、 扭转
思考题：
1.自支撑式塔设备设计时需要 考虑哪些载荷？
2.简述内压塔操作时的危险工 况及强度校合条件。
21
M0=m1+m2+m3 +m4+m5+ma+me
设备最大质量 （水压试验时）：
Mmax=m1+m2+m3 +m4+mw+ma+me
0.2m2:部分内件焊在塔体 设备最小质量：
空塔吊装，如未装保温层、 mmin =m1+0.2m2
平除台m3和、m扶4。梯等，则mmin应扣
+m3+m4 +ma+me
8
3. 风载荷
按第七章"容器设计基础"中 内压、外压容器的设计方法， 计算塔体和封头的有效厚度。
4
㈡ 塔设备所承受的各种载荷 计算
以下要讨论的载荷主要有： 操作压力； 质量载荷； 风载荷； 地震载荷； 偏心载荷。
5
１． 操作压力
➢内压塔，周向及轴向拉应力； ➢外压塔，周向及轴向压应力。 ➢操作压力对裙座不起作用。
6
２． 质量载荷
塔设备质量包括：
m1:塔体和裙座质量；
m2:内件；m3:保温材料；
m4:平台、扶梯质量；
m5:操作时塔内物料质量；
ma:人孔、接管、法兰等附件质量；
me:偏心；mw:液压试验时，塔内充液质量；
操作停修或水压试验等不同工况物料或充
水质量。
7
m1:塔体和裙座质量； 设备操作时质量：
m2:内件质量； m3:保温材料质量； m4:平台、扶梯质量； m5:操作时塔内物料； ma:人孔、接管等附件； me:偏心质量； mw:液压试验塔内充液
17
（2） 外压操作的塔设备
① 最大组合轴向压应力，出现ຫໍສະໝຸດ 在正常操作时的背风侧，即：
ma x (12 i i3 i i)
② 最大组合轴向拉应力，出现在
停修时的迎风侧，即：
ma x2 ii
ii 3
18
2. 强度与稳定性校核
根据正常操作或停车检修时的各种危 险情况，求出最大组合轴向应力， 必须满足强度条件与稳定性条件， 表12-10。
0
-
停修
迎风
背 风
0
应力 状态
2
-
-
-
3 + - +
-
+
-
ma 1-2+3 -（2+3） -（1+2+3） x
-
+
-
-2+163
（1） 内压操作的塔设备
① 最大组合轴向拉应力，出现
在正常操作时的迎风侧，即：
ii ii
max 1 2
3
② 最大组合轴向压应力，出现在
停修时的背风侧，即：
ma x( 2 ii3 ii)
其中以水平方向振动 危害较大。 计算地震力时，仅考 虑水平地震力，并把 塔设备看成是悬臂梁。
11
5. 偏心载荷
塔外附属设 塔顶冷凝器偏心安装 塔底外侧悬挂再沸器 偏心载荷引起轴向压
应力和轴向弯矩Me，
Me mege
12
㈢ 圆筒的应力
1．塔设备由内压或外压引起的轴向
应力
1
pc Di
4 ei
2．操作或非操作时，重量及垂直地
轴向拉应力只进行强度校核，因为不 存在稳定性问题。
轴向压应力既要满足强度要求，又必 须满足稳定性要求，进行双重校核。
19
表12-10 轴向最大应力的校核条件
名称
轴向最大拉应 力max
强度校 核
稳定性校核
≤K[]tf
轴向最大压应 力max
≤K[]t ≤K0.06Etei/Ri
K为载荷组合系数，取K=1.2。
第九章 塔设备强度设 计计算
1
主要内容：
➢了解塔所承受载荷的特点。 ➢熟悉塔体和裙座承受的各项
载荷计算及强度校核步骤。 ➢能够确定塔体和裙座体危险
截面，并掌握塔体壁厚的校 核方法。
2
一、塔体 强度计算
室外H/D较
大的塔，
操作压力、
质量载荷、
风载荷、
地震载荷
偏心载荷等
3
㈠ 按设计压力计算筒体及封 头壁厚
震力引起的轴向应力（压应力）
2
mii 0
g
Fvii
Diei
13
3．最大弯矩在筒体内引起的轴向 应力
风M弯e。矩MW、地震弯矩ME、偏心弯矩
最大平均风速和可能出现的最大地震 烈度，同时达到最大值的几率极小。
通常操作下最大弯矩按下式取值：
Mm iia x M M W E ii ii 0 M .2e M 5W iiMe
(取大 )
14
水压试验时间人为选定且时间较 短，在实验情况下最大弯矩取值
M m iia x0.3M W ii M e
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4
M
ii ma
x
Di2 ei
㈣ 筒体壁厚效核
１．最大轴向组合应力的计算
内压塔设备
外压塔设备
正常操作 停修
正常操作
迎风 背风 迎风 背风 迎风 背风
1
+
室外自支承塔为悬臂梁。 产生风弯矩， 迎风面拉应力， 背风面压应力。
塔背后气流引起周期性旋涡，垂直于
风向的诱发振动弯矩。只在塔H/D较
大、风速较大时较明显，一般可忽略。
考虑两弯矩矢量叠加。
9
4. 地震载荷
地震烈度七度及以上地区，设计 时必须考虑地震载荷。
地震波作用下： 水平方向振动、 垂直方向振动、 扭转
思考题：
1.自支撑式塔设备设计时需要 考虑哪些载荷？
2.简述内压塔操作时的危险工 况及强度校合条件。
21
M0=m1+m2+m3 +m4+m5+ma+me
设备最大质量 （水压试验时）：
Mmax=m1+m2+m3 +m4+mw+ma+me
0.2m2:部分内件焊在塔体 设备最小质量：
空塔吊装，如未装保温层、 mmin =m1+0.2m2
平除台m3和、m扶4。梯等，则mmin应扣
+m3+m4 +ma+me
8
3. 风载荷
按第七章"容器设计基础"中 内压、外压容器的设计方法， 计算塔体和封头的有效厚度。
4
㈡ 塔设备所承受的各种载荷 计算
以下要讨论的载荷主要有： 操作压力； 质量载荷； 风载荷； 地震载荷； 偏心载荷。
5
１． 操作压力
➢内压塔，周向及轴向拉应力； ➢外压塔，周向及轴向压应力。 ➢操作压力对裙座不起作用。
6
２． 质量载荷
塔设备质量包括：
m1:塔体和裙座质量；
m2:内件；m3:保温材料；
m4:平台、扶梯质量；
m5:操作时塔内物料质量；
ma:人孔、接管、法兰等附件质量；
me:偏心；mw:液压试验时，塔内充液质量；
操作停修或水压试验等不同工况物料或充
水质量。
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m1:塔体和裙座质量； 设备操作时质量：
m2:内件质量； m3:保温材料质量； m4:平台、扶梯质量； m5:操作时塔内物料； ma:人孔、接管等附件； me:偏心质量； mw:液压试验塔内充液
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（2） 外压操作的塔设备
① 最大组合轴向压应力，出现ຫໍສະໝຸດ 在正常操作时的背风侧，即：
ma x (12 i i3 i i)
② 最大组合轴向拉应力，出现在
停修时的迎风侧，即：
ma x2 ii
ii 3
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2. 强度与稳定性校核
根据正常操作或停车检修时的各种危 险情况，求出最大组合轴向应力， 必须满足强度条件与稳定性条件， 表12-10。
0
-
停修
迎风
背 风
0
应力 状态
2
-
-
-
3 + - +
-
+
-
ma 1-2+3 -（2+3） -（1+2+3） x
-
+
-
-2+163
（1） 内压操作的塔设备
① 最大组合轴向拉应力，出现
在正常操作时的迎风侧，即：
ii ii
max 1 2
3
② 最大组合轴向压应力，出现在
停修时的背风侧，即：
ma x( 2 ii3 ii)