1塔设备的附件(一)裙座

静设备知识问答--生产部塔设备1、什么是塔，其主要包括哪几部分？答：塔是炼厂主要工艺设备之一，它是用来完成混合物分离的设备。

主要包括以下几个部分：①塔体：包括筒体、端盖（主要是椭圆形封头）及联接法兰等。

②内件：指塔盘或填料及其支承装置。

③支座：支撑塔体的底座，一般为裙式支座，即裙座。

④附件：包括人孔、进出料接管，各类仪表接管，液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、外保温等。

2、按结构塔设备可分哪几大类？答：①板式塔：塔内有一层层相隔一定距离塔盘、液气两相就在塔盘上相互接触，进行热和质的传递，然后分开，气相继续上升到一层塔盘，液体流到下层塔盘上。

②填料塔：塔内充填着各种形式的填料，液体自上往下流，气体自下往上流，气液在填料表面上接触完成传质传热过程。

3、按用途塔设备的分类有哪些？答：（1）分馏塔：将液体混合物分离成各种组分，如常压塔、减压塔、各种精馏塔等。

（2）吸收塔：在塔内通过吸收液来分离气体。

（3）解吸塔：将吸收液通过加热减压等方法使溶解其中的气体再放出来。

（4）抽提塔：通过某种液体溶剂将混合物中有关产品分离出来。

（5）洗涤塔：用水来除去气体中无用的成分或固体颗粒，称为水洗塔，它同时还有一定的冷却作用。

4、塔的主要内部构件有哪些？答：常用的板式塔的主要内部构件有：塔盘、各种液体和气体出入管、除雾器、挡板及过滤器等。

5、塔的塔盘有何作用？答：塔盘是塔的最主要内部件，气液间的传质、传热过程就是通过塔盘来完成的。

塔盘增加了气液间的接触面积和接触时间，使传质、传热更充分。

6、什么是传质过程？精馏塔内是怎样完成传质和传热的？答：由于分子处于不停的运动状态，分子在运动中相互碰撞，改变自己的运动方向，从而从一个地方扩散到另一个地方，这就是传质过程。

在精馏塔内，塔盘上存在着气、液两相，并密切接触，由于两相组分组成不平衡，使液相中的易挥发组分得到热量成为气相，而气相中难挥发组分，冷凝下来成为液相，从而完成了一个传质和传热过程。

塔设备的安装方法有分段吊装和整体吊装两类。

分段吊装对抱杆的要求较低,但增加了现场高空作业的工作量。

整体吊装用抱杆将设备一次起吊并安装就位。

通常采用整体吊装法。

整体吊装法又可分为单杆及双杆整体吊装,较大型的塔一般采用后者。

而双杆整体吊装又有双杆整体滑移吊装、双杆整体递夺吊装以及联合整体吊装之分。

对于载荷、高度和直径等都很大的塔设备,应采用双杆整体滑移吊装法〔1〕,其吊装情况如图1。

用双杆整体滑移吊装时,在起吊的一瞬间,应对吊点处塔体断面的切应力和弯曲应力进行校核,详见文献〔1〕。

塔设备在起吊的瞬间,裙座底端受到较大的作用力,从而使裙座底端轴向截面处产生了弯曲应力。

因此,在最大弯矩截面处应将其最大应力控制在许可范围内,否则有可能使该部位产生较大的不可恢复变形,严重者将使塔设备无法就位安装。

因此,对起吊瞬间裙座底端的最大应力进行强度校核,是一个值得研究的问题,笔者对其进行了分析与研究。

1起吊瞬间裙座底端强度校核1.1建立力学模型裙座底端由底板、盖板以及部分裙座筒体组成,见图2。

较大的塔设备,其盖板应为整体式圆环板,不宜采用分块式结构。

当盖板采用整体式圆环板时,其位于盖板和底板之间的部分可作为裙座筒体的一部分;但当盖板采用分块式时,则不可计入裙座筒体部分。

由于筋板是分散的和有限的,因此在考虑起吊瞬间裙座底端的受力时,可忽略筋板的作用。

还有,环板或底板因螺孔对强度的削弱亦可忽略不计。

起吊瞬间作用于裙座底端的力如图2所示。

Q为塔的其它部分的作用剪力,W′为底端部分的重力,p为地面反作用力,显然Q+W′=p。

由于截面高度与裙座半径的比值较小,故可将其视为如图3a的一个圆环,裙座底端的应力就可以简化为圆环承受一对集中压力作用下的应力来分析。

1.2计算最大应力圆环的几何形状和受力的对称性,使其变形和内力也是对称的。

现将圆盘分成两部分(图3b),利用内力的对称性以及力平衡方程,则可求得作用于圆环截面上的力N0=p/2,剪力Q0=0。

例1-1有一塔设备（例1-1附图1-1），提馏段直径为2000mm ，精馏段直径为1600mm ，裙座高5000mm ，在操作条件下个部分的质量如表（1-4）所示。

已知平均风压为588Pa ，大气温度按15o C 考虑，塔壁保温层厚100mm 。

如此塔发生共振，试确定塔振动时塔顶的振幅，塔底截面处的弯矩。

表1-4 操作条件下塔体各部分的质量解：1．计算塔的自振周期根据直径的变化与质量分布的情形将塔分为10段（参见例1-1附图2）。

利用式（1-40）计算塔的自振周期：∑∑∑==-=⎪⎭⎫⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=n i i i B A ni i i n i i i H x m J h J H J H E T 1332131331因塔的直径只有一次变化，设分为A 、B 两大部分，惯性矩分别为JA 与JB ，则式（1-40）可写成：∑=⎪⎭⎫⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=n i i i B A A A B H x m J h J h J H E T 13333314320197.0012.06.14.08m s D J A =⨯⨯==π4320448.0014.024.08m s D J A =⨯⨯==π塔体各分段部分的质量以及有关的计算值列于表（1-5）。

表1-5 塔体分段部分的质量及有关的计算值塔分段序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hmi ，m 5620 5620562074207420742034453445 3445 3445 31.69xi ，m 1.6174.85 8.083 11.316 14.549 17.782 20.938 24.01 27.082 30.154 xi/H0.051 0.153 0.255 0.357 0.4590.561 0.6610.7580.8550.952(xi/H)3xX103 0.133 3.585 16.594 45.532 96.768 176.675 288.429 434.920 624.131 861.525 m(xi/H)3，kg 0.747 20.146 93.258 337.844 718.020 1310.929 993.638 1498.301 2150.130 2967.95510091如Pa E 111006.2⨯=则 s T 35.02.100770448.029.120197.029.120448.069.311006.231233311=⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⨯⨯=π2．计算临界风速 因风压值q0=588Pa ，在15oC 时空气的密度为p=1.226kg/m3，动力粘度m=1.79x10-5Pas ，设备外经D=2+0.028+2x0.1=2.228m ，根据伯努利方程，可知当地风速为：s m q v /31226.1588220=⨯==ρ651072.41079.1226.131228.2⨯=⨯⨯⨯==-μρDv R e 因Re>3.5x106，属于超临界区。

关于塔设备各结构的详细介绍根据塔类设备在炼油工艺及化工生产过程中作用的不同，.采用结构的不同，操作压力的不同，塔设备可分为：(1)按用途及在工艺过程中的作用可分为：分馏塔、吸收塔、解收塔、抽提塔、汽提塔、稳定塔、水洗塔和于燥塔等;(2)按内件结构可分为：板式塔、填料塔和转盘塔等;.(3)按压力可分为：常压塔、减压塔和加压塔等。

塔设备包括塔体、端盖、支座、接管、人孔或手孔、物料进出口、塔内附件、塔外附件等。

塔体是塔设备的外壳，用钢板卷焊制成，其直径随处理量及操作条件而定。

常见的塔休多为等直径.、等壁厚的圆筒。

随着生产装置的大型化，由于工艺需要和节约原材料，也有各种用途的不等直径，不等壁厚的大型塔设备用于炼油化工生产中。

塔的高度主要取决于对分馏产品的要求，炼油厂的分馏塔一般为十几米到几十米高。

.塔体壳壁的厚度除满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心载荷所引起的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停工的悄况下塔体的强度及稳定性。

另外.对塔体安装的垂直度和弯曲度都有一定的要求。

端盖是由钢板压制焊接而成，一般塔设备多采用标准椭圆形端盖。

减压塔多为半球形端盖，以有利承受外部较高的压强，而且可利用端盖自身做为破沫空间，以节省金属。

塔体支座是支承塔体并与基础连接的部件，一般采用裙座.。

其高度根据工艺要求及管线布置要求所决定。

由于炼油厂的塔设备重量较大，高度也较高，露天安置经常受到风力以及地震等载荷作用，因此，它应具有足够的强度和刚度。

接管是用以连接工艺管线，使之与相关设备连成封闭的系统，有物料进、出口接管、进气、排气接管，侧线进、出口管，安装检修用人孔、手孔接管，各种化工仪表接管等。

人孔和手孔是为了安装检修的需要而设置的。

板式塔内件由塔盘、降液管、溢流堰、紧固件，支承件及涂沫网装置等组成。

填料塔内件由喷淋装置，填料，栅板，液休再分配器等组成。

塔体内件是完成工艺过程，保证产品质量的主要部件之一。

塔器主体设计参数压力试验类型：液压试验塔板分布段数：0 指定筒体材料负偏差为0: 未指定为0 填料分布段数： 2筒体分段数（不包括变径段且不大于10）: 10 连接自下向上第2段与第3段筒体的变径段连接自下向上第1段与第2段筒体的变径段连接自下向上第4段与第5段筒体的变径段连接自下向上第3段与第4段筒体的变径段连接自下向上第6段与第7段筒体的变径段连接自下向上第5段与第6段筒体的变径段连接自下向上第8段与第9段筒体的变径段连接自下向上第7段与第8段筒体的变径段连接自下向上第9段与第10段筒体的变径段自下向上第1段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：14试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：1750试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.2602自下向上第2段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：5410试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.2602自下向上第3段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：4450试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.2602自下向上第4段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：1000试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.2602自下向上第5段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：1000试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.26023自下向上第6段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：1000试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.26023自下向上第7段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：1000试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)： 2 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.26023自下向上第8段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：1000试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.26023自下向上第9段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：3260试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.26023自下向上第10段筒体计算条件材料名称：S31603 本段设计压力（MPa）： 2.35 材料类型：管材本段设计温度（℃）：220 本段筒体内径（mm）：305 设计温度下许用应力[σ]t (MPa)：89.2 本段筒体名义厚度 (mm)：10试验温度下屈服点σs (MPa)：180 本段筒体长度 (mm)：556试验温度下许用应力[σ] (MPa)：99 腐蚀裕量C2 (mm)：0 钢板负偏差C1 (mm)：未指定为0 纵向焊缝焊接接头系数: 1 液柱静压力（MPa）：0环向焊缝焊接接头系数：1试验压力 (Mpa) ： 3.26023填料段数据自下向上第1填料段:操作工况下的填料密度（kg/m ）：300 该段填料底部距基础高度hf1（mm）：2827 该段填料顶部距基础高度hf2（mm）：7827填料段数据自下向上第2填料段:操作工况下的填料密度（kg/m ）：300 该段填料底部距基础高度hf1（mm）：21577 该段填料顶部距基础高度hf2（mm）：24577附件数据介质密度（kg/m ）：1000 塔釜液面高度（mm）：800 塔体保温层厚度（mm）：100 塔体保温层密度（mm ）：200 最大管线外径（mm）：89 管线保温层厚度（mm）：80 塔体上平台总个数：0 塔体上最低平台距基础的高度（mm）：塔体上最高平台距基础的高度（mm）：0 扶梯与最大管线的相对位置：90°平台宽度（mm）：0 平台包角（°）：360 载荷数据偏心载荷或集中载荷个数（不大于5）：2 塔设备附件质量系数（以壳体质量为基准）：1.2基本风压值（N/m ）：0地震设防烈度：7度(0.1g) 场地土类型：III类地面粗糙度类别：B类地震类型：第二组第 1 个偏心载荷数据偏心载荷重量（kg）：1000偏心载荷的作用位置到容器中心线的距离c（mm）：0 偏心载荷中心至基础的距离（mm）：5827第 2 个偏心载荷数据偏心载荷重量（kg）：1000偏心载荷的作用位置到容器中心线的距离c（mm）：0 偏心载荷中心至基础的距离（mm）：20000裙座数据裙座数据（1）基础类型：无框架裙座结构：圆筒形裙座与筒体连接形式：对接锥形裙座底截面内径（mm）：912 基础高度（mm）：200 裙座总高度（mm）：1077 裙座设计温度（°）：20 裙座名义厚度（mm）：12 裙座腐蚀裕量（mm）： 2 裙座材料：Q345R 设计温度下许用应力（MPa）189 设计温度下屈服点（MPa）：345 设计温度下弹性模量（MPa）：201000 裙座防火层厚度（mm）：0 裙座防火层密度（kg/m3）：0 指定裙座材料负偏差为0 未指定为0 裙座与筒体连接段材料：Q345R 裙座与筒体连接段长度（mm）：23 裙座与筒体连接段在设计温度下许用应力（MPa）：2裙座数据（2）裙座上同一高度处较大孔（包括人孔）个数：2 裙座上较大孔中心线高度h1（mm）：580裙座上较大孔引出管水平方向内径d（mm）：36 裙座上较大孔引出管名义厚度t（mm）：24裙座上较大孔引出管长度c（mm）：140裙座数据（3）地脚螺栓公称直径（mm）：36 地脚螺栓个数：8 地脚螺栓根径（mm）：31.67 地脚螺栓材料：Q235 地脚螺栓许用应力（MPa）：147 基础环板内径（mm）：712 基础环板厚度（mm）：22 基础环板外径（mm）：1112基础环板上地脚螺栓两侧筋板内侧间距（mm）：85 基础环板上两相邻筋板外侧最大间距L（mm）：319.82全部筋板块数：16 筋板厚度（mm）：16 筋板高度（mm）：250 筋板宽度（mm）：130 盖板结构：整块盖板宽度（mm）：0 盖板厚度（mm）：22 垫板宽度（mm）：80 垫板厚度（mm）：16 垫板螺栓孔直径（mm）：39 盖板螺栓孔直径（mm）：50框架结构数据框架高度（mm）：0 框架质量（kg）：0框架惯性矩（mm4）：0 框架材料（碳钢）弹性模量（MPa）：框架材料类型：混凝土上封头数据椭圆形封头数据材料类型板材曲面高度h I (mm) 81.25 材料名称S31603 直边高度h2（mm）25 试验温度下许用应力[σ] (MPa) 120 钢板负偏差C1 (mm) 未指定为0 设计温度下许用应力[σ]t(MPa) 104.8 腐蚀裕量C2 (mm) 0 焊接接头系数φ 1 名义厚度δn (mm) 10 液柱静压力（MPa）0下封头数据椭圆形封头数据材料类型板材曲面高度h I (mm) 81.25 材料名称S31603 直边高度h2（mm）25 试验温度下许用应力[σ] (MPa) 120 钢板负偏差C1 (mm) 未指定为0 设计温度下许用应力[σ]t(MPa) 104.8 腐蚀裕量C2 (mm) 0 焊接接头系数φ 1 名义厚度δn (mm) 14 液柱静压力（MPa）0。

塔设备裙式支座的设计摘要：裙座是塔设备的关键部位，牵涉到塔器的的安全运行，关系到人民生命和财产的安全塔设备是石油化工装置中重要设备，占整个系统设备总量的25%~46%，也就是说石油、化工设备装置中塔设备的投资比例在25%~46%以上，因此塔设备的安全运行关系到人民生命和财产的安全。

塔设备的安全运行除了塔体本身外，支撑也是同等重要，没有牢固的支撑，塔体甚至可能倒塌。

大型塔设备都是由裙座支撑，因此裙座的设计是设备设计中的一关键点。

裙座的设计除强度外主要考虑以下三个方面：1.环境温度的影响JB/T4710-2005《钢制塔式容器》中规定裙座壳用钢应按受压元件用钢选择，可见裙座的重要性。

受压元件用钢对材料的含碳量，硫磷含量及材料的强度，延展性，韧性都有较高要求，但不是所有受压元件用钢均可以使用到裙座上。

JB/T4710中规定裙座设计温度取使用地月平均气温的最低值加20度。

我国幅员辽阔，南方与北方气温相差很大，对于南方使用Q235系材料即可，但对于北方最冷月月平均气温达到零下30~40度的须使用Q245R、Q345R甚至低温钢。

2.介质温度的影响JB/T4710仅校核了按常温考虑的底截面及具有最大开孔的断面的组合应力，这两个截面远离塔体，仅环境温度影响，设计计算时许用应力按常温时选取即可，但对于裙座与下封头的焊缝及保温内的部分裙座标准上没有考虑。

在200度以内材料许用应力变化不大，但之后急剧缩小，因此当设备工作温度大于200度后不校核此部分的应力是很危险的。

此部分温度可通过传热计算得到，但不是设备专业范围，费时、费力、需花费一定财力且运行平稳后此部分的温度与设备内介质温度相差不大，因此可按设备介质温度作为此部分的设计温度，笔者有个简单易行的办法：在采用常温校核裙座后，对保温部分裙座采用与本体同牌号的材料连接塔体和裙座作为过渡段，因为裙座一般是采用Q235类材料，而塔体材料强度要高于裙座，只需要确认下过渡段材料在其设计温度下许用应力不低于环境温度下的裙座材料的许用应力即可。

㈡基础环板设计1. 基础环板内、外径的确定裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用（4-68）式中：D ob-基础环的外径，mm；D ib-基础环的内径，mm；D is-裙座底截面的外径，mm。

2. 基础环板厚度计算在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为：（4-69）式中：A b-基础环面积，mm2；W b-基础环的截面系数，mm3；（1）基础环板上无筋板基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度：（4-70）式中：δb-基础环厚度，mm；[σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。

对低碳钢取[σ]b=140MPa。

（2）基础环板上有筋板基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。

此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。

基础环厚度：（4-71）式中：δb-基础环厚度，mm；M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按表4-35计算，N·mm/mm。

无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。

㈢地脚螺栓地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。

在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。

塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为：（4-72）式中：σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。

当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。

当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。

地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算：（4-73）式中：d1-地脚螺栓螺纹小径，mm；C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6；[σ]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。

《化工设备设计基础》课程综合复习资料一、判断题1.在补强圈上设置一个M10的螺纹孔，其目的是为了检验焊缝紧密性。

答案：√2.轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置，为强度计算提供依据。

答案：√3.法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封，所以预紧密封比压越大越好。

答案：×4.一般情况下，钢板材料的许用应力[σ]t随钢板使用温度的升高而降低，随钢板厚度的增加而增加。

答案：×≤0，说明地脚5.塔设备的裙座地脚螺栓设计计算结果中，如果地脚螺栓承受的最大拉应力B螺栓实际并未承受载荷，设备自身足够稳定，因此可不必设置地脚螺栓。

答案：×6.16MnDR是低温压力容器专用钢材，其碳含量约为0.16%。

答案：√7.整体补强就是用增加整个筒体或封头壁厚的办法来降低峰值应力，使之达到工程许可的程度。

当筒身上开设排孔，或封头上开孔较多时，可采用整体补强的办法。

答案：√8.我国第一部压力容器的国家标准是GB/T 151-2014《热交换器》。

答案：×9.进行梁的弯曲强度计算时，对于抗拉和抗压强度不同的材料，只要求出最大拉应力，满足抗拉强度条件。

答案：×10.压力容器法兰的公称直径指的是与之相连的容器筒体或封头的公称直径。

答案：√11.薄膜理论中轴对称壳体主要指壳体的几何形状和约束条件是对称于旋转轴的。

答案：×12.当筒体足够长，两端刚性较高的封头对筒体的中部的变形不能起到有效支撑作用时，筒体最容易失稳压瘪。

答案：√13.“等面积补强法”的计算原则是：处于补强有效区内的补强金属截面面积，应该至少等于或大于被削去的金属截面面积。

答案：√14.由于边缘应力具有局部性，在设计中可以在结构上只作局部处理。

答案：×15.容器类别越高，设计、制造、检验、管理等方面的要求越严格。

答案：√16.薄壁圆筒两端受轴向均布外压作用，当达到临界压力值时，同样会发生失稳现象，这种失稳状态与径向承受外压圆筒失稳完全相同。

一、塔器的分类及用途1.塔设备的作用：2.塔器的分类:①按操作压力分②按单元操作分③按内件结构分：填料塔和板式塔3.填料塔的结构：①塔体②支座③人孔或手孔④吊柱及扶梯⑤操作平台⑥填料⑦除沫器，等等4.板式塔的结构：①塔体②支座③人孔或手孔④吊柱及扶梯⑤操作平台⑥塔盘等。

5.填料塔使用场合：①分离程度要求高的情况②具有腐蚀性的物料的情况③容易发泡的物料的情况6.板式塔使用场合：①液相负荷较小时②含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料等。

二、填料塔1.填料塔的特点：2.填料分类：散装填料和规整填料散装填料的分类：（1）环形填料（2）开孔环形填料（3）鞍形填料（4）金属环矩鞍填料规整填料分类：（1）丝网波纹填料（2）板波纹填料填料的选用：3.液体的分布器分类：（1）管式液体分布器：重力型和压力型（2）槽式液体分布器（3）喷洒式液体分布器（4）盘式液体分布器4. 液体的分布器作用：5. 了解填料支撑的种类，结构三、板式塔的种类1、泡罩塔的结构优点：缺点：2、浮阀塔的结构优点：缺点：3、筛板塔的结构优点：缺点：4、无降液管塔5、导向筛板塔6、斜喷型塔四、板式塔的塔盘1、板式塔的塔盘分类：溢流型和穿流型2、板式塔的塔盘结构分类：①整块式塔盘：定距管式塔盘和重叠式塔盘②分块式塔盘3、塔盘支撑结构种类，结构五、塔设备的附件1、除沫器的作用：2、常用的除沫装置：丝网除沫器、折流板式除沫器、旋流板除沫器3、吊柱的结构: 六、塔设备的计算塔设备的各种载荷，计算中需要知道设计哪些载荷塔设备标准的适用范围，什么样的设备，才算是塔设备设计压力，设计温度如何考虑材料的选择，负偏差，腐蚀裕量，最小厚度1.了解塔设备的受力模型，塔设备受力模型的理论基础地震受力模型地震水平力如何计算，地震垂直力如何计算；什么情况下考虑地震垂直作用力地震弯矩如何计算多质点的地震弯矩是如何叠加的风载受力模型风作用力的计算风弯矩的计算地震作用和风载作用是如何叠加的2.塔设备强度计算包括哪些步骤3.塔的固有周期，振型的概念是什么，又是如何参与到塔设备计算中的七、塔设备零部件1.裙座1.1裙座材料的选择，地脚螺栓的选择，许用应力的确定1.2裙座的类型，每种类型适用场合，每种结构有何要求1.3裙座与塔壳的连接形式，焊缝有和要求1.4排气孔，排气管和隔火圈的规格数量的确定1.5裙座上面引出管的结构如何设计1.6检查孔规格，数量的确定1.7地脚螺栓座的结构有哪些，每种结构尺寸如何确定的2.塔壳通常包括的元件有哪些，塔壳结构有哪些3.静电接地板如何设置4.地脚螺栓模板的用途，结构如何考虑5.设置吊柱的目的（分段塔可不设置吊柱），结构尺寸的确定6.塔设备吊耳如何选择，如何计算八、设备法兰（专题讨论）1）设备法兰的类型，以及各种类型的优缺点，各适用什么场合2）设备法兰的标准号，在选用标准设备法兰需要注意什么3）非标设备法兰如何计算，结构尺寸如何确定，怎样才算是最优设计4）设备法兰材料有哪些，如何选择5）设备法兰的制造，法兰的制造技术要求有哪些九、螺栓和螺母，1）螺栓材料选择，标准的选择，载荷计算2）螺栓长度计算十、垫片1）常用法兰垫片种类及其适用范围2）垫片的特征参数“m”，"y”表达什么意义，与法兰计算有何关系十一、管法兰（专题讨论）1）管法兰有哪些标准，标准之间有哪些差异，如何选用适合的标准，选标准法兰需要注意哪些事项2）非标管法兰如何设计3）法兰盖上面如何考虑开孔削弱4）管法兰的螺栓螺母如何选材料，如何确定长度十二、开孔和开孔补强1）补强结构（补强圈补强、厚壁接管补强和整体锻件补强）2）分别介绍每种补强结构的优点、缺点和适用场合等3）开孔补强的计算方法有哪些4）凸形封头上面的开孔补强需要注意哪些5）开孔与焊接缝距离有哪些要求，如果不满足需要如何处理6）开孔补强计算时，计算壳体有效厚度时，为何焊缝系数取1塔设备人孔和手孔的分布：十三、材料方面1）是否需要按照容规进行复检2）材料是否需要进行UT%, II级合格3）是否需要冲击试验4）什么晶间腐蚀，如何防止5）什么是间隙腐蚀，如何防止6）什么是应力腐蚀，如何防止7）什么是点腐蚀，如何防止十四、制造方面1）是否需要制备焊接试板2）是否需要热处理3）角焊缝是否需要打磨光滑4）是否需要冲击试验十五、检验方面要求1）A/B类焊缝如何检查2）C/D类焊缝如何检查3）水压试验如何进行，怎样才算合格4）气压试验如何进行，怎样才算合格5）什么情况下需要做气密试验美文欣赏1、走过春的田野，趟过夏的激流，来到秋天就是安静祥和的世界。

第一章绪论1.1塔设备概述塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。

在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。

这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。

传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。

以及吸附、离子交换、干燥等方法。

相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。

在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。

为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。

根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。

在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。

两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为：（1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等；（2）内件，指塔盘或填料及其支承装置；（3）支座，一般为裙式支座；（4）附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。

塔体是塔设备的外壳。

常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。

随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。

塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。

另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。

支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。

其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。

它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。

塔设备裙式支座的设计摘要：裙座是塔设备的关键部位，牵涉到塔器的的安全运行，关系到人民生命和财产的安全塔设备是石油化工装置中重要设备，占整个系统设备总量的25%~46%，也就是说石油、化工设备装置中塔设备的投资比例在25%~46%以上，因此塔设备的安全运行关系到人民生命和财产的安全。

塔设备的安全运行除了塔体本身外，支撑也是同等重要，没有牢固的支撑，塔体甚至可能倒塌。

大型塔设备都是由裙座支撑，因此裙座的设计是设备设计中的一关键点。

裙座的设计除强度外主要考虑以下三个方面：1.环境温度的影响JB/T4710-2005《钢制塔式容器》中规定裙座壳用钢应按受压元件用钢选择，可见裙座的重要性。

受压元件用钢对材料的含碳量，硫磷含量及材料的强度，延展性，韧性都有较高要求，但不是所有受压元件用钢均可以使用到裙座上。

JB/T4710中规定裙座设计温度取使用地月平均气温的最低值加20度。

我国幅员辽阔，南方与北方气温相差很大，对于南方使用Q235系材料即可，但对于北方最冷月月平均气温达到零下30~40度的须使用Q245R、Q345R甚至低温钢。

2.介质温度的影响JB/T4710仅校核了按常温考虑的底截面及具有最大开孔的断面的组合应力，这两个截面远离塔体，仅环境温度影响，设计计算时许用应力按常温时选取即可，但对于裙座与下封头的焊缝及保温内的部分裙座标准上没有考虑。

在200度以内材料许用应力变化不大，但之后急剧缩小，因此当设备工作温度大于200度后不校核此部分的应力是很危险的。

此部分温度可通过传热计算得到，但不是设备专业范围，费时、费力、需花费一定财力且运行平稳后此部分的温度与设备内介质温度相差不大，因此可按设备介质温度作为此部分的设计温度，笔者有个简单易行的办法：在采用常温校核裙座后，对保温部分裙座采用与本体同牌号的材料连接塔体和裙座作为过渡段，因为裙座一般是采用Q235类材料，而塔体材料强度要高于裙座，只需要确认下过渡段材料在其设计温度下许用应力不低于环境温度下的裙座材料的许用应力即可。

塔设备规范塔设备设计⼀、塔设备的结构设计塔设备在⽯油、化⼯等⽣产中，⼴泛⽤于精馏、吸收、萃取、⽓体增湿、离⼦交换等单元操作中。

虽然所进⾏的⼯艺过程（单元操作）各不相同，其结构形式各异但根据塔的内件结构可将塔设备划分为板式塔和填料塔两⼤类。

不论是板式塔还是填料塔，均由以下⼏部分组成：塔体由筒体、封头、联接法兰等组成。

内件由塔盘、填料及⽀承装置组成。

⽀座⼀般采⽤裙式⽀座。

附件包括⼈孔、⼿孔、各种接管、吊柱、操作台、扶梯、保温层等。

（⼀）板式塔图5-1 板式塔1板式塔的总体结构及其分类板式塔的结构⽰意图如图5-1所⽰。

板式塔的主体部分由塔体和裙座构成。

塔体和裙痤多采⽤钢板焊制。

裙座为上端与塔体底封头焊接在⼀起，下端通过地脚螺栓固定在基础上。

有的塔体需⽤铸钢制造时，采⽤以每层塔盘为⼀段，⽤法兰联接的形式。

板式塔的内件主要由多层塔盘组成。

各层塔盘的结构相同，由⽓液接触元件（如浮阀、筛孔、泡罩等）、塔盘板、溢流装置、降液管受液盘以及⽀承件、紧固件等元件组成。

⼀般塔盘间距相同。

开有⼈孔的塔盘间距较⼤，通常为700mm。

最底⼀层塔盘到塔底的距离也⽐塔盘间距⾼，因为塔底空间起着贮槽的作⽤，保证料液有⾜够的储存，使塔底液体不致流空。

最⾼⼀层塔盘和塔项距离也⾼于塔盘间距，在这⼀段上往往装有除沫器。

塔盘结构有整块式和分块式两种。

采⽤形式与塔径⼤⼩有关，当直径⼩于700mm的板式塔采⽤整块式塔盘，由于塔体分段，所以塔盘的安装可在塔外进⾏，塔体不需开设⼈孔。

当塔的直径⼤于700mm时，应采⽤分块式塔盘，塔体上开设⼈孔，塔盘的装、拆可以在塔内进⾏。

按塔盘上⽓、液两相接触元件结构的不同，板式塔⼜可分为：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、⾆形塔以及各种复合型塔。

⽬前，国内⽯油化⼯⽣产中使⽤较多的板式塔为筛板塔和浮阀塔。

1．整块式塔盘结构采⽤整块式塔盘的塔体是由若⼲塔节组成，各塔节之间⽤法兰联接，每个塔节安装⼀⾄数块塔盘。

根据塔盘的⽀承⽅式，整块式塔盘分为定距管式和重叠式两类。