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第九章钢制塔式容器第一节塔式容器结构【学习目标】学习JB/T4710-2005《钢制塔式容器》，了解钢制塔式容器结构及制造、检验与验收要求。
一、JB/T4710《钢制塔式容器》标准简介JB/T4710-2005《钢制塔式容器》标准规定了钢制塔式容器的设计、制造、检验与验收要求。
该标准适用于设计压力不大于35MPa，高度H大于10m、且高度H与平均直径D之比大于5的裙座自支承钢制塔式容器。
二、钢制塔式容器结构塔式容器结构示意图见图9-1。
图9-1 塔式容器结构示意图1、塔体塔体的塔壳及接管等元件的结构型式和要求应满足GB150的有关规定。
2、裙座裙座分为圆筒形和圆锥形两种型式。
圆锥形裙座的半锥顶角θ不宜超过15°，裙座壳的名义厚度不应小于6mm。
3、裙座与塔壳的连接型式裙座和塔壳的连接可采用对接或搭接型式。
图9-2 裙座壳与塔壳的对接型式图9-3 裙座壳与塔壳的搭接型式①采用对接型式时，裙座壳的外径宜与相连塔壳封头外径相等，裙座壳与相连塔壳封头的连接焊缝应采用全焊透连续焊。
其焊接结构及尺寸见图9-2。
②采用塔接型式时，搭接部位可在塔壳封头上，见图9-3a)、b)，也可在圆筒体上，见图9-3c)、d)。
具体要求如下：a）当裙座壳与封头搭接时，搭接部位应位于封头的直边段。
此搭接焊缝至封头与圆筒连接的环向连接焊缝距离宜在（1.7～3）δns范围内，但不得与该环向连接焊缝连成一体。
b）当裙座壳与圆筒搭接时，此搭接焊缝至封头与圆筒连接的环向连接焊缝距离不应小于1.7δn，封头的环向连接焊缝应磨平，且应按JB/T4730要求100%无损检测合格。
c）搭接接头的角焊缝应填满。
4、当塔壳封头由多块板拼接制成时，拼接焊缝处的裙座壳宜开缺口，缺口型式及尺寸见图9-4和表9-1。
图9-4 裙座壳开缺口型式5、排气孔、排气管和隔气圈①无保温（保冷、防火）层的裙座上部应均匀设置排气孔，排气孔规格和数量按表9-2规定。
塔式容器制造工艺及问题处理摘要介绍了什么是塔器及其制造的工艺步骤，及其在制作过程中遇到的问题和解决问题的方式。
关键词塔器；制造工艺；存在问题塔式容器是高度与直径的比值大于5，且高度大于10米的裙座自支撑钢制塔器。
塔器属于高耸结构，它承受的载荷除压力、温度、载荷外，尚有风载荷、地震载荷与重量载荷等。
在压力较低时，风载荷或地震载荷就成为塔器安全运行的主要载荷。
而这些载荷在塔壳和裙座壳截面中产生的是应力是弯曲应力。
鉴于此种情况，塔式容器在制造过程中要严格按工艺步骤进行制造，并严格控制各个阶段的偏差和质量。
1 制作工艺流程第一步：准备阶段将封头、筒节、裙座、人孔、接管法兰、内件等按图纸及相关标准要求检验合格并备齐，并移植材料标记，所有材料要有材料质量证明书，下料尺寸符合图纸要求。
第二步：筒节组对1）根据各筒节的圆度及顺序划出各筒节的组对基准线，并打好组对顺序标记。
要求相邻两筒节A类接头焊缝中心线间外圆弧长应大于钢板厚度的3倍，且不小于100mm；2）在滚轮架上根据筒节组对基准线和顺序找正点固两筒节，要求任意3000mm筒节直线度允差不大于3mm，塔体总的直线度允差应符合图纸要求，每组装一筒节均应采用拉线法测量筒体直线度并对不符合要求者作出调整。
组对时筒体错边量、棱角度要符合标准要求；3）按焊接工艺规程施焊。
施焊时为防止焊接变形，可采用加内支撑或内焊等距矩形块及对称焊法；4）其它筒节施焊按上述程序依次进行。
注：为了运输方便，根据运输要求可在适当的位置分段。
分段交货的塔器应做好以下几个方面的工作：（1）应进行整体预组装，组装后的外形尺寸偏差应符合图纸及标准要求；（2）应打好对接焊缝的坡口并在其内、外边缘50mm的范围内不得涂刷影响现场焊接及可能引起火灾的防锈漆，只可涂刷可焊性防锈涂料；（3）为防止运输变形，应在分段处筒体内加内支撑。
第三步：筒体与上封头组对1）测量封头的圆度，划出封头的组对基准线，并打好组对顺序标记。
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气液传质设备塔器设备Mass Transfer Equipments大型化工装置大型化工装置常见的化工设备：反应器塔器换热器容器1、容器：主要用来贮存原料，中间产品和成品等。
按形状分有圆柱形、球形等，而以圆柱形容器应用最广。
2、换热器：主要用来使两种不同温度的物料进行热量交换，以达到加热或冷却之目的。
33、反应器：主要用来使物料在其中间进行化学反应，生成新的物质，或者使物料进行搅拌、沉降等单元操作。
4、塔器：用于吸收、洗涤、精馏、萃取等化工单元操作。
塔器多为立式设备，其断面一般为圆形。
塔器的高度和直径之比，一般相差较大。
常见化工设备反应器塔器容器换热器第一章概论第一节塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。
它可使气（或汽）液和液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。
可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。
此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
这些过程都是在一定的压力、温度、流量等工艺条件下，在一定的设备内完成的。
由于其过程中两种介质主要发生的是质的交换，所以也将实现这些过程的设备叫传质设备；从外形上看这些设备都是竖直安装的圆筒形容器，且长径比较大，形如“塔”，故习惯上称其为塔设备。
第一节塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备能够为气、液或液、液两相进行充分接触提供适宜的条件，即充分的接触时间、分离空间和传质传热的面积，从而达到相际间质量和热量交换的目的，实现工艺所要求的生产过程，生产出合格的产品。
2011年江苏省D类压力容器设计人员培训班JB / T 4710－2005 标准学习《塔式容器》0. 塔式容器简介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。
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。
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。
塔式容器设计的有关参考标准规范：1. GB50011-2001《建筑抗震设计规范》2. GB50009-2001《建筑结构载荷规范》3. SH 3098-2000 《石油化工塔器设计规范》4. SH 3048-1999 《石油化工钢制设备抗震设计规范》5. HG 20652-1998 《塔器设计技术规定》关于JB/T 4710-2005：1. 替代 JB 4710-2000（实际替代 JB 4710-1992)；2. 与 GB 150-1998 相关内容一致；3. 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》→GBJ11GB50009-2001《建筑结构载荷规范》→GBJ174. 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,（2） H /D＞5，且高度H＞10m;（3）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的距离）；D——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。
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、带有夹套的塔式容器不适用本标准（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；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）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、平台等的重力载荷；e. 风载荷和地震载荷；△需要时，还要考虑下列载荷：（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；j. 运输和吊装时的作用力。
□工况：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。
（5.1.3）a. 安装工况；b. 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）。
□载荷性质可以分为静载荷和动载荷，区别：a. 载荷大小、方向甚至作用点等不随时间变化的是静载荷，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，而静载荷的解是单一的。
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。
3. 设计压力与设计温度（1）确定设计压力时，要考虑：□装有超压泄放装置时，按GB150确定设计压力；□对工作压力小于的内压塔式容器，设计压力取不小于；□真空塔式容器按承受外压考虑，无安全控制装置时，设计压力取MPa；□有两个或两个以上压力室组成的塔式容器，应分别确定各室的设计压力。
（2）确定设计温度时，要考虑：□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，可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℃。
4. 腐蚀裕量与最小厚度（1）腐蚀裕量：A. 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——腐蚀率毫米/年B——构件设计寿命，一般取15~20年b) 各元件受到腐蚀程度不同时，分别确定其腐蚀裕量；B. 裙座和地脚螺栓碳钢、低合金钢制裙座，腐蚀裕量取C2≥2mm；地脚螺栓，腐蚀裕量取C2≥3mm；C.塔器内件及附件的腐蚀裕量（参考）结构形式受力状态腐蚀裕量C2（1）不可拆卸或不能受力取塔壳腐蚀裕量从人孔取出不受力取塔壳腐蚀裕量的1/2（2）可拆卸并可从人受力取塔壳腐蚀裕量的1/4孔取出不受力 0□最小厚度：A. 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、且不小于3毫米；b) 高合金钢制为2/1000 Di，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。
b) 裙座基础环不小于16mm;（SH3098)c) 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。
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；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;地脚螺栓: Q235 147MPa ; Q345 170MPa安全系数：碳钢 ns≥ ; 低合金钢 ns≥;基础环、盖板和筋板: 碳钢 147MPa ; 低合金钢 170MPa（3）圆筒B值的计算：1）计算系数 A = δe / Di2）按 GB 150 外压圆筒算图，查B值，或按B = 2 A Et / 3 计算；（4）载荷组合系数K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，计算壳体和裙座的组合拉、压应力时，由于载荷为短期作用载荷，许用应力值可以提高倍，即许用应力值乘系数 K = 。
二、结构：1. 裙座的型式：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°；无论圆筒形或圆锥形裙座壳其名义厚度不得小于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:a. 由于地脚螺栓数量多，且需保持一定的螺栓间距；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。
2. 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。
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);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。
（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％无损检测；□搭接接头距环焊缝不少于倍筒体壁厚；角焊缝应填满。
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7－3）按封头厚度 R = 35～70mm;厚度大于38mm，R = 2倍封头厚度4.隔气圈□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、图7-7；□隔气圈至封头切线的尺寸 L可参照标准释义表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□裙座上部应均匀设置排气孔；当裙座与封头拼接焊缝处有缺口时，可不设□裙座有保温或防火层时，应设置排气管。
□规格、数量及尺寸见表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。
□尺寸可参照标准释义表3-2。
（2）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少，需予埋。
对塔高较小的塔式容器，地脚螺栓座可简化成单环板结构。
优点：结构简单；缺点：地脚螺栓座整体强度不足。
□尺寸可参照标准释义表3-3。
7. 壳体、裙座上要考虑的其他结构□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；（）□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）8. 吊柱及吊耳：（1）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；□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。
（2）吊耳：吊耳的结构、位置及数量应按吊装方式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 ；□计算：吊耳计算、壳体局部应力计算等。
