卧式容器鞍座布置几个问题讨论

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第9期
卧式容器鞍座布置几个问题讨论
张志辉
（湖北省缘达化工工程有限公司， 湖北 武汉 430073）
[摘 要] 鞍座是卧式容器最常用的支撑部件，其设计选型过程涉及力学、材料、焊接等多个方面。

只有正确地进行结构设计和安装，才能保证卧式容器的安全运行。

但是，对鞍座设计、安装还存在一些理解上的误区，这将直接影响设备的安全性，因此有必要引起足够重视。

[关键词] 卧式容器；鞍座；正确设计；常见问题
作者简介：张志辉（1984—），男，河北邢台人，2010年毕业于
武汉工程大学化工机械专业，硕士，工程师，注册动力工程师。

现在湖北省缘达化工工程有限公司从事压力容器设计工作。

1 鞍座布置间距
卧式容器鞍座的位置直接与鞍座处的弯矩、剪力、周向应力等相关联，一般对于薄壁的卧式容器，应尽量使支座中心到封头切线的距离A 小于或等于0.5Rm （Rm 为圆筒的平均半径），以使封头对圆筒起到加强作用，在鞍座承受M2弯矩时，抗弯截面为整个圆截面。

但是，对L/D 较大的长卧式容器，取A≤0.5Rm 时，可能使容器中间截面处弯矩M1偏大，这时应调整A ，使A 值接近0.2L ，当A=0.207L 时，M1与M2,
大致相等。

图1 鞍式支座支撑容器
2 固定式、滑动式鞍座布置
NB/T47065.1-2018《容器支座 第1部分：鞍式支座》把鞍座分为固定式（代号F ）和滑动式（代号S ）两种，这是因为设备随着温度的变化会产生热胀冷缩，如果不让设备有自由伸缩的可能性，则在容器壁中会产生热应力，钢制容器每1℃的温差将产生约2.5MPa 的应力。

因此，在设计设备支座时总有一个是固定的，其余做成滑动的。

对于双鞍座支撑容器，一般把接管多或接
管公称直径较大的一端选为固定鞍座，另一端当成滑动端，当卧式容器上面带塔或其他重型设备时，应该把远离这些附件垂直中心线的一端作为滑动端。

若卧式容器是换热器或其他形式非常温设备，在确定设备哪一端作为固定端或滑动端时，应考虑与设备和管道连接时所受到的附加载荷，同时，设备热膨胀会使管道受力或产生位移，此时，应把设备条件提交给管道应力专业，与管道应力专业共同协商，计算确定固定端或滑动端。

对于三鞍座支撑式容器，一般中间鞍座宜作为固定鞍座，两侧的鞍座作为滑动鞍座。

需要注意的是，在安装滑动鞍座时，每个地脚螺栓都有两个螺母，第一个螺母拧紧后，倒退一圈，然后再用第二个螺母锁紧，使鞍座能在基础面上自由滑动。

滑动鞍座底板下面必须安装基础垫板，基础底板必须保持平整光滑，这样才能保证在温度变化时自由伸缩。

3 轻型、重型鞍座选用
NB/T47065.1-2018《容器支座 第1部分：鞍式支座》标准中鞍式支座分为轻型鞍座和重型鞍座，轻型支座可以满足一般小型设备的使用要求，重型支座可满足换热器、介质较重或长径比较大的设备使用要求，考虑到设备上通常会有管道、操作平台等一些附加载荷，实际选用时，一般会选择重型支座。

4 鞍座包角
图2 鞍座安装间距
轻型鞍座只有包角为120°的一种，重型鞍座包角分为120°和150°两种。

通常在满足要求时，优先选用120°包角鞍座。

一般来说，包角为150°的鞍座相比包角为120°的鞍座，其受力要好一些，当设备很重或者设备壁厚较薄时，可能会出现鞍座边缘处应力σ6和鞍座垫板边缘处应力σ'6 过大的情况，此时，可选用150°包角的鞍座。

采用150°包角的鞍座有利于降低截面处的应力，缺点是使支座变得笨重，浪费了材料且使支座水平推力增大。

5 鞍座垫板
对于公称直径DN≤900的容器，重型鞍座分为带垫板和不带垫板两种结构形式，在容器壁厚较厚并且鞍座处的周向应力值不超标时，可以采用不带垫板型式。

加垫板可以有效降低容器圆筒在鞍座处的周向应力值，以下几种情况必须采用带垫板型式鞍座：
(a)容器壳体有热处理要求时；
(b)容器壳体与鞍座的温度差大于200℃时；(c)当容器壳体材料与鞍座材料化学成分或性能相差较大时。

6 三鞍座结构
对于卧式容器来说，随着支座数量的增加，每个支座的支撑反力就越小，容器筒体所受应力值也就越小。

然而，三鞍座支撑卧式容器的力学模型是一个静不定结构，任意相邻两个鞍座间如存在垂直位置差均会使三个鞍座的反力值发生变化，从而使得筒体中的各个应力值发生变化，这种情况在实际安装过程中是客观存在的，因为容器各处局部不圆度有可能是不同的，而且每个支座处的地基下沉量也可能不同。

因此，在卧式容器设计中，尽量采用双鞍座支撑，不采用或少采用三鞍座支撑。

7 滑动端螺栓孔长度确定
设备现场安装时，两个鞍座的安装间距指的是两个鞍座的地脚螺栓中心线之间的距离，而不是两鞍座中心线的距离。

如图2所示，对于热胀型容器，滑动端应预留出容器沿轴向伸长的空间，此时，地脚螺栓左端预留5mm 空间，右端空间为l-5mm 。

当容器操作壁温与安装环境有较大差异时，应根据容器圆筒的金属温度和两鞍座间距来
核算滑动端螺栓孔长度L 。

从图2可以看出，热胀型和冷缩型容器的两个鞍座安装方法是不同的，
这一点在设计安装时若不注意就会造成错误，严
容器的膨胀量ΔL 可以通过公式（1）来计算：
ΔL=α×L ×ΔT 公式（1）
其中，α为钢材平均线膨胀系数，单位：10-6
mm/mm ℃，可以通过手册或标准查出，L 为两鞍座中心间距，单位：mm ，ΔT 为容器圆筒的金属温度与安装温度差值，单位：℃，计算时安装温度可取20℃。

通过公式（1）可以看出，在长度L 一定时，容器的膨胀量ΔL 与温差ΔT 是成正比的，温差越大，容器的膨胀量越大。

例如，某热交换器材料为S30408，筒体直径为1200mm ，容器操作壁温280℃，两鞍座间距L=5600mm ，查手册可知，不锈钢S30408从20℃达到280℃的平均线膨胀系数为17.54×10-6mm/mm ℃，则容器的膨胀量：
ΔL=a ×L ×ΔT=17.54x10-6×5600×(280-20)=25.6mm
因此，滑动端螺栓孔长度L 必须大于（25.6+5）mm ，即L≥31mm 才能满足要求。

8 结语
文中阐述的几个问题，在鞍座选型和设计安装时经常会遇到，在现场曾发生过滑动鞍座安装方法不对，后期进行返工的情况。

希望借此文对这几个问题的讨论，能够引起大家的注意，以求在卧式容器鞍座设计、安装时对这些问题的处理更加合理，减少因理解偏差引起的失误，保证设备正常运行。

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表3 中间管板胀接率检验记录表
◆参考文献
[1] GB/T 151-2014，热交换器[S].
[2] GB/ 150.1~150.4-2011，压力容器[S].
[3] 陈庭清. 降膜式蒸发器的若干设计要点[J].机电信息，2015，(20)：29-32.
[4] 李彩霞，付庆瑞. 降膜蒸发器的设计[J].化工设计通讯，2018，(12)：100.
[5] 鲁晓琳. 降膜蒸发器的设计要点分析[J].科技与创新，2018，(10)：134-135.
收稿日期：2019-05-29；修回日期：2019-07-14
◆参考文献
[1] NB/T 47042-2014，卧式容器[S].
[2] NB/T 47065.1-2018，容器支座 第1部分：鞍式支座[S].[3] 王非编著. 化工压力容器设计：方法、问题和要点[M].北京：化学工业出版社，2008.
[4] 丁伯民，黄正林等. 化工设备设计全书 化工容器[M].北京：化学工业出版社，2002.
[5] NB/T 47003.1-2009，钢制焊接常压容器[S]. 收稿日期：2019-05-22；修回日期：2019-07-17
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