谭可昕

(广东寰球广业工程有限公司设备室，广东 广州 510655)

生产与应用

低压粉料脱气仓的仓壳圆筒设计计算

谭可昕

(广东寰球广业工程有限公司设备室，广东 广州 510655)

本文以浙江某项目的PP粉料脱气仓设计为实例，综合运用NB/T47041-2014《塔式容器》、NB/T47003.2-2009《固体料仓》等规范，讨论了带低压的固体料仓仓壳圆筒的计算方法，主要阐述了脱气仓轴向组合应力的计算。

脱气仓；赖姆伯特理论；摩擦力；轴向应力；周向应力

随着生产力的飞速发展，科学、技术的进一步提高，固体料仓除了储存粮食类物料外，还对建筑材料中的沙石、水泥，及各种工业原料和产品等进行储存、配用，需要储存的松散固体物料的种类越来越多，仓体的形状更多样化，设计工况也越来越苛刻。在浙江某聚丙烯装置项目中，本人负责一台脱气仓的设计工作，该脱气仓的设计压力为0.35/-0.04MPa，其设计正压已经超过标准NB/T47003.2-2009《固体料仓》[1]设计压力大于-500Pa小于0.1MPa的适用范围，不能按单一的规范进行设计计算。本文主要介绍仓壳圆筒的一种设计计算方法。

1 设备简介

设备主体材质为S30403，第一段直径为4500 mm，第二段直径为6000 mm，总高约48 m，设备的外形结构及主要尺寸如图1所示。仓体主要的储存介质为塑料粉料，堆积密度为575 kg/m3，设备运行后，氮气从脱气仓底部进入，穿过粉料层，从脱气仓顶部出来，通过和粉料的逆向接触，将粉料中的烃类吹出来，实现回收烃类的作用。吹出来的氮气和夹带的烃类进入回收系统，回收系统分离氮气循环使用。脱气仓底部内设气体分布器，确保氮气进入后均匀扩散穿过整个粉料层，同时也保证粉料能均匀下料。

图1 脱气仓简图Fig.1 Drawing of degassing silo

脱气仓的设计压力为0.35/-0.04MPa(考虑氮气进入仓内的压力0.69MPa)，设计温度为100/-6.7℃；设置地区的基本风压值为854N/m2，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.1 g，地震分组为第一组；场地土类型为III类；地面粗糙度A类；仓体采用短裙座式支座进行支撑。

2 设计方法的探讨

通过对料仓的受力分析，可知料仓所承受的载荷分为静载荷和动载荷，静载荷包括设计压力(气相压力)、料仓储存物料引起的压力、料仓壳体自重、梯子平台、人孔、接管、仪表、安全阀、过滤器、内件等附件的重量、多雪地区的雪载荷等。动载荷包括地震载荷、风载荷和料仓在加料卸料时所产生的冲击载荷等。

脱气仓储存的物料为固体物料，固体物料所引起的作用力是粉料料仓与其它介质为气体或液体的设备不同的特别之处，此作用力取决于固体物料的特性参数。在NB/T47003.2-2009《固体料仓》标准中，仓壳圆筒部分的载荷计算，采用了以赖姆伯特理论为基础的计算方法。该理论利用料仓壳体壁面摩擦平衡载荷的函数关联来计算垂直压力和水平压力，并确认垂直压力和水平压力的比值是随着料仓的深度和料仓的形状而变化的。

在仓壳横截面上的垂直载荷就是该段壁面的垂直压力(仓底上的载荷即为总的垂直压力)，它等于该断面以上物料的总重量与其产生的作用于仓壳的摩擦力所平衡的总载荷之差。在完成测定同一筒仓不同深度料仓锥底垂直压力的试验后，可以看到压力随深度增加而增加，但由于只有一小部分重量的松散物料对壳体壁面有摩擦作用，以致在一定深度上的压力变为常数，而达到最大值。以深度为纵坐标、压力为横坐标绘图，所得的压力曲线如图2(a)所示。该曲线存在一条平行于纵坐标轴的渐近线，该渐近线对应的横坐标就是垂直压力的最大值。同理，对于代表壳体壁面侧压力的曲线作了相同的考察，该曲线也存在一条平行于纵坐标轴的渐近线，该渐近线对应的横坐标就是侧压力的最大值，见图2(b)所示。

图2 压力-深度关系图Fig.2 Graph of pressure and depth

故可利用壳体壁面摩擦平衡函数关系，计算侧压力和垂直压力。函数式为(所有公式中的符号说明详见规范)：

这也是在深度h处，摩擦载荷在筒体单位长度上的载荷计算公式。

经过理论推导，壳体壁面上侧压力的表达式为：

松散物料在计算断面以上的仓壳圆筒上引起的摩擦力为：

由物料的水平压应力ph在仓壳圆筒处产生的周向应力为：

由摩擦力引起的轴向应力

由于脱气仓的设计压力超过0.1MPa且高径比大，整体设备应按照NB/T47041-2014《塔式容器》[2]进行设计计算，但由于脱气仓储存的是固体物料，仓壳圆筒的应力校核应考虑由水平压应力引起的周向应力和由摩擦力引起的轴向应力。具体的计算思路如下：

(1)根据计算压力(设计压力、固体物料对仓壳圆筒任意截面引起的水平压应力ph)确定仓壳圆筒、锥壳及封头的有效厚度；

(2)根据地震载荷或风载荷计算的需要，选取若干计算截面(包括所有危险截面)，并考虑制造、运输、安装的要求，设定各计算截面处的有效厚度；

3 脱气仓轴向组合应力的计算

沿脱气仓高度取3个截面进行操作工况下的计算，分段如图1所示。以I-I截面为例，说明其轴向组合应力的校核过程，公式中的符号说明详见规范。

3.1 质量计算

设备操作质量 m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=573973 kg

设备最小质量 mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me=166842 kg

设备压力试验时的质量 m气=mmin=166842 kg

综上所述，果农要想实现果树健康的成长，提高果实的质量。果树管理人员需要根据不同种类果树的实际情况，采取科学的修剪方式，加强对果树病虫害的防治工作。此外，在果树病虫害的防治工作当中，要积极的将绿色防治方式融入到实际的防治工作当中。不但可以有效的对病虫害进行防治，而且还有助于环保，进而提高果实的数量及产量。

3.2 地震弯矩计算

3.3 风弯矩计算

由于设备H>30m，但H/D<15，故不考虑横风向风振。I-I截面风弯矩：

= 1.139×1010N·mm

故组合风弯矩

=1.139×1010N·mm

3.4 最大弯矩

=1.139×1010N·mm

3.5 轴向应力的校核

查GB150.3图4-8得B=62.54

故允许轴向压应力

取其中较小值

(1)操作时引起的轴向应力：

(2)m0引起的轴向应力：

(5)设计压力p和水平压应力ph引起的周向应力：

轴向压应力σc=σ2+σ3+σZ=59.98 MPa ≤ [σ]cr=

75.05 MPa；

组合轴向应力σt=σ1-σ2+σ3-σZ=41.81 MPa；

同理，各仓壳计算截面的稳定和强度验算结果列于表1。

表1 任意截面轴向应力Table 1 Axial stress for arbitrary cross-section

由此可见，脱气仓筒体所取截面的轴向应力校核合格。本文只选取了三个典型的截面进行分析，实际设计时，须选取更多截面进行计算，使计算壁厚更合理。

4 结论

对于低压、高径比较大的固体料仓，可综合运用《塔式容器》和《固体料仓》标准对料仓进行设计计算。按《塔式容器》标准对料仓进行整体校核计算，并在仓壳应力计算时按《固体料仓》标准考虑固体物料对仓体产生的水平压应力及摩擦载荷，综合计算料仓的轴向组合应力，以保证仓体的安全运行。

[1] 全国锅炉压力容器标准化技术委员会.NB/T 47003.2-2009 固体料仓[S]. 北京: 新华出版社,2009.

[2] 全国锅炉压力容器标准化技术委员会. NB/T 47041-2014 塔式容器[S]. 北京: 新华出版社,2014.

(本文文献格式：谭可昕.低压粉料脱气仓的仓壳圆筒设计计算[J].山东化工,2017,46(15):100-102.)

The Design and Calculation of Cylinder for Low-Pressure Powder Degassing Silo

TanKexin

(HQC(GD)Co.,Ltd.,Guangzhou 510655,China)

By taking PP powder degassing silo in Zhejiang project as an example,and applying comprehensively NB/T47041-2014“Vertical vessels supported by skirt”，NB/T47003.2-2009“Silos for solid materials”,the paper discusses the design methods of silo with low design pressure and elaborates on the calculation of axial stress for degassing silo.

degassing silo; Reimebert theory; friction force; axial stress; circumferential stress

2017-05-27

谭可昕(1985—)，女，广东广州人，本科生，主要从事化工设备设计工作。

TQ015

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1008-021X(2017)15-0100-03