“鋼制常壓容器
——固體料倉”在工程實踐中的應用

文/俞錢永 浙江百能科技有限公司 浙江杭州 310000

1、前言

作為制漿系統中的核心設備，料倉的合理設計非常重要。通過本文希望可以幫助設計人員加深料倉結構設計的理解，理順計算過程，重視結構安全設計，從而通過合理化的措施與途徑，在工程實踐中進一步優化料倉的設計。本文以“石灰石石膏--濕法脫硫工藝”的料倉設備作為案例講解。

2、計算步驟及構造要求

2.1 地震作用及荷載

在設計時主要考慮以下載荷：

1）設計壓力：約5000pa；

2）物料自重和物料導致的摩擦力：相關參數需查物料特性表；

3）料倉自重和附加質量；

4）雪載荷、風載荷及地震作用。

計算地震作用和風載影響時需將料倉設備合理分段，以提高計算準確性。分段按照以下規則：有厚度變化面處一般都有分段面；在危險截面（底部支撐處，筒體大開孔處等）處有分段面；為保證計算計算精度，每段長度不宜過長。

2.2 筒體計算

構造要求：筒體比不大于2，常用1.5倍。高徑比大了增加設計難度和造價，也增加安全風險，沒有必要，不建議采用。

計算步驟如下：

1）按分段規則將筒體分段，按經驗假定各段壁厚，進行質量計算。計算地震作用、風載影響和應力校核時宜按相同的方式分段，從而得到每段截面的數據，有利于之后的結構優化。

注：規范中沒有規定要分段一致，案例題中就采用了不同的分段，比如計算地震作用時將筒體分成8段，而計算風載影響時卻只分了5段，應力校核時又只取了3個截面。不同分段法的優點是計算量大幅減少，缺點是增加計算的復雜程度，新學者容易搞混，且由于不是每個截面都有數據，不便之后的結構優化。

2）分析物料對圓筒的作用力包括：物料對倉殼圓筒的垂直壓應力和物料對倉殼圓筒產生的水平壓應力。

3)圓筒進行應力計算包括：軸向應力、周向應力和組合應力。

4）圓筒應力計算結果校核包括：組合拉應力和組合壓應力。

規范提供的組合壓應力校核公式需結合圖表才能計算，在實際應用中也可采用 此公式計算。此公式參考化工設備設計全書《塔設備》中塔體強度與穩定校核計算時所用的公式。

2.3 錐體計算

構造要求：錐體常見雙下料口，需根據物料特性設計下料角度，以石灰石粉料為例，下料角度為60°。

計算步驟如下：

1）錐體截面分段計算：思路與筒體分段一致。

2）分析物料對錐體的作用力包括：物料對錐體任意截面處的垂直壓應力、物料對錐體任意截面處產生的水平壓應力、錐體任意截面處的法向壓應力。

3）錐體應力計算包括：軸向應力，周向應力，組合應力。

4）圓筒應力計算結果校核：只有組合拉應力，其最大值易出現在錐體與筒體連接處。

2.4 頂板及加強筋計算

構造要求：倉頂可分為錐頂和平頂兩種類型，錐頂類型經濟性高，錐頂角度多為10°至15°。以錐頂為例計算。

計算步驟如下：

1）錐頂厚度計算

mt1，mt2，，mt3，qw分別代表倉頂自重、附加質量、單位面積倉殼頂上的平均荷載、雪載，為錐頂厚度計算的參數。在工程應用中：mt3多為倉頂保溫層重量，mt2多為倉頂上的各種重量不大的儀表、設備等。規范中列出了均布荷載的計算公式，而沒有給出集中荷載的計算，當遇到分布雜而重量輕的儀表設備時可歸入附加荷載計算，但當遇到質量集中且重量又大的時候呢？比如料倉頂部的“倉頂除塵器”，此設備重量可達幾頓，顯然不合適直接歸為附加質量，根據經驗可在構造上下功夫，控制不利因素。當計算得到的 時考慮采用加強筋結構，且錐頂厚度不小于與錐頂連接處筒體厚度。

錐頂厚度計算后需進行周向應力計算及校核。

2）錐頂加強筋計算

構造要求：錐頂加強筋以倉殼頂中心為準，呈輻射狀均勻并對稱分布，對于直徑較小的倉頂，中間圓形設置直徑φ600的鋼板環；對于直徑較大的倉頂，倉頂除塵器會比較大，荷載集中，此時需將除塵器放置在倉頂中部，周邊設焊接加強筋作為支撐。

先計算加強筋的最大彎矩，再據此計算加強筋截面模數，然后根據截面模數選取相應的型鋼進行加強。

規范中頂部加強筋計算公式沒有給出加強筋的穩定性驗算，固在工程應用中需注意：盡量采用型鋼作為加強筋；當倉體直徑較大時，倉頂需另做周向加強；當加強筋上有其他另加的集中荷載時，加強筋局部筋板加強。

3）錐頂與筒體連接處加強計算

錐頂與筒體之間常常采用角鋼連接，包邊角鋼常按標準規定選取，再根據公式校核計算。

2.5 倉體支撐結構計算

構造要求：倉體支撐結構常分為支耳式和裙座式兩種類型，可將容積小于200方的料倉設置成支耳式支撐，將容積大于200方的料倉設置成裙座式支撐。

2.5.1 支耳式支撐計算

計算步驟如下：

1）計算剛性環耳式支座組合截面慣性矩。

2）計算支座處作用于剛性環上的力F。

3）支座應力校核，分為支座處應力和兩支座間應力。

2.5.2 裙座式支撐

裙座式支撐分為長裙座式和短裙座式，工程中多見短裙座式支撐，裙高以不影響錐體與框架結構層之間的裝配為宜，一般也就600mm至800mm不等。裙座直段與筒體相連，也可視為筒體的一部分；裙座錐段段與錐體相連，也可視為錐體的一部分。

計算步驟如下：

1）計算裙座承壓區域及其加強面積，裙座承壓區域為筒體與錐體連接處。

2）計算裙座筒體段壁厚

裙座筒體本為圓筒的一部分，是筒體的根部區域，計算步驟是一樣的，只需將料倉自重引起的壓應力改成料倉自重加物料重量引起的壓應力即可，此時組合壓應力將非常大，所以此處的筒體壁厚也相應的增厚，且需設置加強筋板，以防筒體失穩。

3）基礎環板計算

基礎環厚度計算可分為無筋板計算和有筋板計算，無筋板計算所得到的板厚較厚，有筋板計算所得到的板厚較薄，固工程應用中多設筋板。應選擇合適筋板間距，否則將可能起不到減小板厚的作用。

4）地腳螺栓驗算

在筒體計算中，已經在構造措施上規定了筒體高徑比，可確保不需設地腳螺栓。

結語：

本文為應用型設計指導論文，旨在幫助設計人員更好的理解規范，結合工程實踐提出一些優化的措施或注意點，都是作者多年從事相關工作的一些總結，希望大家指正，謝謝！

參考文獻：

[1]NB/T47003.2-2009固體料倉.

[2]路秀林，王者相《化工設備設計全書--塔設備》，化學工業出版社.