固体料仓计算总结
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摘要：料仓在化工行业中是用来储藏固体（松散的颗粒或粉料）物料的重要设备。在化工生产中，料仓不仅用来储存物料，同时还起着促使物料平衡和性能均化的作用。固体料仓的设计标准由JB/T4735-97《钢制焊接常压容器》中的一个章节改版为NB/T47003.2-2009《固体料仓》一个独立标准，其设计理论有了重大变化，料仓的设计、制造、检验已成独立的体系。本文对NB/T47003.2-2009《固体料仓》的计算过程稍作探讨。
关键词：詹森理论；莱姆伯特理论；计算excel表格化；
中途分类号：TB21文献标识码：A 文章编号：
固体料仓是储存固体松散物料的容器。松散的固体物料对物料面以下的容器壁，产生垂直压力、水平压力、在物料流动的情况下对壁面还产生摩擦力。所以设计固体料仓时除要考虑容器的共性外，还要考虑到他的特殊性。
JB/T4735-97《钢制焊接常压容器》（以下简称JB/T4735）第14章中的料仓设计采用了詹森理论为基础的计算方法，由于詹森理论对料仓的计算进行了几种简化假设，因此对粘性物料和料仓直径较大、高度较高的情况下，詹森理论就表现出了局限性。在研究者们对料仓的设计理论进行大量研究的前提下，NB/T47003.2《固体料仓》（以下简称NB/T47003.2）采用了更为符合客观实际的莱姆伯特理论作为料仓计算的基础，形成了更为系统的计算标准。笔者在设计一台CPVC料仓过程中，依据此标准进行了全面的计算，并结合此标准编制了excel，使得计算过程快速、准确。现将计算过程中对NB/T47003.2《固体料仓》标准的理解总结如下。
1载荷输入
固体料仓所承受的载荷分为静载荷和动载荷。其结构与塔器相类似，因此在载荷的取法上有所相同但也有区别。JB/T4710-2005《钢制塔式容器》（以下简称JB/T4710）。下面就针对3个标准对载荷的取法做一比较。
1.1静载荷；
对设计压力、料仓储存物料引起的压力和雪载荷NB/T47003.2与JB/T4735是相同的。
在料仓质量计算上JB/T4735与JB/T4710完全一致，而NB/T47003.2则有所变化，见表1
表1
由上表可以看出NB/T47003.2在质量计算上相对于JB/T4735和JB/T4710减少了3项，笔者认为除偏心质量应视具体情况确定外，内件质量和保温或防护材料质量应由料仓所处工况确定：①当风载荷起决定性因素情况下，可不计入二者质量；②当地震载荷起决定性因素情况下，应计入二者质量；③当风载荷和地震载荷都很大的情况，应分别计算包括或不包括二者质量情况下仓壳产生的应力，取应力大者为校核条件。宗旨就是要找出哪种工况下对壳体会产生最大的应力。本台料仓经过计算，由包括二者质量产生的仓壳应力为最大值。
1.2动载荷
1.2.1风载荷：NB/T47003.2与JB/T4735及JB/T4710是基本相同的。
由公式Pi=K1K2iq0filiDoi×10-6（N）求得，其中Doi有所区别：NB/T47003.2与JB/T4735的Doi为料仓各计算段的外径；而JB/T4710中的Doi为塔体外径并计及保温（防火）层、扶梯宽度、操作平台宽度、塔顶管线及保温宽度后的有效直径。之所以由此区别，笔者认为塔器的高径比通常很大，计算有效直径更能反应出风载荷对塔体的影响；而料仓大多高径比较小，因此在直径的取法上做了简化，便于工程计算。
1.2.2地震载荷
1.2.2.1水平地震力：
JB/T4735是参照JB/T4710按照谱分析法进行水平地震力计算，而工程实践中，多数料仓并不是落地裙座式结构，很多采用耳式支座、短裙座式等结构，并且料仓的高径比往往小于塔器的高径比，此时按塔结构按谱分析法计算并不合适。因此NB/T47003.2采用了较为简便的底部剪力法进行水平地震力的计算，在计算公式FE=Iα1meqg上增加了“与物料特性有关的使用系数I”,以此来控制危险物料的载荷。
1.2.2.2垂直地震力的计算三个标准一致。需说明的是在我国大部分地区，设防烈度都是7°，一般不考虑垂直地震力的影响。只有当设防烈度为8°或9°地区应考虑垂直地震力的作用。
2物料对仓壳圆筒的作用力
2.1料仓壳体设计流程（见图1）
图1
由图1可以看出：料仓壳体设计过程中，在保证容积前提下，调整直径Di和壁厚δ，找到一个合理的高径比，既满足强度、刚度要求又能满足工程的经济合理性。对大型料仓尤为重要。
2.2物料对仓壳圆筒的作用力
分为垂直压应力（Pv）、水平压应力（Ph）和摩擦力（Ff）见图2，詹森理论与莱姆伯特理论的区别正是体现在对这三个应力的计算上。NB/T47003.2在计算三个应力中为了描述摩擦平衡载荷曲线，引入了特性纵坐标系数,由公式可以看出A值的大小是由物料的内摩擦角（安息角）ψ和物料与仓壳壁面的摩擦角ψ＇大小决定的，而A值直接影响了三个应力（Pv、Ph、Ff）的大小。最终决定了仓壳圆筒应力的大小，由表3可看出对于不同的物料随着A值大小各应力的变化情况。
图2
表3
3仓壳锥体设计
3.1仓壳锥体应力计算
由于锥于料仓支撑以下，不承受地震和风载荷，因此只计算设计压力和物料对锥体的垂直和水平压应力。在物料对锥体的应力计算上也引入了一个特性纵坐标系数，此处的Az与圆筒计算中的A原理上相同，对锥体的应力影响见表4。
表4
3.2仓壳圆筒与锥体连接处的结构
对于带裙座的大、中型料仓，仓壳和锥体的连接处的应力通常都很大，设计时要进行局部加强，最通常的做法是设置一个刚性环。所需刚性环的面积应通过计算确定。
4结束语
随着工业化规模的越来越大，对大型固体料仓的需求也越来越多，此外，固体料仓的设计的合理性不仅仅体现在满足强度和刚度的要求，对特殊用途的固体料仓，国际国内的专业制造厂都有了很多成熟的经验，如将料仓的制做模块化，以及各类型的掺混料仓等。
料仓的设计标准体系的建立，不仅仅方便了设计人员对料仓应力和结构的分析，更主要保证了设备的安全运行。但标准仍有不完善的地方，比如在应力分析中还未能加入动力影响系数、短裙座的设计也未能给出详细的计算方法等。对此，专家和学者们正在不懈的努力，使固体料仓的设计标准更趋于完善。
[作者简介]
安立凯（1974-），男，工程师，1997年毕业于鞍山钢铁学院机械制造专业，现为锦化化工工程设计有限公司压力容器设计人
参考文献
NB/T47003.2-2009《固体料仓》国家能源局
JB/T4735-97《钢制焊接常压容器》
NB/T47003.2-2009《固体料仓》标准宣贯资料
NB/T47003.2-2009《固体料仓》标准的应用
李梦强、张亚丹、王耀明5000立方米PTA料仓的整体优化设计化工设备与管道 2008.45（1）：33～36