俞錢永

【摘要】制漿系統(tǒng)是脫硫島中不可分割的重要組成部分，而料倉是制漿系統(tǒng)的核心設(shè)備，它主要用于脫硫劑的中間存儲。料倉的設(shè)置有利于提高制漿效率，在設(shè)計料倉時，設(shè)備專業(yè)需要對倉體進(jìn)行相應(yīng)的計算校核，以滿足工程項目的需求。本文以《NB/T47003.2-2009固體料倉》為理論依據(jù)，結(jié)合“石灰石石膏--濕法脫硫工藝” 的工程實踐整理計算步驟及要點分析、闡明相關(guān)計算依據(jù)和重要部件的構(gòu)造措施，符號說明參見NB/T47003.2-2009《固體料倉》。

【關(guān)鍵詞】計算步驟；要點分析；制漿料倉；重要部件的構(gòu)造措施；石灰石石膏——濕法脫硫工藝；工程實踐

1、前言

作為制漿系統(tǒng)中的核心設(shè)備，料倉的合理設(shè)計非常重要。通過本文希望可以幫助設(shè)計人員加深料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計的理解，理順計算過程，重視結(jié)構(gòu)安全設(shè)計，從而通過合理化的措施與途徑，在工程實踐中進(jìn)一步優(yōu)化料倉的設(shè)計。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、計算步驟及構(gòu)造要求

2.1地震作用及荷載

在設(shè)計時主要考慮以下載荷：

1）設(shè)計壓力：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。

計算地震作用和風(fēng)載影響時需將料倉設(shè)備合理分段，以提高計算準(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；在危險截面（底部支撐處，筒體大開孔處等）處有分段面；為保證計算計算精度，每段長度不宜過長。

2.2筒體計算

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)計難度和造價，也增加安全風(fēng)險，沒有必要，不建議采用。

計算步驟如下：

1）按分段規(guī)則將筒體分段，按經(jīng)驗假定各段壁厚，進(jìn)行質(zhì)量計算。計算地震作用、風(fēng)載影響和應(yīng)力校核時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，比如計算地震作用時將筒體分成8段，而計算風(fēng)載影響時卻只分了5段，應(yīng)力校核時又只取了3個截面。不同分段法的優(yōu)點是計算量大幅減少，缺點是增加計算的復(fù)雜程度，新學(xué)者容易搞混，且由于不是每個截面都有數(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)合圖表才能計算，在實際應(yīng)用中也可采用 此公式計算。此公式參考化工設(shè)備設(shè)計全書《塔設(shè)備》中塔體強度與穩(wěn)定校核計算時所用的公式。

2.3錐體計算

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

計算步驟如下：

1）錐體截面分段計算：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頂板及加強筋計算

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)濟性高，錐頂角度多為10°至15°。以錐頂為例計算。

計算步驟如下：

1）錐頂厚度計算

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算公式，而沒有給出集中荷載的計算，當(dāng)遇到分布雜而重量輕的儀表設(shè)備時可歸入附加荷載計算，但當(dāng)遇到質(zhì)量集中且重量又大的時候呢？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)驗可在構(gòu)造上下功夫，控制不利因素。當(dāng)計算得到的 時考慮采用加強筋結(jié)構(gòu)，且錐頂厚度不小于與錐頂連接處筒體厚度。

錐頂厚度計算后需進(jìn)行周向應(yīng)力計算及校核。

2）錐頂加強筋計算

構(gòu)造要求：錐頂加強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，倉頂除塵器會比較大，荷載集中，此時需將除塵器放置在倉頂中部，周邊設(shè)焊接加強筋作為支撐。

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

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

3）錐頂與筒體連接處加強計算

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)公式校核計算。

2.5倉體支撐結(jié)構(gòu)計算

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支耳式支撐計算

計算步驟如下：

1）計算剛性環(huán)耳式支座組合截面慣性矩。

2）計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。

計算步驟如下：

1）計算裙座承壓區(qū)域及其加強面積，裙座承壓區(qū)域為筒體與錐體連接處。

2）計算裙座筒體段壁厚

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)置加強筋板，以防筒體失穩(wěn)。

3）基礎(chǔ)環(huán)板計算

基礎(chǔ)環(huán)厚度計算可分為無筋板計算和有筋板計算，無筋板計算所得到的板厚較厚，有筋板計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）地腳螺栓驗算

在筒體計算中，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)計指導(dǎo)論文，旨在幫助設(shè)計人員更好的理解規(guī)范，結(jié)合工程實踐提出一些優(yōu)化的措施或注意點，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)計全書--塔設(shè)備》，化學(xué)工業(yè)出版社.