“鋼制常壓容器
——固體料倉”在工程實(shí)踐中的應(yīng)用

文/俞錢永 浙江百能科技有限公司 浙江杭州 310000

1、前言

作為制漿系統(tǒng)中的核心設(shè)備，料倉的合理設(shè)計(jì)非常重要。通過本文希望可以幫助設(shè)計(jì)人員加深料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理解，理順計(jì)算過程，重視結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)，從而通過合理化的措施與途徑，在工程實(shí)踐中進(jìn)一步優(yōu)化料倉的設(shè)計(jì)。本文以“石灰石石膏--濕法脫硫工藝”的料倉設(shè)備作為案例講解。

2、計(jì)算步驟及構(gòu)造要求

2.1 地震作用及荷載

在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下載荷：

1）設(shè)計(jì)壓力：約5000pa；

2）物料自重和物料導(dǎo)致的摩擦力：相關(guān)參數(shù)需查物料特性表；

3）料倉自重和附加質(zhì)量；

4）雪載荷、風(fēng)載荷及地震作用。

計(jì)算地震作用和風(fēng)載影響時(shí)需將料倉設(shè)備合理分段，以提高計(jì)算準(zhǔn)確性。分段按照以下規(guī)則：有厚度變化面處一般都有分段面；在危險(xiǎn)截面（底部支撐處，筒體大開孔處等）處有分段面；為保證計(jì)算計(jì)算精度，每段長度不宜過長。

2.2 筒體計(jì)算

構(gòu)造要求：筒體比不大于2，常用1.5倍。高徑比大了增加設(shè)計(jì)難度和造價(jià)，也增加安全風(fēng)險(xiǎn)，沒有必要，不建議采用。

計(jì)算步驟如下：

1）按分段規(guī)則將筒體分段，按經(jīng)驗(yàn)假定各段壁厚，進(jìn)行質(zhì)量計(jì)算。計(jì)算地震作用、風(fēng)載影響和應(yīng)力校核時(shí)宜按相同的方式分段，從而得到每段截面的數(shù)據(jù)，有利于之后的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

注：規(guī)范中沒有規(guī)定要分段一致，案例題中就采用了不同的分段，比如計(jì)算地震作用時(shí)將筒體分成8段，而計(jì)算風(fēng)載影響時(shí)卻只分了5段，應(yīng)力校核時(shí)又只取了3個(gè)截面。不同分段法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量大幅減少，缺點(diǎn)是增加計(jì)算的復(fù)雜程度，新學(xué)者容易搞混，且由于不是每個(gè)截面都有數(shù)據(jù)，不便之后的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2）分析物料對圓筒的作用力包括：物料對倉殼圓筒的垂直壓應(yīng)力和物料對倉殼圓筒產(chǎn)生的水平壓應(yīng)力。

3)圓筒進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算包括：軸向應(yīng)力、周向應(yīng)力和組合應(yīng)力。

4）圓筒應(yīng)力計(jì)算結(jié)果校核包括：組合拉應(yīng)力和組合壓應(yīng)力。

規(guī)范提供的組合壓應(yīng)力校核公式需結(jié)合圖表才能計(jì)算，在實(shí)際應(yīng)用中也可采用 此公式計(jì)算。此公式參考化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書《塔設(shè)備》中塔體強(qiáng)度與穩(wěn)定校核計(jì)算時(shí)所用的公式。

2.3 錐體計(jì)算

構(gòu)造要求：錐體常見雙下料口，需根據(jù)物料特性設(shè)計(jì)下料角度，以石灰石粉料為例，下料角度為60°。

計(jì)算步驟如下：

1）錐體截面分段計(jì)算：思路與筒體分段一致。

2）分析物料對錐體的作用力包括：物料對錐體任意截面處的垂直壓應(yīng)力、物料對錐體任意截面處產(chǎn)生的水平壓應(yīng)力、錐體任意截面處的法向壓應(yīng)力。

3）錐體應(yīng)力計(jì)算包括：軸向應(yīng)力，周向應(yīng)力，組合應(yīng)力。

4）圓筒應(yīng)力計(jì)算結(jié)果校核：只有組合拉應(yīng)力，其最大值易出現(xiàn)在錐體與筒體連接處。

2.4 頂板及加強(qiáng)筋計(jì)算

構(gòu)造要求：倉頂可分為錐頂和平頂兩種類型，錐頂類型經(jīng)濟(jì)性高，錐頂角度多為10°至15°。以錐頂為例計(jì)算。

計(jì)算步驟如下：

1）錐頂厚度計(jì)算

mt1，mt2，，mt3，qw分別代表倉頂自重、附加質(zhì)量、單位面積倉殼頂上的平均荷載、雪載，為錐頂厚度計(jì)算的參數(shù)。在工程應(yīng)用中：mt3多為倉頂保溫層重量，mt2多為倉頂上的各種重量不大的儀表、設(shè)備等。規(guī)范中列出了均布荷載的計(jì)算公式，而沒有給出集中荷載的計(jì)算，當(dāng)遇到分布雜而重量輕的儀表設(shè)備時(shí)可歸入附加荷載計(jì)算，但當(dāng)遇到質(zhì)量集中且重量又大的時(shí)候呢？比如料倉頂部的“倉頂除塵器”，此設(shè)備重量可達(dá)幾頓，顯然不合適直接歸為附加質(zhì)量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可在構(gòu)造上下功夫，控制不利因素。當(dāng)計(jì)算得到的 時(shí)考慮采用加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，且錐頂厚度不小于與錐頂連接處筒體厚度。

錐頂厚度計(jì)算后需進(jìn)行周向應(yīng)力計(jì)算及校核。

2）錐頂加強(qiáng)筋計(jì)算

構(gòu)造要求：錐頂加強(qiáng)筋以倉殼頂中心為準(zhǔn)，呈輻射狀均勻并對稱分布，對于直徑較小的倉頂，中間圓形設(shè)置直徑φ600的鋼板環(huán)；對于直徑較大的倉頂，倉頂除塵器會(huì)比較大，荷載集中，此時(shí)需將除塵器放置在倉頂中部，周邊設(shè)焊接加強(qiáng)筋作為支撐。

先計(jì)算加強(qiáng)筋的最大彎矩，再據(jù)此計(jì)算加強(qiáng)筋截面模數(shù)，然后根據(jù)截面模數(shù)選取相應(yīng)的型鋼進(jìn)行加強(qiáng)。

規(guī)范中頂部加強(qiáng)筋計(jì)算公式?jīng)]有給出加強(qiáng)筋的穩(wěn)定性驗(yàn)算，固在工程應(yīng)用中需注意：盡量采用型鋼作為加強(qiáng)筋；當(dāng)倉體直徑較大時(shí)，倉頂需另做周向加強(qiáng)；當(dāng)加強(qiáng)筋上有其他另加的集中荷載時(shí)，加強(qiáng)筋局部筋板加強(qiáng)。

3）錐頂與筒體連接處加強(qiáng)計(jì)算

錐頂與筒體之間常常采用角鋼連接，包邊角鋼常按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選取，再根據(jù)公式校核計(jì)算。

2.5 倉體支撐結(jié)構(gòu)計(jì)算

構(gòu)造要求：倉體支撐結(jié)構(gòu)常分為支耳式和裙座式兩種類型，可將容積小于200方的料倉設(shè)置成支耳式支撐，將容積大于200方的料倉設(shè)置成裙座式支撐。

2.5.1 支耳式支撐計(jì)算

計(jì)算步驟如下：

1）計(jì)算剛性環(huán)耳式支座組合截面慣性矩。

2）計(jì)算支座處作用于剛性環(huán)上的力F。

3）支座應(yīng)力校核，分為支座處應(yīng)力和兩支座間應(yīng)力。

2.5.2 裙座式支撐

裙座式支撐分為長裙座式和短裙座式，工程中多見短裙座式支撐，裙高以不影響錐體與框架結(jié)構(gòu)層之間的裝配為宜，一般也就600mm至800mm不等。裙座直段與筒體相連，也可視為筒體的一部分；裙座錐段段與錐體相連，也可視為錐體的一部分。

計(jì)算步驟如下：

1）計(jì)算裙座承壓區(qū)域及其加強(qiáng)面積，裙座承壓區(qū)域?yàn)橥搀w與錐體連接處。

2）計(jì)算裙座筒體段壁厚

裙座筒體本為圓筒的一部分，是筒體的根部區(qū)域，計(jì)算步驟是一樣的，只需將料倉自重引起的壓應(yīng)力改成料倉自重加物料重量引起的壓應(yīng)力即可，此時(shí)組合壓應(yīng)力將非常大，所以此處的筒體壁厚也相應(yīng)的增厚，且需設(shè)置加強(qiáng)筋板，以防筒體失穩(wěn)。

3）基礎(chǔ)環(huán)板計(jì)算

基礎(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算可分為無筋板計(jì)算和有筋板計(jì)算，無筋板計(jì)算所得到的板厚較厚，有筋板計(jì)算所得到的板厚較薄，固工程應(yīng)用中多設(shè)筋板。應(yīng)選擇合適筋板間距，否則將可能起不到減小板厚的作用。

4）地腳螺栓驗(yàn)算

在筒體計(jì)算中，已經(jīng)在構(gòu)造措施上規(guī)定了筒體高徑比，可確保不需設(shè)地腳螺栓。

結(jié)語：

本文為應(yīng)用型設(shè)計(jì)指導(dǎo)論文，旨在幫助設(shè)計(jì)人員更好的理解規(guī)范，結(jié)合工程實(shí)踐提出一些優(yōu)化的措施或注意點(diǎn)，都是作者多年從事相關(guān)工作的一些總結(jié)，希望大家指正，謝謝！

參考文獻(xiàn)：

[1]NB/T47003.2-2009固體料倉.

[2]路秀林，王者相《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書--塔設(shè)備》，化學(xué)工業(yè)出版社.