加氢反应器设计计算书

加氢反应器盖板、吊耳设计计算书

1.吊盖盖板厚度

1.1材料选用16MnD-Z25 δ＞100时、δS=255N/mm2

[δ]= δS/1.6=255/1.6=159.375 N/mm2

1.2设计计算重力W

（1）设备净重 W0=270t

W=K×W0

K-计算系数、吊耳设计计算系数1.2-1.65 取K=1.4

W=1.4×270t=378t

（2）吊盖受力模型

按圆板中心受一个局部均布荷载且螺栓不产生弯矩，计算公式见“建筑结构计算手册”中国建筑工业出版社1975版。

（3）局部均布载荷

均布荷载范围取800×160、即耳板形成的范围。成圆形时，当量半

径为r。

r=a+b1/4×0.875=800+160/4×0.875=274.3mm

均布荷载q=W/πr2=378×104/π×274.32=16.0N/mm2

1.3盖板应力计

(1)盖板计算半径为螺栓圆半径 R=635mm

(2) β=r/R=274.3/635=0.432

(3)б=(6 /h2)×(qr2/16) [4-（1-μ）β2-4（1+μ）Inβ]

式中μ-泊桑比 μ=0.3 h盖板厚度 取h=160mm

б=(6/2002) ×（16×274.32/16）[4-（1-0.3）×0.4322-4（1+0.3）In0.432] =11.286×(3.869+4.365)=92.929N/mm2＜159.375N/mm2

2耳板尺寸

2.1采用单耳板形式尺寸见图

2

2.2危险断面应力计标（设备直立状态时）

（1）A-A断面、按曲梁计算

M=pl/8 式中p-每个耳板受力 p=k1×W

式中k1-双吊耳受力不均匀系数 k1=1.1 单吊耳 k1=1.0

P=W=378t

l-耳板环梁中径

l=(700-188)/2+188=444mm

M=378×104×444/8=20979×104N·mm

W=b1h12/6=160×2562/6=5747627mm3

б=M/W=120.04N/mm2＜［б］=159.375N/mm2

(2)焊缝处拉应力

б=p/a×b1×k2

式中a耳板长 a=800 b1-耳板厚 b1=160

k2-焊缝系数 k2=0.7

б=378×104/800×160×0.7=42.19N/mm2＜［б］ 安全

3设备起吊时耳板抗弯计标

3.1起吊时耳板根部骤变.见图2 B-B截面

设起吊时起吊力为1/2设备吊装计算应力

μ=(p/2)×l1=378×104×400/2=75600×104 N·mm

W=b1a2/6=160×8002/6=1707×104mm3

б=M/W=44.29N/mm2＜［б］

4设备起吊时设备管口骤变

设备管口尺寸φ外=1050 φ内=777、厚度136.5mm

位置D-D截面见图

3

取k1-吊装动载系数 k1=1.1

μ=k1×(W0/2)×l=1.1×270×104×(700-100+600)/2=178200×104 N·mm

W=π(D4-d4)/32D=π(10504-7774)/(32×1050)=7952.96×104mm3 б=M/W=22.4N/mm2＜［б］

设备管口材料9/4Cr-1MoбB=505. бs=300. ［б］1=150

5设备起吊时、封头处局部应力

（1）按封头处接管φ=1316与封头结合处位置计算

Mt=k1(W0/2)l1=1.1(270×104/2) ×1300=193050×104 N·mm

(2)应力计算公式取自“化工设备元件骤变计算”化学工业部设备设计技术中心站1989.4第十章“局部应力”

切向弯矩M产生的应力

б=Ct(Mt/t2Rβ)

式中R-壳体中间半径 R=1932-39=1893mm

t-封头厚度 t=78mm

壳体参数γ=R/t=1893/78=24.27

β=0.875r0/R=0.875[1316/﹙1893×2﹚]=0.304

式中r0-接管外半径，有补强圈时按补强圈外半径（此处按补强圈计、即r0=1316/2）

由γ及β查图97，得Ct=0.49

б=0.49(193050×104/782×1893×0.304)=270.18N/mm2

设备封头材料9/4Cr-1Mo［б］1=150N/mm2

由于б＜2［б］1，故安全。

6螺栓受力计算

6.1本设备顶接管使用20个H80×3双头螺栓，材料25Cr2MoVA бB=805 бS=685 [б]1=254 (查GB150得到)

6.2设备起吊时螺栓预紧力

（1）设备起吊时重力为p2=378t/2=189t

(2)螺栓预紧力后产生的摩擦力应大于起吊重力

F×f≥p2×k3

式中 F-螺栓预紧力

f-钢对钢摩擦力系数，对干摩擦，取f=0.2

k3-预紧力增加系数 k3=1.2

F=p2k2/0.2=189×1.2/0.2=1134t

(3)每个螺栓的预紧力

F1=F/20=56.7t

(4)设备直立后螺栓受力

F2=p2/20=378t/20=18.9t

(5)每个螺栓受许拉力

θ=π×[δ]2=π×(762/4) ×254=1151677N=115t>F1

故螺栓拉力满足要求。

技术要求

1. 材料 件号1.盖板16MnD-Z25并应符合厚度方向性能钢板GB5313-85要求

件号2.耳板16MnD 件号3.小吊耳16Mn

2. 件号1应经100%超声波检查，符合GB/T2970-91 Ⅱ级合格。

3. 本次设备吊装在乌市冬季，故吊耳材料采用16MnD低温用钢材。

4. 耳板与盖板丁字焊缝采用半U型双面焊，坡口尺寸允许按所用工艺适当调正，焊接前应有焊接工艺评定，焊前应予垫及后垫，采

用低氢型焊条。

5. T型焊缝在组对时点焊时允许设支撑、焊接开始后应撤去，焊缝不应在拘束条件下焊接。焊接过程中应两侧交替进行，防止耳板歪斜。一侧焊缝焊接一部分后，焊接另一侧。不应使用碳弧气刨，应采用砂轮磨光机，后进行着色检查、合格后继续焊接。必要时增加中间过程的着色检查。

6. T字缝净100%超声波检查，Ⅱ级合格，然后作整体热处理，温度625℃±25℃，保持8小时。

7. 盖板焊接后如不平度超过2‰，应对盖板螺母处宽度160mm范围进行加工，或划出φ160圆平面，以使螺母与盖板接触良好。

8. 每个螺母预紧力56.7t

安装使用说明

1. 本次使用单耳板式吊盖，其中制造中使用16MnD-Z25为Z向性能钢板，由于吊盖厚度大，容易与焊缝与盖板间产生层状撕裂，所以采用Z向性能钢板。

防止产生层状撕裂的措施。

（1） 减少该处应力，即扩大接触面积。

（2） 采用Z向钢板，由于该材料中硫的含量少（Z25要求硫≤0.007），

远小于16MnD中0.030要求。故金属晶格处非金属夹杂物少，晶格结合强度高，抗层间撕裂能力大。

Z向性能钢板有三个等级，Z15、Z25、Z35，即断面收缩率15%、25%、35%（在钢板厚度方向性能）

（3） 焊接时，结构不应拘束，防止产生过大内应力。

（4） 焊后整体热处理，以消除大部分焊接应力。

2. 盖板与管口装配时只允许螺母处接触，每个螺柱预紧力为56.7t

3. 盖板、卡环、绳扣螺栓配合尺寸及注意事项件附图。

4. 本次盖板计算可参阅公司“技术进步2008-Z”圆形提升盖板设计计算，本次用材料力学计算方式并未用钢结构设计中荷载规范要求，故许用应力取δs/1.6。

如果使用中将管口密封部位接触，按该文要计算螺栓产生的弯矩，此时盖板应力会比本计算增大将一倍。

本计算公式仅按平板计标，最大应力发生在中心部位，未考虑耳板的加强作用，故实际使用应该安全。