“钢制常压容器

俞钱永

【摘要】制浆系统是脱硫岛中不可分割的重要组成部分，而料仓是制浆系统的核心设备，它主要用于脱硫剂的中间存储。料仓的设置有利于提高制浆效率，在设计料仓时，设备专业需要对仓体进行相应的计算校核，以满足工程项目的需求。本文以《NB/T47003.2-2009固体料仓》为理论依据，结合“石灰石石膏--湿法脱硫工艺” 的工程实践整理计算步骤及要点分析、阐明相关计算依据和重要部件的构造措施，符号说明参见NB/T47003.2-2009《固体料仓》。

【关键词】计算步骤；要点分析；制浆料仓；重要部件的构造措施；石灰石石膏——湿法脱硫工艺；工程实践

1、前言

作为制浆系统中的核心设备，料仓的合理设计非常重要。通过本文希望可以帮助设计人员加深料仓结构设计的理解，理顺计算过程，重视结构安全设计，从而通过合理化的措施与途径，在工程实践中进一步优化料仓的设计。本文以“石灰石石膏--湿法脱硫工艺”的料仓设备作为案例讲解。

2、计算步骤及构造要求

2.1地震作用及荷载

在设计时主要考虑以下载荷：

1）设计压力：约5000pa；

2）物料自重和物料导致的摩擦力：相关参数需查物料特性表；

3）料仓自重和附加质量；

4）雪载荷、风载荷及地震作用。

计算地震作用和风载影响时需将料仓设备合理分段，以提高计算准确性。分段按照以下规则：有厚度变化面处一般都有分段面；在危险截面（底部支撑处，筒体大开孔处等）处有分段面；为保证计算计算精度，每段长度不宜过长。

2.2筒体计算

构造要求：筒体比不大于2，常用1.5倍。高径比大了增加设计难度和造价，也增加安全风险，没有必要，不建议采用。

计算步骤如下：

1）按分段规则将筒体分段，按经验假定各段壁厚，进行质量计算。计算地震作用、风载影响和应力校核时宜按相同的方式分段，从而得到每段截面的数据，有利于之后的结构优化。

注：规范中没有规定要分段一致，案例题中就采用了不同的分段，比如计算地震作用时将筒体分成8段，而计算风载影响时却只分了5段，应力校核时又只取了3个截面。不同分段法的优点是计算量大幅减少，缺点是增加计算的复杂程度，新学者容易搞混，且由于不是每个截面都有数据，不便之后的结构优化。

2）分析物料对圆筒的作用力包括：物料对仓壳圆筒的垂直压应力和物料对仓壳圆筒产生的水平压应力。

3）圆筒进行应力计算包括：轴向应力、周向应力和组合应力。

4）圆筒应力计算结果校核包括：组合拉应力和组合压应力。

规范提供的组合压应力校核公式需结合图表才能计算，在实际应用中也可采用 此公式计算。此公式参考化工设备设计全书《塔设备》中塔体强度与稳定校核计算时所用的公式。

2.3锥体计算

构造要求：锥体常见双下料口，需根据物料特性设计下料角度，以石灰石粉料为例，下料角度为60°。

计算步骤如下：

1）锥体截面分段计算：思路与筒体分段一致。

2）分析物料对锥体的作用力包括：物料对锥体任意截面处的垂直压应力、物料对锥体任意截面处产生的水平压应力、锥体任意截面处的法向压应力。

3）锥体应力计算包括：轴向应力，周向应力，组合应力。

4）圆筒应力计算结果校核：只有组合拉应力，其最大值易出现在锥体与筒体连接处。

2.4顶板及加强筋计算

构造要求：仓顶可分为锥顶和平顶两种类型，锥顶类型经济性高，锥顶角度多为10°至15°。以锥顶为例计算。

计算步骤如下：

1）錐顶厚度计算

mt1，mt2，，mt3，qw分别代表仓顶自重、附加质量、单位面积仓壳顶上的平均荷载、雪载，为锥顶厚度计算的参数。在工程应用中：mt3多为仓顶保温层重量，mt2多为仓顶上的各种重量不大的仪表、设备等。规范中列出了均布荷载的计算公式，而没有给出集中荷载的计算，当遇到分布杂而重量轻的仪表设备时可归入附加荷载计算，但当遇到质量集中且重量又大的时候呢？比如料仓顶部的“仓顶除尘器”，此设备重量可达几顿，显然不合适直接归为附加质量，根据经验可在构造上下功夫，控制不利因素。当计算得到的 时考虑采用加强筋结构，且锥顶厚度不小于与锥顶连接处筒体厚度。

锥顶厚度计算后需进行周向应力计算及校核。

2）锥顶加强筋计算

构造要求：锥顶加强筋以仓壳顶中心为准，呈辐射状均匀并对称分布，对于直径较小的仓顶，中间圆形设置直径φ600的钢板环；对于直径较大的仓顶，仓顶除尘器会比较大，荷载集中，此时需将除尘器放置在仓顶中部，周边设焊接加强筋作为支撑。

先计算加强筋的最大弯矩，再据此计算加强筋截面模数，然后根据截面模数选取相应的型钢进行加强。

规范中顶部加强筋计算公式没有给出加强筋的稳定性验算，固在工程应用中需注意：尽量采用型钢作为加强筋；当仓体直径较大时，仓顶需另做周向加强；当加强筋上有其他另加的集中荷载时，加强筋局部筋板加强。

3）锥顶与筒体连接处加强计算

锥顶与筒体之间常常采用角钢连接，包边角钢常按标准规定选取，再根据公式校核计算。

2.5仓体支撑结构计算

构造要求：仓体支撑结构常分为支耳式和裙座式两种类型，可将容积小于200方的料仓设置成支耳式支撑，将容积大于200方的料仓设置成裙座式支撑。

2.5.1支耳式支撑计算

计算步骤如下：

1）计算刚性环耳式支座组合截面惯性矩。

2）计算支座处作用于刚性环上的力F。

3）支座应力校核，分为支座处应力和两支座间应力。

2.5.2裙座式支撑

裙座式支撑分为长裙座式和短裙座式，工程中多见短裙座式支撑，裙高以不影响锥体与框架结构层之间的装配为宜，一般也就600mm至800mm不等。裙座直段与筒体相连，也可视为筒体的一部分；裙座锥段段与锥体相连，也可视为锥体的一部分。

计算步骤如下：

1）计算裙座承压区域及其加强面积，裙座承压区域为筒体与锥体连接处。

2）计算裙座筒体段壁厚

裙座筒体本为圆筒的一部分，是筒体的根部区域，计算步骤是一样的，只需将料仓自重引起的压应力改成料仓自重加物料重量引起的压应力即可，此时组合压应力将非常大，所以此处的筒体壁厚也相应的增厚，且需设置加强筋板，以防筒体失稳。

3）基础环板计算

基础环厚度计算可分为无筋板计算和有筋板计算，无筋板计算所得到的板厚较厚，有筋板计算所得到的板厚较薄，固工程应用中多设筋板。应选择合适筋板间距，否则将可能起不到减小板厚的作用。

4）地脚螺栓验算

在筒体计算中，已经在构造措施上规定了筒体高径比，可确保不需设地脚螺栓。

结语：

本文为应用型设计指导论文，旨在帮助设计人员更好的理解规范，结合工程实践提出一些优化的措施或注意点，都是作者多年从事相关工作的一些总结，希望大家指正，谢谢！

参考文献：

[1] NB/T47003.2-2009固体料仓.

[2] 路秀林，王者相《化工设备设计全书--塔设备》，化学工业出版社.