壓力容器隔板的一種設(shè)計(jì)方法

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，隔板受力示意圖見圖1。

圖1 儲(chǔ)罐隔板受力示意圖

1.1 計(jì)算無加強(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)見表2。

表2 所有邊均簡單支撐，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，見圖2；b為隔板水平方向尺寸，見圖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)筋長度，mm；l為帶加強(qiáng)筋隔板的受力長度，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

壓力容器隔板設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合各個(gè)因素綜合考慮。如果過度依靠加強(qiáng)筋的作用來滿足強(qiáng)度要求，可能導(dǎo)致加強(qiáng)筋的規(guī)格過大、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。