管口载荷对卧式换热器鞍座及地脚螺栓的影响.pdf

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1、第52卷第3期化　工　设　备　与　管　道Vol.52No.32015年6月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGJun.2015管口载荷对卧式换热器鞍座及地脚螺栓的影响李莉，张运强，冯少华（中国寰球工程公司，北京100012）摘要：对轴向管口的管口载荷和地震参数对小直径卧式换热器的鞍座和地脚螺栓的影响进行了分析，并为类似工况下设备的设计和计算提供了参考。关键词：管口载荷；鞍座；地脚螺栓；卧式换热器中文分类号：TQ050.2；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281（2015）03-0043-004管壳式换

2、热器是化工及石油化工生产装置中应2模型分析用最为广泛的工艺设备之一。据统计，换热设备在化工及石油化工生产装置中各类工艺设备所占投资比本分析进行以下假设：[1]例大约在35%~40％。换热器按支撑形式可分为立（1）分析过程基于设备为刚体，受力后不考虑式换热器和卧式换热器。卧式换热器是比较常见的换设备变形。热器形式。该类换热器在设计时不仅要满足换热器的（2）未考虑地脚螺栓的不均匀系数。结构要求，也要满足卧式设备的要求。（3）设备重量mg均匀作用到设备上。为了达到不同的换热效果，换热器的各种结构（4）以下公式符号都默认图所示方向为

3、正方向。参数也复杂多变。目前一些化工装置中为了满足工艺设备模型如图1所示。要求，设计出一些直径较小的换热器，管程设有与外本文中使用符号的定义（其他与JB/T4731—[3]部设备直接相连的大直径的轴向进出口，这就导致由2005《钢制卧式容器》一致的符号未列出）：于热膨胀等因素产生了较大的管口载荷。通常在进行Mx，My，Mz，Mx'，My'，Mz'——管口载荷，N·mm；设计时，一般只是校核该载荷对接管强度及筒体本身Fx，Fy，Fz，Fx'，Fy'，Fz'——管口载荷，N；的影响，而忽略了该载荷对设备鞍座及地脚螺栓的F1，F2

4、——鞍座处的支点反力，N；影响。在JB/T4731—2005中也没有确切给出鞍座在F——max（F1，F2）；外载荷作用下的计算的方法。本文通过分析管口载L——设备总长，mm；荷对鞍座和地脚螺栓的影响，得出了分析这些载荷L1——鞍座间距，mm；的必要性。n'——承受垂直于轴向拉应力的地脚螺栓个数；n"——承受轴向拉应力的地脚螺栓个数；1鞍式支座及地脚螺栓承受的载荷n1'——承受垂直于轴向剪应力的地脚螺栓个数；卧式换热器的鞍座所承受的载荷有很多，如风n1"——承受轴向剪应力的地脚螺栓个数。载荷、地震载荷、设备自重、设备内介质的

5、温度变化如图1所示，该换热器中除了轴向两个较大管引起的圆筒体伸缩时产生的载荷、管口载荷等。口外，在壳程也存在两个管口，因为其尺寸及受力管口载荷是管系在地震、风载、振动、自重、比较小，本文中没有考虑S1，S2两管口载荷的影响。水击等外界因素作用下，以及在热膨胀（或冷缩）受承受T1，T2两管口载荷后，受力模型简化如图2所示。[2]到设备约束的情况下，在接管处的容器壁上产生径收稿日期：2014-08-15向力、横向力和弯矩。本文着重分析加入管口载荷后，作者简介：李莉（1981—），女，河北南皮人，工程师。主要从事各载荷对鞍座及地脚

6、螺栓的影响。石油化工设备设计与相关技术工作。·44·化　工　设　备　与　管　道第52卷第3期vvsaGK0sa为合格。S2L3.2腹板水平力及强度校核T1T2一般标准鞍座的垫板均不起加强作用，故而S1本文仅考虑垫板不起加强作用时的腹板水平力。L1FsKF92图1设备简化模型vv9==G6@sa为合格。Hbs0Hbs03Fig.1Thesimplifiedmodelofequipment[5]3.3地脚螺栓强度校核Fy'Fy[3]按照JB/T4731—2005的要求，只计算倾覆力L矩对地脚螺栓的影响，因为该标准只考虑水平地震力

7、My'（mg/L）均布载荷Fz'Fz对地脚螺栓的影响，所以选取了最为危险的截面进行T1T2F1'F2MxMz'Mx'Mz分析。但是在本模型中，由于加入了管口在各个方向FxFx'（L-L1）/2L1的载荷，所以除了水平地震力外，还有其他方向的载荷的作用。故而在本文中对这两个方向的载荷分别进图2设备受力模型行了分析。地脚螺栓设置如图3所示。Fig.2Thesimplifiedforcemodelofequipment3公式推导3.1鞍座压缩应力校核由于T1，T2管口载荷的作用，使得作用在鞍座上的力与一般的卧式换热器的受力不同。需

8、根据材料ll力学对该模型进行力学分析，得出作用到鞍座上的作[4]用力F。（1）鞍座上的作用力F1，F2F1+F2+Fy'+Fy-mg=0（1）2l##+mg^^LL-1hhFLy+L1mg#L1FL11+-L82L^^LL+hh2FL-L（2）1y1l图3地脚螺栓设置---MMxx=082