最新卧式容器的支座.docx
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最新卧式容器的支座
卧式容器的支座
卧式容器的支座
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一、卧式容器的支座
卧式容器的支座有三种：
鞍座、圈座和支腿。
㈠鞍式支座
鞍座是应用最广泛的一种卧式容器支座，常见的卧式容器和大型卧式贮槽，热交换器等多采用这种支座。
鞍式支座如上图所示，为了简化设计计算，鞍式支座已有标准JB/T4712-92《鞍式支座》，设计时可根据容器的公称直径和容器的重量选用标准中的规格。
鞍座是由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。
在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。
鞍式支座的鞍座包角θ为120°或150°，以保证容器在支座上安放稳定。
鞍座的高度有200、300、400和500mm四种规格，但可以根据需要改变，改变后应作强度校核。
鞍式支座的宽度b可根据容器的公称直径查出。
鞍座分为A型（轻型）和B型（重型）两类，其中重型又分为BⅠ～BⅤ五种型号。
其中BⅠ型结构如BⅠ型鞍座结构图所示。
A型和B型的区别在于筋板和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。
BI型鞍座结构图
鞍座的底板尺寸应保证基础的水泥面不被压坏。
根据底板上螺栓孔形状的不同，每种型式的鞍座又分为固定式支座（代号F）和滑动式支座（代号S）两种安装形式，固定式鞍座底板上开圆形螺栓孔，滑动式支座开长圆形螺栓孔。
在一台容器上，两个总是配对使用。
在安装活动支座时，地脚螺栓采用两个螺母。
第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧，这样可以保证设备在温度变化时，鞍座能在基础面上自由滑动。
长圆孔的长度须根据设备的温差伸缩量进行校核。
一台卧式容器的鞍式支座，一般情况下不宜多于两个。
因为鞍座水平高度的微小差异都会造成各支座间的受力不均，从而引起筒壁内的附加应力。
采用双鞍座时，鞍座与筒体端部的距离A可按下述原则确定（见上图）：
当筒体的L/D较大，且鞍座所在平面内又无加强圈时，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D；当筒体的L/D较小，δ/D较大，或鞍座所在平面内有加强圈时，取A≤0.2L。
㈡圈座
在下列情况下可采用圈座：
对于大直径薄壁容器和真空操作的容器，因其自身重量可能造成严重挠曲；多于两个支承的长容器。
圈座的结构如上图所示。
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。
㈢腿式支座
腿式支座简称支腿，结构如上图所示。
因为这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN≤1600、L≤5m）。
腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准JB/T4714-92《腿式支座》。
二、立式容器的支座
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二、立式容器的支座
立式容器的支座主要有耳式支座、支承式支座和裙式支座三种。
中、小型直立容器常采用前二种支座，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。
下面来分别介绍这三种支座。
㈠耳式支座
耳式支座简称耳座，它由筋板和支脚板组成。
广泛用在反应釜及立式换热器等直立设备上。
它的优点是简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。
因此，当设备较大或器壁较薄时，应在支座与器壁间加一垫板。
对于不锈钢制设备，当用碳钢作支座时，为防止器壁与支座在焊接过程中不锈钢中合金元素的流失，也需在支座与器壁间加一个不锈钢垫板。
上图是带有垫板的耳式支座。
耳式支座已经标准化，它们的型式、结构、规格尺寸、材料及安装要求应符合JB/T4725-92《耳式支座》。
该标准分为A型（短臂）和B型（长臂）两类，每类又分为带垫板与不带垫板两种结构，见表4-18。
表4-18耳式支座结构型式特征
型式
支座号
适用公称直径
结构特征
A
1～8
DN300～4000
短臂、带垫板
AN
1～3
短臂、不带垫板
B
1～8
长臂、带垫板
BN
1～3
长臂、不带垫板
它们的各部分尺寸见耳式支座结构尺寸图。
A型耳式支座的筋板底边较窄，地脚螺栓距容器壳壁较近，仅适用于一般的立式钢制焊接容器。
B型耳式支座有较宽的安装尺寸，故又叫长臂支座。
当设备外面有保温层或者将设备直接放在楼板上时，宜采用B型耳式支座。
标准耳式支座的材料为Q235-A.F，若有改变，需在设备装备图中加以注明。
耳式支座选用的方法是：
（1）根据设备估算的总重量，算出每个支座（按2个支座计算）需要承担的负荷Q值；
（2）确定支座的型式后，从表4-19或表4-20中按照支座允许负荷Q允大于实际负荷Q的原则，选出合适的支座。
每台设备可配置两个或四个支座，考虑到设备在安装后可能出现全部支座未能同时受力等情况，在确定支座尺寸时，一律按两个计算。
表4-19A、AN型支座系列参数尺寸
支座号
支座本体允许载荷
[Q]（MPa）
适用容器公称直径
DN
高度
H
底板
筋板
垫板
地脚螺栓
支座质量（Kg）
l1
b1
δ1
s1
l2
b2
δ2
l3
b3
δ3
e
d
规格
A型
AN型
1
10
300～600
125
100
60
6
30
80
80
4
160
125
6
20
24
M20
1.7
0.7
2
20
500～1000
160
125
80
8
40
100
100
5
200
160
6
24
24
M20
2.0
1.5
3
30
700～1400
200
160
105
10
50
125
125
6
250
200
8
30
30
M24
6.0
2.8
4
60
1000～2000
250
200
140
14
70
160
160
8
315
250
8
40
30
M24
11.1
—
5
100
1300～2600
320
250
180
16
90
200
200
10
400
320
10
48
30
M24
21.6
—
6
150
1500～3000
400
315
230
20
115
250
250
12
500
400
12
60
36
M30
40.8
—
7
200
1700～3400
480
375
230
22
130
300
300
14
600
480
14
70
36
M30
67.3
—
8
250
200～4000
600
480
360
26
145
380
380
16
720
600
16
72
36
M30
120.4
—
表4-20B、BN型支座系列参数尺寸
支座号
支座本体允许载荷
[Q]（MPa）
适用容器公称直径
DN
高度
H
底板
筋板
垫板
地脚螺栓
支座质量（Kg）
l1
b1
δ1
s1
l2
b2
δ2
l3
b3
δ3
e
d
规格
B型
BN型
1
10
300～600
125
100
60
6
30
160
80
5
160
125
6
20
24
M20
2.5
1.6
2
20
500～1000
160
125
80
8
40
180
100
6
200
160
6
24
24
M20
4.3
2.8
3
30
700～1400
200
160
105
10
50
205
125
8
250
200
8
30
30
M24
8.3
5.2
4
60
1000～2000
250
200
140
14
70
290
160
10
315
250
8
40
30
M24
15.7
—
5
100
1300～2600
320
250
180
16
90
330
200
12
400
320
10
48
30
M24
28.7
—
6
150
1500～3000
400
315
230
20
115
250
250
14
500
400
12
60
36
M30
51.8
—
7
200
1700～3400
480
375
280
22
130
430
300
16
600
480
14
70
36
M30
81.5
—
8
250
200～4000
600
480
360
26
145
510
380
18
720
600
16
72
36
M30
148.4
—
小型设备的耳式支座，可以支承在管子或型钢制的立柱上。
大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制的基础上。
㈡支承式支座
支承式支座可以用钢管、角钢、槽钢来制作，也可以用数块钢板焊成，见支承式支座图。
它们的型式、结构、尺寸及所用材料应符合JB/T4724-92《支承式支座》。
支撑式支座
支承式支座分为A型和B型，适用的范围和结构见表4-21所示。
A型支座筋板和底板的材料为Q235-A·F；B型支座钢管材料为10，底板材料均为Q235-A·F。
支承式支座的选用见标准中的规定，其尺寸可按表4-22查出。
表4-21支承式支座的适用范围
形式
支座号
适用的公称直径（mm）
结构特征
A
1～6
DN800～3000
钢板焊制，带垫板
B
1～8
DN800～4000
钢管焊制，带垫板
表4-22支撑式支座的尺寸（mm）
支座的允许载荷
t
支座的支撑面积（cm2）
支撑面上的单位压力
×10-1（MPa）
尺寸
地脚螺栓尺寸
容器公称直径
DN（mm）
尺寸A的推荐值
（mm）
每个支座质量
（Kg）
L
H
a
b
c
e
S
孔径
d
直径
0.1
40.5
2.5
90
150
60
60
70
30
4
15
M12
300
105
0.79
（350）
125
400
140
（450）
165
0.25
85.5
2.9
110
180
80
95
110
40
6
20
M16
500
175
2.03
（550）
200
600
210
650
235
0.50
172
2.9
195
240
110
135
160
55
10
25
M20
700
245
6.63
800
280
900
315
1000
350
1.00
311
3.2
245
300
150
180
210
75
14
25
M20
（1100）
370
14.5
（1200）
420
（1300）
475
1400
525
2.50
444
5.6
290
350
180
215
250
90
16
30
M24
（1500）
550
23.4
1600
600
（1700）
625
1800
675
4.00
514
7.8
330
400
200
225
260
100
16
30
M24
（1900）
700
28.8
2000
750
（2100）
775
2200
825
6.00
711
8.4
370
450
240
260
300
110
18
36
M30
2400
900
59.8
2600
975
8.00
839
9.6
400
500
265
270
320
120
22
36
M30
2800
1050
75.8
3000
1125
注：
（1）在确定的支座允许荷重下，DN是推荐值，当确定支座允许负荷后，DN不在推荐范围时，尺寸由设计者自由确定；
（2）带括号的公称直径应尽量不采用；
（3）支座是否加垫板及板材料由设计者自行决定。
支承式支座的优点是简单轻便，但它和耳式支座一样，对壳壁会产生较大的局部应力，因此当容器壳体的刚度较小、壳体和支座的材料差异或温度差异较大时，或壳体需焊后热处理时，在支座和壳体之间应设置加强板。
加强板的材料应和壳体材料相同或相似。
㈢裙式支座
对高大的塔设备最常用的支座就是裙式支座。
它与前两种支座不同，目前还没有标准。
它的各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。
有关裙式支座的结构及其设计方法详见第十七章。
第三节容器的开孔与附件
一、容器的开孔与补强
为了满足工艺、安装、检修的要求，往往需要在容器的筒体和封头上开各种形状、大小的孔或连接接管。
容器壳体上开孔后，开孔不但削弱了容器壁的强度，而且在筒体与接管的连接处，由于原壳体结构产生了变化，出现不连续，在开孔区域将形成一个局部的高应力集中区。
开孔边缘处的最大应力称为峰值应力。
峰值应力通常较高，达到甚至超过了材料的屈服极限。
较大的局部应力，加之容器材质和制造缺陷等因素的综合作用，往往会成为容器的破坏源。
因此，为了降低峰值应力，需要对结构开孔部位进行补强，以保证容器安全运行。
开孔应力集中的程度和开孔的形状有关，圆孔的应力集中程度最低，因此一般开圆孔。
㈠开孔补强的设计与补强结构
所谓"开孔补强设计"是在开孔附近区域增加补强金属，使之达到提高器壁强度，满足强度设计要求的目的。
容器开孔补强的形式概括起来分为整体补强和补强圈补强两种。
1．整体补强
整体补强是指采用增加整个壳体的厚度，或用全焊透的结构形式将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊来降低开孔附近的应力。
由于开孔应力集中的局部性，在远离开孔区的应力值与正常应力值一样，故除非制造或结构上的需要，一般并不把整个容器壁加厚。
在开孔处用全焊透的结构形式焊上一段特意加厚的短管，使接管的加厚部分恰处有效补强区内，则可以降低应力集中系数。
整锻件补强结构是将接管与壳体连同加强部分作成整体锻件，然后与壳体焊在一起。
其优点是补强金属集中于开孔应力最大部分，应力集中现象得到大大缓和。
2．补强圈补强
补强圈补强是指在壳体开孔周围贴焊一圈钢板，即补强圈。
补强圈一般与器壁采用搭接结构，材料与器壁相同，补强圈尺寸可参照标准确定，也可按等面积补强原则进行计算。
当补强圈厚度超过8mm时，一般采用全焊透结构，使其与器壁同时受力，否则不起补强作用。
为了焊接方便，补强圈可以置于器壁外表面（下图所示）或内表面，或内外表面对称放置，但为了焊接方便，一般是把补强圈放在外面的单面补强。
为了检验焊缝的紧密性，补强圈上有一个M10的小螺纹孔。
从这里通入压缩空气进行焊缝紧密性试验。
补强圈现已标准化。
补强圈结构简单，易于制造，应用广泛。
但补强圈与壳体之间存在着一层静止的气隙，传热效果差，致使二者温差与热膨胀差较大，容易引起温差应力。
补强圈与壳体相焊时，使此处的刚性变大，对角焊缝的冷却收缩起较大的约束作用，容易在焊缝处造成裂纹。
特别是高强度钢淬硬性大，对焊接裂纹比较敏感，更易开裂。
还由于补强圈和壳体或接管金属没有形成一个整体，因而抗疲劳性能差。
因此，对补强圈搭焊结构的使用范围需加以限制。
GB150指出对采用补强圈结构补强时，应遵循下列规定：
①钢材的标准抗拉强度下限值σb≤540MPa；
②补强圈厚度小于或等于1.5δn；
③壳体名义厚度δn≤38mm。
㈡允许开孔的范围
筒体及封头开孔的最大直径，不允许超过以下数值：
（1）圆筒内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤1/2Di，且d≤520mm；圆筒内径Di＞1500mm时，开孔最大直径d≤1/3Di，且d≤1000mm；
（2）凸形封头或球壳的开孔最大直径d＜1/2Di。
（3）锥壳（或锥形封头）的开孔最大直径d≤1/3Di，Di为开孔中心处的锥壳内直径。
㈢不需补强的最大开孔直径
容器上的开孔并不是都需要补强。
这是因为在计算壁厚时考虑了焊接接头系数而使壁厚有所增加，又因为钢板具有一定规格，壳体的壁厚往往超过实际强度的需要，厚度增加，使最大应力值降低，相当于容器已被整体加强。
而且容器上的开孔总有接管相连，其接管多于实际需要的壁厚也起补强作用。
同时由于容器材料具有一定的塑性储备，允许承受不是十分过大的局部应力，所以当孔径不超过一定数值时，可不进行补强。
当壳体开孔满足下述全部条件时，可不另行补强：
（1）设计压力小于或等于2.5MPa；
（2）两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；
（3）接管公称外径小于或等于89mm；
（4）接管最小壁厚满足表4-23的要求。
表4-23接管最小壁厚mm
接管公称外径
25
32
38
45
48
57
65
76
89
最小壁厚
3.5
4.0
5.0
6.0
注：
①钢材的标准抗拉强度下限值σb＞540MPa时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式。
②接管的腐蚀裕量为1mm。
第十五章容器设计基础：
第一节概论
一、容器的结构
在石油、化学工业生产的过程中，单元操作的装置一般分为两大类：
运动的装置称为机器，静止的装置称为设备。
石油化工设备依据各自的特点又分成了许多种，容器是其中之一。
它主要用于储存气态、液态或固态的原料，中间产品或成品，如原油、氧气及液氨贮罐等。
其他的石油化工设备（如反应设备、换热设备、分离设备等）可以看作是由外壳以及装入外壳内能满足工艺要求的内件所构成。
实质上，这些外壳本身也是容器。
因此，在石油化工领域，容器是指储存设备和其它各种设备的外壳。
容器一般是由壳体（又称筒体）、封头（又称端盖）、法兰、支座、接口管及人孔等组成，如下图所示。
常、低压化工设备通用零部件大都已有标准，设计时可直接选用。
本章主要讨论承受中、低压容器的壳体、封头的设计计算，介绍常、低压化工设备通用零部件标准及其选用方法。
二、容器的分类
压力容器的种类很多，分类的方法各异，主要可以按下面三个角度来进行分类
∙按容器的形状>>>
按容器形状分类
名称
特点
方形和矩形容器
由平板焊成，制造简便，但承压能力差，只用作小型常压贮槽
球形容器
由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，但由于安装内件不便，制造稍难，一般多用作贮罐
圆筒形容器
由圆柱形筒体和各种凸形封头（半球形、椭球形、碟形、圆锥形）或平板封头所组成。
作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，因此这类容器应用最广
∙按承压性质 >>>
按承压性质分类
按承压性质可将容器分为内压容器和外压容器两类。
容器的内部介质压力大于外界压力时为内压容器。
反之，则为外压容器。
真空容器是指内部压力小于一个绝对大气压（0.1MPa）的外压容器。
内压容器按其设计压力，可划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级，见表4-1。
高压容器的设计计算方法、材料选择、制造技术及检验要求与中、低压容器不同。
本章只讨论中、低压容器的设计。
表4-1内压容器的分类
容器的分类
设计压力p（MPa）
低压容器
0.1≤p＜1.6
中压容器
1.6≤p＜10
高压容器
10≤p＜100
超高压容器
p≥100
∙按管理 >>>
按管理分类
为有利于安全技术管理和监督检查，对符合表4-2
表4-2安全检查规程使用范围
项目
条件
最高工作压力pw
pw≥0.1MPa，不包括液体静压
内直径Di（注）容积V
Di≥0.15m且V≥0.025m3
介质
气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体
注：
非圆形截面指其最大尺寸
表4-3毒性危害程度分级
指标
分级
Ⅰ
极度危害
Ⅱ
高度危害
Ⅲ
中毒危害
Ⅳ
轻度危害
急性中毒
吸入LC50
＜200mg/m3
200mg/m3-
2000mg/m3-
＞20000mg/m3
经皮LD50
＜100mg/Kg
100mg/Kg-
500mg/Kg-
＞2500mg/Kg
经口LD50
＜25mg/Kg
25-mg/Kg
500-mg/Kg
＞5000mg/Kg
急性中毒发病状况
生产中易发生中毒，后果严重
生产中可发生中毒，愈后良好
偶可发生中毒
迄今未见发生急性中毒，但有急性影响
慢性中毒患病状况
患病率高（≥5％）
患病率较高（≤5％或病症发生率高（≥20％）
偶有中毒病例发生或症状发生率较高（≥10％）
无慢性中毒而有慢性影响
慢性中毒后果
脱离接触后，继续进展或不能治愈
脱离接触后，可基本治愈
脱离接触后，可恢复，不致严重后果
脱离接触后，自行恢复，无不良后果
致癌性
人体致癌物
可疑人体致癌物
实验动物致癌物
无致癌性
最高容许浓度
＜0.1
0.1-
1.0-
＞10
常见化学介质
光气、汞、氰化氢、氯甲醚
甲醛、苯胺、氟化氢、环氧乙烷
二氧化硫、硫化氢、硫酸、氨
条件的容器，根据容器的压力等级、、介质毒性危害程度（表4-3）以及在生产过程中的作用，压力容器（不包括核能容器、船舶上的专用容器和直接受火焰加热的容器）可分为三类。
名称
说明
一类容器
下列情况之一的，为第三类压力容器：
（1）高压容器；
（2）毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器；
（3）易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m3的中压储存容器（注p为设计压力，V容器体积）；
（4）易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5MPa·m3的中压反应容器；
（5）毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2MPa·m3的低压容器；
（6）高压、中压管壳式余热锅炉；
（7）中压搪玻璃压力容器；
（8）使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器；
（9）移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等；
（10）容积大于等于50m3的球形储罐；
（11）容积大于5m3的低温液体储存容器。
二类容器
下列情况之一不在第三类压力容器之内的，为第二类压力容器：
（1）中压容器；
（2）毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；
（3）易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；
（4）低压管壳式余热锅炉；
（5）低压搪玻璃压力容器
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