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1、第52卷第3期化 工 設(shè) 備 與 管 道Vol.52No.32015年6月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGJun.2015管口載荷對(duì)臥式換熱器鞍座及地腳螺栓的影響李莉，張運(yùn)強(qiáng)，馮少華（中國(guó)寰球工程公司，北京100012）摘要：對(duì)軸向管口的管口載荷和地震參數(shù)對(duì)小直徑臥式換熱器的鞍座和地腳螺栓的影響進(jìn)行了分析，并為類似工況下設(shè)備的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了參考。關(guān)鍵詞：管口載荷；鞍座；地腳螺栓；臥式換熱器中文分類號(hào)：TQ050.2；TH123文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3281（2015）03-0043-004管殼式換
2、熱器是化工及石油化工生產(chǎn)裝置中應(yīng)2模型分析用最為廣泛的工藝設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，換熱設(shè)備在化工及石油化工生產(chǎn)裝置中各類工藝設(shè)備所占投資比本分析進(jìn)行以下假設(shè)：[1]例大約在35%~40％。換熱器按支撐形式可分為立（1）分析過(guò)程基于設(shè)備為剛體，受力后不考慮式換熱器和臥式換熱器。臥式換熱器是比較常見的換設(shè)備變形。熱器形式。該類換熱器在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要滿足換熱器的（2）未考慮地腳螺栓的不均勻系數(shù)。結(jié)構(gòu)要求，也要滿足臥式設(shè)備的要求。（3）設(shè)備重量mg均勻作用到設(shè)備上。為了達(dá)到不同的換熱效果，換熱器的各種結(jié)構(gòu)（4）以下公式符號(hào)都默認(rèn)圖所示方向?yàn)?/p>
3、正方向。參數(shù)也復(fù)雜多變。目前一些化工裝置中為了滿足工藝設(shè)備模型如圖1所示。要求，設(shè)計(jì)出一些直徑較小的換熱器，管程設(shè)有與外本文中使用符號(hào)的定義（其他與JB/T4731—[3]部設(shè)備直接相連的大直徑的軸向進(jìn)出口，這就導(dǎo)致由2005《鋼制臥式容器》一致的符號(hào)未列出）：于熱膨脹等因素產(chǎn)生了較大的管口載荷。通常在進(jìn)行Mx，My，Mz，Mx'，My'，Mz'——管口載荷，N·mm；設(shè)計(jì)時(shí)，一般只是校核該載荷對(duì)接管強(qiáng)度及筒體本身Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，F(xiàn)x'，F(xiàn)y'，F(xiàn)z'——管口載荷，N；的影響，而忽略了該載荷對(duì)設(shè)備鞍座及地腳螺栓的F1，F(xiàn)2
4、——鞍座處的支點(diǎn)反力，N；影響。在JB/T4731—2005中也沒(méi)有確切給出鞍座在F——max（F1，F(xiàn)2）；外載荷作用下的計(jì)算的方法。本文通過(guò)分析管口載L——設(shè)備總長(zhǎng)，mm；荷對(duì)鞍座和地腳螺栓的影響，得出了分析這些載荷L1——鞍座間距，mm；的必要性。n'——承受垂直于軸向拉應(yīng)力的地腳螺栓個(gè)數(shù)；n"——承受軸向拉應(yīng)力的地腳螺栓個(gè)數(shù)；1鞍式支座及地腳螺栓承受的載荷n1'——承受垂直于軸向剪應(yīng)力的地腳螺栓個(gè)數(shù)；臥式換熱器的鞍座所承受的載荷有很多，如風(fēng)n1"——承受軸向剪應(yīng)力的地腳螺栓個(gè)數(shù)。載荷、地震載荷、設(shè)備自重、設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的
5、溫度變化如圖1所示，該換熱器中除了軸向兩個(gè)較大管引起的圓筒體伸縮時(shí)產(chǎn)生的載荷、管口載荷等。口外，在殼程也存在兩個(gè)管口，因?yàn)槠涑叽缂笆芰芸谳d荷是管系在地震、風(fēng)載、振動(dòng)、自重、比較小，本文中沒(méi)有考慮S1，S2兩管口載荷的影響。水擊等外界因素作用下，以及在熱膨脹（或冷縮）受承受T1，T2兩管口載荷后，受力模型簡(jiǎn)化如圖2所示。[2]到設(shè)備約束的情況下，在接管處的容器壁上產(chǎn)生徑收稿日期：2014-08-15向力、橫向力和彎矩。本文著重分析加入管口載荷后，作者簡(jiǎn)介：李莉（1981—），女，河北南皮人，工程師。主要從事各載荷對(duì)鞍座及地腳
6、螺栓的影響。石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)與相關(guān)技術(shù)工作?！?4·化 工 設(shè) 備 與 管 道第52卷第3期vvsaGK0sa為合格。S2L3.2腹板水平力及強(qiáng)度校核T1T2一般標(biāo)準(zhǔn)鞍座的墊板均不起加強(qiáng)作用，故而S1本文僅考慮墊板不起加強(qiáng)作用時(shí)的腹板水平力。L1FsKF92圖1設(shè)備簡(jiǎn)化模型vv9==G6@sa為合格。Hbs0Hbs03Fig.1Thesimplifiedmodelofequipment[5]3.3地腳螺栓強(qiáng)度校核Fy'Fy[3]按照J(rèn)B/T4731—2005的要求，只計(jì)算傾覆力L矩對(duì)地腳螺栓的影響，因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)只考慮水平地震力
7、My'（mg/L）均布載荷Fz'Fz對(duì)地腳螺栓的影響，所以選取了最為危險(xiǎn)的截面進(jìn)行T1T2F1'F2MxMz'Mx'Mz分析。但是在本模型中，由于加入了管口在各個(gè)方向FxFx'（L-L1）/2L1的載荷，所以除了水平地震力外，還有其他方向的載荷的作用。故而在本文中對(duì)這兩個(gè)方向的載荷分別進(jìn)圖2設(shè)備受力模型行了分析。地腳螺栓設(shè)置如圖3所示。Fig.2Thesimplifiedforcemodelofequipment3公式推導(dǎo)3.1鞍座壓縮應(yīng)力校核由于T1，T2管口載荷的作用，使得作用在鞍座上的力與一般的臥式換熱器的受力不同。需
8、根據(jù)材料ll力學(xué)對(duì)該模型進(jìn)行力學(xué)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，F(xiàn)2F1+F2+Fy'+Fy-mg=0（1）2l##+mg^^LL-1hhFLy+L1mg#L1FL11+-L82L^^LL+hh2FL-L（2）1y1l圖3地腳螺栓設(shè)置---MMxx=082
