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容器支座的温度限制
容器支座规范NB/T 47065-2018中，对于各种支座都有使用范围的规定。
鞍式支座，设计温度范围为-40°C到200°C。未提及超范围应该如何处理。
腿式支座，规范给出的设计温度范围为-20°C到200°C。
腿式支座对于超出温度的范围，在释义中也给出了解决方案。
对于耳式支座，规范给出的设计温度范围为-100°C到300°C。
支承式支座，规范给出的设计温度范围为-20°C到200°C。
对于设计温度超出范围的，可以按照实际的许用应力进行校核。
刚性环支座，规范给出的设计温度范围为-20°C到200°C。
对于温度超界的处理，需要考虑刚性环对于筒体的约束的影响。
为什么要限制设计温度
很多设计人员不禁要问： 容器支座的设计温度范围为什么那么窄呢？
为什么耳座，支腿，支承式支座的范围（选择合适材料以适应超出的温度）反而比刚性环，鞍座要广？
温度超界应该怎么办，高温的设备应该如何选择容器支座呢？
在回答这些问题之前，我们必须要明白，是什么限制了容器的使用范围。
容器支座的本身材料的使用温度是很高的，比如Q345D，15CrMoR,S30408，这些材料的使用范围远大于200°C，为什么用在支座上，就只能用于200°C了呢？
所以答案肯定不是因为材料的限制。
所有的一切都是因为：
温差应力。
以鞍座和刚性环耳座为例，他们的刚度很大，面对高温时，由于筒体温度高，要膨胀，而鞍座和刚性环耳座的温度低，刚度很大，拘束力很大，不让其膨胀，必然使得温差应力很大。
刚性环耳座上下两个环的刚度都非常大，一般远大于外压加强圈，而以前我们分析过外压加强圈在高温下，断裂的案例。
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在文章的最后对其案例的总结如下：
1. 本案例发生的原因是施工单位未按照工程要求施工，将外压支撑圈裸露在外，而设备本身温度高，造成温差应力过大，导致加强圈破裂，延伸到筒体内圈。 2. 为保证加强圈的加强作用，加强圈应整圈围绕在圆筒的圆周上，而不允许任意断开或切割，更不能形成上述的大面积裂纹。 3. 若设备运行时发现加强圈发生断裂，应及时停车修补裂纹，避免给设备筒体造成不可修复的变形。 4. 对于在设计阶段，高温操作下的设备，仅考虑设备本体的强度和稳定性是不够的，还应考虑由温差过大引起的热应力所带来的危害。特别是温差和约束的关系一定要注意，比如高温的鞍座和刚性环耳座之类。 5. 从设计方面来说，常规的各项计算符合规范要求，但是设备仍然可能因为结构设计的原因造成强度上的破坏。设备人员应该考虑各种失效模式，并作出对应的措施。
如果刚性环上下环裂开，刚性环的承载能力会迅速下降。
刚性环其原理类似于加强圈，也可以通过刚性环的上下两环加上保温的方式，使得刚性环的热应力降低。
鞍座的热应力
鞍座的热应力往往比刚性环更难解决，因为标准鞍座的约束力是非常大，而且无法通过整体加保温的方式来解决。
某项目中，一台设计温度570°C的鞍座，计算其温度场如下图所示：
在降低鞍座高度，鞍座底部加了隔热垫的情况下，计算其热应力，其名义最大应力高达1550MPa。
鞍座热应力不仅非常高，而且能够降下来的手段特别少。
下面几个特殊手段都是为了降低刚度，或使温度尽可能均匀。
1. 将鞍座挖孔，降低高度。
2. 鞍座做保温+隔热垫。
3. 如果可能，鞍座不与设备焊接，或者在鞍座和设备间放置隔热垫。但是这个需要协调业主以及隔热垫厂家的参数。
这个案例告诉我们，焊接鞍座的刚度非常大，温度高时，其热应力不能忽略不计。
回答问题
现在我们可以试着回答上面的几个问题。
1. 容器支座的设计温度范围为什么那么窄呢？
答：温度变化不大的情况下，温差应力小，可以忽略不计。
2. 为什么耳座，支腿，支承式支座的范围（选择合适材料适应超出的温度）反而比刚性环，鞍座要广？
答：刚性环和鞍座的刚度远大于耳座，支腿，支承式支座。对于筒体的约束要强的多，所以高温情况下，尤其需要考虑热应力。而耳座，支腿支承式支座当温度超界时，一般只需要考虑支座本身的承载能力即可。
3. 温度超界应该怎么办，高温的设备应该如何选择容器支座呢？
答：高温时应该考虑热应力对于容器支座的影响，降低约束力，包括螺栓孔用长圆孔，底板降低摩擦系数或者采用滚动摩擦（装滑轮），让轴向，径向的热膨胀顺利释放。
另外局部的应力，钢材高温失稳也应当校核。
当温度特别高时，重量又特别重，耳座不合适的情况，采用刚性环热应力无法降低时，可以考虑筒体上的锥形裙座+隔热箱结构，可以大大缓解热应力。
此种结构在很多项目中使用，经过应力分析下来，热应力很低，属于成熟可靠的优秀结构。
其结构可以参考MOSS的Pressure Vessel Design Manual第四版或其他工程公司的规定。
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发表于 2022-8-25 22:12:05
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