大型立式容器内支撑梁的设计.pdf
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1、大型立式容器内支撑梁的设计 朱国栋 , 段瑞 。 曾小军 ( 中国石化工程建设公司, 北京1 0 0 1 0 1 ) 摘要: 介绍了大型立式容器 内支撑梁设计现状 、 典 型结构及其特 点和适用性。强调 了钢结构设计 理论和压力容器理论设计原则的不 同, 重点说明 了钢结构理论应用在压力容器 内主梁设计的适用 性和差异, 并给出了基本解决思路。 关键词: 支撑梁; 钢结构 ; 设计 ; 计算 中图分类号 : T Q 0 5 5 8 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 1 4 8 3 7 ( 2 0 0 9 ) 0 60 0 0 9 0 4 d o i : 1 0 3 9 6 9 j
2、i s s n 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 0 9 0 6 0 0 3 De s i g n o f S up po r t St r uc t u r e Us e d i n La r g e Ve r t i c a l Ve s s e l s Z HU Gu od o n g , D U AN R u i , Z E N G X i a o j u n ( S I N O P E C E n g i n e e r i n g I n c o r p o r a t i o n ,B e i j i n g 1 0 0 1 0 1 , C h i n a ) Ab s t
3、 r a c t : T he s i t u a ho n o f d e s i g n,t y p i c a l s t r u c t u r e wi t h t h e i r c h a r a c t e r s a n d a pp l i c a b i l i t y f o r s u p p o rt s t ru c t u r e i n l a r g e v e r t i c a l v e s s e l s a r e i n t r o d uc e d i n t he pa p e r T he d i f f e r e n c e o f d
4、 e s i g n d i s c i p l i n e b e t we e n s t e e l s t ruc t u r e a n d p r e s s ur e v e s s e l i s e mph a s i z e d Th e a pp l i c a bi l i t y o f s t e e l s t r uc t u r e t h e o r y for s u p p o rt i n v e s s e l s i s p o i n t e d o u t a n d ba s i c me t h o d s a r e s h o wn K
5、e y wo r d s: s u p p o rt; s t e e ls t r u c t u r e; d e s i g n; c a l c u l a t i o n 随着石化行业装置 的大型化 , 设备直径 的增加 给大型立式容器 ( 尤其是塔器 ) 内件的设计增加 了 难度 、 提 出了新 的要求 , 作为 内件主要支撑 件 ( 格 栅、 H梁、 桁架等 ) 的设计凸现其复杂性 和重要 性。 原有的适用于小 、 中型容器 的内支撑梁方案 已难 以 满足工艺 、 设备要求 。大型支撑结构的设计计算给 工程设计人员提出了新 的课题。 容器直径的增加 , 使梁的跨度随之加大 , 从
6、而使 支撑设计从原有的格栅 、 实腹梁等较简单的型式 , 向 花梁 、 桁架梁等较复杂的结构发展 。大跨度 、 大载荷 支撑结构设计不但需要考核结构强度 , 还必须重视 结构整体稳定 、 局部稳定 、 局部屈服 以及腐蚀 问题 等 。 大跨度梁 的设计计算 , 不 同于简单零件的材料 力学计算 , 设计时须结合钢结构的计算方法。 目前 , 压力容器相关标准尚未提供钢结构设计的依据和方 法 。而用 于 普 通 钢结 构 设 计 的 钢 结 构设 计 规 范 u 由于材料、 温度、 理论体系与压力容器不 同, 不可以简单照搬应用 , 否则会给设计带来安全隐患。 设备支撑梁的设 计包括结构选 择和构
7、件安全性核 算 , 文中分别对这两方面做一 阐述 , 重点指出钢结构 的设计需重点关注的几个 问题 , 希望 能对类似工况 的工程设计有一定 的指导意义。 1 典型支撑结构 容器内的典型支撑结构是梁 、 牛腿组合, 梁上面 铺有格栅等部件。首要要求是保证工艺流通面积 , 9 大型立式容器内支撑梁的设计 V o 1 2 6 N 0 6 2 o o 9 因此梁不宜太宽 , 一般要求翼宽1 2 0 m m。 目前主要支撑结构( 见图 1 ) 及特点 : f 1 ) 实腹梁 。 。 。 。 。 _ _ _ _ _ _ 。 l 1 2 ) 加长牛腿 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 _ 。
8、 。 。 。 l l 。 。 。 。_ _ _ - _ _ _ _ _ _ 。 。 。 。 。 。 。 。 l o o o o o o o o o o 7 图 1主要支撑结构 ( 1 ) 牛腿 +H实腹梁 常用结构, 适用于较小载荷、 较小跨度支撑 , 随 着梁的跨度增加 , 主梁腹板高度也急剧增加 , 不但笨 重, 还会在容器内形成一定的封闭空问, 影响工艺气 相 的流动 。 ( 2 ) 加长牛腿 +H实腹梁 基于结构( 1 ) 存在的缺点 , 本结构缩短了梁的 跨度 , 可以降低梁的重量和规格大小 。但是无法从 根本上解决问题 , 因为跨度减小, 虽然可以降低梁的 高度, 但是造成 2个长
9、牛腿均为长悬臂梁, 从具体设 计结果看 , 牛腿非常笨重。更不利的是悬臂梁是焊 在薄壳上 , 给壳体造成很大的局部应力。 ( 3 ) 牛腿 + 花梁 从力学分析上 比实腹梁更 节省材料 , 较 ( 1 ) 、 ( 2 ) 结构增加 了气体的流通性。空间允许 的情况 下, 不失为一种较好的支撑方案( 图2为某花梁) 。 1 0 图 2 蜂 窝式花梁 ( 4) 牛腿 + 桁架 桁架作为钢结构 的一种形式 , 普遍用于建筑结 构领域, 从力学角度来讲, 桁架系二力杆系, 由轴心 受压和受拉的二力构件组成的格构式扩大构件 j , 充分利用了材料性能 , 用于承受横 向载荷和跨越较 大的空间情况。目前也
10、是大型立式容器内部支撑的 主要选择方案 , 其与实腹梁相比有如下优点 : 1 ) 二力杆各截面主应力几乎均布 , 因此充分利 用了材料的机械性能 J 。 2 ) 增加桁架高度的可行性大, 但不影响工艺介 质 的横向流动。桁架 由各子构件构成 , 可以根据空 问结构加大高度和作局部调整, 因此 , 在抗弯情形 下 , 可以形成很大的当量抗弯截面模量。 3 ) 桁架结构灵活 , 可以在容器 内组装, 因此从 安装 、 运输方面等都较实腹梁方便 。 缺点 : 对设计人员要求高, 有较高的组装精度要 求( 图 3为某桁架梁) 。 图 3平面桁架 牛腿作为常规结构, 已经有较为成熟的解决办 法 , 本文
11、不作赘述。 支撑梁作为设备安全运转的重要结构, 需要重 点考虑。结构大型化后 , 通常的材料力学难 以满足 计算要求 , 往往要借助钢结构理论 、 结构力学进行核 算。而现行钢结构标准 钢结构设计规范 主要 适用房屋和一般构筑物设计 , 而压力容器的材质 、 内 部温度、 接触介质 、 设计原则等与钢结构设计理念有 着较大的差异 。如何正确地理解、 应用钢结构设计 理论 , 寻求用于压力容器设备主梁设计计算手段 , 对 工程设计有重要现实意义。 2 支撑结构的设计计算需重点关注的几个问题 2 1 支撑梁的布置和载荷分配方式 梁一般按容器内径等间距布置。设备内梁上的 第 2 6卷第 6期 压 力
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