塔器支承形式的合理选择

【摘要】一台塔器设备，根据情况可以选用四种不同的支承形式，即圆锥形裙座、长圆筒形裙座、短圆筒形裙座及圈座。通过比较这四种支承形式的结构特点，结合计算结果，得出以下结论：对于直径较大及结构特殊的塔器，合理选择支承形式，对安全性、经济性、合理性有着重要影响。

【关键词】塔器 支承形式 分析比较 设计

近些年石油化工行业发展迅速，作为装置核心设备的塔器逐步向设备大型化、结构多样化方向发展。现有一台塔器设备上部直径5100 mm，长约23.5 m，下部直径1500 mm，长6600 mm，下部设有再沸器，中间采用锥段过渡（过渡段长3400 mm），裙座高度6000 mm。表1为该设备设计条件。在满足用户要求前提下，为了更好的确保安全稳定，有效的节能、节材，笔者为这台设备支承形式做了四个设计方案进行比较（表1）。

1 设计方案

1.1 采用圆锥形裙座（方案一）1.1.1？简介

若采用圆锥形裙座（见图1），为了减小基础底面的正压力，其底座直径不宜小于3000 mm。整个设备从外形看有些像奖杯，在风载荷和地震载荷的作用下，其安全稳定性方面稍差。同时，这种方案的爬梯平台设计困难，尤其是过渡段。

1.1.2？设计计算

根据JB/T 4710-2005相关章节[1]的内容分别对地脚螺栓、裙座等计算，计算结果见表2。

1.2 采用长圆筒形裙座（方案二）

1.2.1？简介

若采用长圆筒形裙座（见图1），即采用直径5100 mm的裙座到基础，使设备成为一个常规的塔器。这种设计方案把塔下部直径1500 mm部分包在了裙座内，如果下部管口比较多的话，可能接管引出塔外比较麻烦。

1.2.2？设计计算

根据JB/T 4710-2005相关章节的内容分别对地脚螺栓、裙座等计算，计算结果见表2。

1.3 采用圈座（方案三）

1.3.1？简介

若采用圈座（见图1），由于容器直径较大，壳体较薄，而外载荷较大，需考虑壳体的局部应力、变形和失稳等问题。这种设计方案需要结构专业设计框架（混凝土或钢结构），但无论选择那种材料的框架，都需要距离地面20 m左右。

1.3.2？设计计算

根据HG/T 20582-2011相关章节[2]的内容对圈座进行计算，计算结果见表2。

为了使设备在外力矩作用下不至于翻倒，必须在圈座底部处安装地脚螺栓，把设备固定在框架上。计算地脚螺栓时，应考虑在最小重量和最大力矩联合作用下出现的不利情况。

地脚螺栓的根径计算公式：

求出的d0值，加上腐蚀裕度（一般取3 mm），最后应圆整到螺栓规格。计算结果见表2。

1.4 采用短圆筒形裙座（方案四）1.4.1？简介

若采用短圆筒形裙座（见图1），取裙座高度3000 mm，这样设计可以把塔下部直径1500mm部分露在裙座外，不影响其配管。这种方案需要结构专业设计框架（混凝土或钢结构），但无论选择那种材料的框架，距离地面13 m左右。

1.4.2？设计计算

根据JB/T 4710-2005相关章节的内容分别对地脚螺栓、裙座等计算，计算结果见表2。

2 方案分析比较

四个设计方案主要计算结果汇总成表

2。

在设备净重量、设备顶部标高不发生变化的前提下，对四个方案从以下两大方面进行比较。

2.1 安全稳定性

2.1.1？从地脚螺栓方面

由于受风载、地震载荷等影响，为了塔器的安全稳定性，必须安装地脚螺栓加以固定。计算所需的地脚螺栓根径越小，说明其自稳能力越强。根据JB/T 4710-2005中裙式支承形式地脚螺栓计算公式和文中1.3.2节中圈座地脚螺栓计算公式可知，计算所需地脚螺栓的根径大小与地脚螺栓的数量有关。因此，我们必须在保证地脚螺栓的数量相等的情况下，对根径的大小的进行比较。

比较方案一和方案四（2），从表2中可以看出方案四（2）所需地脚螺栓根径明显小于方案一；比较方案二、方案三和方案四，同样，从表2中可以看出所需地脚螺栓根径方案四最小。

材料方面

从表2中可以得出，在所需材料要求方面方案二和方案四比其他两方案的材料要求低。

在经济性方面，从表2中可以得出，方案一、方案三和方案四的重量比较接近，小于方案二，则制造成本也比较低。另外方案三与方案四还必须考虑支承框架的成本问题，由于支承框架高度降低可以相应降低费用，因此，方案四造价低于方案三。

3 结束语

通过比较分析上述各方面，该塔器宜选用短圆筒形裙座支承形式。作为设计人员，对于一些直径较大、结构特殊的塔器，其支承形式应从安全性、合理性和经济性等多方面综合考虑，选取最优方案。这样才能达到既设计安全又经济合理，有效地达到节能、节材的目的。

参考文献

[1] JB/T 4710-2005，钢制塔式容器[S].

[2] HG/T 20582-2011，钢制化工容器强度计算规定[S]

[3] 丁伯民，黄正林等.化工容器[M]. 北京：化学工业出版社，2002. 244-248

作者简介

周祥光（1986―），男，浙江奉化，助理工程师。主要从事化工设备设计工作。