淺談大型球罐內部旋梯結構設計

孫霄飛

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

1 大型天然氣球罐內部旋梯的總體結構設計

1.1 大型球罐的基本設計條件。通常情況下，在對大型球罐進行結構設計時，應滿足以下幾個基本條件：球罐的內部直徑應為26800mm，設計的壓力應為1.05MPa，工作的壓力應為0.98MPa，防震裂的等級為7級，儲存介質為天然氣，腐蝕裕量為20mm，設計溫度為零下15到80攝氏度，承壓鍛件為20MnMoD，球殼的材質是15MnNbR，依據我國相關設計標準中的要求，球殼的厚度應為38mm。

1.2 內部旋梯設計的基本要求。因為大型球罐的內部空間是很大的，所以內部旋梯的構件跨度和整體尺寸也會很大，在對其進行結構設計時就結構構件就必須有足夠的剛度和強度，這樣才能保證結構構件運轉的可靠和安全，旋梯在使用時才能夠平穩的運轉。另外設計時還應考慮到內部旋梯的使用特性，也就是說在長期處于靜止狀態時，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的，另外還應使內部旋梯的總質量更輕，總體結構更簡單，這樣才能降低球罐建設的一次性注資。

而內部旋梯進行結構設計時，基本條件應為：要能承受3名技術人員攜帶約為75kg的儀器在球罐內部進行檢查和維修；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，否則就應增加電動裝置。

1.3 內部旋梯的總體結構。大型球罐的內部旋梯的總體質量約為7500kg，一般其結構上分為四部分：頂部平臺、帶滑動軌道的中部平臺、上部旋梯以及下部旋梯。頂部平臺是由設置轉動機構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轉動的圓弓形梯子。

2 球罐內部各個組成部分的結構設計

2.1 頂部平臺的結構設計。一般情況下，組成頂部平臺的結構構件有供相關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，并且利用球殼內部的預焊鋼板和螺栓有效的將其頂部聯結起來。另外此預焊鋼板和球殼之間必須是完全焊透的，對其應進行100%的磁粉檢測，采用雙螺母將螺栓聯結起來并且相互鎖緊，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構設計時，要保證其具備足夠的剛度、強度以及穩定性。設計旋轉部件時首先應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，另外在選擇旋轉部件的使用材料時，材料的潤滑性應滿足其使用特性，同時設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動使用的特點，所以要特別注意設計潤滑系統。

2.2 帶滑動軌道的中部平臺的結構設計。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，在對其進行結構設計時，平臺應為寬度為600mm的環形結構，平臺欄桿采用的焊接鋼管的尺寸為33.5mm×3.25mm，球殼內壁與鋼管必須是焊接牢固的；應采用角鋼對平臺進行支撐，同時采用螺栓使之與預焊鋼板聯結，預焊鋼板在球罐內部應分布均勻并且與球殼內壁應完全焊透，對其應進行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焊鋼板與螺栓進行聯結的；中部平臺的位置應是在球罐赤道面下3785mm的位置處的，平臺的環形踏板應采用菱形花紋鋼板，并且其厚度應為4.5mm；滑動軌道應選擇無縫鋼管，其尺寸應為60mm×5mm，其焊接的位置應是在環形平臺內側角鋼的上面，同時還應偏離角鋼的外側約為6mm。

2.3 上部旋梯的結構設計。上部旋梯結構設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。旋梯的結構尺寸是較大的，為提高旋梯的穩定性和整體的剛度，就應在弓形邊梁下部增加珩架式支撐鋼架，并且在設計護手圍欄時也應采用框架結構。采用螺栓和頂部平臺底部的連接件將旋梯頂部聯結起來，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自由平穩的轉動了。

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，所以在進行結構設計時就要設置可保證旋梯始終處于安全狀態的關鍵性結構。一般情況下，大型的球罐內部的旋梯結構都是采用使用可靠并且結構簡單的防翻轉脫落結構，從而避免滾動滑輪在軌道上出現脫落和翻轉的情況，保證了上部旋梯的安全性和可靠性。

2.4 下部旋梯的結構設計。下部旋梯結構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。其結構是懸掛在中部平臺設置的軌道上的，因此對下部旋梯進行結構設計時，其不但要具備足夠的強度和剛度，同時還應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調推動，使旋梯可以穩定的運轉。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置懸掛結構的，選購結構由兩個滾輪組成；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必須設置相應的欄桿護手。另外為了保證旋梯轉動的平穩性以及保證下部旋梯具有足夠的剛度，在旋梯的上、下、中位置處都應設置桁架式框架。

下部旋梯懸掛于中部平臺的軌道上主要是要依靠滾輪結構的，在球殼內壁上是有由圓弓形旋梯下部的滑輪組的，所以旋梯在轉動的過程中也是有脫落的不安全因素的。因此在設計時在旋梯滾輪的懸掛結構處應設置防脫落結構，防脫落結構的結構簡單，安全可靠性高并且使用性能較好，這樣滾輪結構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部旋梯的總體結構設計以及球罐內部各個組成部分的結構設計兩個方面的內容進行了詳細的分析和探討。在對大型球罐內部旋梯進行結構設計的過程中，應注意各個結構部分的設計細節，確保大型球罐內部旋梯在現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，各部分的結構都能達到設計的要求，為今后的大型球罐的內部旋梯的設計工作提供更準確的設計數據和設計經驗。

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