立式容器非标耳式支座的设计与应用

第 4 1 卷第 5期 2 0 1 2年 9月 石油化工设备 PE TRO CHE MI CAL EQUI PMENT VoI 41 No 5 Se p t 2 01 2 文章编号 ：1 0 0 0 7 4 6 6 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 4 0 0 4 立式容器非标耳式支座 的设计与应用 陶 婷 ( 惠生工程( 中国) 有限公司 河南设计分公司 ， 河南 郑 州4 5 0 0 4 6 ) 摘要 ：从耳 式 支座相 关的设 计原理 、 标 准规 范及 工程软件 的应 用等 方 面探 讨 了立式 容 器采 用 的标 准及 非标 准耳 式支座 的设计 步骤和 注意 事项 。 关键 词 ：立式容器； 耳式支座； 应力分析； 有限元 中图分类 号 ：TQ 0 5 0 2 文献标 志码 ：A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 2 0 5 0 1 0 De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n o f Lu g S u pp o r t f o r Ve r t i c a l Ve s s e l TAO Ti ng ( H e n a n Ch e mi c a l De s i g n I n s t i t u t e Br a n c h o f W i s o n En g i n e e r i n g Lt d ，Zhe n g z h o u 45 0 0 4 6，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：De s i g n s t e p s a n d r e l e v a n t c a u t i o n s o f v a r i o u s k i n d s o f l u g s u p p o r t we r e d i s c u s s e d f r o m t h r e e r e s pe c t s a s f ol l o ws：p r i nc i p l e s o f de s i g n，t e r ms o f s t a nd a r d a nd ap p l i c a t i o ns o f e n gi n e e r i ng s of t wa r e Ke y wo r ds： v e r t i c a l v e s s e l ；l ug s up po r t ；s t r e s s a na l y s i s ；f i n i t e e l e m e nt 耳式 支座是 立 式 容器 常 用 的一 种 支 撑 结构 ， 广 泛应 用 于石油 、 化工 、 制药及 食 品等行业 _ 】 。 J B T 4 7 1 2 3 2 O 0 7 容器支座 第 3部分 耳式 支座 给出了耳式支座 的结构形式 、 系列参数、 允许 载 荷等_ 5 。大多 数情 况 下 ， 可 直 接选 用 该 标 准 中 的 标准耳式支座 ， 不用校核耳式支座本身的强度 ， 只需 按文献 I- s 附录 A校核支座处简体所 受的弯矩 即 可。但在实际设计过程中会遇到一些不能直接选用 文献 E 5 中标准支座的容器 ， 其支座需要设计者按 实际情况 自行 设计 。 在 工程 实 际 中 ， 需要 设计 者 按 实 际情 况 自行设 计耳式支座的容器有 以下几种情况 ： 高径 I： L ,I F ： 大 ( 远大于 5 ) 的细长塔要求必须采用耳式支座 。当 容器直径较大、 壁厚较薄 ， 或者外载荷较大时 ， 耳式 支座会引起较大的局部应力， 超出了文献E 5 附录 B 的许用弯矩范围。采用分析设计进行疲劳校核的 容器 的耳式 支座 。 为了快速、 准确、 合理地设计此类耳式支座， 笔 者从设计原理 、 标准规范及工程软件的开发和应用 等方面， 探讨了方法和途径。 1 载荷分析 在进行非 标耳 式支 座设计 、 试算 和优 化 时 ， 尤其 是在有限元建模时， 往往要求设计人员能正确建立 有限元模型 ， 选择正确的失效模式 ， 并且有针对性地 去调 整相应 的设计 参数 。 耳式支 座 主要 承受 以下几 种载 荷 。 ( 1 ) 重力载荷 m。 g 由容器 自身质量 以及所包 含 的物料质 量所 引起 的载荷 。 ( 2 ) 偏心载荷 G 若容器侧面挂有重物 ， 则 应 计及偏 心载 荷 。 ( 3 ) 风载荷若安装在室外 ， 则应计及风载荷所 造成的外力矩， 风载荷所造成的外力矩按下式计算 ： P 一1 2 f i q o D0 H。 1 0 ( 4 ) 地 震载 荷P 一a m。 g 支座 实际 承受 的载荷按 下式 计算 ： 0 一 r no g +4 P h 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 4 2 1 作者简介 ：陶 婷( 1 9 8 5 一 ) ， 女 ， 陕西南郑人 ， 助理 工程 师 ， 学士 ， 主要从事压力容器的设计 工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 陶婷 ： 立式容器非标耳 式支座的设计 与应用 以上各式量符号的含义同文献I s 。 耳式 支座 的破坏 大多是 由于筋板 失去稳 定性 所 致E 。对无 盖板 且底板 未焊 在筒体 上 的耳式 支 座 ， 通常 可将筋 板看 作一端 连接 在底板 上 ， 另一 端支 撑 在壳体 壁上 的受压 构 件 。 因而 筋 板两 端 铰 接 ， 并 受到轴向力的压缩。对于有盖板的耳式支座 ， 其筋 板 可视作 直立 柱 。 底板看作一边 自由另一边简支的矩形板受弯曲 来 计算 ， 简支 矩形板 的计 算可 参 阅文 献 7 。 焊 缝将 承受 由竖直 力产生 的切 应力 及 由弯 矩所 产 生 的拉 应力 和 压应 力 。在 实 际 设 计 中 ， 只要 焊 脚 尺寸满足文献I s 中的制造要求， 则焊缝所承受的组 合 应力 即可 控制在许 用 范 围内 。 螺 栓 的校核应 考虑 在最小 质量 和最 大外力 矩联 合 作用 下可 能 出现 的最 不利情 况 。 局 部 应力 的计算 除 了采用 分 析设 计 的思想 外 ， 也 可按 WRC 1 0 7公报 中的 方法 计 算 ， P V E l i t e 软 件 即按 此进 行耳式 支座 的局部 应 力校核 。 2 设计 方 法 2 1 按文献I s 设计 文献 5 中的耳式支座适用于公称直径不 大于 4 0 0 0 mm 的立 式 圆形 容器 ， 壁 厚 最大 值为 1 6 mm。 按其选用的耳式支座需按其 附录 A校核支座处筒 体所受的弯矩。设计中可采用化工设备设计助手软 件进行计算 ， 能方便快捷地计算出支座弯矩和安装 尺寸 。该软 件 内置 了所 有标准 耳式 支座 的结构 参数 和材料许用应力等数据 ， 能 自动生成 Wo r d格 式的 计 算 书 ( 图 1 ) 。 图 1 化工设备设计助手软件耳式支座计算界面 2 2 用 P V E l i t e软件设计 实 际设计过程 中经常遇到非标耳式支座 的设 计 。这种 情况下 ， 可 采用 P V E l i t e软件 进 行设 计 和 校核 ， 该 软件对 容器 的结构 和支 座 的结 构尺 寸 、 材 料 等 均无 限制 ， 并 考虑 了各种 载荷 ， 除 了校核支 座本 身 强度外 ， 还可按文献 8 进行局部应力的校核。如某 化工塔 内径 1 4 0 0 mm， 高度 2 5 0 0 0 mm， 材 料 s A 一 5 1 6 Gr ，设计 压力 0 6 MP a ， 设计 温度 2 0 0 ， 采 用 耳 式支 座支撑 。但 因设 备 长径 比太 大 ， 标 准耳 式 支 座无法满足要求 ， 必须 自行设计非标耳式支座 。 采 用 P V E l i t e 软 件进行 设计 时 的模 型见 图 2 。 图 2 采 用 P V E l i t e 软件设计耳式支座塔器 的计算模型 2 3 按文献r 9 设计 某 煤化 工装置 中的锁斗 是 1台按 文献 E g 进行 以疲 劳 分 析 为基 础 设 计 的 容器 ， 其 筒 体 内直 径 2 2 0 0 mm， 材 质 Q3 4 5 R， 设 计 压力 7 4 MP a ， 操 作压 力 0 6 7 8 MP a ， 设 计 温 度 2 9 0 。 C， 操 作 温 度 l 5 0， 循环次数 5 0 0 0次 a ， 设计寿命 2 0 a ， 总循环 次数 1 0 0 0 0 0 次 ， 采用 耳式 支座 。 分析设 计 时 ， 采 用 ANS YS Wo r k b e n c h对 支座 及简体进行数值建模 ， 见 图 3 。建模后施 加载荷 和 约束 ， 进行应力强度计算 ， 应力强度云图见图 4 。 图 3 疲 劳容器耳式 支座分析 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 陶婷 ： 立式容器非标耳式支座的设计 与应 用 4 3 g 一 1 一 b 2 I J l l l b 一 l 一 i b 一 使用 。 图 8 文献E 1 5 图 1 6 1 O 一 1中的立式 容器耳式支座 参考文献 ： 1 1 李金波 ， 尹侠耳式 支座对蜂 窝夹套薄 膜蒸发器 结 构变形的影响 E J - 化工 机械 ， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 6 ) ： 7 3 2 7 3 4 ( LI J i n - h o，YI Xi a Ef f e c t o f t h e Lu g S u p p o r t s o n t h e S t r u c t u r e De f o r ma t i o n o f t h e Di mp l e J a c k e t Th i n Fi l m E v a p o r a t o r s J C h e mi c a l E n g i n e e r i n g& Ma c h i n e r y ， 2 O 1 0，2 7 ( 6 ) ： 7 3 2 7 3 4 ) I- 2 - 1 余勤 ， 李业勤立式低温液体储罐耳座设 计 J 石 油化工设备 ， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 6 ) ： 4 3 - 4 5 ( YU Qi n， LI Ye q i n L u g De s i g n f o r Ve r t i c a l Lo w- t e mp e r a t u r e L i q u i d S t o r a g e T a n k J P E T R O CHEMI CAL EQUI P M E NT， 2 0 0 5， 3 4 ( 6 ) ： 4 3 - 4 5 ) 3 张述旺， 胡香娥 立式容器热膨胀对直梯的影响E J 石 油化工设 备 ， 2 0 1 0 ， 3 9 ( 6 ) ： 5 4 5 6 ( ZHANG S h u wa n g HU Xi a n g e Ef f e c t o f Th e r ma l E x p a n d i n g u p o n t h e L a d d e r o f Ve r t i c a l Ve s s e l J PETRO CH EM I CAL EQUI PM ENT ， 2O 10， 3 9( 6)： 54 56 ) 4 肖其 中筒仓耳式支 座的计算与 校核F J 水泥 工程 ， 2 o1 o，( 4)：4 8 49 ( XI AO Qi- z h o n g Ca l c u l a t i o n o f Lu g S u p p o r t o f S i l o a n d t h e Ve r i f i c a t i o n J C e me n t E n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ， ( 4)：48 49 ) E s J B T 4 7 1 2 3 2 O O 7 ， 耳式支座E s ( J B T 4 7 1 2 3 2 O O 7 ， L u g S u p p o r t S ) 6 丁伯民 ， 黄正林化工设备设计全书 ( 化 工容器 )E M 北京 ： 化学工业 出版社 ， 2 0 0 3 ： 2 4 5 ( DI NG Bo mi n，HUANG Zhe ng l i nChe mi c al Equ i p me n t D e s i g n ( C h e mi c a l Ve s s e 1 ) M B e i j i n g ： C h e mi c a l I nd us t r y Pr e s s， 2 00 3： 24 5 ) 7 铁木辛哥板壳理论 M 北京 ： 科学 出版 社 ，1 9 7 7 ： 11 O ( Ti mo s h e n k o P l a t e a n d S h e l l Th e o r y M B e i j i n g ： Sc i e n c e Pr e s s，1 97 7： 1 1 0) 8 Wi c h ma n K RL o c a l S t r e s s i n S p h e r i c a l a n d C y l i n d r i c a l D u e t o E x t e r n a l L o a d i n g R WR C B u l l e t i o n ， 19 79 I- 9 J B 4 7 3 2 1 9 9 5 ，钢 制 压 力 容 器 分 析 设 计 标 准 ( 2 0 0 5确认)I s ( J B 4 7 3 2 - 1 9 9 5 ， S t e e l P r e s s u r e Ve s s e l De s i g n b y A n a l y s i s( C o n f i r me d i n 2 0 0 5 ) s ) 1 o HG 2 o 5 8 2 1 9 9 8 ， 钢制化工容器强度计算规定 s ( HG 2 0 5 8 2 - 1 9 9 8 ，S t r e n g t h Ca l c u l a t i o n S p e c i f i c a t i o n s o f S t e e l C h e mi c a l Ve s s e l I s ) 1 1 He n r y H B e n d a r P r e s s u r e V e s s e l De s i g n Ha n d b o o k M U S AF l o r i d a ： Kr i e g e r P u b l i s h i n g C o mp a n y ， 19 8 6 1 2 Ma a n H J a wa d ，J a me s R F a r r S t r u c t u r a l A n a l y s i s a n d De s i g n o f P r o c e s s E q u i p me n t M U S A J o h n W i l e y S o n s I n c ， 1 9 8 4 1 3 侯淳带刚性环耳式支座提纯塔的设计应用 E J