火电厂脱硫吸收塔变径段设计计算的探讨

摘 要：吸收塔是火电厂脱硫系统装置中最主要的结构设备，根据吸收塔的实际工作情况，对吸收塔变径段进行受力分析，推导出计算公式，对JB/T4735-1997《钢制焊接常压容器》第7.3无折边锥形封头的计算公式进行了补充，从而为该类型设备的结构安全、优化设计提供了设计计算方法。

关键词：吸收塔；变径段；受力分析；锥壳；圆筒。

Abstract: the absorption tower is the thermal power plant desulfurization system the major structural equipment, according to the actual working condition of the absorption tower, absorption tower section reducer force analysis, the calculation formula was deduced, the JB/T4735-1997 " welded steel pressure vessel " article 7.3 without ruffled taper sealing head calculation formula were added, thus for this type of device structure safety, optimize the design of the design and calculation method.

Key words: absorption tower; reducer; stress analysis; conical shell; cylindrical.

中图分类号：R363.1+24文献标识码：A 文章编号：

一、引言

在无折边锥形封头与圆筒体连接点上，由于该处不是圆滑过渡，故在内压作用时，连接处圆筒部分的经向应力和锥体部分的经向应力不相等，且又不在一直线上，由于经向力不平衡，锥体经向力产生了一个横推力作用在筒体上，此横推力大小为。[1]

由此可见，横推力的产生与引起锥体部分经向应力的载荷有关，内压仅是其中一种载荷，还有其它载荷，如附加弯矩、自重等，均可产生经向应力。现行的标准JB/T4735-1997《钢制焊接常压容器》[2]7.3无折边锥形封头计算只有内压的作用情形，没有涉及到有附加弯矩（如地震、风载及偏心重量等引起的弯矩）、自重的作用。GB150-1998《钢制压力容器》[3]7.2锥壳章节提到“当同时作用有其他载荷（如偏心重量、风力、地震载荷等）时，应另作考虑”，在锥壳与圆筒连接处，仅在受外压情形下给出了附加载荷的相应计算公式，在内压情形下却没有给出。这类载荷作用因素对于大型薄壁容器如为变径的吸收塔等高耸结构尤为重要，不可忽略，因而必须考虑这类载荷的作用。

二、吸收塔变径段受力分析

以下，以某脱硫工程中一吸收塔结构（见图一）为例，进行锥壳与筒体连接处受力分析[4]，见图二。

图一某吸收塔结构图图二 变径段受力分析

图中标注的符号详细说明：

α－锥顶半锥角；

—容器内液面上方的气相压力；

小端截面处：

M＇－由地震、风及偏心载荷引起的弯矩：

Dis－锥形封头小端内直径；

Fv＇－垂直地震力；

W＇－小端处设备自重；

T1＇－ 小端连接处单位长度上的经向内力；

H＇－小端连接处单位长度上的横推力；

V＇－小端连接处单位长度上的垂直力；

p＇－内压；

—容器内小端截面处液体静压头。 大端截面处：

M－由地震、风及偏心载荷引起的弯矩：

Di－锥形封头大端内直径；

Fv－垂直地震力；

W－大端处设备自重；

T1－大端连接处单位长度上的经向内力；

H－大端连接处单位长度上的横推力；

V－大端连接处单位长度上的垂直力；

p－内压；

—容器内大端截面处液体静压头。

三、变径段的大小两端连接部分总环向力的计算

根据受力分析情况，对大小端分别按轴向拉伸载荷与轴向压缩载荷两种情况产生的经向力进行分析。

1．小端连接处

（1）小端锥壳：

由弯矩M＇、垂直地震力Fv＇（有地震参与时）、自重W＇在小端处产生的单位长度上的轴向拉伸载荷(不包括内压)：

由内压P＇及轴向拉伸载荷引起的经向力：

锥形封头上单位长度上的环向内力：

（2）小端圆筒：

圆筒单位长度上的经向力：

此力与锥壳小端经向力的分力为一对平衡力，在连接处相互抵消。

圆筒单位长度上的环向力：

（3）小端连接处的总环向力（计入小端锥壳与筒体有效宽度内环向内力）见图三。

图三小端连接处的总环向力

由，则

将T1＇、 代入上式，则

同理为压缩合成载荷时，则

2．大端连接处

大端连接处由经向力产生的横推力与小端相反，具体公式书写省略。

当为轴向拉伸载荷时，大端连接处总环向力：

当为轴向压缩载荷时，大端连接处总环向力：

3．封头与圆筒连接处所需的总承压面积公式详见JB/T 4735-1997《钢制焊接常压容器》[2]第7.4.4。

4．封头与圆筒连接处实际所需增加的承压面积公式详见JB/T 4735-1997《钢制焊接常压容器》[2]第7.4.5及7.4.6。

四、结束语

按此推导公式进行了广州某电厂一变径吸收塔锥壳与筒体的连接部分的计算，计算出塔体变径段的相应壁厚及连接处加强截面的大小。由于改变了单纯采用纵、环向加筋加强的方法而忽略变径段自身承载力能力的保守计算方法，因此充分发挥了材料的性能，节省了材料，做到了经济适用。用该法计算的吸收塔在2008年广州亚运会开幕前建设完工，运行使用至今，对改善广州市的空气质量收到了良好效果。

参考文献：

[1]张石铭.化工容器及设备[M].武汉:湖北科学技术出版社,1984.

[2]全国压力容器标准化技术委员会.JB/T4735-1997钢制焊接常压容器[S].北京:全国压力容器标准化技术委员会,1997.

[3]全国压力容器标准化技术委员会.GB150-1998钢制压力容器[S].北京:中国标准出版社,1998.

[4]丁伯民.美国压力容器规范分析-ASMET Ⅷ-1和Ⅷ-2[M].上海:华东理工大学出版社,1995.