淺談大型球罐內(nèi)部旋梯結(jié)構(gòu)設(shè)計

孫霄飛

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

1 大型天然氣球罐內(nèi)部旋梯的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 大型球罐的基本設(shè)計條件。通常情況下，在對大型球罐進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)滿足以下幾個基本條件：球罐的內(nèi)部直徑應(yīng)為26800mm，設(shè)計的壓力應(yīng)為1.05MPa，工作的壓力應(yīng)為0.98MPa，防震裂的等級為7級，儲存介質(zhì)為天然氣，腐蝕裕量為20mm，設(shè)計溫度為零下15到80攝氏度，承壓鍛件為20MnMoD，球殼的材質(zhì)是15MnNbR，依據(jù)我國相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的要求，球殼的厚度應(yīng)為38mm。

1.2 內(nèi)部旋梯設(shè)計的基本要求。因為大型球罐的內(nèi)部空間是很大的，所以內(nèi)部旋梯的構(gòu)件跨度和整體尺寸也會很大，在對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時就結(jié)構(gòu)構(gòu)件就必須有足夠的剛度和強度，這樣才能保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件運轉(zhuǎn)的可靠和安全，旋梯在使用時才能夠平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)。另外設(shè)計時還應(yīng)考慮到內(nèi)部旋梯的使用特性，也就是說在長期處于靜止?fàn)顟B(tài)時，只有在開罐檢修時才使用時，要保證球罐在使用期間是靈活的運轉(zhuǎn)的，另外還應(yīng)使內(nèi)部旋梯的總質(zhì)量更輕，總體結(jié)構(gòu)更簡單，這樣才能降低球罐建設(shè)的一次性注資。

而內(nèi)部旋梯進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，基本條件應(yīng)為：要能承受3名技術(shù)人員攜帶約為75kg的儀器在球罐內(nèi)部進行檢查和維修；同時在檢查和維修時，還要保證檢修的物品可以從上下人孔方便進出；最后就是要保證2名左右的工作人員就可以推動旋梯的旋轉(zhuǎn)，否則就應(yīng)增加電動裝置。

1.3 內(nèi)部旋梯的總體結(jié)構(gòu)。大型球罐的內(nèi)部旋梯的總體質(zhì)量約為7500kg，一般其結(jié)構(gòu)上分為四部分：頂部平臺、帶滑動軌道的中部平臺、上部旋梯以及下部旋梯。頂部平臺是由設(shè)置轉(zhuǎn)動機構(gòu)的圓形小平臺以及框架式直梯所組成的；中部平臺則是由護手和所設(shè)置的滾動軌道所組成的；上部旋梯就是指通過頂部平臺與螺栓相連接并利用滑動滾輪支撐在中部平臺上面的弓形梯子；而下部旋梯就是指在中部平臺上的帶滾輪的能自由a轉(zhuǎn)動的圓弓形梯子。

2 球罐內(nèi)部各個組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 頂部平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計。一般情況下，組成頂部平臺的結(jié)構(gòu)構(gòu)件有供相關(guān)人員進出的上部焊接十分牢固的框架式直梯、下部小平臺、小平臺周邊的護手圍欄以及各部分之間的連接小部件等，并且利用球殼內(nèi)部的預(yù)焊鋼板和螺栓有效的將其頂部聯(lián)結(jié)起來。另外此預(yù)焊鋼板和球殼之間必須是完全焊透的，對其應(yīng)進行100%的磁粉檢測，采用雙螺母將螺栓聯(lián)結(jié)起來并且相互鎖緊，這樣才能保證連接的安全可靠性。

上部平臺的框架對上部旋梯也是有支撐作用的，所以在對此框架式直梯進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要保證其具備足夠的剛度、強度以及穩(wěn)定性。設(shè)計旋轉(zhuǎn)部件時首先應(yīng)考慮的就是其輕便性和靈活性，然后才是其具備足夠的強度和剛度，另外在選擇旋轉(zhuǎn)部件的使用材料時，材料的潤滑性應(yīng)滿足其使用特性，同時設(shè)計人員還要充分的考慮到材料的抗腐蝕性和只有檢修才轉(zhuǎn)動使用的特點，所以要特別注意設(shè)計潤滑系統(tǒng)。

2.2 帶滑動軌道的中部平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計。此中部平臺最重要的作用就是供工作人員休息，供儀器儀表以及相關(guān)物品的放置以及對球罐中部進行檢查和維修，另外它也是工作人員進行上下旋梯的過渡通道，它是懸掛在下部旋梯并支撐在上部旋梯上的。一般情況下，在對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，平臺應(yīng)為寬度為600mm的環(huán)形結(jié)構(gòu)，平臺欄桿采用的焊接鋼管的尺寸為33.5mm×3.25mm，球殼內(nèi)壁與鋼管必須是焊接牢固的；應(yīng)采用角鋼對平臺進行支撐，同時采用螺栓使之與預(yù)焊鋼板聯(lián)結(jié)，預(yù)焊鋼板在球罐內(nèi)部應(yīng)分布均勻并且與球殼內(nèi)壁應(yīng)完全焊透，對其應(yīng)進行100%的磁粉檢測；中部平臺的支撐角鋼以及底部衡量角鋼都是采用預(yù)焊鋼板與螺栓進行聯(lián)結(jié)的；中部平臺的位置應(yīng)是在球罐赤道面下3785mm的位置處的，平臺的環(huán)形踏板應(yīng)采用菱形花紋鋼板，并且其厚度應(yīng)為4.5mm；滑動軌道應(yīng)選擇無縫鋼管，其尺寸應(yīng)為60mm×5mm，其焊接的位置應(yīng)是在環(huán)形平臺內(nèi)側(cè)角鋼的上面，同時還應(yīng)偏離角鋼的外側(cè)約為6mm。

2.3 上部旋梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計。上部旋梯結(jié)構(gòu)設(shè)計最重要的要求就是工作人員能夠在此方便的進行操作并且操作過程要有必要的安全防護措施，其主要是由弓形槽鋼邊梁和踏板組成的梯子以及護手圍欄組成的。旋梯的結(jié)構(gòu)尺寸是較大的，為提高旋梯的穩(wěn)定性和整體的剛度，就應(yīng)在弓形邊梁下部增加珩架式支撐鋼架，并且在設(shè)計護手圍欄時也應(yīng)采用框架結(jié)構(gòu)。采用螺栓和頂部平臺底部的連接件將旋梯頂部聯(lián)結(jié)起來，旋梯底部可以支撐在滑動軌道上，這樣頂部平臺的下部小平臺與上部旋梯就是一個整體了，這樣才工作人員的推力作用下整個旋梯就也可以實現(xiàn)自由平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動了。

上部旋梯是要依靠滾動滑輪在中部平臺軌道上的，這樣如果滾動滑輪從軌道上翻轉(zhuǎn)脫落，就很有可能對在場的工作人員造成危險，所以在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時就要設(shè)置可保證旋梯始終處于安全狀態(tài)的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)。一般情況下，大型的球罐內(nèi)部的旋梯結(jié)構(gòu)都是采用使用可靠并且結(jié)構(gòu)簡單的防翻轉(zhuǎn)脫落結(jié)構(gòu)，從而避免滾動滑輪在軌道上出現(xiàn)脫落和翻轉(zhuǎn)的情況，保證了上部旋梯的安全性和可靠性。

2.4 下部旋梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計。下部旋梯結(jié)構(gòu)的最重要的作用就是讓工作人員對球罐的下半部分進行檢查和維修。其結(jié)構(gòu)是懸掛在中部平臺設(shè)置的軌道上的，因此對下部旋梯進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，其不但要具備足夠的強度和剛度，同時還應(yīng)盡可能的降低中部平臺軌道的承載載荷，并且減輕其重量。在使用的過程中，工作人員在下部球殼上和中部平臺上協(xié)調(diào)推動，使旋梯可以穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。下部旋梯的寬度約為1000mm，其是由上部直梯和下部圓弓形旋梯所組成的：直梯的長度為1900mm，是由踏步和扁鋼邊梁所組焊而成的，在直梯的上部通常是要設(shè)置懸掛結(jié)構(gòu)的，選購結(jié)構(gòu)由兩個滾輪組成；圓弓形旋梯則是由踏板和圓弧形扁鋼邊梁組焊而成的，在圓弓形旋梯的兩側(cè)必須設(shè)置相應(yīng)的欄桿護手。另外為了保證旋梯轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性以及保證下部旋梯具有足夠的剛度，在旋梯的上、下、中位置處都應(yīng)設(shè)置桁架式框架。

下部旋梯懸掛于中部平臺的軌道上主要是要依靠滾輪結(jié)構(gòu)的，在球殼內(nèi)壁上是有由圓弓形旋梯下部的滑輪組的，所以旋梯在轉(zhuǎn)動的過程中也是有脫落的不安全因素的。因此在設(shè)計時在旋梯滾輪的懸掛結(jié)構(gòu)處應(yīng)設(shè)置防脫落結(jié)構(gòu)，防脫落結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠性高并且使用性能較好，這樣滾輪結(jié)構(gòu)在任何情況下就都可以固定在軌道上了，從而充分的保證旋梯轉(zhuǎn)動的可靠性和安全性。

通過以上的論述，我們對大型天然氣球罐內(nèi)部旋梯的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及球罐內(nèi)部各個組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面的內(nèi)容進行了詳細的分析和探討。在對大型球罐內(nèi)部旋梯進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)注意各個結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計細節(jié)，確保大型球罐內(nèi)部旋梯在現(xiàn)場完成制造和安全后，兩個人就可以將其輕松推動，與大型球罐共同投入使用后，確保其使用性能良好，并且其安全可靠性也較高，各部分的結(jié)構(gòu)都能達到設(shè)計的要求，為今后的大型球罐的內(nèi)部旋梯的設(shè)計工作提供更準(zhǔn)確的設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計經(jīng)驗。

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