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(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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)足要求的經(jīng)濟(jì)合理的最佳設(shè)計(jì)組合。