大型矩形容器的設(shè)計

劉佩銘

（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院，吉林吉林 132002）

大型矩形容器的設(shè)計

劉佩銘

（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院，吉林吉林 132002）

介紹了較大型矩形容器F型和G型，結(jié)合實例針對F和G型矩形容器進行設(shè)計計算，并比較了兩類容器的特點。

矩形容器；加固件；強度校核；剛度校核

化工裝置中容器常見的形狀為圓筒形，但也經(jīng)常因盛裝介質(zhì)、空間位置、改造等原因會遇到較大型矩形容器的設(shè)計，對較大矩型容器的設(shè)計計算現(xiàn)標準為 NB/T47003.1—2009《鋼制焊接常壓容器》，裝置中常見較大型矩形容器的設(shè)計主要有F和G兩種類型，F(xiàn)型是采用內(nèi)部增設(shè)拉桿加固結(jié)構(gòu)，G型是帶雙向水平聯(lián)桿垂直加固型并且在內(nèi)部垂直加固柱之間設(shè)置一排或兩排不等距的聯(lián)桿。這兩種類型的主要區(qū)別為內(nèi)部加固件，加固件結(jié)構(gòu)不同計算得出不同的壁厚，現(xiàn)以具體實例針對壁板和加固件的計算比較兩種結(jié)構(gòu)的設(shè)計不同之處。

1 設(shè)計參數(shù)

循環(huán)水槽規(guī)格 10 000×6 000×3 000，容積為 180m3，設(shè)計壓力為大氣壓，設(shè)計溫度為50℃，材料選用 Q235B，許用應(yīng)力[σ]t為137MPa，腐蝕裕量3mm，鋼板負偏差0.8mm，介質(zhì)密度為1.0×106kg/mm3，上述設(shè)計參數(shù)完全符合 NB/T47003.1—2009《鋼制焊接常壓容器》中F、G型較大型矩形容器的設(shè)計條件。

2 壁板強度計算

2.1 F型壁板計算

F型矩形容器壁板強度計算的力學(xué)模型為四邊簡支，容器壁板僅承受液體靜壓力，按照設(shè)計參數(shù)水槽內(nèi)部設(shè)有兩層等距圓鋼拉桿作為加固件，兩層等距圓鋼將壁板分為三段。

各層拉桿加撐后壁板厚度及拉桿直徑見下表；

1層 2層 3層hi（mm） 1 000 2 000 3 000δi（mm） 6.03 8.52 10.44δi+C（mm） 9.83 12.32 14.24δi，n（圓整后）mm 12 14 16

2.2 G型壁板計算

G型矩形容器壁板強度計算的力學(xué)模型為四邊簡支，有內(nèi)部聯(lián)桿和垂直加固件，容器壁板僅承受液體靜壓力，此設(shè)備按設(shè)置二層聯(lián)桿計算壁板厚度。

2.2.1 壁板厚度計算

按設(shè)置二層聯(lián)桿進行設(shè)計，二層聯(lián)桿也將筒壁高度上分成三段，聯(lián)桿之間的水平距離L設(shè)為 1 000mm，各段壁板的計算厚度公式按：

上式中的αi通過 B/A 查得，A取L值 1 000，B取為各段高 度H，高度分別是1350mm、2250mm、3000mm。按NB/T47003.1中圖8-7查表分別得出αi

各段壁板厚度計算結(jié)果見下表；

第一段第二段第三段B/A（mm） 1.35 2.25 3.0αi（mm） 0.034 0.052 0.058δi（mm） 4.47 7.14 8.71δi+C（mm） 8.27 10.94 12.51δin（圓整后）mm 10 12 14

3 內(nèi)部加固計算

3.1 F型矩形容器內(nèi)部加固計算

F型矩形容器內(nèi)部設(shè)有圓鋼拉桿作為加固件，拉桿的水平間距a近似等于垂直間距h，水平間距和垂直間距均為等距，取a=h=1000mm，拉桿直徑計算為：

通過上式計算經(jīng)圓整后2層拉桿尺寸分別為20mm 和22mm。

3.2 G型矩形容器內(nèi)部加固計算

G型矩形容器的加固是由水平聯(lián)桿和垂直加固件兩部分組成的。此設(shè)備3m高，選擇中間加二層不等距聯(lián)桿設(shè)計，及高度分為三段，第一段H1=0.45H=0.45×3000=1350 mm，第二段H2=0.3H=0.3×3 000=900mm，第三段H3=0.25H= 0.25×3 000=750mm，垂直加固柱的水平間距 L 選擇 1 000mm。3.2.1 垂直加固柱

垂直加固柱需要進行截面系數(shù)核算，設(shè)計所采用的截面系數(shù)應(yīng)不小于計算所需的截面系數(shù)。

垂直加固柱所需的截面系數(shù)Zp按下式：

根據(jù)所需的截面系數(shù) 4.18cm3，加固柱通常型鋼，查機械手冊75×75×5角鋼的截面系數(shù)為7.32cm3，本設(shè)備選擇75×75×5角鋼做為加固柱。

3.2.2 水平扁鋼二層聯(lián)桿強度計算

強度計算需校核由聯(lián)桿自身引起的拉應(yīng)力σtw、彎曲應(yīng)力σnw和液體靜壓力作用于第一層聯(lián)桿引起的拉應(yīng)力σtp，扁鋼取厚度8mm，寬度為75mm。

4 結(jié)論

從上述壁板和內(nèi)部加固件計算得出，F(xiàn)型矩形容器壁板重10.6t，內(nèi)部加固件重 250kg；G 型矩形容器壁板重 8.8t，內(nèi)部加固件重990kg。當選擇較厚的壁板時，內(nèi)部的加固件較輕，反之，當選用較薄的壁板時，內(nèi)部加固件較重，設(shè)計中應(yīng)綜合材料采購、焊接等經(jīng)濟性進行選擇矩形容器類型。

[1] NB/T47003.1-2009，鋼制焊接常壓容器[S].

Design of Large Rectangular Container

Liu Pei-ming

This paper introduces the large rectangular container type F and G type，and combined with examples for F and G rectangular containers design calculations，and compare the two characteristics.

rectangular container；fasteners；strength check；stiffness check

TE953

A

1003-6490（2017）06-0101-02

2017-04-25

劉佩銘（1982—），男，吉林吉林人，工程師，主要研究方向為化工機械。