大型矩形容器的設計

劉佩銘

（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院，吉林吉林 132002）

大型矩形容器的設計

劉佩銘

（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院，吉林吉林 132002）

介紹了較大型矩形容器F型和G型，結合實例針對F和G型矩形容器進行設計計算，并比較了兩類容器的特點。

矩形容器；加固件；強度校核；剛度校核

化工裝置中容器常見的形狀為圓筒形，但也經常因盛裝介質、空間位置、改造等原因會遇到較大型矩形容器的設計，對較大矩型容器的設計計算現標準為 NB/T47003.1—2009《鋼制焊接常壓容器》，裝置中常見較大型矩形容器的設計主要有F和G兩種類型，F型是采用內部增設拉桿加固結構，G型是帶雙向水平聯桿垂直加固型并且在內部垂直加固柱之間設置一排或兩排不等距的聯桿。這兩種類型的主要區(qū)別為內部加固件，加固件結構不同計算得出不同的壁厚，現以具體實例針對壁板和加固件的計算比較兩種結構的設計不同之處。

1 設計參數

循環(huán)水槽規(guī)格 10 000×6 000×3 000，容積為 180m3，設計壓力為大氣壓，設計溫度為50℃，材料選用 Q235B，許用應力[σ]t為137MPa，腐蝕裕量3mm，鋼板負偏差0.8mm，介質密度為1.0×106kg/mm3，上述設計參數完全符合 NB/T47003.1—2009《鋼制焊接常壓容器》中F、G型較大型矩形容器的設計條件。

2 壁板強度計算

2.1 F型壁板計算

F型矩形容器壁板強度計算的力學模型為四邊簡支，容器壁板僅承受液體靜壓力，按照設計參數水槽內部設有兩層等距圓鋼拉桿作為加固件，兩層等距圓鋼將壁板分為三段。

各層拉桿加撐后壁板厚度及拉桿直徑見下表；

1層 2層 3層hi（mm） 1 000 2 000 3 000δi（mm） 6.03 8.52 10.44δi+C（mm） 9.83 12.32 14.24δi，n（圓整后）mm 12 14 16

2.2 G型壁板計算

G型矩形容器壁板強度計算的力學模型為四邊簡支，有內部聯桿和垂直加固件，容器壁板僅承受液體靜壓力，此設備按設置二層聯桿計算壁板厚度。

2.2.1 壁板厚度計算

按設置二層聯桿進行設計，二層聯桿也將筒壁高度上分成三段，聯桿之間的水平距離L設為 1 000mm，各段壁板的計算厚度公式按：

上式中的αi通過 B/A 查得，A取L值 1 000，B取為各段高 度H，高度分別是1350mm、2250mm、3000mm。按NB/T47003.1中圖8-7查表分別得出αi

各段壁板厚度計算結果見下表；

第一段第二段第三段B/A（mm） 1.35 2.25 3.0αi（mm） 0.034 0.052 0.058δi（mm） 4.47 7.14 8.71δi+C（mm） 8.27 10.94 12.51δin（圓整后）mm 10 12 14

3 內部加固計算

3.1 F型矩形容器內部加固計算

F型矩形容器內部設有圓鋼拉桿作為加固件，拉桿的水平間距a近似等于垂直間距h，水平間距和垂直間距均為等距，取a=h=1000mm，拉桿直徑計算為：

通過上式計算經圓整后2層拉桿尺寸分別為20mm 和22mm。

3.2 G型矩形容器內部加固計算

G型矩形容器的加固是由水平聯桿和垂直加固件兩部分組成的。此設備3m高，選擇中間加二層不等距聯桿設計，及高度分為三段，第一段H1=0.45H=0.45×3000=1350 mm，第二段H2=0.3H=0.3×3 000=900mm，第三段H3=0.25H= 0.25×3 000=750mm，垂直加固柱的水平間距 L 選擇 1 000mm。3.2.1 垂直加固柱

垂直加固柱需要進行截面系數核算，設計所采用的截面系數應不小于計算所需的截面系數。

垂直加固柱所需的截面系數Zp按下式：

根據所需的截面系數 4.18cm3，加固柱通常型鋼，查機械手冊75×75×5角鋼的截面系數為7.32cm3，本設備選擇75×75×5角鋼做為加固柱。

3.2.2 水平扁鋼二層聯桿強度計算

強度計算需校核由聯桿自身引起的拉應力σtw、彎曲應力σnw和液體靜壓力作用于第一層聯桿引起的拉應力σtp，扁鋼取厚度8mm，寬度為75mm。

4 結論

從上述壁板和內部加固件計算得出，F型矩形容器壁板重10.6t，內部加固件重 250kg；G 型矩形容器壁板重 8.8t，內部加固件重990kg。當選擇較厚的壁板時，內部的加固件較輕，反之，當選用較薄的壁板時，內部加固件較重，設計中應綜合材料采購、焊接等經濟性進行選擇矩形容器類型。

[1] NB/T47003.1-2009，鋼制焊接常壓容器[S].

Design of Large Rectangular Container

Liu Pei-ming

This paper introduces the large rectangular container type F and G type，and combined with examples for F and G rectangular containers design calculations，and compare the two characteristics.

rectangular container；fasteners；strength check；stiffness check

TE953

A

1003-6490（2017）06-0101-02

2017-04-25

劉佩銘（1982—），男，吉林吉林人，工程師，主要研究方向為化工機械。