除尘器壳体钢结构设计

根据除尘器壳体钢结构设计工作的需要，编制本书。其主要内容包括：除尘设备壳体钢结构分类、设计原则和前期工作；除尘设备工艺计算，包括原始资料、除尘器规格与主要尺寸和特种规定；骨架式壳体钢结构的形式、材料、荷载、内力分析、结构设计和实例；圆筒式壳体钢结构的形式、术语、规定、材料、结构设计、支座设计、制作、检验与验收。并以静电除尘器为例，重点介绍了除尘设备壳体钢结构设备事故分类、事故分析与处理实例。书后还附有常用的工业气体特性、工业粉尘特性和其他相关资料。

本书可作为工业企业、科研院所从事环境保护专业技术人员的工具书，也可作为高等学校师生的参考用书。

1 概论

1.1 除尘器壳体的分类

1.1.1 骨架式结构

1.1.2 圆筒式钢结构

1.2 除尘器壳体的设计原则

1.2.1 满足除尘工艺需要

1.2.2 配套组织除尘器壳体钢结构设计

1.2.3 适应工厂分体制作、现场组合安装

1.2.4 符合安全、职业卫生和环保规定

1.3 前期工作

1.3.1 调查研究

1.3.2 技术经济指标

1.3.3 提高技术装备水平

1.3.4 全方位满足工艺生产需要

2 除尘工艺计算

2.1 原始资料

2.1.1 工业气体特性

2.1.2 工业粉尘特性

2.1.3 设备设计委托书

2.1.4 实例——150t氧气转炉烟气除尘设计指标

2.2 脉冲袋式除尘器

2.2.1 导言

2.2.2 形式与参数

2.2.3 技术计算

2.2.4 附属设施

2.2.5 绘制施工图文件

2.2.6 编制设计文件

2.2.7 实例——高炉出铁场用长袋低压脉冲除尘器

2.3 静电除尘器

2.3.1 导言

2.3.2 形式与参数

2.3.3 技术计算

2.3.4 决定附属设施的形式与数量

2.3.5 绘制施工图

2.3.6 编制设计文件

2.3.7 实例——发电厂燃煤锅炉静电除尘器

2.4 圆筒式脉冲袋式除尘器

2.4.1 导言

2.4.2 结构

2.4.3 技术计算

2.4.4 附属设施

2.4.5 设计文件

2.4.6 实例——500m3高炉煤气脉冲袋式除尘器投标方案

2.5 洗涤塔

2.5.1 导言

2.5.2 结构

2.5.3 技术计算

2.5.4 绘制结构设计图及荷载资料

2.5.5 编制设计文件

2.5.6 实例——电站锅炉烟气脱硫前置增湿塔

2.6 旋风除尘器

2.6.1 导言

2.6.2 结构

2.6.3 技术计算

2.6.4 绘制技术设计图和设计文件

2.6.5 实例——砂轮机组用旋风除尘器

2.7 文氏管

2.7.1 导言

2.7.2 形式与参数

2.7.3 技术计算

2.7.4 热力计算

2.7.5 实例——顶吹氧气转炉炼钢用文氏管

3 骨架式除尘器壳体钢结构设计

3.1 形式

3.2 材料

3.2.1 钢材

3.2.2 焊接材料

3.2.3 螺栓连接材料

3.2.4 材料规格

3.2.5 钢材的强度设计值

3.2.6 焊缝的强度设计值

3.2.7 螺栓连接的强度设计值

3.2.8 钢材的物理性能指标

3.2.9 钢材及焊缝强度设计值的温度折减系数γs

3.2.10 钢材弹性模量的温度折减系数βd

3.2.11 折减系数

3.3 荷载

3.3.1 荷载分类

3.3.2 各种荷载组合

3.3.3 可变荷载

3.3.4 地震荷载（偶然荷载）

3.4 内力分析

3.4.1 板

3.4.2 加劲肋及梁

3.4.3 箱体骨架

3.4.4 除尘器支架

3.4.5 灰斗内力计算

3.5 基本构件计算

3.5.1 受弯构件

3.5.2 轴心受力构件和拉弯、压弯构件

3.6 连接计算

3.6.1 焊接连接

3.6.2 螺栓连接

3.6.3 连接节点处板件的计算

3.7 实例

3.7.1 侧壁板截面选择（例1）

3.7.2 顶盖大梁（例2）

3.7.3 箱体骨架（例3）

3.7.4 灰斗（例4）

3.7.5 灰斗梁（例5）

3.7.6 钢支架柱（例6）

3.7.7 进、出口喇叭（例7）

3.7.8 钢支架柱抗震验算（例8）

4 圆筒式除尘器壳体钢结构设计

4.1 概述

4.1.1 分类

4.1.2 形式

4.1.3 适用范围

4.2 术语

4.2.1 容器

4.2.2 压力

4.2.3 温度

4.2.4 厚度

4.3 一般规定

4.3.1 设计压力

4.3.2 设计温度

4.3.3 荷载

4.3.4 厚度附加量

4.3.5 壳体加工后不包括腐蚀裕量的最小厚度

4.3.6 许用应力

4.3.7 焊接接头系数

4.3.8 压力试验

4.4 材料

4.4.1 总则

4.4.2 钢板

4.4.3 钢管

4.4.4 锻件

4.4.5 螺栓和螺母

4.5 结构设计计算

4.5.1 受力分析

4.5.2 设计荷载

4.5.3 圆筒计算

4.5.4 封头

4.5.5 锥壳

4.5.6 开孔与补强

4.5.7 平盖

4.5.8 附件

4.5.9 安全附件

4.5.10 焊接结构

4.6 设备支座设计

4.6.1 导言

4.6.2 固定支座

4.6.3 活动支座

4.6.4 实例——耳式支座设计

4.7 制造、检验与验收

4.7.1 总则

4.7.2 制造

4.7.3 检验

4.7.4 验收

4.8 实例

4.8.1 增湿塔

4.8.2 高炉煤气圆筒式脉冲袋式除尘器

4.8.3 储气罐

5 除尘器设备事故与处理案例

5.1 除尘器设备事故

5.1.1 事故分类

5.1.2 案例

5.1.3 设备事故处理预案

5.2 静电除尘器顶盖大梁下挠案

5.2.1 概述

5.2.2 事故原因分析

5.2.3 事故处理对策

5.3 静电除尘器出口喇叭管吸瘪案

5.3.1 概述

5.3.2 事故原因分析

5.3.3 事故处理对策

5.3.4 加固杆件验算

5.4 静电除尘器灰斗坠落案

5.4.1 概述

5.4.2 事故原因分析

5.4.3 事故处理对策

附录

附录1 气体的热物理特性

附录2 压力为101.3kPa时空气的质量、体积、水蒸气压力和含湿量

附录3 压力为101.3kPa时混合气体的饱和含湿量及湿度修正系数

附录4 工业粉尘爆炸极限

附录5 可燃气体与空气混合物的着火温度及其范围

附录6 全国月平均最低气温不高于-20℃和-10℃的地区

附录7 《GB 150钢制压力容器》附录J

参考文献

作　者：赵振奇，潘永来　主编出 版 社：冶金工业出版社

出版时间：2008-12-1

版　次：1

页　数：278

字　数：438000

印刷时间：2008-12-1

开　本：16开

纸　张：胶版纸

印　次：1

I S B N：

包　装：平装

固定模架施工 　在壳体覆盖的空间，对整个曲面架设模架。模架应具有一定的刚度并能承担全部施工荷载。砌筑或灌筑混凝土时，应按照壳体类型，均匀对称地从周边向中心进行，防止模架发生偏移或变形。这种施工法不仅适用于旋转式壳体（圆柱面和双曲面壳体除外），也适用于双曲扁壳和各种扭壳。这种模架不能重复利用，成本较高。1972年波多黎各的70×84米庞斯大厅是用固定模架建造的钢筋混凝土扭壳结构。

活动模架施工 　壳体结构如能分割为若干个形状相同又能单独承受荷载的区段时，如柱面壳（筒壳），多波柱面壳，多波双曲扁壳及各种旋转壳等，可采用能挪动的模架,分段架设，按施工顺序逐段转移重复使用,以节省模架费用。架设这种模架时应安装螺旋丝杠或千斤顶等起重装置并铺设滑轨。以利升降移动。常用的活动方式有平移、旋转和提升三种。①平移式。壳体的一个区段完成后，模架按直线方向作水平移动。此法一般用于建造长形仓库、厂房、站台等。广州火车站台筒壳雨篷共长600米,是用此法施工的。②旋转式。主要用于旋转型壳体结构。采用这种模架方式时，模架要按壳体的中轴线相对方向成双地设置。铺设环形滑轨作对称旋转以保持壳体的几何尺寸。1976年美国西雅图金郡体育馆双曲抛物面带肋壳顶,直径201.6米,矢高33.5米,采用旋转式钢架木模施工。③提升式。是利用千斤顶等起重设备将模架逐节向上提升或滑升的方法，主要用于建造筒仓、水箱、油罐、冷却塔等竖向壳体结构。施工中，各千斤顶的顶升进程要保持匀速同步,采用滑升方式时,模板的滑升速度必须与混凝土的凝固速度相适应（见滑升模板）。

无模架施工 　一般为整体安装和壳面拼装两种。整体安装系在地面灌筑壳体或将预制壳板拼成整体，然后采用起重设施通过吊装（见结构构件吊装）、提升或顶升到设计高程进行就位。壳面拼装是将预制壳板或拱壳砖直接在壳体位置上进行拼装。拼装时通常利用壳边圈梁作支点。设扒杆缆索悬吊壳板。由外向内，逐圈安装就位，并逐圈校正壳体的弧度。核算因施工而开口的壳的应力，以策安全。

除上述外，也可采用架设壳模作为壳体的组成部分，然后在壳模上绑扎钢筋、灌筑混凝土的方法。但此法须用喷射混凝土（见混凝土现浇施工技术）。工艺较复杂。

壳体设计要同时考虑施工方案并核算施工荷载。设计与施工有着互相依赖的关系，因此，只有两者密切配合，经过多方案比较，才能求得最佳的设计与施工方案。2100433B

环管和环形燃烧室的内、外壳体是薄壁零件，通常都是发动机的主要承力构件，承受有轴向力、径向力、横向力、扭矩、振动载荷和热应力等，受力非常复杂。因此在结构设计中，必须保证壳体具有足够的强度和刚性。

由于外壳体直径很大，抗横向弯曲的刚度一般较强，所以考虑刚度时要注意保证径向刚度，防止由于壳体被压扁，变成椭圆而失去稳定。

对于壁特别薄的内壳体，要特别注意保证径向刚度。因为受压的壳体更容易失稳，实践中就曾发生过轴承机匣被压扁造成的严重故障。

除了在选择壳体材料和确定适当的壳体厚度方面的保证以外，还要对壳体中刚性差的部位采用加强措施，采用径向加强筋是一种常用的有效方法。如一些发动机燃烧室内机匣的径向加强筋实例，这些加强筋主要是径向加强刚度，因而用在圆柱段上。

若需要在径向和轴向都有加强作用时，可采用封闭式的加强筋。这种类型的加强筋可用在同时受轴向力和内压力的曲线形壳体的转接段上，但封闭腔须加通气小孔，以均衡腔内外气体压力。加强筋通常用饭材焊接在燃烧室内机匣的内表面。在加强筋腹板上开的孔，是为了减轻质量。许多发动机燃烧室的内、外壳体的前、后端都有安装边，用专门的连接件联接起来，组成盒状结构，对保证刚性也有很好的作用。另外。对高温部位还应采取隔热和散热措施 。