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1、2009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 标准分享网 免费资料下载网站 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
2、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. 塔式容器简介,0.4 塔式容器设计的有关标准规范： 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
3、20652-1998 塔器设计技术规定,一、总则：,1.适用范围 适用于设计应力不大于35Mpa, H /D5，且高度H10m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： 塔式容器必须是自支承的。 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。,一、总则：,1.适用范围 塔式容器属于高耸结构，其承受的载荷除压力、温度载荷外，还有风载荷、地震载荷、重量载荷、偏心载荷等。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
4、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。 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/D4时，以剪切振动为主；4H/D10时为剪、弯联合振动；10H/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。 本标准仅适用于裙座自支承
5、的塔器，所谓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。,一、总则：,2. 塔式容器应考虑的载荷和工况： 载荷： a. 压力（含液住静压力）载荷； b. 重力载荷（含偏心载荷、附加重力载荷等）； c. 风载荷：顺风和横向风； d. 地震载荷：水平地震力和垂直地震力。 工况： a. 安装工况； b. 水压试验工况； c. 操作工况； d. 检修工况。,一、总则：,2. 塔式容器应考虑的载荷和工况： 从载荷性质上分：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
6、. 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。,一、总则：,3. 设计压力与设计温度 对工作压力小于0.1MPa的内压塔式容器、设计压力取不小于 0.1MPa； 真空塔式容器、设计压力按承受外压考虑。当无安全控制装置时， 取0.1MPa； 由中间封头隔成两个或两个以上压力室的塔式容器应分别确定其 设计压力； 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； 裙座
7、壳的设计温度取使用地区月平均最低气温的最低值加20。,一、总则：,4. 腐蚀裕量与最小厚度 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=KB K腐蚀率 毫米/年 B构件设计寿命，一般为1520年 b) 各元件受到腐蚀程度不同时，分别确定其腐蚀裕量； c) 介质：压缩空气，水或水蒸汽，材质为碳素钢或低合金钢时，腐蚀 裕量不小于1毫米。 B. 裙座和地脚螺栓 a) 裙座腐蚀裕量取C2=2mm； b) 地脚螺栓的腐蚀裕量，取C2=3mm。,一、总则：,4. 腐蚀裕量与最小厚度 腐蚀裕量： C.塔器内件腐蚀裕量 结构形式 受力状态 腐蚀裕量
8、C2 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 可拆卸并可从 受力 取塔壳腐蚀裕量的1/4 人孔取出 不受力 0,一、总则：,4. 腐蚀裕量与最小厚度 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，不小于2mm。 B. 裙座壳和地脚螺栓 a) 裙座壳的最小厚度标准没有要求，但规范规定裙座壳的名义厚度不 得小于6mm。 b) 地脚螺栓直径，规范并无限制，但工程上一般不小于M 24，最大不 超过M100。,一、总则：,5. 材料的选用： A. 受压元件 受压元件材料选用
9、按GB150规定； B. 非受压元件 应是已列入材料标准的钢材，当与受压元件焊接是，应是焊接性 能良好的钢材； C. 裙座材料 裙座壳体按受压元件用钢要求选用。因为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。 必要时裙座应设过渡段，使裙座顶部与塔体下部封头材料相同。 SH3098石油化工塔器设计规范规定： a. 设计温度T-20或T350，应设置过渡段； （HG20652规定,T250时） b. 塔釜封头材料为低温用钢、不锈钢、铬钼钢时，应设置过渡段； c. 裙座过渡段长度不小于300mm;设计温度低于-20或高于350 时，过渡段长度（壁温层厚度的46倍）不小于500mm；
10、 d. 裙座高度低于2.5m,可不设过渡段，但裙座材质应与底封头材质 相同或接近。,一、总则：,6. 许用应力 A. 塔式容器壳体（含裙座壳体） 按GB150材料一章选取。 B. 非受压元件、基础环、盖板和筋板、地脚螺栓 a）地脚螺栓 Q235A bt = 147 Mpa 16MnR bt = 170 Mpa 采用其它材料时: 碳素钢 ns 1.6 低合金钢 ns 2.0 b）基础环、盖板和筋板 碳素钢 = 147 Mpa 低合金钢 = 170 Mpa,一、总则：,7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：是在应力组合后，其许用应力（强度或稳定）乘以 一个等于1.2的载荷
11、组合系数K。 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1.2倍，即许 用应力值在原来受压构件许用应力基础上乘一个系数K=1.2。,二、结构：,1. 裙座的型式： 分为圆筒形和圆锥形两种。 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。,二、结构：,2. 筒体与裙座的连接型式 分为对接和搭接
12、两种， 1. 对接 要求：裙座壳体外径与塔 体封头外径相等。 焊接接头型式： 标准中没有明确要求。 SH3098中，下列情况应开坡口： 1）可能引起横向振动的高塔（H/D20); 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。,二、结构：,2. 筒体与裙座的连接型式 2. 搭接： 分为搭接在封头与 搭接在筒体上两种。,二、结构：,3. 当塔壳封头由多块板拼接制成时，拼接焊缝处的裙座壳应开缺口，如下图所示。（尺寸见表73）,二、结构：,4. 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。 如图所示。 当塔内操作温度较高或温 度变化
13、比较激烈时，裙座与塔 壳的连接焊缝处产生较大的温 差应力，造成破坏。 隔气圈起空气隔离作用， 缓解了焊缝处温差应力过高， 或温差变化过大的情况。 隔气圈结构见标准图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。 为确保设备的安全运行， 有条件时最好进行温度场和疲 劳分析。,二、结构：,5. 裙座排气孔： 塔式容器操作过程中，可能有气体逸出积聚在裙座与塔底 封头之间的死区中，它 们有些是易燃，另外的 气体，有些是具有腐蚀 作用的气体，会危及塔 器正常操作或检修人员 的安全，故设置排气孔， 如图所示。 排气孔在裙座有保温或防 火层时，应改为排气管。,二、结构：,6. 地脚螺
14、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的情况。,二、结构：,2）结构2： 为中央地脚螺栓座结构，优点是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。,三、计算：,1. 计算内容： 计算内容： 自振周期； | 地震载荷：水平地震力和垂直地震力； |（计算截面弯矩） 风载荷：顺风向风振和横风向风振； | 塔的挠度计算等四部分。 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
15、缝校核； 塔体法兰当量设计压力等。,三、计算：,1. 计算内容： 计算时所需准备计算条件： （1）工艺必要的给定条件 （2）塔设备设置地区的条件设置地区的基本风压值，地震设防烈 度，设计基本地震加速度，场地土类别等。 地震设防烈度，设计基本地震加速度可按GB50011-2001 建筑抗震设计规范（替代GBJ11-1989） 设计地震分组近震、远震 基本风压值可按GB50009-2001建筑结构载荷规范 GBJ17-1988钢结构设计规范中基本风压值取所在地 10m高度30年一遇10min最大平均风速为基本风速； GB50009改为50年一遇。 基本风压值计算公式： （3）塔体的设计压力、设计温
16、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）偏心悬挂的附属设备的重量确定（最小、操作及最大重量）。,三、计算：,1. 计算内容： 计算时所需准备计算条件： （5）确定危险截面位置。一般来说，危险截面为下述截面。 a. 塔器裙座底截面。 b. 裙座上开设人孔、手孔、引出管孔的中心位置截面。 c. 塔器筒体与裙座对接焊缝（或搭接焊缝）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、地震载荷计算中一般把塔体最多分为9段，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。,
