立式容器热膨胀对直梯的影响.pdf

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第39卷第6期
石油化
设备
Vol 39 No6
2010年11月
PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
文章编号:1000-7466(2010)06-0046-03
立式容器热膨胀对直梯的影响
张述旺,胡香娥
(海工英派尔工程有限公司,山东青岛26061)
摘要:塔器等立式容器上通常设置操作和检维修直梯,由于有些容器的操作温度较高,使容器器壁
和与之相焊的直梯的热膨胀量不同,热膨胀引起直梯立柱和连接板受相互作用力。对该类膨胀量
作用力和变形进行了简单分析和计算,计算结果显示,較大的热膨胀将导致直梯部件损坏,使直梯
存在安全隐患,据此对直梯结构提出了改进建议。
关键词:立式容器;直梯;热膨胀;影响;建议
中图分类号:TE962
文献标志码:B
Effect of Thermal Expanding upon the Ladder of Vertical Vessel
ZHANG Shu-wang, HU Xiang-e
(COOEC-ENPAL Engineering Co. Ltd, Qingdao 266061, China)
Abstract: The platforms and ladders of the vertical vessels are used for inspecting and maintai
ming, the operating temperature of many vessels were very high, and this would cause the ther
mal expanding, which would cause the interaction between the upright and the connector of the
ladders. The values of the thermal expanding & the interior forces &the deformations are calcu
ated. The results indicate that the thermal expanding damage the connector of the ladder, there
are hidden dangers. Suggestion of improvement is also put forward.
Key words: vertical vessel; ladder; thermal expand; effect; suggestion
塔器等立式容器在石油化工生产装置中应用非
常广泛。为了满足生产、操作、巡检和检维修的需1热膨胀量和变形计算
要,通常要设置平台和供人员上下的直梯。很多设1.1热膨胀量
计单位将直梯、平台栏杆和平台支撑件(包括悬臂梁
绝大多数材料都有热胀冷缩的特性。容器介质
和三角架)等做成重复使用的文件,设计时直接选从常温升至操作温度时,器壁温度随操作温度升高,
用,很多图样使用多年几乎没有任何改动。
容器必将在长度方向产生热膨胀。不同温度下碳素
立式容器上直梯及平台的典型结构见图1。由钢平均线膨胀系数及筋板间膨胀量见表1,表1中
于操作工况不同,立式容器壁温也有很大差別。现钢材平均线膨胀系数指某一温度与20℃之间的平
在很多重要的容器,如加氢反应器、焦炭塔等,温度均线膨胀系数
都比较高,不再设置与器壁相焊的保温支持件,也不表1不同温度下碳亲钢平均线膨胀系数及筋板间膨胀量
再设附在器壁上的直梯和平台,而是设置框架结构
温度/℃
项目
的平台1,这类设备不在文中讨论范围。对大部分
100150200300
平均线膨胀系数/10-6m?(mn?C)-11.5311.8812.2512.56
普通立式容器而言,容器壁温对操作平台、直梯有无
觞板间膨胀量/mm
1.382.313.305.27
影响,影响程度多大,笔者对此进行分析计算。
收稿日期:2010-05-29
作者筒介:张述旺(1971-),男,山东临淄人,高级工程师,学士,现从事化工设备设计工作
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第6期
张述旺,等:立式容器热膨胀对直梯的影响
连接筋板和直梯立柱上,在连接处,两者受一个相互
立式容器
作用的拉力。连接筋板受拉力产生弯曲变形,有
连接筋板
定挠度,立柱受拉伸变形伸长。受筒体伸长影响,筋
板在立柱上还会产生一个弯矩,其在立柱长度方向
产生的变形较小,暂不考虑。
梯子平台各部件材质一般为Q235,属塑性材
料,其屈服强度o一般为235MPa。在材料屈服强
平台栏杆
度内的变形基本可认为是弹性变形,因此取极限情
u"Ⅲ
况(即取安全系数为1.0)计算材料达到屈服时的变
形,可认为此时是弹性范围内允许的最大变形。
直梯护笼
直梯立杜
"""i"""""
梯子的连接筋板可简化为一端受拉力、另一端
固定的悬臂梁的力学模型,连接筋板尺寸见图2。
360
N
图2连接筋板尺寸示图
连接筋板可承受的最大拉力为
悬臂
保温
F==g, W/L
图1典型平台及直梯结构示图
式中,W为抗弯截面系数,ms;L为筋板端部至计算
GB150-193g钢制压力容器》2附录中给出截面(り1、2-2截面)的距离,mm。图2中所示的
了钢材的平均线膨胀系数,文中取碳素钢的膨胀系1、2-2截面的1=1.92×10-。m'、W2
数进行计算。热膨胀量与温度、膨胀材料的长度有1.08×10-m2',取、=235MPa、L=360mm
关,温度为壁温与环境温度的温差,膨胀钢材的长度L22=180mm,得F1=12530N、F22=14100N。
为两達接筋板间距。每个直梯均有左右2组相同的可见中间位置能承受更大拉力,即筋板端部1-1截
立柱和连接板结构,文中计算均按一侧进行。
面先屈服,因此变形计算按端部进行
根据对某设计院直梯图样中数值的统计,两连
连接筋板最大变形挠度?:
接筋板的间距在1300~1770mm。取两连接筋板
=FL3/(3EI)
间距1500mm作为计算依据,则膨胀量△l为
其中
I=ab2/12
△l=aLAt
(1)式中,E为弹性模量,取186×10°MPa;为筋板截
式中,g为平均线膨胀系数,10-°mm/(mm?℃);面惯性矩,m2;a为筋板厚度,b为筋板高度,mm。
为两连接筋板间距,mm;△t为壁温与环境温度的温
将a=120mm、b=10mm带入式(4)得I
差,C
.44×10-°m',故o=0.91mm。
膨胀量计算结果见表1,如考虑容器自身质量
将立柱简化为两端受拉力的拉伸杄结构,在拉
的影响,表1各温度下的膨胀量约为1mm、2mm、力F1作用下产生的伸长变形△L=eL.=0.17mm。
3mm和5mm。
F11作用下产生的拉应力?=F1/(ab)=
1.2筋板和直梯立柱变形量~
20.9MPa,应变e=a/E=1.124×10-4。
容器的直梯处于环境温度下,不会随容器一起
由此得到直梯可产生的最大变形为2o+△