对外压容器熔硫釜受压失稳的刚度校核及改进
赵文栋
（山西焦化股份有限公司山西洪洞０４１６０６）
【摘要】本文分析了熔硫釜的实际工况．对其爱压失稳的临界压力用公式法和图算法进行了计算枝核．并提出了处理改进措施。【关键词】外压容器失稳剐度
１、问题的提出
造气车间脱硫工段原２＃熔硫釜为一个带夹套的釜体，其作用是用蒸汽将上部泡沫槽来的硫泡沫加热后，把其中的硫颗粒分离，清液回收利用。主要设计技术参数为：釜体外径Ｄｏ
２
换接中压蒸汽，压力控制在０．４ＭＰａ以下。釜体内腔通过下料管与高位硫泡沫槽相通，在操作时下料阀处于打开状态，釜内承受的只是液体静压力．约有０．０５ＭＰａ。釜体内外的最大压差为０．３５ＭＰａ。
根据熔硫釜的实际操作条件，该釜为一典型的外压容器。外压容器与常见的内压容器不同的是，极少因为强度不足而破坏失效，而主要的失效形式足由于刚度不足而失稳变形。外压容器的失稳是指当筒体所受的压缩应力达到某一临界值时（此时压缩应力还远小于材料的屈服点），筒壁虽然强度足够，形状却会发生突变，圆形筒体产生永久性的压瘪或折皱变形。根据对熔硫釜的现场观察，确认是失稳变形无疑。是什么原
因导致熔硫釜产生失稳的呢？有必要对该设备的临界压力进行核算。
２、利用理论公式进行计算临
界压力。
在计算外压容器的临界压力时，一般先将外压容器按照长圆筒、短圆筒、刚性筒进行类型划分．以便套用相应的公式进行计算。
当圆筒长度超过某一极限值后，封头对简体中部的支撑作用将全部消失，这种得不到封头支撑的圆筒叫长圆筒．反之叫短圆筒。临界长度Ｌｅｒ是长圆筒和短圆筒的分界线。临界长度是的分界线。
根据熔硫釜设计尺寸，计算短圆筒和长圆筒的临界长度：
９００．壁厚
ｄ一。１０。设计压力０．４２ｂｌＰａ，温度１５０℃，材质ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ，介质为硫泡沫，腐蚀裕量Ｃ＝０。夹套设计压力０．４２ＭＰａ，材质０２３５，介质为蒸汽。
２＃熔硫釜在更换外部夹套时发现内筒严重变形压瘪，内筒与内件挤在一起，使物料在釜内循环的环隙通道大大减小，无法进行正常操作，被迫更新。经现场了解，熔硫釜的实际操作条件为：夹套接低压蒸汽，冬季压力不足时
ｏ。ＪＩ低压两＝¨７ｘ９００ｘ√面而一蜥＿｝
计算短圆筒和钢性筒的临界
赵文栋
（１９７＂／一）。工程硕士。长期从事设备检修管理工作。
长度：
以：上呈Ｌ：生：雩尘：Ｉ
４
６５（ｍｍ）
ａ：Ｊ％．ｕｓ×√９０‰
：。。，．∞Ｉ石油和化工设＿ｌ
万方数据
４５
根据图纸，该容器的计算长度进一步查阅有关资料知，外压容器的临界压力不仪取决于容器的设计几何尺寸．跟容器的材质和尺寸偏差的控制也很有关系。材料组织的不均匀性和网筒的椭外部焊接螺旋形的扁铁，也可以在筒体内设扁铁或角钢加强圈。
率次改造选择了在简体内部中间装设了十字支撑。根据ＧＢｌ５０的有关规定，计算长度由２米变为ｌ米。
为Ｌ＝２０００ｍｍ，Ｌ＜Ｌ。，Ｌ＞Ｌ：．
可见该圆筒属于短圆筒。在计算短圆筒的临界压力时，多采月Ｊ米赛斯（Ｒ．Ｖ．Ｍｉｓｅｓ）公式，其简化形式为：
Ｄ一２６ｉ二６：
‘
ｕ）ｊ０Ｉ）。６
查得１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ在１５０１：叫弹性模最Ｅ＝１８７ＭＰａ．
以＝以一ｃ＝一，＝１０．
ｅ，＝甄２６而“１０而：＊１而８７＝２“岍
根据旧家有关规定，取稳定安全系数ｉｎ＝３。
则熔硫釜的许用外压力为：
ｋ卜儿／ｍ＝２９４／３＝０．９５
Ｍｐａ
３、利用图算法计算许用应力
３．１计算
Ｄ。｜６１＝９００／ｉｏ＝９０≮２０Ｌ”、＝２０００／９００＝２．２
３．２根据叫“、Ｄｏ／Ｚ，，查表求取系数Ａ．得Ａ＝０００（１７。
３．３根据设蔷实际使用温度
１５
０ｔ和系数Ａ，查罔表得系数Ｂ＝７５ＭＰａ。
则熔硫釜许用外压力为：
纠＝』ｚ）ｏ／５，，２丽７５＝。８３（ＭＰａ）
公式法和图算法的计算所得的许用外压力相近，计算结果比较可靠。
可见熔硫釜内简体设计许用外压力，在实际正常使用条件下的，是可以保证该容器具有足够的刚度，不致失稳变形。并且还留用３倍的安全系数。即使夹套压力偶尔偏高，也远低于设计临界压力。
４６ｌ石蛐瓠化工设薯ｌ
２００７
０８
万
方数据圆度都会导致临界压力的减低。
由米赛斯公式求取新的许用联系到熔硫釜内部硫泡沫的计算压力：
强腐蚀性，此次失稳变形极有可能为以上两方面的原因。
Ｈ，２璃２６Ｅ８：＝篇＝ｓ叫㈣
旷】，一￡，一／３＝ｉ６Ｈ／３＝Ｉ＂（却Ｈ）
由图算法求取新的｝＝＿１＝州计算
压力：
经有关人员集体讨沧，制定了１・根据ｎ肛２９０，‘ｙ。ｎ２…１，查
得Ａ＝０・００１１，Ｂ＝９０（Ｍｏａ）
¨＝—竺一；！婴一：ｌ～
内件与一台闲置的熔硫釜的下部“他９００／１０
ｌ（３，ＩＰａｌ简体和锥形封头进行组对，并重可见改造后筒体的抗失稳能力能力大大提高。
寸与原熔硫釜完全相同。
如何提高熔硫釜内简体的抗５、结束语
整个处理硐１改进过程，一是利用两台熔硫釜的可用部分，严格按照《压力容器安全监察规程鼽组装由于修理是利用ＩＵ件改制，与临了一台新釜，节约了ｆ余万元的设备购置费用。二是原简体的设计刚度足够。其失稳的原因可能是制造或使用过程造成的材质不均匀性和椭圆度偏差。三是在简体内部增加加强罔应具有足够的刚度，角了加强圉，减少了计算长度，提高了抗失稳的临界压力。因而达到了
预期效果。臣！扫
《钢制压力容器》ＧＢｌ５０—１９９８
《化工设备基础》化工出版社出版
《化工设备机械基础》中央广播电视大学出版社熔硫釜图纸
邯郸化肥厂、永济化机厂
４、处理改进方案
一个可靠叉经济的修理方案。利用该熔硫釜的封头、部分上简体、新制作外夹套，修复后的结构尺失稳能力，以消除因材质不均匀性和椭圆度偏差而对设备许用外压力造成的削弱呢？本次修理改造也考虑了遮方面的『廿Ｊ题。
界压力相关的材料的弹性模量Ｅ、蹙厚Ｓ、直径Ｄ都不易改变。而改变计算长度是一种简便有效的办法，在结构上就是在筒上焊接加强罔。
钢、扁钢、槽钢等型式均可。结合率设备的结构特点，可以在简体
对外压容器熔硫釜受压失稳的刚度校核及改进
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
赵文栋
山西焦化股份有限公司,山西,洪洞,041606石油和化工设备
PETRO & CHEMICAL EQUIPMENT2007,10(4)
参考文献(4条)
1. GB 150-1998.钢制压力容器2. 化工设备基础3. 化工设备机械基础
4. 熔硫釜图纸邯郸化肥厂、永济化机厂
本文读者也读过(10条)
1. 孙斌. Sun Bin 新型安全熔硫釜的设计与应用[期刊论文]-化工装备技术2001,22(6)
2. 秦秀坤. 王小东. 苏凤林 脱硫系统熔硫釜技术研究[期刊论文]-齐齐哈尔大学学报（自然科学版）2008,24(6)3. 周文武 耐压卫生级快开人、手孔的结构[期刊论文]-压力容器2002,19(7)4. 王喜晶 连续熔硫技术的应用[会议论文]-2002
5. 董占美 差压铸造釜设备的结构设计[期刊论文]-压力容器2002,19(8)6. 熊延英. 胡育华 熔硫釜的失效分析及其结构改进设计与应用[会议论文]-2006
7. 龚曙光. 谢桂兰 压力容器安全联锁自动快开门装置的研制[期刊论文]-化工装备技术2004,25(1)
8. 王占英. 梁建明. 马轶群. 马卫国 夹套式脱蜡釜新型承压快开门机构的开发[期刊论文]-压力容器2004,21(5)9. 丁无极 快开门压力容器安全联锁装置现状与检验探讨[期刊论文]-中国科技信息2008(9)
10. 赖凤琴. 张性雄. LAI Feng-qin. ZHANG Xing-xiong 水平瞬心对驱动式圆盘犁耕宽稳定性的影响[期刊论文]-福建农林大学学报（自然科学版）2010,39(2)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_hgsbyffs200704015.aspx
对外压容器熔硫釜受压失稳的刚度校核及改进
赵文栋
（山西焦化股份有限公司山西洪洞０４１６０６）
【摘要】本文分析了熔硫釜的实际工况．对其爱压失稳的临界压力用公式法和图算法进行了计算枝核．并提出了处理改进措施。【关键词】外压容器失稳剐度
１、问题的提出
造气车间脱硫工段原２＃熔硫釜为一个带夹套的釜体，其作用是用蒸汽将上部泡沫槽来的硫泡沫加热后，把其中的硫颗粒分离，清液回收利用。主要设计技术参数为：釜体外径Ｄｏ
２
换接中压蒸汽，压力控制在０．４ＭＰａ以下。釜体内腔通过下料管与高位硫泡沫槽相通，在操作时下料阀处于打开状态，釜内承受的只是液体静压力．约有０．０５ＭＰａ。釜体内外的最大压差为０．３５ＭＰａ。
根据熔硫釜的实际操作条件，该釜为一典型的外压容器。外压容器与常见的内压容器不同的是，极少因为强度不足而破坏失效，而主要的失效形式足由于刚度不足而失稳变形。外压容器的失稳是指当筒体所受的压缩应力达到某一临界值时（此时压缩应力还远小于材料的屈服点），筒壁虽然强度足够，形状却会发生突变，圆形筒体产生永久性的压瘪或折皱变形。根据对熔硫釜的现场观察，确认是失稳变形无疑。是什么原
因导致熔硫釜产生失稳的呢？有必要对该设备的临界压力进行核算。
２、利用理论公式进行计算临
界压力。
在计算外压容器的临界压力时，一般先将外压容器按照长圆筒、短圆筒、刚性筒进行类型划分．以便套用相应的公式进行计算。
当圆筒长度超过某一极限值后，封头对简体中部的支撑作用将全部消失，这种得不到封头支撑的圆筒叫长圆筒．反之叫短圆筒。临界长度Ｌｅｒ是长圆筒和短圆筒的分界线。临界长度是的分界线。
根据熔硫釜设计尺寸，计算短圆筒和长圆筒的临界长度：
９００．壁厚
ｄ一。１０。设计压力０．４２ｂｌＰａ，温度１５０℃，材质ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ，介质为硫泡沫，腐蚀裕量Ｃ＝０。夹套设计压力０．４２ＭＰａ，材质０２３５，介质为蒸汽。
２＃熔硫釜在更换外部夹套时发现内筒严重变形压瘪，内筒与内件挤在一起，使物料在釜内循环的环隙通道大大减小，无法进行正常操作，被迫更新。经现场了解，熔硫釜的实际操作条件为：夹套接低压蒸汽，冬季压力不足时
ｏ。ＪＩ低压两＝¨７ｘ９００ｘ√面而一蜥＿｝
计算短圆筒和钢性筒的临界
赵文栋
（１９７＂／一）。工程硕士。长期从事设备检修管理工作。
长度：
以：上呈Ｌ：生：雩尘：Ｉ
４
６５（ｍｍ）
ａ：Ｊ％．ｕｓ×√９０‰
：。。，．∞Ｉ石油和化工设＿ｌ
万方数据
４５
根据图纸，该容器的计算长度进一步查阅有关资料知，外压容器的临界压力不仪取决于容器的设计几何尺寸．跟容器的材质和尺寸偏差的控制也很有关系。材料组织的不均匀性和网筒的椭外部焊接螺旋形的扁铁，也可以在筒体内设扁铁或角钢加强圈。
率次改造选择了在简体内部中间装设了十字支撑。根据ＧＢｌ５０的有关规定，计算长度由２米变为ｌ米。
为Ｌ＝２０００ｍｍ，Ｌ＜Ｌ。，Ｌ＞Ｌ：．
可见该圆筒属于短圆筒。在计算短圆筒的临界压力时，多采月Ｊ米赛斯（Ｒ．Ｖ．Ｍｉｓｅｓ）公式，其简化形式为：
Ｄ一２６ｉ二６：
‘
ｕ）ｊ０Ｉ）。６
查得１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ在１５０１：叫弹性模最Ｅ＝１８７ＭＰａ．
以＝以一ｃ＝一，＝１０．
ｅ，＝甄２６而“１０而：＊１而８７＝２“岍
根据旧家有关规定，取稳定安全系数ｉｎ＝３。
则熔硫釜的许用外压力为：
ｋ卜儿／ｍ＝２９４／３＝０．９５
Ｍｐａ
３、利用图算法计算许用应力
３．１计算
Ｄ。｜６１＝９００／ｉｏ＝９０≮２０Ｌ”、＝２０００／９００＝２．２
３．２根据叫“、Ｄｏ／Ｚ，，查表求取系数Ａ．得Ａ＝０００（１７。
３．３根据设蔷实际使用温度
１５
０ｔ和系数Ａ，查罔表得系数Ｂ＝７５ＭＰａ。
则熔硫釜许用外压力为：
纠＝』ｚ）ｏ／５，，２丽７５＝。８３（ＭＰａ）
公式法和图算法的计算所得的许用外压力相近，计算结果比较可靠。
可见熔硫釜内简体设计许用外压力，在实际正常使用条件下的，是可以保证该容器具有足够的刚度，不致失稳变形。并且还留用３倍的安全系数。即使夹套压力偶尔偏高，也远低于设计临界压力。
４６ｌ石蛐瓠化工设薯ｌ
２００７
０８
万
方数据圆度都会导致临界压力的减低。
由米赛斯公式求取新的许用联系到熔硫釜内部硫泡沫的计算压力：
强腐蚀性，此次失稳变形极有可能为以上两方面的原因。
Ｈ，２璃２６Ｅ８：＝篇＝ｓ叫㈣
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由图算法求取新的｝＝＿１＝州计算
压力：
经有关人员集体讨沧，制定了１・根据ｎ肛２９０，‘ｙ。ｎ２…１，查
得Ａ＝０・００１１，Ｂ＝９０（Ｍｏａ）
¨＝—竺一；！婴一：ｌ～
内件与一台闲置的熔硫釜的下部“他９００／１０
ｌ（３，ＩＰａｌ简体和锥形封头进行组对，并重可见改造后筒体的抗失稳能力能力大大提高。
寸与原熔硫釜完全相同。
如何提高熔硫釜内简体的抗５、结束语
整个处理硐１改进过程，一是利用两台熔硫釜的可用部分，严格按照《压力容器安全监察规程鼽组装由于修理是利用ＩＵ件改制，与临了一台新釜，节约了ｆ余万元的设备购置费用。二是原简体的设计刚度足够。其失稳的原因可能是制造或使用过程造成的材质不均匀性和椭圆度偏差。三是在简体内部增加加强罔应具有足够的刚度，角了加强圉，减少了计算长度，提高了抗失稳的临界压力。因而达到了
预期效果。臣！扫
《钢制压力容器》ＧＢｌ５０—１９９８
《化工设备基础》化工出版社出版
《化工设备机械基础》中央广播电视大学出版社熔硫釜图纸
邯郸化肥厂、永济化机厂
４、处理改进方案
一个可靠叉经济的修理方案。利用该熔硫釜的封头、部分上简体、新制作外夹套，修复后的结构尺失稳能力，以消除因材质不均匀性和椭圆度偏差而对设备许用外压力造成的削弱呢？本次修理改造也考虑了遮方面的『廿Ｊ题。
界压力相关的材料的弹性模量Ｅ、蹙厚Ｓ、直径Ｄ都不易改变。而改变计算长度是一种简便有效的办法，在结构上就是在筒上焊接加强罔。
钢、扁钢、槽钢等型式均可。结合率设备的结构特点，可以在简体
对外压容器熔硫釜受压失稳的刚度校核及改进
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
赵文栋
山西焦化股份有限公司,山西,洪洞,041606石油和化工设备
PETRO & CHEMICAL EQUIPMENT2007,10(4)
参考文献(4条)
1. GB 150-1998.钢制压力容器2. 化工设备基础3. 化工设备机械基础
4. 熔硫釜图纸邯郸化肥厂、永济化机厂
本文读者也读过(10条)
1. 孙斌. Sun Bin 新型安全熔硫釜的设计与应用[期刊论文]-化工装备技术2001,22(6)
2. 秦秀坤. 王小东. 苏凤林 脱硫系统熔硫釜技术研究[期刊论文]-齐齐哈尔大学学报（自然科学版）2008,24(6)3. 周文武 耐压卫生级快开人、手孔的结构[期刊论文]-压力容器2002,19(7)4. 王喜晶 连续熔硫技术的应用[会议论文]-2002
5. 董占美 差压铸造釜设备的结构设计[期刊论文]-压力容器2002,19(8)6. 熊延英. 胡育华 熔硫釜的失效分析及其结构改进设计与应用[会议论文]-2006
7. 龚曙光. 谢桂兰 压力容器安全联锁自动快开门装置的研制[期刊论文]-化工装备技术2004,25(1)
8. 王占英. 梁建明. 马轶群. 马卫国 夹套式脱蜡釜新型承压快开门机构的开发[期刊论文]-压力容器2004,21(5)9. 丁无极 快开门压力容器安全联锁装置现状与检验探讨[期刊论文]-中国科技信息2008(9)
10. 赖凤琴. 张性雄. LAI Feng-qin. ZHANG Xing-xiong 水平瞬心对驱动式圆盘犁耕宽稳定性的影响[期刊论文]-福建农林大学学报（自然科学版）2010,39(2)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_hgsbyffs200704015.aspx