船运大型卧式容器地脚螺栓的设计

针对大型卧式容器船运的特殊性,本文重点介绍了卧式容器鞍座与垫墩间的地脚螺栓设计计算及应力校核方法,以期为同类大型卧式容器海上运输工况下的地脚螺栓设计提供借鉴和参考。     

重力载荷作用下的三鞍座容器鞍座受力分析

通过分析三鞍座容器的受力特点,计算三个鞍座在局部集中载荷和均布载荷作用下,各鞍座的剪力和弯矩。所得结论为:在三个鞍座布置时,将局部集中载荷设置在相邻两鞍座中间,中间固定鞍座设置在容器中间时,容器受力均匀,三个鞍座的受力合理,在校核容器时,容器局部应力最小。     

三鞍座在大型卧式容器设计中的应用

对φ4m×12m的三鞍座卧式圆筒形低压容器的受力进行了分析，并给出了其弯矩、剪刀、支座反力与各项应力（轴向应力、周向应力、切应力）的计算公式及其计算结果，并与两鞍座卧式圆筒形容器的计算结果进行了对比。对比结果表明，采用三鞍座结构，筒体壁板厚度可由两鞍座的24mm减小到20mm，单台容器可节约钢材8．3t；并改善了筒体的受力状况，尤其可使对筒体设计起决定作用的周向应力大为减少，而且完全符合GB150-89之规定。     

大型对称双鞍座卧式容器设计中考虑地震力对于容器成本的考虑

NB/T 47042-2014《卧式容器》标准在校核鞍座压缩应力和地脚螺栓应力时,考虑了水平地震力的影响,而最新版的GB/T 50761-2018中要求在特定情况下应计算竖向地震作用并进行抗震验算。[2]本文通过理论分析,评估竖直地震力和水平地震力对于大型无附加载荷的对称双鞍座卧式容器各项应力的影响,提出不同抗震设防烈度下调整附件质量或附件质量系数来考虑地震力的影响。     

大型双层壳体卧式容器加强圈设计

根据双层容器的结构特点,把加强圈设置在内容器内,通过垫板同时支撑内、外壳体。根据内、外容器的工况变化,分别计算了内、外容器受外压和防止鞍座处筒体出现扁塌所需加强圈的惯性矩,进行叠加得到了双层容器鞍座上加强圈所需最大惯性矩,根据最大惯性矩设计了加强圈。简要介绍了大型双层壳体卧式容器的制作过程。     

大型卧式容器的设计

本文用高精度20节点三维有限元法,对真实结构(包括容器筒体、封头及鞍式支座)和实际的边界条件进行了分析,得到了容器变形及其鞍座附近详细位移和局部应力的分布,并指出了最大应力强度所处的位置(容器与支座连接的角尖处)。文中还对鞍式支座位置(A/L)进行了分析比较,给出了合理的鞍座位置。     

鞍座布置对卧式容器筒体应力的影响分析

针对鞍座位置(简称A值)的变化对双鞍座卧式容器筒体轴向应力、切向剪应力和周向应力的影响进行了分析和讨论.结果表明:应尽量使A≤1/2Ra,最大不宜大于0.2L.当调整A值无法满足要求时,可以通过增设垫板、增加鞍座包角或增设加强圈的方法来满足设计要求.     

非对称鞍座支撑的卧式容器强度计算

以两端外伸的简支梁为力学模型，建立两鞍座处的反力、轴向弯矩以及两鞍座之间的最大轴向弯矩表达式，再利用JB／T4731-2005《钢制卧式容器》中的方法对各危险点的应力进行校核计算。     

超标卧式容器受力分析与设计

对钢制卧式容器标准JB/T4731—2005不适用的卧式容器,如鞍座不对称的、采用非标鞍座的、承受多个附加载荷的、三鞍座支撑的、埋地的以及带有夹套的卧式容器等,进行了详细的受力分析,并提出了工程设计计算方法。     

大直径薄壁卧式压力容器的设计

卧式容器是压力容器中最常见的结构型式。大直径的薄壁卧式容器,其壳体的厚度往往不是由内压强度,而是由支座截面处的局部应力决定的。为解决这个问题,采用增加壳体厚度这种方法虽然最简单,但得到的壳体厚度较大。通过改变鞍座的型式,增大鞍座包角,可有效减小壳体厚度。最好的方案是设置加强圈,可最大限度地降低工程量,获得理想的结构设计方案。     

滑动鞍座螺栓孔长度的确定

鞍座为卧式容器最常用的支撑形式,已有较成熟的计算方法和设计标准。但对于热胀型或冷缩型的卧式容器,鞍座安装间距的确定可能被部分设计人员忽视。其中滑动鞍座的栓孔长度的计算、地脚螺栓定位等问题,应引起设计人员加以重视。本文通过一些计算实例,就滑动鞍座螺栓孔长度的确定问题,给容器设计人员提供一些参考。     

受集中载荷作用卧式容器的应力计算

在工程设计中常存在一些受集中载荷作用且结构不对称的双鞍座卧式容器，这些容器的设计计算超出了GB150－89的范围，目前国内也无其它标准可引用。本文采和材料力学中梁的受力分析方法，给出了这类容器的应力计算方法，这种计算法较好地解决了工程中遇到的一些实际问题。     

对鞍式支座卧式容器周向应力计算公式的商榷

在一些尺寸较大的低压卧式容器的设计计算中,发现“钢制石油化工压力容器设计规定”(以下简称“设计规定”)中关于具有鞍式支座的卧式容器周向应力的计算公式,可能规定得不全面,值得商榷。“设计规定”第七章第7.3.4节规定:无加强圈的卧式容器筒体,在鞍座边角处的周向应力σ_b按下式计算:     

非标准设备设计计算中不容忽视的问题

在非标设备的设计中,容器腐蚀裕量超过标准对容器法兰的影响;接管开孔补强计算时实际外伸长度的确定;容器鞍座的选用及设置;计算中鞍座宽度的取值等问题影响到设备的安全可靠性.本文论述了在设计中应充分考虑非标设备的设计参数和标准要求,提高计算结果的可靠性.     

裙座与塔式容器不同连接型式的对比分析

随着石油化工设备向大型化和轻量化方向发展,塔式容器的操作工况也越来越复杂。在不同类型载荷的作用下,裙座与塔体连接处的应力分布各有不同,设计中如何正确地选取连接型式成为设计人比较关注的问题。文章采用有限元方法对裙座与塔式容器的不同连接型式展开了研究,探讨其在不同载荷下的应力分布和变形特点,同时考察了不同对齐方式对连接处的影响,为裙座支撑容器的设计提供参考。     

基于鞍座布置的高压加热器壳体适宜长径比应力分析

高压加热器通常以双鞍座或三鞍座为支承结构。鞍座的数量和位置变化可能引起壳体结构的应力集中,构成高压加热器的长期稳定运行安全风险,基于鞍座数量和位置设置优化壳体结构尺寸具有重要工程意义。对某火电厂百万兆瓦机组高压加热器,设计以长径比为单一控制变量的壳体结构优化分析方案,建立高压加热器的有限元分析简化模型,计算壳体不同长径比对应的壳体最大Tresca当量应力、一次局部薄膜应力、轴向压应力及周向弯曲应力,分析单种应力随长径比的变化规律,综合分析各种应力随长径比的变化规律,提出了适宜长径比概念,给出了高压加热器壳体厚度分别为5 mm、10mm、15 mm时的推荐壳体适宜长径比。     

浅析低温容器低应力工况

文章从规范GB 150.1~150.4—2011《压力容器》对低温容器的设计建造规定出发,参照国内外的相关规范标准,分析低温容器设计的本质;阐述了GB 150.1~150.4—2011《压力容器》和ASME《锅炉及压力容器规范》中对低温容器定义的不同之处,以及"低温低应力工况"的本质意义。结合工程实际中的四种典型工况,探讨了低温低应力容器的合理性设计。     

带集液包卧式容器的载荷

带集液包的卧式容器结构如图1所示。集液包常布置在两支座之间,具体位置依工艺要求而定。包的直径一般在φ600～φ1000mm 之间变化,长度(从容器筒壁至集液包封头焊缝线)在800～1200mm之间。集液包直接影响了卧式容器简体的应力分布、最大弯矩的作用位置和容器鞍座的支座反力。所以,把这种结构提出来讨论是很有必要的。     

埋地钢制油罐安装力学特性分析

针对埋地油罐的安装特点,对埋地油罐的罐外覆土压力进行了分析。应用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了30m^3埋地钢制油罐的三维有限元模型,并进行求解,得出埋地油罐最大等效应力发生在鞍座尖角处罐体外壁面上。分析了砼鞍座的支撑位置及结构尺寸对油罐强度的影响,结果表明,当支撑位置A≤400mm时,油罐的最大等效应力发生在鞍座外侧边缘最低点的罐体内壁面上;当A〉400mm时,油罐的最大等效应力发生在鞍座尖角处罐体外壁面上。砼鞍座宽度及包角对油罐最大等效应力的影响相互独立,安装埋地油罐时砼鞍座的支撑位置应尽量靠近封头连接处。     

浅析低温容器的概念及应用举例

介绍了低温容器、低温低应力工况的概念以及低温容器的选材和结构设计,辅以实际工程案例进行说明。