化工设备支座的选用.doc

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一．  支  座设备支座用来支承设备重量和固定设备的位置。支座一般分为立式设备支座、卧式设备支座和球形容器支座。立式设备支座分为悬挂式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座四种。卧式设备支座分为鞍式支座、圈式支座和支腿三种。球形容器支座分为柱式、裙式、半埋式、高架式支座四种。1．  悬挂式支座（JB/T4725-92）  悬挂式支座又称耳座，一般由两块筋板及一块底版焊接而成。耳座的优点是简单，轻便；缺点是对器壁易产生较大的局部应力。●耳座适用围（JB/T4725-92）：适用于公称直径不大于4000mm的立式圆筒形容器。●  耳座数量一般应采用四个均布，但容器直径小于等于700mm时，支座数量允许采用2个。●  耳式支座标准中分为A、AN（不带垫板），B、BN（带垫板）四种;A、AN型用于一般立式设备，B、BN型用于带保温的立式设备。●支座与筒体连接处是否加垫板，应根据容器材料与支座连接处的强度或刚度决定。对低温容器的支座，一般要加垫板。对于不锈钢制设备，当用碳钢制作支座时，为防止器壁与支座在焊接的过程中，不锈钢中合金元素的流失，也需在支座与筒连接处加垫板。●JB/T4725-92特点：1.考虑支座弯矩对容器圆筒所产生的局部应力，避免筒体由于局部应力过大有可能引起失效。局部径向弯矩包括设备自重、水平载荷（风载荷或地震载荷）及偏心载荷所产生的弯矩。2.提出了支座的制造要求，以保证支座的制造质量。若容器壳体有热处理要求时，支座垫板应在热处理前焊接在器壁上。3.改进了垫板结构。为改善容器的受力情况，JB/T4725-92将垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放。●耳式支座设计计算：支座处容器圆筒存在以下几种应力：（1）压引起的一次总体薄膜应力Pm；（2）支座弯矩引起的一次局部薄膜应力Pl；（3）支座弯矩引起的一次弯曲应力Pb；根据应力分析的方法按照下列原则计算：Pm≤[σ]Pm+Pl≤1.5[σ]Pm+Pl+Pb≤1.5[σ]至于组合应力，按照第三强度理论进行计算。一般情况下，应校核支座处圆筒所受的支座弯矩ML，使ML≤[ML]；对衬里容器，ML≤[ML]/1.5，目的是为了防止过大的局部应力造成衬里层的破坏。若容器壳体有热处理要求时，支座垫板应在热处理前焊接在器壁上。●  耳式支座选用方法：（1）  计算一个支座的实际负荷Q          KN式中，m0-设备总质量（包括壳体及其附件，部介质及保温层的质量），Kg;g-重力加速度;Ge-偏心载荷，K-不均匀系数，n=3时，K=1，n>3时，K=0.83;n –支座数量；P-水平力，P=MAX（Pe,Pw）当容器高径比不大于5，且总高度H0不大于10m时，Pe、Pw可按下式计算，超出此围的容器本标准不推荐使用耳座。              Pe(水平地震力)=0.5a0m0g  ao-地震系数，对7，8，9度地震分别取0.23,0.45,0.9。                Pw(水平风载荷)=0.95f1q0D0H0  D0-容器外径，有保温层时取保温层外径；f1-风压高度变化系数；q0-10米高度处的基本风压值；H0-容器总高度；h-水平力作用点至底板距离；Se-偏心距；D-螺栓分布圆直径。  （2）  按，选取相应的支座。（3）  校核，若不符合则应选取大一号的支座或增加支座数量。  由于支反力Q对容器器壁作用一外力矩M，M=Q（l2-s1）/103；支座处的器壁在此力矩作用下产生弯矩和弯曲应力，为了使支座处器壁附加弯曲应力和由介质压力引起的薄膜应力之和不超过许用值，对于不同DN，不同的筒体，在不同压下，均有其允许承受的最大支座外力矩值（“由容器筒体限定的、支座的许用外力矩”）。因此，值既和筒体的DN，，材质及所承受的压有关，也和支座的型号有关。2．  支承式支座（JB/T4724-92）●  支承式支座适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器：a.公称直径DN800~4000mm；b.圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN≤5;c.容器总高度HO≤10m。●支承式支座多用于安装在距地坪或基础面较近的具有椭圆形或碟形封头立式容器。  ●  支承式支座数量一般应采用三个或四个均布。●支承式支座型式分类：型  式  支座号  适用公称直径（mm）  结构特征A  1~6  DN800~3000  钢板焊制，带垫板B  1~8  DN800~4000  钢管制作，带垫板●支座与筒体连接处是否加垫板，应根据容器材料与支座连接处的强度或刚度决定。●JB/T4724-92特点：1.考虑了B型支承式对封头产生的局部应力，避免封头由于支座垂直反作用力可能引起的失效。对于A型支座，严格规定了垫板尺寸，以改善局部应力。2.在支座选用时，应考虑偏心载荷、风载荷或地震载荷对支座所引起的附加载荷。3.提出了支座的制造要求，以保证支座的制造质量。4垫板结构及尺寸  A型支座采用四角倒圆及开通气孔的矩形垫板结构，其尺寸由结构决定；B型支座垫板直径由下式确定：1.25≤d3/d2≤1.5，并应在垫板上方便的部位开设排气孔（开设排气孔目的是利于焊接或热处理时气体的排放）。●支承式支座设计计算：支座处容器圆筒存在以下几种应力：（1）压引起的一次总体薄膜应力Pm；（2）支座垂直载荷引起的一次局部薄膜应力Pl；（3）垂直载荷引起的一次弯曲应力Pb；根据应力分析的方法，对这些应力的组合按照第三强度理论进行计算：Pm≤[σ]Pm+Pl≤1.5[σ]Pm+Pl+Pb≤1.5[σ]●  对于B型支座，应校核由容器封头限定的允许垂直载荷，即要求Q≤[F]；但对于衬里容器，要求Q≤[F]/1.5。目的为了防止过大的局部应力造成衬里层的破坏。  ● 支承式支座用于带夹套容器时，如夹套不能承受整体重量，应将支脚焊于容器的下封头上。●  支承式支座选用方法：（1）  计算一个支座的实际负荷Q          KN（2）  按，选取相应的支座。（3）对于B型支座，校核；但对于衬里容器，则要求/1.5；对于具有矩形垫板的A型支座来说，由于对支反力计算尚无合理的计算方法，暂不进行这项校核计算。3．腿式支座●  腿式支座（JB/T4713-92）适用于安装在刚性基础，且符合下列条件的容器：a.公称直径DN400~1600mm；b.圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN≤5;c.容器总高度H1≤5000m。4.支腿的设计条件如下：设计温度：t＝200℃设计载荷：基本风压值≤800Pa地震设防烈度：8度（II类场地土)不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器，而应选用裙座等支承型式，以避免振动，如经计算，确认无问题时，可不受此限制。  ●  耳座数量一般应采用三个或四个均布。●腿式支座型式分类：型  式  支座号  适用公称直径（mm）  结构特征A  1~7  DN400~1600  角钢支柱，带垫板AN  1~7      角钢支柱，不带垫板B  1~5      钢管支柱，带垫板BN  1~5      钢管支柱，不带垫板A、AN型支座具有易与容器圆筒相吻合、焊接安装较为容易的优点；B、BN型支座具有在所有方向上都具有相同截面系数，具有较高抗压失稳能力的优点。标准考虑了支腿与圆筒连接处局部应力问题,故分为带垫板和不带垫板。●  符合下列情况之一,应设置垫板:a用合金制的容器壳体;b容器壳体有热处理要求;c与支腿连接处的圆筒有效厚度小于JB/T4712-92表4给出的最小厚度;垫板材料一般与容器壳体材料相同.●腿式支座设计计算：支座连接处局部应力计算复杂,为了方便选用小于JB/T4712-92表4给出的最小厚度,标准中采用比吉拉德法,计算了圆筒的局部应力,得出不同直径,不同材料,不需要设置垫板的圆筒有效厚度的最小值.凡圆筒的有效厚度小于JB/T4712-92表4给出的最小厚度,即需要设置垫板。4裙式支座●  裙式支座适用于高大型或重型立式容器的支承。 ●  裙式支座型式裙座有圆筒形和圆锥形两种形式，通常采用圆筒型裙座。圆锥形裙座一般用于以下情况：1塔径D>1000，且H/D≥30或D≤1000，且H/D≥25；2基本风压q≥0.5KN/m2或地震烈度≥8度时。圆锥形裙座的半锥角≤15°。●  裙座开孔1排气孔裙座顶部须开设Φ80~Φ100的排气孔，以排放可能聚结在裙座与封头死区的有害气体。对于有人孔的矮裙座或者顶部在封头拼接焊缝处开有缺口的可以不开设排气孔。2排液孔  裙座底部须开设80~100的排液孔，一般孔径Φ50，中心高50mm的长圆孔。3人孔  裙座上必须开设人孔，以方便检修；人孔一般为圆形，当截面削弱受到限制或为方便拆卸塔底附件（如接管等），可开长圆孔。4引出管通道孔  考虑到管子热膨胀，在支承筋与引出管之间应保留一定间隙。●  裙座与塔体封头连接  裙座直接焊接在塔底封头上，可采用对接焊缝或搭接焊缝。在没有风载荷或地震载荷时，对接焊缝承受容器重量产生的压缩载荷，搭接焊缝则承受剪切载荷。相比而言，搭接焊缝受力情况较差，在一些小塔或受力较小的情况下采用。●  裙座壳体过渡段  塔壳设计温度低于-20℃或高于250℃时，裙座壳顶部分的材料应与塔下封头材料相同，裙座壳体过渡段长度取4倍保温层厚度，但不小于500mm；对奥氏不锈钢塔，其裙座壳体过渡段高度不小于300mm，材料同底封头。●  裙座保护层当塔或周围容器有易燃、易爆介质时，一旦发生火灾，裙式支座型式会因温度升高而丧失强度，故裙座应设防火层。当裙座D≤1500mm时，仅外面敷设防火层；当裙座D>1500mm时，两侧均敷设50mm石棉水泥层。当塔操作温度很高，塔体与裙座的温度差引起不均匀热膨胀，会使裙座与塔底封头连接焊缝受力情况恶化，此时须对裙座加以保温。  5鞍式支座支座的数目  水平置于支座上的圆筒形容器，共受力状态和梁相似。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，结容器的运行安全带来不利的影响。关于支座的承重  支座设计时必须考虑它可能承受的最大荷重。因此，对用于盛装气体或密度比水小的液体的卧式容器支座，由于进行水压试验的需要，应按支承装满水的容器来设计。关于支座型式的选择  在一般情况飞建议采用鞍式支座支承卧式容器。对于大直径薄壁容器、真空下操作的容器或需要两个以上支承的容器， 一般选用圈座。支腿只适用于轴向弯曲应力比由工作压力所引起的轴向应力小的小型容器，而且其支座处由于反作用力所引起的局部应力，应在容许的围以。  ●  鞍式支座（JB/T4712-92）适用围：适用于双支点支承的钢制卧式容器的鞍式支座。●  鞍式支座型式特征:按鞍座实际承载的大小分为轻型(A)、重型(B)两种.a轻型鞍座120º包角,DN1000~4000;b重型鞍座按包角、制作方式及附带垫板情况分五种型号:BI--包角120º、焊接制作、带垫板,DN159~4000;BII--包角150º、焊接制作、带垫板,DN1500~4000;BIII--包角120º、焊接制作、不带垫板,DN159~900;BIV--包角120º、弯制、带垫板,DN159~900;BV--包角120º、弯制、不带垫板,DN159~900;鞍座分固定式(F)和滑动式(S)两种安装形式。●  鞍式支座型式选择：1重型鞍座可满足卧式换热器，介质比重较大或L/D较大卧式容器的要求；轻型鞍座则满足一般卧式容器的使用要求。但容器直径小于1米鞍座未设轻型结构，原因容器直径太小其重量差别不大。2当容器直径小于1米时，分带垫板和不带垫板两种。当容器直径小时，有些容器的壁厚裕量较大，可不带垫板；但有些容器壁厚裕量较小或筒体材质与鞍座材质差别较大或容器需热处理等，此时须加垫板；当容器直径大时，一般壁厚裕量较小，需加设垫板，以改善支座处受力状况。3容器因温度变化，固定侧应采用固定鞍座；滑动侧采用滑动鞍座。固定鞍座一般设在接管较多的一侧。采用三个鞍座时，中间鞍座宜选固定鞍座，两侧鞍座可选滑动鞍座。●  提出了支座的制造要求，以保证支座的制造质量。若容器壳体有热处理要求时，鞍座垫板应在热处理前焊接在器壁上。●  鞍式支座结构尺寸：1鞍座包角θ增加鞍座包角可以降低鞍座边角处产生的较高应力值。增加θ=150º系列，对于大直径薄壁容器，若使用120º包角鞍座，会在鞍座边角处产生的较高应力值，故增加θ=150º系列。  2鞍座筋板上设置了两个螺栓孔接地之用。3.垫板结构。为改善容器的受力情况，JB/T4712-92将垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放；为使垫板按实际需要设置或与容器等厚，标准中垫板厚度允许改变。●  垫板选用：  DN≤900mm容器，鞍座分为带垫板和不带垫板两种，符合下列情况之一,必须设置垫板:a容器圆筒有效厚度小于或等于3mm时；b容器圆筒鞍座处的周向应力大于规定值时；c容器圆筒壳体有热处理要求;d容器圆筒与鞍座间温差大于200℃时;e当容器圆筒材料与鞍座材料不具有相同或相近化学成分和性能指标时；●   鞍座设计条件如下：设计温度：200℃；地震设防烈度：8度（II类场地）；●  安装位置  鞍座应尽可能靠近封头，即A应小于或等于D0/4且不宜大于0.2L。当需要时，A最大不得大于0.25L。●  基础垫板  当容器基础是钢筋混凝土时，滑动鞍座底板下面必须安装基础垫板。基础垫板必须保持平整光滑。●  滑动鞍座螺栓孔长度L  当容器操作壁温与安装[wiki]环境[/wiki]温度有较大差异时，滑动鞍座螺栓孔长度L根据容器圆筒金属温度和鞍座间距按附录A确定。●  鞍座设计计算：1鞍座受力分析：a垂直静载荷  垂直静载荷由容器自重和其部介质重量引起，产生压应力；b静载荷在弧形承压面上所产生的水平推力，产生水平拉应力；c由于容器膨胀或收缩，在底板上产生的摩擦力，在鞍座底部横断面上产生弯曲应力；d风载荷；  由于鞍座一般较低，实际计算表明在鞍座上产生的弯曲应力是很低的，可忽略不计。e地震载荷。在鞍座底部横断面上产生弯曲应力；2在计算鞍座的允许载荷时，不但要考虑荷载所产生的水平拉应力，还要考虑垂直静荷载产生的压应力以及摩擦力、地震力等作用弯矩产生的弯曲应力。在JB/T4712-92中，除了按水平拉应力确定鞍座腹板厚度外，还按垂直静荷载以及摩擦力作用弯矩组合载荷计算鞍座的允许载荷。鞍座允许载荷[Q]计算中未考虑地震工况，因为标准中考虑地震设防烈度8度，地震系数K=0.135，小于摩擦力工况中钢对钢摩擦系数f=0.3。故摩擦力工况是最危险的组合工况。6圈座在下列情况下可采用圈座：因自身重量而可能造成严重挠曲的薄壁容器；多于两个支承的长容器。除常温常压下操作的容器外，若采用圈座时则至少应有一个圈座是滑动支承的。7球形容器支座由于球形容器都设置在室外，会受到各种自然环境(如风载荷、地震载荷及环境温度变化）的影响，而且球形容器的重量较大，外形又呈圆球状，因而支座的结构具有多种球形容器的支座结构。但总括起来可分为柱式支承和裙式支承两大类。其中柱式支承又可分为赤道正切柱式支承、V型柱式支承和三柱会一型柱式文承等三种主要类型。裙式支座则包括圆筒形裙式文座、锥形支承、钢筋混凝土连续基础支承、半埋式支承、锥底支承等多种。  在上述各种结构型式的球形容器支座中，以赤道正切柱式支承用得最为普遍。  ● 赤道正切柱式支承这种支承的结构特点是由多根圆柱状的支柱，在球壳的赤道带部位等距离分布，支柱上端加工成与球壳相切或近似相切的形状与球壳焊在一起。为保证球壳的稳定性，必要时在支柱之间加设连接拉杆。这种支座的优点是受力均匀，弹性好，安装方便，施工简单，易于调整，现场操作和检修也较方便。它的主要不足是重心高，稳定性较差。  赤道正切柱式支承的结构设计应注意以下三点：  1对于储存易燃、易爆及液化[wiki]石油[/wiki]气物料的球罐，每个支柱应设置易熔塞排气口及防火隔热层；  2对需进行现场整体热处理的球形容器，因热处理时球壳受热膨胀，将引起支柱移动，因此要求支柱与基础之间应有相应的移动措施；  3当需要设置拉杆以增加赤道正切柱式支座的稳定性时，拉杆应采用可调节松紧的结构型式，两根拉杆的交叉处应为立体交叉，不得焊死，各拉杆最高点和最低点的安装位置应分别在同一标高上。采用上述措施的目的，是为了保证各支柱和拉杆的受力均匀。