小直徑高聳塔器撓度控制分析

王素敏

[摘 ? ?要]小直徑高聳塔器在我國化工生產中廣泛應用，但在實際使用過程中往往會由于風力載荷、地震載荷等原因致使高聳塔器發生形變，這時候往往會導致塔頂產生較大的撓度。想要使小直徑高聳塔器設計以及運用效果更加理想，應該注意對其載荷或者外界因素致使振動條件下的撓度進行分析，為今后小直徑高聳塔器更好地響應外界作用力奠定堅實技術基礎。基于此，對小直徑高聳塔器撓度控制進行了分析。

[關鍵詞]小直徑高聳塔器;撓度;控制

[中圖分類號]TQ053.5 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]For small diameter towering tower， it is often used in chemical production in China， but in the actual use process， it will often cause deformation due to wind load， earthquake load and other reasons， which will often lead to a large deflection of the tower top. In order to make the design and application of small diameter towering tower more ideal， attention should be paid to the analysis of the deflection under vibration conditions caused by its load or external factors. In order to lay a solid technical foundation for the future small diameter towering tower to better respond to external forces. Based on this， this paper attempts to analyze the deflection control of small diameter towering tower.

[Keywords]small diameter towering tower; deflection; control

從現階段我國化工生產開展實際情況來看，所應用的很大一部分裝置由于實際生產需要，將其設置為直徑較小、高度較高的高聳塔器，此類塔器通常特點體現為塔身較為細長，并且設備對強風以及地震載荷所產生的撓度較大，因此對其撓度進行針對性控制是非常有必要的。目前，我國中所應用的塔器頂部撓度過大可能會對塔器自身產生多種影響，從而致使最終化工生產產品質量不合格的現象出現。因此，對小直徑高聳塔器撓度控制進行針對性分析是非常有必要的。

1 小直徑高聳塔器頂部撓度過大對塔器主體的影響

1.1 導致氣液傳質不均勻

在化工生產過程中應用小直徑高聳塔器時，如果塔器頂部撓度過大，可能會導致原有的塔器工藝操作受到影響，使得工藝操作水平下降。同時，撓度過大還有可能導致塔盤傾斜的現象出現，從而導致塔器內部氣液傳質不均勻，這也會使塔板工作效率明顯下降，從而影響最終產品質量。

1.2 導致接管泄漏

接管是連接各塔器的重要結構，如果被連接的塔器出現晃動過大的情況，很可能會導致接管與所連接塔體之間受到較大的拉力、壓力，通過多種作用力的綜合作用可能會導致連接處出現變形現象，進而致使接管連接泄漏情況出現，如果塔體內部裝有易燃或者易爆介質，危險程度不堪設想。

1.3 增加現場檢修人員操作風險

想要保證小直徑高聳塔器正常操作以及安全使用，要定期安排檢修人員進行現場檢測維修，如果塔器頂部撓度較大，很可能會對現場檢修人員人身安全產生一定威脅。

2 引起小直徑高聳塔器撓度外載荷的因素

現階段來看，板式塔器在我國化工生產中廣泛應用，尤其在石油煉油等生產中的應用最為常見，是煉油生產過程中所需要的重要設備，通常情況下，塔器的高度與塔徑之比很大，其塔體壁較薄，這也是導致其出現塔器頂撓度過大現象的根本原因。通常情況下，會在風力載荷等外載荷作用之下出現塔器頂部撓度過大的現象，這時候相關技術管理人員應該注意對塔器撓度進行限制。具體來說，引起高聳塔器撓度外載荷的因素主要包括以下幾個方面：①可能會受到外彎矩的作用，從而致使塔器撓度外載荷出現，例如在塔頂懸掛重物等;②集中應力也可能導致外載荷出現，例如管道推力等;③還可能是均布載荷或者三角載荷，例如風載荷等。

3 小直徑高聳塔器撓度控制方法

小直徑高聳塔器在石油化工生產中的應用已經非常常見，屬于重要生產裝置，一般的塔式容器都需要按照塔式容器標準進行設計，也要對塔器各環節設定以及各種環境下操作可能性進行分析，尤其要充分考慮到多種作用到塔器的載荷，通過這種方式來使其截面水平應力得到保證，這樣才能使高聳塔器在實際化工生產中發揮出應有效果。在對高聳塔器進行應用時，應該注意對塔器頂部的最大撓度進行計算，同時還要按照相關標準規定對最大塔器撓度進行控制。目前，我國化工生產中在對塔器撓度進行控制時，主要會應用到以下幾種方法。

（1）增加塔體壁厚。對于小直徑高聳塔器來說，其塔體壁厚情況勢必會直接影響到塔器頂部的最大撓度值，因此對塔體壁厚進行調整是我國化工工程中非常常用的一種調整塔器撓度的方式。但是對于此種方式來說，往往存在一定缺點，主要表現為經濟性較低，由于設備筒節的抗彎模量與壁厚存在較為密切的線性關系，因此一味加厚塔體壁厚對塔體抗彎性能的提升效果并不明顯，往往需要較大的經濟成本投入。同時，在外界風力以及地震的作用下，很可能會導致高聳塔器的撓度值發生變化，通常需要先對塔器下部筒節實際厚度需求情況進行精密計算，才能夠確定最終的塔體厚度。

（2）增加塔器直徑并且降低塔器總高度。對于這種方法來說，其優勢體現在可以進一步增加塔體的固有頻率，從而使其周期發生改變，通過這種方式能夠有效避免塔體內部結構因為振動而發生變化，這種方法在我國也有較為廣泛的應用。但是這種方法的應用效果往往取決于工藝以及設計參數情況，需要相關工程設計師自身具有較強的專業素質，同時還要在設計工作正式開始之前，對石油化工企業生產裝置的整體運轉情況有充分了解，對工藝條件進行確定，這樣才能使塔器設計滿足工藝要求，從而達到控制塔器撓度的效果。

（3）在塔體上設置導向支架。想要使小直徑高聳塔器撓度值得到有效控制，在塔體上部設置導向支架不失為一種合理的方式，當高聳塔器被放置在框架中之后，相關操作人員應該注意在框架中設置一個或者幾個導向支架，通過這種方式可以起到轉變風向的效果，從而實現對風載荷的調整，將其通過支架傳遞到了框架上，這也使得風載不會對塔體產生直接影響，進而在很大程度上降低了因為風載而致使塔器頂部出現撓度的現象發生，有利于撓度控制工作的開展。同時，在塔體上部設置導向支架的另一個重要作用還體現在其使得風載以及地震載荷能夠更為均勻地傳遞到框架結構上，不會對框架結構的某一支撐點產生較大的作用力，這也使得框架結構受損害的可能性極大降低。在保證了框架結構受作用力均勻的前提之下，也減輕了設備本體所受到的軸向力，使得設備在實際運轉使用的過程中不會出現強烈震動的現象。

（4）在塔體周圍焊接翅片。對于此種方式來說，我國石油化工生產中有相對廣泛的應用，其主要是指在塔體上部焊接一些能夠消除漩渦的翅片，通常以螺旋式或者軸向式為主，通過這種方式可以使風載荷明顯減小，同時也減小了彎矩，使得撓度值降低。但是由于在石油化工生產過程中所應用的絕大多數塔器外部都有保溫層，因此想要在塔器上部安裝一定數量的翅片往往存在難度，需要對塔器上的吊耳、梯子以及支架管線等位置進行合理安排，通過這種方式來確定翅片的具體安裝位置，這樣才能使翅片的安裝不會對塔器的原有外部結構產生影響，這也就致使翅片焊接安裝復雜程度明顯提升，需要克服多種外在因素才能夠達到對塔器撓度進行有效控制的效果。

4 小直徑高聳塔器撓度控制實踐探索

以H市某石油化工生產項目為例，在實際展開生產操作時會利用到一臺閃蒸塔，并且閃蒸塔的高度要遠超過其直徑，閃蒸塔的主要參數如表1所示。

4.1 小直徑高聳塔器撓度控制方法

在對塔器常規計算方式進行應用時，應該注意保證其要求在標準范圍之內，本次嘗試對塔器的壁厚進行增加，由原來的26 mm增加至34 mm，裙座的厚度由原來的35 mm增加至42 mm，但是整體來看經濟性較低;由于本案例閃蒸塔的保溫層厚度較大，并且塔體側面以及上部的附件較多，不適合安裝旋轉式或者軸向式翅片。

經過綜合分析之后，考慮將閃蒸塔放置在框架結構之中，在塔器的上部增設導向支架，在對導向支架進行選擇時，充分考慮到了裝置的實際需求情況，保證了導向支架只允許塔體在軸向進行自由伸縮，這樣使得導向支架的安裝利用效果得到了充分體現，實現了對塔頂撓度的有效降低。同時也在很大程度上限制了塔器的搖擺幅度，使得風荷載以及地震荷載對塔器彎度以及撓度所產生的影響明顯降低，也使得裝置的整體受力明顯改善。

4.2 理論計算

石油化工生產項目確定通過設置導向支架的方式來對塔器撓度進行控制之后，需要應用有限元的方式對塔體進行整體分析，從而根據塔體自身實際情況得到相應的計算結果，這對相關設計人員自身專業素質有很高的要求，每個設計人員最終所得到的計算結果存在一定差異性，需要對多個計算結果進行平均值獲取，從而將得到的數據參數應用到導向支架設置中。在進行導向支架塔器計算操作時，會涉及到以下幾個環節步驟：①要利用sw6軟件進行計算，從最終計算結果中提取出風載荷以及地震載荷;②將計算模型轉換為單元模型并且求出每個單元的截面彎矩;③按照已有的向心力計算書中規定來確定最終彎矩是否合格，如果數據不合格，應該注意對塔器厚度進行相應調整，再重新展開計算。

為了保證最終計算結果的準確性，需要應用有限元模型的方式來進行計算模型構建，具體實施方法體現為以下幾個步驟：①要對塔器整體的計算模型有具體了解，并且要保證塔體每個截面、節點處都與有限元模型的實際展示相符合;②對塔器的計算進行規范，每段筒節的最高處風壓應該設定為這一整段的均布風載荷，并且要對其順風向水平風力、段長、均布載荷情況進行確定，從而保證其與有限元模型的各項要求相符合;③要針對塔器的裙座底部進行固定支架模型計算，通過這種方式來確定最終的位移束縛位置。

在進行風載荷以及地震載荷計算時，應該注意對其等效載荷進行確定，要按照塔器計算規范的要求來對每一筒節部分進行單獨計算，要應用sw6軟件在計算書中提取風載荷以及地震載荷相關參數，通過sw6軟件的應用可以實現對風載荷水平推力值以及彎矩值的確定，同時還可以實現對各段地震載荷所帶來的自振周期變化情況進行確定，這也使得最終理論計算結果的可參考性明顯提升。

5 結束語

經過對石油化工生產中所應用的小直徑高聳塔器撓度控制進行探索之后，可以看出，塔器撓度控制對化工生產工作的開展會產生重要影響。與此同時，塔器撓度控制工作的開展往往具有一定針對性，需要根據塔器自身實際條件情況來對風載荷以及地震載荷進行轉化，這樣才能使高聳塔器塔頂撓度得到有效控制，進而降低生產過程中的生產風險，這也保證了最終化工產品的品質以及相關操作人員人身安全。

參考文獻

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