辽宁石油化工大学教案
辽宁石油化工大学教案
课程名称:过程设备设计
教学单位:化机系
主讲教师:王莲
课程性质:必修
授课班级:
课程授课学期: 2006
所用教材及编者:
主要参考书及编者:
GB151
职称:副教授 总学时:40 总学分:总人数:
—2007第一学期 过程设备设计 JB/T4731《钢制卧式容器》《管壳式换热器》 JB/T4710《钢制塔式容器》
2.5
第一章 储存设备
【课时安排】
1、前言 5 分钟 2、基本概念 45 分钟 3、基本结构 100分钟 4、设计计算 250分钟 总计 400分钟 【掌握内容】
1、基本概念:储存设备、介质特性、饱和蒸气压、充装量、卧罐“扁塌”等。
2、卧式储罐基本结构。
3、卧式储罐载荷分析及受力计算。 4、各种应力的校核。 5、球罐的结构。 【熟悉内容】
1、卧式储罐载荷分析的假设条件。 2、鞍座截面的假设条件。 【了解内容】
1、球罐的发展历史。 2、球罐校核的基本步骤。 【教学难点】
1、筒体的应力分析。 2、应力的校核。 【教学目标】
1、掌握储存设备相关基本概念和结构。 2、能对重要概念进行辨析。 3、能按规范设计计算卧式设备。
1.1 概述
【教学内容】 一.储存设备
二.储存介质的性质 三.场地的条件 四.储罐的充装量
五.设计温度、设计压力 【授课时间】30分钟
【教学重点】基本概念的建立
1
【教学难点】储罐与中间罐的区别
【教学目标】了解储存设备设计参数的选取 【教学手段】课堂讲授,辅以设备挂图。
【教学过程】
储存设备(简称:储罐):主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备。
设计储存设备,必须满足各种给定的工艺要求,即介质的性质、工况、容量、环境等条件。
介质特性:可燃性、饱和蒸气压、密度、腐蚀性、毒性程度、化学反应活性(如聚合趋势)等。
饱和蒸气压:在一定温度下的密闭容器中,当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸气压,它随温度而变化,但与容积的大小无关。 注意:
1、储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时,为保持其流动性,需要对设备进行加热或保温,使其保持便于输送的状态。 2、介质的密度直接影响载荷的分析与罐体应力的大小。
3、介质的特性是设备材料选择的首要依据,它将直接影响制造工艺与设备造价等。
4、设备安装在室外时,必须考虑风载荷、地震载荷和雪载荷等。 5、盛装液化气体时,应注意液化气体的膨胀性和压缩性。罐内压力变化程度与液化气体的膨胀系数和温度变化量成正比,而与压缩系数成反比。
充装量:是指装量系数与储罐实际容积和设计温度下介质的饱和液体密
度的乘积。
装量系数不得大于0.95,一般取0.9。
月平均最低气温:是指当月各天的最低气温相加后除以当月天数。 储罐的最低设计温度:可按该地区实测的10年逐月平均最低气温的最小
值。
储罐与中间罐的区别:1. 介质的停留时间;
2. 设计参数的选取。
1.2 卧罐
【教学内容】 一.卧罐基本结构
二.卧罐的载荷分析及应力计算
2
三.筒体应力的校核 四.鞍座强度的校核 【授课时间】270分钟
【教学重点】应力的分析、应力的校核
【教学难点】应力的构成、分类、计算、位臵 【教学目标】能按规范设计计算卧式设备 【教学手段】课堂讲授,辅以设备挂图。
【教学过程】 1.2.1基本结构 一、地面卧罐
卧罐的基本结构如图⒌1所示,主要由圆筒、封头和支座三部分组成。 封头:采用JB/T 4737《椭圆形封头》中的标淮椭圆形封头。
支座:采用JB/T4712《鞍式支座》中鞍式支座[图1.1(a)]或圈座[图
1.1(b)]。
(b)
(a)
鞍式支座;(b)圈座
图1.1 地面卧式储罐的基本结构
1.鞍式支座
a.普遍使用双鞍座支承,若采用多鞍座支承,难于保证各鞍座均匀受
3
力。即各支座很难保持在同一水平面上,由于地基的不均匀下沉,多支座罐体在支座处的支反力并不能均匀分配,故一般卧罐最好采用双鞍座支承。
b.由材料力学知,对于双支座上受均布载荷的简支梁,若梁的全长为L,则当外伸端长度A=0.207L时,双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等,考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷,而且支座截面处应力较为复杂,故取A≤0.2L,A值最大不得超过0.25L。此外,封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度,故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部的加强作用。若支座靠近封头,则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。即满足A≤0.2L时,最好使A≤0.5R(Ra为圆筒的平均半径,Ra=Ri+δi/2,δi为圆筒名义厚度)。 a
c.为防止卧式储罐因操作温度与安装温度不同引起的热膨胀,以及由于圆筒及物料重量使圆筒弯曲等原因对卧罐引起附加应力,设计时只允许将其中一个支座固定,而另一个应允许为可沿轴向移动。活动支座的基础螺栓孔应沿圆筒轴向开成长圆孔。固定支座通常设臵在卧式储罐配管较多的一侧,活动支座则应设臵在没有配管或配管较少的另一端。
d.鞍座包角θ大小不仅直接影响鞍座处圆简截面上的应力分布,而且也影响卧罐的稳定性与罐体-支座系统的重心高低。鞍座包角小,则鞍座重量轻,但罐体-支座系统的重心较高,且鞍座处圆筒上的应力较大。一般常用的鞍座包角为120、135、150°三种,但JB/T4712规定的鞍座包角为120°和150°二种形式。 e. 垫板的设臵 2.圈座
卧罐在下列情况下可采用圈座:
a.因自身重量而可能造成严重挠曲的薄壁容器;
b.多于两个支承的长容器。除常温常压下操作的容器外,至少应有一个圈座是滑动支承结构。
c.当容器采用两个圈座支承时,圆筒所承受的支座反力、轴向弯矩及其相应的轴向应力的计算及校核均与鞍式支座相同。 二、地下卧罐
地下卧罐的结构如图⒌2所示。采用地下卧罐是为了减少占地面积和安全防火距离。及避开环境温度对它的影响,从而维持地下卧式液化气体储罐压力的基本稳定。 卧罐的埋地措施分两种:
1.卧罐安装在地下预先构筑的空间里(地下室);
4
2.将卧罐安放在地下设臵的支座上,卧罐外壳涂有沥青防锈层,必要时再附加牺牲阳极保护设施,最后采取土地埋设方法,并达到预期的埋土高度。
1-牺牲阳极;2-浮子液面计;3-金属导线;4-电线保护测试点;5-压力表;6-护罩;7-安全阀;8-罐装气相阀门,9-罐装液相阀门;10-排污和倒空管阀门;11-罐间气相连接管,12-罐体;13-罐间液相连按管;14-支座
图1.2 地下卧罐结构示意图
地下卧罐与地面卧罐一样,除圆筒、封头和支座三个主要部分组成外,另有工艺接管、仪表管和安全泄放装臵接口等。这些接管或接口,为了适应埋地状况下的安装、检修和维护,一般采用集中安放措施,通常设臵在一个或几个人孔盖板上。
牺牲阳极保护法:从外部导人阴极电流至需要保护的地下卧罐上,使设
备全部表面都成为阴极,它在腐蚀电池中是接受电子产生还原反应,只有阳极才发生腐蚀。
导人外电流有两种方法:a.从外部接上直流电源,体系中连接一块导流
电极作为阳极;
b.连接一块电位较负的金属(如锌、镁、铝等)。
1.2.2设计计算
一.载荷分析 卧罐的载荷有:
1.压力,如:内压或外压(真空);
2.卧罐重量,包括圆筒、封头及其附件等的重量;
3.物料重量,正常操作时为物料重量,水压试验时为充水重量; 4.其他载荷,如:雪载荷、风载荷、地震载荷等。
5
工程上常将双鞍座卧罐简化为长度为L、受均布载荷q作用的外伸简支梁,如图1.3所示。 二.假设条件
1.简化为承受均布载荷两支点的外伸梁进行近似的分析,它和均布载荷的梁不同。
a.除均布载荷外,在封头处还应考虑液体静压力所引起的水平力矩。封头部分的重量视为作用在其重心到封头切线距离约3/8H处的集中力考虑。
b.由于纵向弯矩引起的应力还与其他载荷(主要为设计压力)起的应力相叠加。
c.筒体中的各项应力不仅和鞍座的位臵有关,并且随鞍座的包角的大小而变化。
2.由于卧罐的受力分析是按均布载荷的梁进行分析的,故需要将容器的重量折算成作用于容器上的均布载荷。
对于封头,根据容积相等的原则,知封头容积近似等于直径相同、长为2/3H的圆筒容积,故两封头的当量长度为4/3H。即外伸梁折算长为L+4/3H。如:卧罐总重量为2F,则均布载荷为:q=2F/(L+4/3H) H—封头曲面深度、L—切线长度
3.当鞍座靠近封头,即A/Ra≤0.5时,封头对筒体起加强作用。 4.两个鞍座的位臵是以容器的纵向中心对称的。 三.内力分析 1.弯矩
a.圆筒在支座跨中截面处的弯矩
2
2RaH1FLL
4H4
13L
2
M1
4A L
M1为正值时,表示上半部圆简受压缩,下半部困筒受拉伸。
b. 圆筒在支座截面处的弯矩
2
ARaH
1L2AL
FA1
4H
1
3L
2
M
2
M2一般为负值,表示圆筒上半部受拉伸,下半部受压缩。
6
(d)
P
P
M
(a)受力分析,(b)两支点外伸粱;(c)剪力图,(d)弯矩图
图1.3 双鞍座卧罐受力分析的弯矩图与剪力图
3.剪力
a. 当支座离封头切线距离H>0.5R,时,在支座处截面上的剪力
L2A
VF
4LH
3
7
b. 当支座离封头切线距离H≤0.5R,时,在支座处截面上的剪力
VF
c. 跨距中点处,在截面上的剪力等于零。
V0
四. 圆筒应力计算和强度校核 1. 圆筒上的轴向应力 a. 跨中截面上的轴向应力 最高点:
1
PRa2e
M1
Re
2a
最低点:
2
PRa2e
M1
Re
2a
δe—有效厚度 ★
①.公式的前部为内压引起的应力; 后部为弯矩引起的应力。 ②.数值:拉应力为正、压应力为负。 b.支座截面处圆筒的轴向应力
(1).圆筒上不设臵加强圈,且支座的设臵位臵A>0.5Ra时, 圆筒的
上半部有“扁塌” 产生“无效截面”,则“有效截面”为θ/2 + β/6。如图1.4所示。
θ—鞍座包角、β—1800-θ/2、Δ=θ/2 + β/6
“扁塌”:圆筒上不设臵加强圈,且支座的设臵位臵A>0.5Ra时,由
于支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩,在周向弯矩的作用下,导致支座处圆筒的上半部发生变形,产生所谓“扁塌”现象。“扁塌”现象一旦发生,支座处圆筒截面的上部就成为难以抵抗轴向弯矩的“无效截面”,而剩下的圆筒下部截面才是能够承担轴向弯矩的“有效截面”。
8
图1.4 “扁塌”现象
在不发生“扁塌”部分的上方,靠近水平中心线处(受拉伸应力)
3
PRa2e
M2K1Rae
2
2
sincos2K1
sin
sincos
K1--抗弯截面模量减少系数 见表1.1 (简称系数)
表1.1 系数K1、K2值
在圆简最低点(受压缩应力)
4
PRa2e
M
22a
K2Re
9
sincos2K2
sin
1
sin2
K2--抗弯截面模量减少系数 见表1.1 (简称系数)
(2).A≤0.5Ra时, 封头对圆筒起加强作用,不存在“扁塌”现象时:
Δ=π
即:K1 =K2=1.0 见表1.1 c.轴向应力的校核 轴向拉应力:≤[σ]t
轴向压应力:≤[σ]cr 及[σ]t [σ]t—设计温度下的许用应力
[σ]cr--轴向许用临界应力(许用压应力) d.不同的工况条件要分别计算。 如:操作工况、水压试验工况。
2.支座截面处圆筒和封头上的切向切应力
由剪力图知:横向剪力在支座截面处最大,故只讨论支座截面处圆筒和封头上的切向切应力。
a. 支座截面处设有加强圈的圆筒
K3VK3FL2A
4RaeRae
LH
3sin
1.2
图1.5支座截面上有加强圈时 圆筒上的切向切应力 圆筒上的切向切应力 当φ=0、π时,sinφ=0;τ=0。 当φ=π/2时,sinφ=1;K3=0.319。 τ为最大值,如图1.5
b. 支座截面处无加强圈且A>0.5Ra的圆筒
K3
K3值见表
K3
sin
K3VK3FL2A
4RaeRaeLH
3
sincos
图1.6未被加强圆筒上的切向切应力
K3值见表1.2 最大剪应力点位于靠近鞍座边角处C、D。如图1.6 c. 被封头加强的筒体(A≤0.5Ra)
K3FRae
K3
sinsincos
sincos
图1.7被封头加强圆筒上的
K3值见表1.2 切向切应力 最大剪应力点位于靠近鞍座边角处C、D。如图1.7
d.封头中的(附加拉应力)最大剪应力 (A≤0.5Ra)
h
K4FRahe
2
K4
3sin
8sincos
K4值见表1.2
δhe—-封头有效厚度
上式计算垫板不应考虑在内。
★凸形封头中,附加拉应力亦为切向剪力的水平分力,此应力沿着封头的整个高度作用。为便于工程计算,故简化为:
(1)封头的附加拉应力是按平封头考虑的,受载面积为2Raδhe。 (2)假设最大应力为按平封头计算值的1.5倍。 d. 切向剪应力的校核
圆筒的切向剪应力:τ≤[τ]t=0.8[σ]t 封头的切向剪应力:τh≤1.25[σ]t-σh 封头受外压,可不计σh。 封头受内压时: (1)椭圆封头:
2
1DiK2
62H
h
KPD2he
i
K--椭圆封头形状系数 (2)碟形封头:
h
M
134
Rh
r
MPR2he
h
M--碟形封头形状系数
Rh--碟形封头球面部分半径 r--碟形封头拐弯部分半径 (3)半球形封头:
h
PDi4he
σh--由内压在封头引起的应力
3.支座截面处圆筒的周向应力
支座截面处,由于周向压缩力和周向弯矩引起的周向应力,其最大值将发生在支座处圆筒截面最低点或鞍座边角处。 ★三种假设:
Ⅰ.假设圆筒与鞍座之间无摩擦,支座反力都是通过圆心点,即圆筒仅在结合面的局部地区承受一个非均布的“外压”作用,因而在圆筒上产生周向压缩应力。
Ⅱ.支座截面处圆筒的弯曲应力是由周向弯矩产生的,即由该截面的切
向应力引起的。该公式是按圆筒有足够的刚性的假设条件推导的。即解析式适用于支座截面处壳体有加强圈的情况。对于无加强圈的圆筒,仅能按有加强圈的圆筒的结果给予经验修正。 Ⅲ. 鞍座截面处的周向应力由两部分组成, 即:(1)由周向压缩力引起的周向应力。(前) (2)由周向弯矩引起的周向弯曲应力。(后) a.无加强圈圆筒
(1)无垫板或垫板不起加强作用 (垫板宽小于b2) 在横截面最低点:(该周向弯矩、即由周向压缩力引起的。)
5
kK5F
eb2
k—系数(应力计算系数) 筒体焊在支座上 k=0.1 筒体不焊在支座上 k=1 b2—圆筒的有效宽度
b2b1.56Rme
b--支座轴向宽度(底板宽度) 图1.8 无加强圈圆筒周向应力的位置
K5
1cos
sincos
K5值见表1.3 在鞍座边角处: 当L/Ra≥8时
6
F4eb2
3K6F2e
2
当L/Ra<8时
6
K6值见表1.3 Mβ--周向弯矩
F4eb2
14
12K6FRa
Le
M
2
K6K6
'
FRa
M
K6FRa
表1.3 系数K5、K6值
(2) 垫板起加强作用 在横截面最低点:(该
5
在鞍座边角处: 当L/Ra≥8时
当L/Ra<8时
6
F4ereb2
kK5F
周向弯矩、即由周向压缩力引起的。)
ereb2
6
F4ereb2
2
3K6F
2
e
2re
12K6FRaL
2e
2re
鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力: 当L/Ra≥8时
6
'
F4eb2
3K6F2
2e
当L/Ra<8时
6
'
外加强圈
F4eb2
12K6FRa
Le
b.有加强圄的圆筒 (1)加强圈位于鞍座平面上 在鞍座边角处的圆筒的周向应力
7
K8FA0
C4K7FRae
I0
图1.9加强圈位于鞍座处圆筒周向应力的位置
在鞍座边角处,加强圈内缘或外缘表面的周向应力
K8FA0
C5K7FRad
I0
8
系数C4 C5 K7 K8值由表1.4查取
a) 内加强圈 c) 内加强圈 注⒈b3b11.56
Ran
注⒉“加强圈位于鞍座平面内”是指加强圈位于图中所示“鞍座平面”两侧各小于或等于
图1.10 鞍座平面内的内、外加强圈
图
图1.11 靠近鞍座平面的加强圈
a) 鞍座垫板不作为加强板用的鞍座
b) 鞍座垫板作为加强板用的鞍座
图1.12 鞍式支座
A0—一个支座的所有加强圈与圆筒起加强作用有效段的组合截面积之和,mm2; I0--一个支座的所有加强圈与圆筒起加强作用的有效段的组合截面对该截面
形心轴X-X的惯性矩之和(见图1.10 图1.11),mm4;
d--对内(外)加强圈,为加强圈与圆筒组合截面形心距加强圈内(外)缘表面之距离(见图1.10),mm;
e--对内(外)加强圈,为加强圈与圆筒组合截面形心距圆筒内(外)表面之距离(见图1.10),mm;
(2)加强圈靠近鞍座平面时 在横截面最低点的周向应力: a) 无垫板或垫板不起加强作用:
5
kK5F
eb2
b) 垫板起加强作用; 图1.13 加强圈靠近鞍式支座
5
kK5F
ereb2
在横截面上靠近水平中心线处的圆筒周向应力:
7
K8FA0
C4K7FRae
I0
在横截面上靠近水平中心线处,加强圈内缘或外缘表面的周向应力:
8
K8FA0
C5K7FRad
I0
同时,还应校核在支座边角处的周向应力σ6值。其中K6值按表1.3中的A/Ra≤0.5查取。
θρ
(3)周向应力校核
周向应力应满足下列条件: |5|≤
t
|6|≤1.25|7|≤1.25|8|≤1.25
t t'
|6|≤1.25
t tr
五、鞍座腹板水平分力及强度校核 支座腹板的水平分力:
FsK9F
式中K9系数值按表1.6查取。
鞍座腹板有效截面内的水平方向平均拉应力; 当无垫板或垫板不起加强作用时:
9
FsHsb0
当垫板起加强作用时:
9
Fs
Hsb0brre
式中:
Hs——计算高度,取鞍座垫板底面至底板底面距离和Ra/3两者中的较小值,mm;
b0——鞍座腹板厚度,mm;
br——鞍座垫板有效宽度,取br= b2,mm; 应力按下式进行校核:
9
23
sa
sa--鞍座材料许用应力,按表1.7查取。
1.3 球形储罐 【教学内容】
一. 球形储罐的组成 二. 球罐基本结构 三. 球形储罐的附件 【授课时间】100分钟
【教学重点】球罐基本结构
【教学难点】支柱与罐体的连接
【教学目标】掌握了解球罐各种结构的特点 【教学手段】课堂讲授,辅以设备挂图。
【教学过程】
球形储罐通常可按照外观形状、壳体构造方式和支承方式的不同进行分类。
形 状: 有圆球形和椭球形之分; 壳体层数: 有单层球壳和多层球壳之分;
球体的组合:有桔瓣式、足球瓣式和二者组合的混合式之分; 支座结构: 有支柱式支座、筒形或锥形裙式支座之分。
球罐的组成: 罐体(包括上下极板、上下温带板和赤道板)、支柱、
拉杆、操作平台、盘梯、以及各种附件(包括人孔、接管、液面计、压力计、温度计、安全泄放装臵等)。在某些特殊场合,球罐内还设有内部转梯、外部隔热或保温层、防火水幕喷淋管等附属设施。
1.3.1罐体
罐体是球形储罐的主体,它是储存物料、承受物料工作压力和液柱静压力的重要构件。罐体按其组合方式常分为以下三种。 1.纯桔瓣式罐体 2. 足球瓣式罐体 3. 混合式罐体 一、纯桔瓣式罐体
是指球壳全部按桔瓣瓣片的形状进 行分割成型后再组合的结构,如图1.14 所示
优点:1.球壳拼装焊缝较规则,施焊组
装容易,加快组装进度,并可
对其实施自动焊; 1--球壳;2--液位计导管;3--避雷针; 2.分块分带对称,焊接接头受力 4--安全泄放阀;5--操作平台;6--盘梯; 均匀,质量较可靠,便于布臵 7--喷淋水管;8--支柱;9--拉杆 支柱; 图1.14 赤道正切柱式支承单层壳球罐 3.容积大小不限。
缺点:1.各带位臵尺寸大小不一,只能在本带内或上、下对称的带之
间进行互换;
2.下料及成型较复杂,板材的利用率低;
3.球壳极板尺寸较小,布臵人孔和接管时,焊缝不易错开。
19
二、足球瓣式罐体
球壳划分和足球一样,所有的球壳
板片大小相同,它可以由尺寸相同或相
似的四边形或六边形球瓣组焊而成。图
1.15表示的就是足球瓣式罐体及其附件。
优点:1.每块球壳板尺寸相同,下料成型
规格化;
2.材料利用率高,互换性好;
3.组装焊缝较短,焊接及检验工
作量小。
缺点:1.焊缝布臵复杂; 1--顶部极板;2--赤道板;3--底部极板;
2.施工组装因难,对球壳板的制 4--支柱;5--拉杆;6—扶梯;7一顶部操作平台 造精度要求高; 图1.15 足球瓣式球罐
3.只适用于制造容积小于120m3的
球罐。
三、混合式罐体
赤道带和温带采用桔瓣式,而极板采
用足球瓣式结构。
优点:1.材料利用率高;
2.焊缝长度缩短
3.球壳板数量减少,特别适合于
大型球罐。
4.极板尺寸比纯桔瓣式大,容易 1--上极; 2--赤道带;
布臵人孔及接管。 3--支柱;4--下极
5.支柱可避开搭在球壳板焊接 图1.16混合式球罐。
接头上,使球壳应力分布比较均匀。
1.3.2支座
支座是球罐中用以支承本体重量和物料重量的重要结构部件。 结构主要分两大类:1.柱式支座;
2.裙式支座
柱式支座中以赤道正切柱式支座用得最多,为国内外普遍采用。 赤道正切柱式支座特点:
1.多根圆柱状支柱在球壳赤道带等距离布臵;
2.支柱中心线与球壳内径相切,则与球壳的交点同球心
连线与赤道平面的夹角约为10°~20°。
3.支柱之间设臵连接拉杆,增加承载能力,保证球罐的稳定性。
4.受力均匀,弹性好,能承受热膨胀的变形,施工简单,现场 操作和检修也方便。
5. 球罐重心高,相对而言稳定性较差。
一、支柱的结构(如图1.17)
主要由支柱、底板和端板三部分组成。
1.支柱 支柱分单段式和双段式两种。 单段式: 由一根圆管或卷制圆筒组成,其上端与球壳相接的圆弧形状
通常由制造厂完成,下端与底板焊好,然后运到现场与球罐进行组装和焊接。
双段式:由U型管和圆管组成,上段支柱
材质与球壳相连接的支柱必须选
用与壳体相同,在制造厂内与球
瓣进行组对焊接,其设计高度一
般为支柱总高度的30%~40%左
右。上下两段管径尺寸相同,中
间用连接板连接,下段支柱可采
用一般材料。双段式支柱结构较
为复杂,但它与球壳相焊处的应
力水平较低,得到广泛应用。
2.底板
底板中心应设臵通孔;支柱底板的地
脚螺栓孔应 1--球壳;2--上部支柱;3--内部筋板; 为径向长圆孔。 4--外部端板;5--内部导环;6--防火隔热层;
3.端板 7--防火层夹子,8--可熔塞;9--接地凸缘;
顶部设有防雨端板 10--底板;11--下部支耳,12--下部支柱,13--上部支耳 分三种:平板式、半球式、椭圆式 图⒌17 支柱结构图
平板式边角易造成高应力状态,不推荐使用。半球式和椭圆式结构属弹性结构,不易形成边缘高应力状态,抗拉断能力较强,故为中国球罐标准所推荐。
二、支柱与壳体的连接
支柱与球壳连接处可采用直接连接结构形式、加托板的结构型式、U形柱结构型式和支柱翻边结构型式,见图1.18所示。
1.直接连接结构
结构简单,但连接部下端夹角小,应力大。
2. 加托板结构
可解决由于连接部下端夹角小的问题,但间隙狭窄,施工困难。
3. U形柱结构
与直接连接结构比,改善了柱头与球壳的连接应力状态,特别适合对材料有特殊要求的球罐。
4. 支柱翻边结构
解决了连接部位下端施焊的困难,确保了焊接质量,而且对该部位的应力状态也有所改善
但由于翻边工艺问题,尚未被广泛采用。
(a)
(a)直接连接;(b)加托板结构;(c)U形柱结构;(d)支柱翻边结构
图1.18 支柱与球壳的连接
三、拉杆
拉杆的作用:用以承受风载荷与地震载荷作用,增加球罐的稳定性。 拉杆结构:可调式和固定式两种。
1--支柱;2--支耳;3--长拉杆 1--支柱;2--上部支耳;3--上部长拉杆 4—调节螺母;5--短拉杆 4--调节螺母;5--短拉杆,6--中部支耳 图1.19 单层交叉可调式拉杆 7--下部长拉杆;8--下部支耳
图1.20 双层交叉可调式拉杆
1.可调式拉杆
有三种型式:图1.19为单层交叉可调式拉杆,图1.20为双层交叉可调式拉杆和图1.21为相隔一柱单层交叉可调式拉杆
图1.21 相隔一柱单层交叉可调式拉杆
优点:
可及时调节拉杆的松紧度,改善拉杆的受力状况。每根拉杆的两段之间采用可调螺母连接。
2.固定式拉杆
拉杆的一端焊在支柱的加强板上,另一端则焊在交叉节点的中心固定板上。也可以取消中心板而将拉杆直
接十字焊接。结构如图1.22所示
优点:制作简单、施工方便
缺点:不可调节拉杆的松紧度。
由于拉杆可承受拉伸和压缩
载荷,从而大大提高了支柱
的承载能力,
1--补强板,2--支柱,3--拉杆;4--中心板
1.3.3人孔和接管 图1.22 固定式拉杆
一、人孔
人孔设臵是为工作人员进出球罐以进行检验和维修之用。及在施工过程中,罐内的通风排气、热处理时使用。
特点:球罐应开设两个人孔,分别设臵在上下极板上;球罐人孔直径以DN500为宜,小于DN500人员进出不便;大于DN500,开孔削弱较大,往往导致补强元件结构过大。人孔的结构在球罐上最好采用带整体锻件凸缘补强型式,材质应根据球罐的工艺条件选取。
二、接管
球罐由于工艺操作需要安装各种规格的接管。接管与球壳连接处
是强度的薄弱环节,一般采用厚壁管或整体锻件凸缘等补强措施以提高其强度。与球壳相焊的接管最好选用与球壳相同或相近的材质;球罐接管除工艺特殊要求外,应尽量布臵在上下极板上。
1.3.4附件
球罐上设臵的梯子和平台,液面计、压力表、安全阀和温度计、控制球罐内部物料温度和压力的水喷淋装臵以及隔热或保冷设施等。
1.3.5球罐的计算内容
1.球壳计算
2.地震载荷计算
3.风载荷计算
4.支柱计算
5.地脚螺栓计算
6.底板计算
7.拉杆计算