浅析矩形蜂窝短管夹套容器的设计计算

2 . 3 受磷槽主要技术条件 受磷槽主要设计条件和计算参数如表1、表 2 所
刀、〇
表 1 受磷槽主要技术条件
名称 盛装介质 设计压力P 设计温度 主要材质 外形尺寸 容器内 黄鱗/ 水 常压 90°C
Q 235 - B
夹套 蒸 汽 / 热水
O .IM P a
100°C
Q 235- B
116Technology
工程技术
浅木脈 i 蜂窝短管夹套容器的设m i#
谢 刚
中 国 化 学 工 程 第 七 建 设 有 限 公 司 四 川 成 都 610100
摘要矩形容器在石袖化工、 电气及机械行业中应用广泛， 釆取不同的结构形式， 计算模型及结果会有较大 羞异。本文以西昌某黄磷生产装置中e 建成的受磷槽为例， 简要分析了矩形蜂窝短管夹套容器的受 力情况， 并提出了此类结构壁板厚度的计算方I 关键词矩形容器夹套蜂窝短管
图 4 计算程序
NB/T 47003.1 - 2 0 0 9 中关于矩形容器的计算方法也
只考虑由弯曲应力引起的失效。 当矩形容器带夹套时，夹套覆盖范围内的容器内 壁板不仅承受着由容器内压引起的拉应力或压应力， 还承受着由夹套内压力引起的压应力。此时容器可能 强度满足要求、 应力低于材料的屈服强度， 但壳体可能 因为不能保持原有形状而产生失稳现象。为保证容器 内壁有足够的刚度，内壁板厚度往往较厚才能满足要 求。当釆用蜂窝短管结构时， 可以将夹套壁板和容器内 壁板等效于拉撑结构计算模型，蜂窝夹套支撑区可简 化为周边固支的平板，并按平板上下表面的最大弯曲 应力作为壁厚设计计算依据，按照拉撑结构计算公式 算出夹套壁板和容器内壁板厚度。 受 磷 槽 受 力 模 型 根 据 NB/T 47003.1-2009中 C 型(垂直加固)进行计算， 本文仅分析壁板的计算方法， 顶板及底板的计算可直接按相关方法计算。 2 . 2 计算 步 骤 先 以 容 器 内 的 压 力 P 1 按 NB/T 47003.1-2009 中“ 矩形容器的计算方法” 对容器内壁板进行强度或刚 度 进 行 计 算 ，再 以 夹 套 压 力 P2 按 GB150.3- 2 0 1 1 中 “ 拉撑结构计算方法” 计算容器内壁板和夹套壁板的厚 度 。对于容器内壁板厚度取两次计算厚度中的较大值, 计算程序如图4 所示。
中 图 分 类 号 T Q 082. 文献标识码B 文 章 编 号 1672-9323(2017)04-0069-04
1 概述
大型矩形夹套容器广泛应用于化工装置中，为满 足工艺生产要求，常采用蒸汽或热水通人夹套对槽内 物料进行加热恒温,如黄磷生产装置中的受磷槽、 沉降 槽等设备。对于这类容器， 如果釆用整体夹套结构(见 图 1)， 当夹套压力高于容器压力时， 容器内壁按外压容 器计算,所需壁厚较大。 为减小壁厚， 可采用纵、 横向加 筋结构,但其结构复杂耗材多， 有时在结构上还受到限 制无法实现， 从成本上考虑也不经济， 故此类设备通常 采用蜂窝短管结构(见图2)。 蜂窝短管结构是在整体夹套结构的基础上，利用 接管或者短_ 钢分别与内筒和夹套筒体相焊接，将内 筒与夹套筒体连接成为整体， 因此在强度上， 特别是刚 度上内筒、 夹套都得到相互加强,二者的壁厚均可相应 减少。由于壁厚减薄有利于热传递， 间时也改变了夹套 内介质的流动状态，在内部形成紊流，提高了传热效 率 。矩形蜂窝夹套容器的设计计算肩前尚在不断发展 过程中， 并没有 形 成 成 熟 、 完 整 的理论计算体系， 故在 现阶段的设计中， 通常还是依据以往经验， 对于一些没 有可以借鉴的大参数设备，通常釆用提高壁厚的办法 来满足设备的安全性， 因此有一定的育目性和保守性， 造成富裕度过大， 产生材料的浪费。本文以西昌某黄磷 生 产 装 置 中 受 磷 槽 (如 图 3 所 示 )为 例 ， 分析其设计计 算原理,为以后类似的设计提供一些参考和借鉴。
2 . 4 按 N B /T 47〇03.1-2009计算受鱗槽内壁板厚度 受 磷 槽 可 按 NB/T 47003.1 - 2 0 0 9 中 矩 形 容 器 C 型 结 构 (如 图 5 所示)对槽体内板壁厚进行强度和刚度 校核计算。
图 5 垂直加固型(C 型)矩形容器简图
2.4.1计算条件 如 表 2 所示。 2 . 4 . 2 容器内壁板强度计算 内 壁 板 计 算 厚 度 5 wl计算公式为：
内容
1820 9.81 Q235-B Q235-A 0.8 1
根据2
计算所得名义厚度 SR 1 , 对进行刚度
校核。内壁板的最大挠度：
宽W 高H
p A.—^ E t8
=0.06281 x l 〇 〇 〇 4x
5
设计温度器壁材料的 许 用 動 [ 竹 (MPa) 设计温度器壁材料的 弹性模量Et (MPa) 加固柱间距 U
70
| 石油化工建设 2017.04
Z & C Technology
工程技术
表 2 计算条件 项目 设计压力( MPa) 设计温度rc) 长 L 容器尺寸
(mm)
2.4.2
容器内壁板刚度校核计算
.4 . 1
内容 常压
90 11600 3500 2500 126
项目 介 质 密 度 P ( K g / m 3) 重力加速度g (m/s2) 器壁材料 加固件材料 钢板厚度负偏差C1 (mm) 腐蚀裕量 c 2 常温型钢许用应[ a ]b(MPa)
4.46 X10-2 = 197500 x l 〇 .23
1 3 . 3 8 mm
2 设计计算 2 . 1 受力分析
石油化工建设 201 7.04
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& C Technology
工程技术
3500
g
图 3 受磷槽简图
对于无夹套矩形容器， 其受力主要包含两个部分： — 是由于设备内压和介质液柱静压力引起的薄膜应 力， 二是由二者产生的弯曲应力( 机械载荷和其他载荷 引起的局部应力本处不考虑)。对于常压矩形容器， 容 器内压与大气压相等， 由内压产生的薄膜应力为零;而 由介质液柱静压力产生的薄膜应力非常小，可以忽略 不 计 ，故在矩形容器的强度校核中只考虑弯曲应力。