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        壓力容器隔板的一種設(shè)計(jì)方法

        2021-03-13 08:32:08亓立鋒
        化工設(shè)計(jì) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:筒體設(shè)置

        亓立鋒

        中海油石化工程有限公司 濟(jì)南 250101

        壓力容器經(jīng)常利用隔板來(lái)分隔內(nèi)部液體,隔板可以不帶加強(qiáng),也可以采用加強(qiáng)筋進(jìn)行加強(qiáng)。一般情況下,隔板兩側(cè)都有液體,但計(jì)算時(shí)考慮隔板一側(cè)有液體作為設(shè)計(jì)條件。

        1 實(shí)例分析

        某多元醇項(xiàng)目,一臺(tái)臥式產(chǎn)品儲(chǔ)罐,DN=4400 mm。在筒體中間位置需設(shè)置中間隔板,高度H=4100 mm,設(shè)備筒體材料為SS30403,隔板受力示意圖見(jiàn)圖1。

        圖1 儲(chǔ)罐隔板受力示意圖

        1.1 計(jì)算無(wú)加強(qiáng)筋隔板厚度

        (1)載荷:

        p=ρ×a×9.8×10-9=973×4100×9.8×10-9=0.039

        (2)隔板厚度:

        隔板尺寸見(jiàn)圖2。

        a-隔板豎直方向尺寸;b-隔板水平方向尺寸

        由表1得出β1=0.3 ,γ1=0.0556

        表1 一個(gè)短自由邊,三個(gè)簡(jiǎn)單的支撐邊,均勻地向自由邊降低載荷的計(jì)算系數(shù)

        (3)偏移量:

        1.2 設(shè)定合適隔板厚度及最大格板尺寸

        設(shè)置加強(qiáng)筋的隔板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

        假設(shè)隔板厚度:tb=16 mm;最大“分隔”尺寸:a=690 mm;b=690 mm;最大載荷為圖3中9號(hào)加強(qiáng)筋所受載荷,a9=4071 mm。

        圖3 設(shè)置加強(qiáng)筋的隔板結(jié)構(gòu)

        (1)載荷:

        p=ρ×a9×9.8×10-9=973×4071×9.8×10-9=0.0388

        (2)隔板的彎曲應(yīng)力:

        其隔板尺寸:a/b=1;查系數(shù)見(jiàn)表2。

        表2 所有邊均簡(jiǎn)單支撐,均勻降低載荷的計(jì)算系數(shù)

        由表2得出:β2=0.16,γ2=0.02

        σb<[σ1]

        (3)偏移量:

        按圖3,設(shè)置加強(qiáng)筋后的隔板厚度校核合格。

        以上式中,a為隔板豎直方向尺寸,見(jiàn)圖2;b為隔板水平方向尺寸,見(jiàn)圖2;an為第N個(gè)加強(qiáng)筋距離隔板最上端距離,mm;bn為第N個(gè)加強(qiáng)筋長(zhǎng)度,mm;l為帶加強(qiáng)筋隔板的受力長(zhǎng)度,mm;[σ]為材料許用應(yīng)力,[σ]=105.6 MPa;[σ1]為材料許用彎曲應(yīng)力,[σ1]=69.7 MPa;σb為隔板的彎曲應(yīng)力,MPa;E為材料彈性模量,E=1.96×105MPa;ρ為物料密度,ρ=973 kg/m3;tb為隔板計(jì)算厚度,mm;δ為偏移量,mm;Ⅰ為組合截面慣性矩,文中T型加強(qiáng)筋組合截面慣性矩I=9.03×107mm4。

        1.3 加強(qiáng)筋校核

        隔板加強(qiáng)筋采用200×110×16倒置T型鋼,加強(qiáng)筋與隔板組合截面見(jiàn)圖4。

        圖4 加強(qiáng)筋與隔板組合截面

        帶加強(qiáng)筋隔板的工作長(zhǎng)度為:

        l=min(32tb,690)=512 mm。

        (1)水平加強(qiáng)筋(圖3中1~6號(hào)加強(qiáng)筋)校核:

        均布載荷:

        Pn=ρ×an×9.8×10-9

        偏移量:

        隔板應(yīng)力:

        加強(qiáng)筋應(yīng)力:

        (2)豎直加強(qiáng)筋(圖3中7~9號(hào)加強(qiáng)筋)校核:

        均布載荷:

        Pn=ρ×an×9.8×10-9

        偏移量:

        隔板應(yīng)力:

        加強(qiáng)筋應(yīng)力:

        式中,Pn為均布載荷;δ為偏移量;σp為隔板應(yīng)力;σs為加強(qiáng)筋應(yīng)力。

        偏移量、應(yīng)力計(jì)算值見(jiàn)表3。

        表3 偏移量、應(yīng)力計(jì)算值

        由表3可以看出,隔板、加強(qiáng)筋的應(yīng)力和偏移量均滿足要求,假設(shè)隔板厚度及設(shè)置的加強(qiáng)筋合理。

        此外,加強(qiáng)筋與隔板間的焊接接頭,對(duì)隔板的承力有很大影響,加強(qiáng)筋與隔板之間一般采用間斷焊,但應(yīng)該保證連續(xù)焊縫的比例。

        2 結(jié)語(yǔ)

        壓力容器隔板設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合各個(gè)因素綜合考慮。如果過(guò)度依靠加強(qiáng)筋的作用來(lái)滿足強(qiáng)度要求,可能導(dǎo)致加強(qiáng)筋的規(guī)格過(guò)大、布置間距減小,從而增加加強(qiáng)筋數(shù)量、焊接工作量、整個(gè)組合件加工難度等。如果以增加隔板厚度方法增加強(qiáng)度,雖然可使加強(qiáng)筋的規(guī)格、數(shù)量、焊接量等減小,但增加的隔板重量以及較厚隔板與筒體焊接帶來(lái)的影響同樣值得考慮。

        綜上所述,設(shè)計(jì)帶加強(qiáng)筋的隔板時(shí),需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行多次驗(yàn)算,才能得到滿足要求的經(jīng)濟(jì)合理的最佳設(shè)計(jì)組合。

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