较高温度下大型立式容器支座的选择.pdf

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1、第54卷第2期2017年4月化工设备与管道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVbl．54NO．2Apr_2017较高温度下大型立式容器支座的选择李霁，陈超(中石化上海工程有限公司，上海200120)摘要：利用有限元软件，对大型立式容器带刚性环耳座与常规耳座在内压工况下的应力强度进行了分析对比，验证了带刚性环耳座能够承载较大载荷的事实，同时对这两种支撑形式在较高工作温度下的温差应力进行了计算，得出带刚性环耳座不适用于较高温度载荷的结论，并对上述现象进行了原因分析。关键词：刚性环；耳座；温差；有限元中图分类号：TQ050．3；TH123文献标识

2、码：A文章编号：1009．3281(2017)02—0026—003立式容器的支承有支承式支座、腿式支座、裙式支座及耳式支座等。耳式支座是立式容器中较为广泛应用的支座，特别在中小型容器上”]。当容器直径较大，壳体较薄，而外载荷(包括质量、风载、地震载荷等)较大，或者壳体内处于负压操作时，采用常规耳式支座往往使壳体的局部应力较大，变形较大，甚至会引起失稳，但工程上由于场地、安装等客观条件的限制，又必须采用耳式支座的形式。这种情况下，往往会采用带有刚性环的耳式支座口】。这是标准中给出的立式容器支座选型原则，但无论是HG／T20582中的带刚性环耳式支座还是

3、支座，标准JB／T4712．3中的常规耳式支座的设计和计算，都没有提及温差应力的计算与控制，因此大型立式容器在较高温度载荷的情况下，优先选择带刚性环耳座还是常规耳座暂无定论。当大型立式容器在较高温度载荷的情况下选用带刚性环耳座或者常规耳座支撑时，即使设备整体保温足够厚，但由于耳座底板与基础相接处的温度难免受到环境温度的影响(除非现场保温尺寸足够大，能够把部分基础或框架一起覆盖，使得温度梯度出现在远离耳座的基础或框架上，而现实中由于尺寸和现场拆装要求的原因难以实现)。同时由于耳座自身的结构特点，耳座底板支撑点与设备简体壁面的距离受到耳座自身强度限制不能过

4、远，距离越远耳座受到设备重量在该处的力臂越大。也就是说基础保温的限制和底板与设备壁面距离的限制，使得设备工作温度较高时，设备与耳座相接的筒体附近很有可能存在较大的温度梯度，而这温度梯度带来的影响现有标准中没有考虑而且常规办法也无法得到。本文根据实际项目中某台大型立式容器的设计条件，采用有限元方法，计算并对比了其在采用带刚性环耳座与常规耳座支撑时，以及考虑温度载荷引起的温差应力时的应力强度，并得出相应结论。1设计数据及结构设计数据如表1所示，图1～2模型是初始设计时拟采用的结构(带刚性环耳座)，图3~4是最终设计采用的结构(常规耳座)。表1设计参数Tab

5、le1Designdata没汁Jfi)j／MPa036设汁温度／℃400r作温度／℃385简体，封头，支座Q345R材料保温层矿物棉1．1力边界条件内压工况：容器内壁施加内压0．36MPa，相关端面施加等效压力。收稿日期：2016．11．17作者简介：李霁(1983一)，男，江西景德镇人，工程师。主要从事设备有限元分析计算工作。2017年4月李霁，等较高温度下大型立式容器支座的选择图4常规耳座．不带保温层有限元模型图Fig．4SolidModelotnormallugwithoutinsulation1．2温度载荷及分布在热应力工况中，考虑温度载荷对设

6、备支撑的影响。在容器内壁施加工作温度385℃，容器保温层外壁面环境温度为一20℃，外壁面与空气问的对流换热系数13．98×10缶W／(mm2·℃)㈤，计算温度分布。1．3位移边界条件设定支座底板螺栓孔处各点的轴向及周向位移为0，径向位移不约束，即在柱坐标系下设定巩=0，协=0，阢不约束HJ。2应力分析两种结构内压工况下的应力分析结果如图5-6所示，两种结构温度载荷工况下的应力分析结果如图7～8昕示：图5带刚性环的耳座内压工况应力分布图Fig．5Stressintensityoflugwithstiffeningringunderinternalples

7、sure图6常规耳座内压工况应力分布图Fig6StressintensityofnormallugLlndel’intel’nalpI．essure戮～一～嚣产I巍：“■=■，。L图7带刚性环的耳座温度载荷工况应力分布图Fig．7SlxessintensityoflugwithstiffeningringunderthermalloadI置与管道第54卷第2期图8常规耳座温度载荷工况应力分布图Fig．8Stressintensityofnormallugunderthermalload芰庸常规14：式图6中带刚性环耳座模型在内压工况下的应力峰值122．

8、59MPa，小于图5所示常规耳座模型在内压工况下的应力峰值138．56MPa；而图7中带刚性环