塔式容器要点.docx

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塔式容器要点

二.钢制塔式容器的适用范围

●JB/T4710-2005《钢制塔式容器》

●独立标准；

●适用于H/D＞5，且高度H＞10m裙座自支承的塔式容器；

●H—总高（基础环板下表面至塔器上封头切线处的高度）；

●D—塔壳的公称直径。

●对不等直径塔式容器（加权平均值）：

D=D1L1/H+D2L2/H+···

●不适用于带有拉牵装置的塔器（如：

烟囱）；

●不适用于带有夹套的塔式容器。

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，计算臂厚取决于压力或最小厚度。

钢制塔式容器设计参数1

①塔式容器应考虑的载荷：

5.1.4P8

a.压力载荷:

设计压力；液柱静压力（当液柱静压力小于5%的设计压力时可忽略不计）；试验压力；

b.重力载荷：

塔器空重：

包括塔器壳体（圆筒和封头）、裙座和附件（如接管、管嘴、人孔、法兰、支承圈、支座和不可拆的内件等）的重力载荷；

可拆的内件重力载荷：

如填料（催化剂）、可拆塔盘板、除沫器、催化剂等的重力载荷；

物料的重力载荷：

指正常工作状态下物料的最大重量。

对于固体物料（颗粒料或粉料），应按堆积密度计算重力载荷；

试压（或试漏）液体的重力载荷；

隔热材料重力载荷：

如保温或保冷层及其支持件的重力载荷；

其他附件的重力载荷：

如与塔直接连接的钢平台、扶梯、工艺配管及管架等附件的重力载荷。

c.风载荷：

顺风和横风向；

d.地震载荷：

水平地震力和垂直地震力（沿塔高成倒三角形分布）；

e.偏心载荷；

f.管道外载荷（管道推力和力矩）；

g.由塔外部附件（如管架、支座或其他悬挂在塔器上的设备）引起的外载荷；

h.由于热膨胀量或线膨胀系数的不同引起的作用力。

②　塔式容器应考虑的工况：

a.安装工况；

b.水压试验工况；

c.操作工况；

d.检修工况。

③从载荷性质上分：

可以分为静载荷和动载荷

a.载荷大小、方向甚至作用点等不随时间变化的是静载荷，（如压力载荷，重力载荷）；随时间变化的是动载荷,（如风载荷，地震载荷）

b.动载荷能使结构产生加速度，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。

④设计压力：

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，其他按GB150取值；

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；

⑤设计温度：

容器的塔体：

按GB150取值；

裙座壳：

取使用地区月平均最低气温的最低值加20℃。

⑥腐蚀裕量：

凡是与工作介质接触的塔的筒体、封头、接管、人（手）孔及内部构件等，均应考虑腐蚀裕量。

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；

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。

.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。

C.可不计腐蚀裕量的情况：

不锈钢，不锈复合钢，不锈钢衬里（介质对所接触的不锈钢不发生腐蚀时）；

法兰密封面；

可经常更换的非受力元件；

用涂漆可以有效防止环境腐蚀的塔体外表面及其外部构件（不包括裙座，不包括腐蚀裕量）。

⑦最小厚度：

A.容器壳体：

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）裙座壳的最小厚度没有要求，但规范规定裙座壳的各段厚度不得小于6mm。

b）地脚螺栓直径，规范并无限制，但工程上一般不小于M24，最大不超过M100。

⑧许用应力（材料）

A.塔式容器壳体（含裙座壳体）（受压元件）

按GB150材料一章选取。

《化工设备设计全书》“塔设备”P312介绍：

常用的裙座材料为Q235-B,Q245R和Q345R。

●塔釜封头的材料为低合金高强度钢、高合金钢或塔体要整体热处理时，裙座顶部要增设与塔釜封头相同材料的短节（短节长度一般取300mm），以保证塔釜封头与裙座焊接时的封头质量。

操作温度低于0℃（有资料介绍：

低于-20℃）或高于350℃时，短节长度应以温度影响范围确定。

当无法确定时，短节长度一般取保温层厚度的4倍，且不小于500mm。

当裙座低于2.5米时，可不设过渡段，取裙座筒体与塔体材料相同。

●B.非受压元件，基础环，盖板和筋板，地脚螺栓

●a）地脚螺栓Q235—A[σ]=147MPa

●16Mn[σ]=170MPa

●采用其他材料时ns≥1.6

●b）基础环，盖板和筋板

●碳素钢[σ]=147MPa

●低合金钢[σ]=170MPa

四.钢制塔式容器的结构

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。

见图7-2。

2.筒体与裙座的连接型式

分为对接和搭接两种：

①对接要求：

裙座壳体外径与塔体封头外径相等；（注：

此连接焊缝应采用全焊透连续焊）

②搭接：

分为搭接在封头与搭接在筒体上两种。

（注：

此连接角焊缝应填满）

注：

当H/D＞5，且设防烈度≥8度时，不宜采用搭接。

2.筒体与裙座的连接型式：

见图7-2，图7-3。

①两焊缝间应≥1.7δns；

②角焊缝应填满；

③覆盖的焊缝应磨平，且应进行100%无损检测。

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，

如图7-4所示。

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7-6，图7-7所示。

5.排气孔或排气管：

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，易爆的气体，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。

排气孔在裙座有保温或防火层时，应改为排气管，如图7-5所示。

6.引出管及引出孔：

塔底部接管（引出管）应通过裙座上的引出孔伸到裙座外部，如图7-8所示。

引出孔的通道管（加强管）规格见表7-6。

注意：

当介质温度大于-20℃时，引出孔的引出管上应焊支撑板；

当介质温度小于或等于-20℃时，引出孔处应采用木块支撑引出管；

7.检查孔及排净孔：

A.裙座应开设检查孔，一般为圆形孔，离裙座底面高约900mm；

检查孔的数量及尺寸见表7-7；

引出孔和检查孔与裙座筒体的连接应采用全焊透结构。

壁厚宜取裙座筒体的厚度，但不宜大于16mm。

B.裙座筒体底部宜对开两个排净孔。

8.地脚螺栓座：

A.由基础环、筋板、盖板和垫板组成，结构如图7-9（a）所示，该结构适用于予埋地脚螺栓和非予埋地脚的情况。

B.图7-9（b）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。

C.对塔高较小的塔式容器，且基础环板的计算厚度小于20mm时，地脚螺栓座可简化成单环板结构，（但基础环板厚不应小于16mm）。

优点：

结构简单；缺点：

地脚螺栓座整体刚度不足。

2.计算之前需分段：

●A.计算自振周期和地震载荷时，塔的计算分段应符合下列原则：

●①对于不等截面塔（包括等直径不等壁厚或不等直径塔），在计算基本自振周期和地震载荷时，将其视为多质点体系，沿塔高度分为若干计算段，各段的质量作用在该段高度的二分之一处。

●②对于等直径、等壁厚的塔，计算自振周期和地震载荷时可不分段，但对于较高的塔为了精确计算地震载荷，可分为若干计算段。

③划分计算段时，应满足以下要求：

●每一段的几何形状没有突变，如直径相等的圆筒体、半顶角不变的锥壳；

●每一段壳体的厚度必须相等；

●每一段的质量分布没有突变，如装有填料的塔段应划为一段，对板式塔装有塔盘与无塔盘的塔段应分别划分计算段；

●每一段壳体的材料必须相等；

●B.计算风载荷时，塔的计算分段应符合下列原则：

●①对于等截面塔（等直径、等壁厚），宜将距地面高度10m以下作为第一计算段（也可将裙座作为一计算段），其他的计算段宜取每段小于或等于10m；

●②对于不等截面塔（不等直径或不等厚度），宜根据截面变化情况分段（即相同直径、相同厚度为一段）。

●.塔壳体需进行应力校核的截面（即危险截面）：

●①塔裙座基础环板处裙座壳体的横截面；

●②通过裙座开孔水平中心线的裙座壳体最小截面；

●③裙座与塔体封头对接接头截面；

●④不等直径塔变截面交界处塔壳横截面（一般取锥形变径段的小端截面）；

●⑤等直径塔变壁厚交界处塔壳横截面（即同一厚度段的底部横截面）；

●⑥塔的下封头切线处；

●⑦裙座过度段的底截面；。

4.计算内容为四部分：

自振周期的计算；

水平地震力和垂直地震力的计算；

顺风向风振和横风向风振的计算；

塔的挠度计算。

注意：

　①.地脚螺栓应对称布置，应取4的倍数，当D≤800mm时，允许采用6个地脚螺栓；

　②.一般地脚螺栓直径≥M24（单环板螺栓座除外）；

　③.当塔的基础为混凝土结构时，地脚螺栓的间距不宜小于400mm；

④.一般地脚螺栓采用双螺母,材料与地脚螺栓相匹配；

⑤.地脚螺栓材料宜选用Q235或Q345（设计温度≤-20℃或许用强度要求较高时选用）；

⑥.地脚螺栓选用标准:

一般为GB/T799-1988；

螺母选用标准:

一般为GB/T41-2000。

六.钢制塔式容器的制造及检验

A.外形尺寸公差见表9-1（比旧标准更严格）。

B.需进行整体热处理的塔式容器，热处理前应将连接件（如梯子、平台连接件，保温圈、防火固定件，吊耳）等焊在塔壳上，热处理后不准施焊。

C.需作磁粉或渗透检测：

a）塔壳材料标准抗拉强度≥540MPa时，裙座与塔壳之间的焊接接头；

b）吊耳与塔壳之间焊接接头；

c）其他连接件与塔壳之间需做局部应力校核计算的焊接接头。

D.需作分段、分片交货的塔器：

a）制造厂应进行预组装；

b）制造厂应负责坡口的加工,防护和运输加固；

c）现场组装的焊接接头需进行热处理的,应在图中注明。

七.JB/T4710与GB150之间的关系

●1.JB/4710是从属于压力容器范畴,凡是可以借用GB150的一律采取引用，如定义部分是原文照搬过来的。

●2.但塔又有其特点，因而又做了一些塔器规定：

如:

1）设计压力：

对内压（操作压力）低于0.1MPa的，均取设计压力为0.1MPa。

其选材加工制造检验与验收都按压力容器对待。

●2）.设计温度：

裙座壳和地脚螺栓的设计温度直接与塔式容器所处地区的环境温度有关。

取当地月平均最低气温的最低值加20℃。

●3）.安全系数：

在地震载荷和风载荷作用下计算塔壳和裙座壳的组合拉压应力时，许用应力值在原来受压元件许用值的基础上乘以一个载荷系数K=1.2，即许用应力可以提高到1.2倍。

八.新容规对JB/T4710的主要影响

●1.容器类别的划分：

只跟介质的特性，设计压力和容积有关，具体按新容规附录A进行划分；

●注：

随着塔式容器的大型化，新容规对塔式容器容器类别的划分影响最大，如果介质为第一组，当P≥1.6MPa，PV≥50MPa.m3，或者P≥0.1MPa，PV≥1000MPa.m3，都划为第Ⅲ类，

●即当满足新容规划类要求后，当P≥1.6MPa时，V≥31.25m3或者当P≥0.1MPa，V≥10000m3时，都应划为第Ⅲ类。

●如果塔器工作介质为易爆、中毒危害,P=1MPa，V≥1000m3时，就划为第Ⅲ类;若V=0.025~1000m3就划为第Ⅱ类;这种情况很多，若按老容规，也就化为一类。

●2.容器类别的标识：

由汉字一，二，三改为罗马数字Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ；

●3.风险评估报告：

对第Ⅲ类压力容器，要求设计者出具主要失效模式、风险控制等内容的风险评估报告；

GB150.1~150.1-2010征求意见稿P34：

●风险评估报告至少包括如下内容：

●a）压力容器的基本设计参数：

压力、温度、材料、介质性质和外载荷等；

●b）操作工况条件的描述；

●c）所有设计工况条件下可能发生的危害，如：

爆炸、泄漏、破损、变形等；

●d）对于标准已经有规定的失效模式，说明采用标准的条款；

e）对于标准没有规定的失效模式和计算方法，说明设计中关于载荷、安全系数和相应的计算方法；

f）对介质少量泄漏、大量涌出和爆炸状况下如何处置的措施；

●g）根据周围人员的可能伤及情况，规定合适的人员防护设备和措施；

●h）风险评估报告应具有与设计图纸一致的签署。

●4.安全系数调整：

抗拉强度的安全系数由3.0调整为2.7、屈服强度由1.6调整为1.5；（在新的GB150、GB151出台之前仍按老标准执行）

●第Ⅲ类压力容器），有必要时，还应当包括安装与使用说明。

●5.预期使用年限：

设计条件必须提出，设计时必须写出压力容器的使用寿命（疲劳容器标明循环次数）；

注：

1）.HG20580-1998“钢制化工容器设计基础规定”P13规定：

容器的设计寿命除有特殊要求外，塔，反应器等主要容器一般不少于15年，一般容器，换热器等不少于8年。

2）.参考TSGR7001-2004“压力容器定期检验规则”P1检验周期确定。

6.设计文件：

强度计算书（所有压力容器）或者应力分析报告、设计图样、制造条件、风险评估报告（适用于第Ⅲ类压力容器），有必要时，还应当包括安装与使用说明。

7.节能要求：

充分考虑压力容器的经济性，合理选材，合理确定结构尺寸，有效地采取保温保冷措施。

●8.压力容器范围的界定：

本体和安全附件；（容规P2）

●本体：

包括受压元件和相关联的零部件、部位（非受压元件与压力容器的连接焊缝）。

●本体中的受压元件：

包括壳体、封头（端盖）、膨胀节、设备法兰，球罐的球壳板，换热器的管板和换热管，M36以上（含M36）的设备主螺柱以及公称直径≥250mm的接管和管法兰。

●安全附件：

包括直接连接在压力容器上的安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液位计、测温仪表等。

●9.设计许可印章：

压力容器的设计总图（不一定是蓝图）上，必须加盖压力容器设计许可印章。

●10.压力试验：

（P26）

●压力试验分为液压试验、气压试验和气液组合压力试验；

●新增加的气液组合压力试验主要是对塔设备而言的，考虑基础承重等原因无法进行液压试验，进行气压试验又耗时过长。

对气液共存的塔式容器是很好的试验方法。

●对由于内部结构、填料等原因无法充满液体，以及液压试验泵能力不足，或者设备太大，用液、放液有困难，或者工作状态气多液少，用气液组合压力试验可使基础减小，节约建造成本。

●气液组合压力试验：

试验压力按气压试验压力值。

设计、制造、无损检测也按气压试验的要求进行。

同时，应按照气压试验做好安全防护工作。

由气密性试验改为泄露试验：

根据试验介质的不同，可选用气密性试验、卤素检漏试验和氦检漏试验等。

●11.无损检测：

●不再重射线轻超声，不再受厚度的限制（38mm）;

●射线检测虽有直接记录（底片），可以获得缺陷的投影图像，缺陷定型、长度测量比较准确，对体积型缺陷和薄壁工件中的缺陷检出率高的优点；但对厚壁工件中的缺陷检出率偏低，缺陷在工件中厚度方向的位置难以确定，自身高度难以测量，对面积型缺陷的检出受到限制，有时会漏检，射线对人体和环境有害，成本高、检测慢。

超声检测给出了3种方法：

衍射时差法（TOFD）、可记录的脉冲反射法和不可记录的脉冲反射法。

●超声检测的优点是，对面积型缺陷检出率高，穿透能力强，适合于厚壁工件，缺陷定位准确，可以测量自身高度，对人体和环境无害，成本低、检测快。

缺点是缺陷定性困难，定量精度不高。

●最好的办法是两种结合，先进行不可记录的脉冲反射法，再进行射线或衍射法局部检测。

即快又准确。

●对有色金属，一般壁薄，且晶粒粗大，宜选用射线检测。

●检测标准：

JB/T4730.1～4730.6-2005《承压设备无损检测》

●JB/T4730.10-2010《衍射时差法超声检测》

●12.主要材料标准：

●钢板、钢管、锻件标准按GB150中引用标准执行；

●有色金属的板和管材：

●按下属标准中给出的相应标准执行。

●JB/T4734-2002《铝制焊接容器》

●JB/T4745-2002《钛制焊接容器》

●JB/T4755-2006《铜制压力容器》

●JB/T4756-2006《镍及镍合金制压力容器》

总结

●1.裙座是钢制塔式容器的重要部件，裙座材料的选择、结构设计是否合理尤为重要；

●2.当塔式容器H/D＞15，且H＞20m时，地震弯矩还应考虑高振型的影响（附录B）；

●3.当塔式容器H/D＞15，且H＞30m时，还应计算横向风振（附录A）。

●4.防震措施：

A.降低塔高、增加塔的直径或增加塔的壁厚都可增大塔的自振周期；

B.增加塔的阻尼对抑制塔的振动起很大作用；

C.采用扰流装置：

梯子、平台和外部扰流件都能起到扰乱卡曼旋涡的作用。

对细高塔可在上部1/3高度的部分焊上轴向翅片或螺旋条有很好的防震效果