压力容器隔板的一种设计方法

亓立锋

中海油石化工程有限公司 济南 250101

压力容器经常利用隔板来分隔内部液体，隔板可以不带加强，也可以采用加强筋进行加强。一般情况下，隔板两侧都有液体,但计算时考虑隔板一侧有液体作为设计条件。

1 实例分析

某多元醇项目，一台卧式产品储罐，DN=4400 mm。在筒体中间位置需设置中间隔板，高度H=4100 mm，设备筒体材料为SS30403，隔板受力示意图见图1。

图1 储罐隔板受力示意图

1.1 计算无加强筋隔板厚度

(1)载荷:

p=ρ×a×9.8×10-9=973×4100×9.8×10-9=0.039

(2)隔板厚度：

隔板尺寸见图2。

a-隔板竖直方向尺寸；b-隔板水平方向尺寸

由表1得出β1=0.3 ，γ1=0.0556

表1 一个短自由边，三个简单的支撑边，均匀地向自由边降低载荷的计算系数

(3)偏移量：

1.2 设定合适隔板厚度及最大格板尺寸

设置加强筋的隔板结构见图3。

假设隔板厚度:tb=16 mm；最大“分隔”尺寸:a=690 mm；b=690 mm；最大载荷为图3中9号加强筋所受载荷，a9=4071 mm。

图3 设置加强筋的隔板结构

(1)载荷:

p=ρ×a9×9.8×10-9=973×4071×9.8×10-9=0.0388

(2)隔板的弯曲应力:

其隔板尺寸：a/b=1；查系数见表2。

表2 所有边均简单支撑，均匀降低载荷的计算系数

由表2得出：β2=0.16,γ2=0.02

σb<[σ1]

(3)偏移量：

按图3，设置加强筋后的隔板厚度校核合格。

以上式中，a为隔板竖直方向尺寸，见图2；b为隔板水平方向尺寸，见图2；an为第N个加强筋距离隔板最上端距离，mm；bn为第N个加强筋长度，mm；l为带加强筋隔板的受力长度，mm；[σ]为材料许用应力，[σ]=105.6 MPa;[σ1]为材料许用弯曲应力，[σ1]=69.7 MPa；σb为隔板的弯曲应力，MPa；E为材料弹性模量，E=1.96×105MPa；ρ为物料密度，ρ=973 kg/m3；tb为隔板计算厚度，mm；δ为偏移量，mm；Ⅰ为组合截面惯性矩，文中T型加强筋组合截面惯性矩I=9.03×107mm4。

1.3 加强筋校核

隔板加强筋采用200×110×16倒置T型钢，加强筋与隔板组合截面见图4。

图4 加强筋与隔板组合截面

带加强筋隔板的工作长度为：

l=min(32tb,690)=512 mm。

(1)水平加强筋(图3中1～6号加强筋)校核：

均布载荷:

Pn=ρ×an×9.8×10-9

偏移量：

隔板应力：

加强筋应力：

(2)竖直加强筋(图3中7～9号加强筋)校核：

均布载荷：

Pn=ρ×an×9.8×10-9

偏移量：

隔板应力：

加强筋应力：

式中，Pn为均布载荷；δ为偏移量；σp为隔板应力；σs为加强筋应力。

偏移量、应力计算值见表3。

表3 偏移量、应力计算值

由表3可以看出，隔板、加强筋的应力和偏移量均满足要求，假设隔板厚度及设置的加强筋合理。

此外，加强筋与隔板间的焊接接头，对隔板的承力有很大影响,加强筋与隔板之间一般采用间断焊，但应该保证连续焊缝的比例。

2 结语

压力容器隔板设计应结合各个因素综合考虑。如果过度依靠加强筋的作用来满足强度要求，可能导致加强筋的规格过大、布置间距减小，从而增加加强筋数量、焊接工作量、整个组合件加工难度等。如果以增加隔板厚度方法增加强度，虽然可使加强筋的规格、数量、焊接量等减小，但增加的隔板重量以及较厚隔板与筒体焊接带来的影响同样值得考虑。

综上所述，设计带加强筋的隔板时，需要将数据进行多次验算，才能得到满足要求的经济合理的最佳设计组合。