李春德

摘 要：吊耳是重型反應器中非常重要的一部分，本文針對重型反應器的尺寸和質(zhì)量以及工程技術的要求標準，對吊耳的非標結(jié)構進行對應的設計，并通過強度計算的結(jié)果檢驗吊耳結(jié)構的設計是否合理。

關鍵詞：重型反應器；管軸式吊耳；載荷強度；結(jié)構設計

設計重型反應器的吊耳需要考慮到反應器的局部應力，這篇文章中使用的分析對象是一臺立式殼管式結(jié)構的反應器，一共分為上下兩段，兩段之間使用法蘭連接，反應器使用304L不銹鋼打造，設備質(zhì)量為400噸，外徑達到3640毫米，內(nèi)徑為3600毫米，高度為24.9米，殼體壁厚20毫米，該吊耳的質(zhì)量中心計算高度為14.15米，筆者將根據(jù)這臺重型反應器的相關數(shù)據(jù)展開對應的計算。

1 確定吊耳的設計位置

我們在考慮吊耳在反應器中的位置時，需要將兩個因素納入到考慮范圍中，其一是彎曲應力，當設備正處在水平狀態(tài)時，這個時候因為設備的自重會出現(xiàn)彎矩，并在反應器的殼體上引發(fā)對應的應力，應力是物體遭遇受力、溫度場等外部原因發(fā)生變形時，其內(nèi)部相互作用而產(chǎn)生的內(nèi)力，這個內(nèi)力是我們判斷吊耳位置的標準之一，另一個是在設備吊裝時，對吊裝穩(wěn)定性的確保。管軸式吊耳的特點在于，當設備的質(zhì)量按照軸線進行均勻化的分布時，它的內(nèi)側(cè)和吊點處的內(nèi)力是一樣的，那么結(jié)合第一點，即彎曲應力的考慮，我們在設計吊耳位置的高度時需要讓其和設備的總高形成0.71的比例，而為了保證吊裝的穩(wěn)定，吊點位置又必須高出反應器的質(zhì)心1.5米的高度，那么我們將上述二者進行結(jié)合并展開計算即可測得吊耳的設備位置應為17.68米[1]。

2 結(jié)構設計

在前文給出的數(shù)據(jù)中我們可知，該反應器的殼體壁厚是20毫米，而問題就在于這個厚度不足以負擔吊耳的載荷需求。如果強行不顧及厚度直接安裝吊耳，那么吊耳所帶來的局部應力會讓反應器的殼體出現(xiàn)大凹陷，為了避免這種情況發(fā)生，我們需要先進行局部加厚，使其可以承擔吊耳的載荷需求，厚度大概加到60毫米以上，加厚段的高度則為3米左右最佳。另外，這臺重型反應器的內(nèi)徑為3600毫米，那么吊耳的管軸外徑就需要達到700毫米的口徑，而吊耳長度出于懸臂梁受力的考慮不宜太長，設計要盡量縮短，不過不要短于容繩直徑。本次案例中的容繩直徑為150毫米，吊耳的長度應當大于這個數(shù)值，再加上在反應器的上方存在一些位置突出的組件，這些組件會對容繩造成干擾，那么這臺反應器的吊耳長度最好規(guī)定為450毫米。在吊耳和殼體部位接近的位置，我們要適當?shù)脑黾咏畎澹S的內(nèi)部也要使用筋板來加強，一般選用60毫米厚度的筋板作為耳軸內(nèi)部加強筋板最為合適，彼此之間的距離為180毫米。設計吊耳時加墊板能夠減緩吊耳在殼體上的局部應力，因此我們可以根據(jù)吊耳的外徑，以外徑數(shù)值的1.5倍到2倍來確定墊板的寬度，或者依照殼體壁厚的1倍數(shù)值加厚墊板[2]。

3 強度計算

計算吊耳的受力情況是保障設計合理性以及科學性的關鍵，由于反應器的兩個吊耳是采用平角對稱的方式布置，所以實際上每個吊耳的受力是吊耳載荷的一半。我們先計算吊耳的載荷，在該反應器中的吊耳角度有五個，分別為0°、30°、45°、60°和90°，我們以管軸式吊耳的受力為F1，L1表示其與質(zhì)心間的距離，溜尾吊耳的受力為F2，L2為其與質(zhì)心間的距離，R表示溜尾吊耳和設備軸線間的距離，θ表示水平面角度，根據(jù)受力平衡和力矩平衡兩個平衡的計算公式：

在該反應器設備上，吊耳在吊裝過程中的受力部分始終保持豎直向上，那么我們在計算吊耳的受力將有效受力分解成兩個部分，其中一部分是設備軸向的軸向力，我們用Fa表示。另一個部分是垂直軸線方向的切向力，我們用Ft表示。另外該反應器的吊耳夾角應小于等于15°，那么計算中我們還需要加入一個吊索的法向分力，用Fn表示。最終得出公式如下：

4 結(jié)語

根據(jù)上述的計算結(jié)果，我們可以準確了解到一臺重型反應器的非標管軸式吊耳的設計需求。根據(jù)計算，我們知道了吊耳的結(jié)構設計方式以及滿足結(jié)構強度的角度，并保證了設備的安全性。

參考文獻：

[1]王曉敏 大型換熱器吊耳設置[J]石油化工設備技術，2017（12）3-3

[2]于鵬 附塔管線吊裝板式吊耳的設計與校核[J]石化技術，2018，3，4，12