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CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2020,30(4)浅谈卧式容器鞍式支座的允许载荷常永波∗ 北京石油化工工程有限公司西安分公司 西安 710075摘要 卧式容器作为压力容器中最常见的结构型式之一,常采用鞍式支座来支承。
当选用NB /T47065.1-2018标准鞍式支座进行卧式容器设计计算时,发现在垫板不起加强作用,鞍座的应力由水平拉应力控制时,部分鞍座水平应力σ9不满足《卧式容器》NB /T47042-2014校核要求。
由此可见,按标准鞍式支座的选取原则,即在满足鞍座标准规定的条件下,当垫板不起加强作用时,有必要对选用的标准鞍式支座进行强度校核。
关键词 鞍式支座 受力分析 允许载荷∗常永波:工程师。
2008年毕业于西北大学过程装备与控制工程专业。
一直从事化工容器设计工作。
联系电话:187********,E -mail:280775137@。
鞍式支座是卧式容器广泛应用的一种支座,通常由垫板、腹板、筋板和底板构成。
垫板能够减少筒体的周向应力,筋板作用是将垫板和腹板连接起来增加鞍座刚度,用来抵抗压缩力和外弯矩。
腹板、筋板的厚度以及鞍座的高度直接决定着鞍式支座的允许载荷的大小。
1 鞍式支座的受力分析1.1 鞍式支座腹板的水平拉应力容器作用于鞍座的载荷见图1。
图1 容器作用于鞍座的载荷示意图此径向载荷的水平分量即静载荷产生的水平分力Fs,有将鞍座沿纵向截面撕裂的趋势,该力由Zick 法导出:F s =[1+cos β-0.5sin 2βπ-β+sin βcos β]Q =K 9Q式中,Q 为一个鞍座的反力(支承的重量),N;K 9为系数,当鞍式支座包角θ=120°时,K 9=0.204;当鞍式支座包角θ=150°时,K 9=0.259。
依据《卧式容器》NB /T47042-2014规定,鞍式支座腹板的水平拉应力σ9按以下两种情况分别计算:(1)无垫板或垫板不起加强作用时:σ9=F s H s b 0=K 9QH s b 0(1)(2)垫板起加强作用时:σ9=F s H s b 0+b r δre =K 9QH s b 0+b r δre(2)式中,H s 为计算高度,取min {H,13R a},mm;b 0为鞍座腹板厚度,mm;b r 为鞍座垫板有效宽度,mm,取b r =b 2。
容器支座介绍一、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q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，d/D较大，或鞍座所在平面内有加强圈时，取A≤0.2L。
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q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，d/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。
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q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，d/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。
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q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，d/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/T 4714-92 《腿式支座》。
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/T 4725-92 《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
A1～8
DN300～4000
短臂、带垫板
AN1～3 短臂、不带垫板
B1～8 长臂、带垫板
BN1～3 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。
3000
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 M30148.4 —
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/T 4724-92 《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
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。
