李智超，鄧崔翔，鄧偉，東波，祝文

（西安西礦環(huán)?？萍加邢薰?， 陜西 西安 710075）

料倉是濕法脫硫工藝系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備，一般料倉由于受現(xiàn)場安裝條件限制，支撐均采用耳式支座結(jié)構(gòu)。目前關(guān)于耳式支座的選型主要借助標準NB/T47065.3-2018《容器支座 第3部分：耳式支座》，其主要適用于直徑≤4m和使用溫度-100℃～300℃的立式圓筒形容器，對于超出該標準適用范圍的大直徑立式容器，需要采用非標設(shè)計，并對其進行計算和校核。為此筆者根據(jù)現(xiàn)有項目中設(shè)計的大容積料倉，提出大型料倉非標耳式支座的設(shè)計計算和校核方法。

1 料倉的基本參數(shù)

該設(shè)備安裝于山東省臨沂市莒南縣臨港產(chǎn)業(yè)園，根據(jù)項目技術(shù)協(xié)議：10m高度處基本風(fēng)壓q0：400N/m2，地震影響系數(shù)a：0.12（7級地震設(shè)防烈度）。根據(jù)料倉就位高度和設(shè)備質(zhì)心，風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi：1.14[1]。

料倉設(shè)計參數(shù)：設(shè)計壓力：0.1MPa，設(shè)計溫度：常溫，材料：Q235B。

料倉設(shè)備其它參數(shù)： 設(shè)備外徑D 0 ：5620mm，筒體厚度δe：10mm，設(shè)備總高度h0：13300mm，設(shè)備總質(zhì)量m0：350t。料倉示意圖見圖1：

2 耳式支座設(shè)計流程圖

由于大型固體料倉已遠超出耳式支座適用的范圍，其設(shè)計選型需經(jīng)過嚴謹?shù)挠嬎愫托：?，具體設(shè)計流程如圖2所示：

3 耳式支座實際承受載荷和支座處圓筒所受的彎矩

根據(jù)以往類似項目的經(jīng)驗，首先確定該料倉耳式支座數(shù)量為8個，耳式支座型式和尺寸見圖3，耳式支座通過與土建梁預(yù)埋鋼板焊接固定，預(yù)埋鋼板厚度20mm。

圖1 料倉示意圖

圖2 耳式支座設(shè)計流程圖

圖3 耳式支座尺寸

3.1 耳式支座實際承受載荷計算

分析耳式支座受力時主要考慮：地震載荷、風(fēng)載荷、偏心載荷、工作載荷、檢修載荷以及設(shè)備自重等，本設(shè)備暫無偏心載荷，設(shè)備總質(zhì)量已考慮工作載荷和檢修載荷。

地震載荷：Pe=am0g=0.12×350000×9.8=4116 00N；

風(fēng) 載 荷： Pw= 1 . 2 fiq0D0H0× 1 0-6=1.2×1.14×400×5620×13300=40901N；

水平力：P=Pe+0.25Pw=421825N；

耳式支座實際承受載荷可按下式近似計算[2]：

式中：n -支座數(shù)量，n=8；k -不均勻系數(shù)，k=0.83；Ge、Se-偏心載荷、偏心距；D -支座安裝尺寸，D=5722mm。

3.2 耳式支座處圓筒所受的彎矩

耳式支座處圓筒所受的彎矩：

ML=Q×(l2-S1)×10-3=33.29kN.m

式中：根據(jù)現(xiàn)場安裝尺寸及支耳尺寸，l2取500mm，S1取450mm。

4 耳式支座許用載荷和耳式支座許用外彎矩

耳式支座本體強度主要體現(xiàn)在筋板和底板上，因此耳式支座許用載荷為分別計算筋板和底板確定的允許載荷，取其較小者為準。

4.1 耳式支座筋板允許載荷計算

由于筋板的受力為壓力，其失效狀況大多表現(xiàn)為壓縮失穩(wěn)，因此可將筋板受力結(jié)構(gòu)模型簡化為兩端鉸支的軸向受壓的壓板。

圖4 筋板尺寸

按筋板強度確定的耳式支座的允許載荷：

式中：筋板計算寬度：b=342mm；筋板厚度：δe=12mm；筋板數(shù)量：n=3；計算傾角角度：α=44.3°；；折減系數(shù)：k=0.9。

4.2 耳式支座底板允許載荷計算

底板可簡化為二邊自由、二邊簡支的承受均布載荷的矩形板受彎模型。按底板強度確定的耳式支座的允許載荷：

式中：底板厚度：δ1=30mm；底板寬度：b1=500mm；底板長度：l1=500mm；筋板間距：b2=225mm。

4.3 耳式支座許用外彎矩

在支座處容器圓筒內(nèi)的應(yīng)力主要是由容器的內(nèi)壓力和支座外彎矩引起的。主要存在以下幾種應(yīng)力：由內(nèi)壓引起的一次總體薄膜應(yīng)力，由支座彎矩引起的一次局部薄膜應(yīng)力，由支座彎矩引起的一次彎曲應(yīng)力[3]。

式中：

系數(shù)：CLΦ、CLx、KLΦ、KLx由l3/b3=0.7和Rm/δe=280確定；查表[3]得CLΦ=1.1，CLx=0.6，KLΦ=1.05，KLx=1.02。

系 數(shù)： βmΦ= β KLΦ= 0 . 1 2 6 ，βmx=βKLx=0.123。

系數(shù)：fmΦ、fmx由β和Rm/δe確定；查圖[3]得：fmΦ=22，fmx=10；

系數(shù)：fbΦ、fbx由βmΦ、βmx和Rm/δe確定；查圖[3]得：fbΦ=0.012，fbx=0.015。

4.4 應(yīng)力限制條件

組合應(yīng)力按照第三強度理論進行計算[4]，限制條件如下：

根據(jù)上述三個條件，結(jié)合耳式支座材質(zhì)[σ]=113MPa，通過自動迭代計算，得出支座最大許用外彎矩[ML]=78.42kN.m。

5 耳式支座校核判定準則

綜上可知：耳式支座實際承受載荷：Q=665.85kN＜[Q]=min([Q1]、[Q2])=914kN；耳式支座處圓筒所受的彎矩M L=3 3.2 9 k N.m＜[ML]=78.42kN.m，因此該耳式支座設(shè)計滿足要求。

6 結(jié)束語

本文提出一種大型固體料倉非標耳式支座設(shè)計流程，并結(jié)合現(xiàn)有項目對料倉耳式支座進行設(shè)計選型及校核驗證，分別計算耳式支座實際承受載荷、許用載荷、支座處圓筒所受外彎矩及許用彎矩，計算結(jié)果表明，耳式支座結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，滿足結(jié)構(gòu)強度要求。

◆參考文獻

[1] GB50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] NB/T47065.3-2018，容器支座 第3部分：耳式支座[S].

[3] HG/T20582-2011，鋼制化工容器強度計算規(guī)定[S].

[4] 丁伯民，黃正林等編.化工設(shè)備設(shè)計全書化工容器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.