某石油焦煅燒車間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳 旻

（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司貴州 貴陽(yáng) 550081）

某石油焦煅燒車間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳 旻

（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司貴州 貴陽(yáng) 550081）

介紹某石油焦煅燒車間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括工程概況，結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)造節(jié)點(diǎn)說(shuō)明，工程量匯總。

石油焦煅燒車間；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；構(gòu)造節(jié)點(diǎn)

1　前言

罐式煅燒爐是一種在固定的料罐中實(shí)現(xiàn)對(duì)炭素材料的間接加熱，使之完成煅燒工程的熱工設(shè)備，該爐在石油焦煅燒工藝流程中被廣泛的采用。在工程的實(shí)際運(yùn)用中往往將數(shù)臺(tái)或更多數(shù)量的爐體排列在一起。根據(jù)國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以往的罐式爐廠房結(jié)構(gòu)形式均在每?jī)膳_(tái)爐體周圍設(shè)置鋼或鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)鋼平臺(tái)及支撐物，方便生熟料輸送及工人的操作及維護(hù)，詳見(jiàn)圖1。

圖1　常見(jiàn)的罐式爐煅燒車間平面

隨著產(chǎn)量的提高及生產(chǎn)的規(guī)?；?，往往要求十幾甚至幾十臺(tái)罐式爐一同工作，這種舊的結(jié)構(gòu)形式不僅投資大，施工周期長(zhǎng)，而且外形不夠整齊劃一。因此，需要改變?cè)械慕Y(jié)構(gòu)類型既能滿足工藝流程及爐子操作的要求，又能節(jié)省投資，同時(shí)看上去更加美觀。

在此介紹某涉外采用罐式爐的石油焦煅燒車間，即采用了新的結(jié)構(gòu)類型。該廠廠址設(shè)在巴西南部PARANA州。車間所在地抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類；基本風(fēng)壓為0.65kN/m2；積灰荷載為0.5kN/m2。

2　工程概況

（1）石油焦罐式爐煅燒主廠房共兩個(gè)，呈對(duì)稱布置。每個(gè)長(zhǎng)度為81m，寬度為36m，柱距7.5m，檐口標(biāo)高為22.0m，采用鋼排架結(jié)構(gòu)，詳見(jiàn)圖2。

圖2　廠房平面布置圖

①主要承力系統(tǒng)：該車間為單層廠房，跨度為36m。廠房柱為變階的實(shí)腹式鋼柱，鋼屋架為雙角鋼桿件組成的桁架式屋架。鋼屋架與鋼柱間的連接采用鉸接；鋼柱柱腳與基礎(chǔ)采用剛接。

②屋面系統(tǒng)：鋼屋架上下弦設(shè)置橫向水平支撐；局部設(shè)置縱向水平支撐，以保證梯形鋼屋架平面外的穩(wěn)定及屋面的空間剛度。屋面系桿均采用熱軋型鋼，鋼材為E235B。屋架下吊掛兩臺(tái)生料皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)及兩臺(tái)吊重3t電動(dòng)葫蘆。

③圍護(hù)系統(tǒng)：車間的外墻圍護(hù)系統(tǒng)采用單層彩色壓型鋼板。

④柱間支撐：沿廠房縱向局部設(shè)置柱間支撐及系桿，以保證廠房縱向水平力傳遞至基頂及柱平面外的穩(wěn)定，支撐鋼材為E235B。

⑤煙管支撐系統(tǒng)：支撐系統(tǒng)的頂標(biāo)高約7.0m，由支撐柱，支撐梁及連系梁組成。支撐柱，支撐梁及連系梁采用焊接H型鋼，梁柱連接采用剛接節(jié)點(diǎn)。

（2）日倉(cāng)鋼框架及輸送系統(tǒng)

日倉(cāng)鋼框架位于兩棟主廠房中間位置，平面尺寸9m×36m，高36m；該框架兩端各9m×9m的鋼框架用于支承日倉(cāng)，中間的9m×18m的鋼框架用于支承MCC室和倉(cāng)頂?shù)纳陷斔拖到y(tǒng)，詳見(jiàn)圖3。

（3）煙氣排放煙囪

該優(yōu)化方案所需要兩個(gè)高75m鋼煙囪，主要數(shù)據(jù)如下：

鋼煙囪高度：75m；

出口內(nèi)徑：φ3200mm；

煙氣溫度：750～950℃。

煙囪耐火材料層：采用膨脹珍珠巖、硅藻土磚、粘土耐火磚逐層設(shè)置。

3　主廠房結(jié)構(gòu)中生焦輸送裝置屋架吊掛系統(tǒng)描述

3.1總述

為滿足工藝生產(chǎn)需要，本項(xiàng)目主廠房?jī)?nèi)罐式爐加料用生焦輸送裝置采用了懸掛在屋架下的一系列掛架作為支撐結(jié)構(gòu)，該掛架支撐體系共四條，左右兩棟廠房各兩條，即每棟廠房?jī)?nèi)在爐體上方各設(shè)置一條，平面圖詳見(jiàn)圖4。

3.2采用屋架吊掛系統(tǒng)的原因

因工藝生產(chǎn)需要給每臺(tái)罐式爐加料，該生焦輸送裝置為自行式布料運(yùn)輸器，其可沿廠房縱向連續(xù)運(yùn)行，但罐式爐爐體頂部已無(wú)法提供空間給結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)置支撐體系用于支撐該生焦輸送裝置，為保證能滿足該輸送裝置的使用，只能考慮在爐體上方懸掛設(shè)置可供該輸送裝置立足的吊掛體系。

3.3吊掛系統(tǒng)的的描述

（1）按照生焦輸送裝置的定位、運(yùn)行空間要求，在廠房每榀鋼屋架下弦對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)處設(shè)置連接沿廠房縱向通長(zhǎng)鋼梁的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，每榀屋架下各四個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖3　日倉(cāng)框架剖面圖

圖4　生焦輸送裝置平臺(tái)平面布置圖（云線范圍內(nèi)）

（2）對(duì)應(yīng)上述節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置沿廠房縱向的通長(zhǎng)鋼梁。

（3）在通長(zhǎng)鋼梁上吊掛用于支撐輸送裝置的掛架系統(tǒng)，該系統(tǒng)為倒置的一系列門型鋼架，為保證各門型鋼架不與爐頂部下料漏斗碰撞，采用了類似見(jiàn)縫插針的定位布置，因而各掛架的定位間距無(wú)連續(xù)的規(guī)律。

（4）在掛架下部橫梁上設(shè)置沿廠房縱向通長(zhǎng)的支撐鋼梁，用于支撐輸送裝置的支架及軌道。

（5）為保證吊掛系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在該吊掛系統(tǒng)上設(shè)置了通長(zhǎng)的系桿（按壓桿設(shè)置），以及各門架件的支撐（多處，按端頭設(shè)、中間隔兩跨設(shè)）。

4　日倉(cāng)鋼框架結(jié)構(gòu)中梁端與柱的連接型式

在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)中外方要求設(shè)計(jì)避免焊接連接以節(jié)省高昂的人工成本及焊縫檢測(cè)費(fèi)用，因此對(duì)于鋼框架的梁柱連接設(shè)計(jì)采用帶普通T型鋼連接件的高強(qiáng)螺栓連接形式，在滿足業(yè)主要求的同時(shí)以提高節(jié)點(diǎn)受力適應(yīng)性。節(jié)點(diǎn)詳見(jiàn)圖5。

圖5　鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)示意圖

據(jù)統(tǒng)計(jì)，螺栓連接的節(jié)點(diǎn)相比較與焊縫節(jié)點(diǎn)，因?yàn)槎喑鯰型鋼連接件，鋼材量要增加10%；但能夠節(jié)約人工成本，安全成本及焊縫檢測(cè)費(fèi)用，對(duì)于人工成本高昂的國(guó)家或地區(qū)來(lái)說(shuō)是比較合適的，但具體能省多少要根據(jù)當(dāng)?shù)氐亩~具體評(píng)估。

采用普通T型鋼連接件的螺栓連接形式的節(jié)點(diǎn)對(duì)其余構(gòu)件的布置及構(gòu)造會(huì)帶來(lái)一定的影響，比如：在焊縫節(jié)點(diǎn)的框架中，柱間支撐與梁柱節(jié)點(diǎn)的關(guān)系是這樣的（建立鏈接），在螺栓節(jié)點(diǎn)中支撐桿件中心線無(wú)法通過(guò)梁柱節(jié)點(diǎn)中心線，支撐節(jié)點(diǎn)只能下移（或上移），如圖6所示。

圖6　梁柱節(jié)點(diǎn)處支撐中心線下移

而這樣的節(jié)點(diǎn)對(duì)柱子是不利的。我們也在PKPM中對(duì)支撐調(diào)整過(guò)的模型進(jìn)行了復(fù)核并作了一下對(duì)比，結(jié)果是應(yīng)力比及位移等數(shù)據(jù)相差不大，但支撐節(jié)點(diǎn)移動(dòng)使得鋼框架的計(jì)算結(jié)果中出現(xiàn)了很多柱子長(zhǎng)細(xì)比超限的提示。如果不想移動(dòng)支撐節(jié)點(diǎn)，可以將相關(guān)的梁柱節(jié)點(diǎn)改為焊縫形式的即可。

5　石油焦煅燒車間工程量統(tǒng)計(jì)

因?yàn)闃I(yè)主要求提供圖紙的同時(shí)提供材料清單并編制成冊(cè)，且精度要控制在-5～+5%范圍內(nèi)，所以從一開(kāi)始就要求設(shè)計(jì)人員對(duì)所有鋼構(gòu)件（包括柱，梁，板，支撐，樓梯，墻面系統(tǒng)，屋面系統(tǒng)）都要編制鋼構(gòu)件材料統(tǒng)計(jì)表，最終統(tǒng)計(jì)的鋼材料量詳見(jiàn)表1。

表1　

TE621

A

1673-0038（2015）18-0007-03

2015-4-11

吳旻（1976-），男，苗族，貴州天柱人，工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。