某石油焦煅燒車間鋼結構設計

吳 旻

（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司貴州 貴陽 550081）

某石油焦煅燒車間鋼結構設計

吳 旻

（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司貴州 貴陽 550081）

介紹某石油焦煅燒車間鋼結構設計，包括工程概況，結構形式，構造節點說明，工程量匯總。

石油焦煅燒車間；結構設計；構造節點

1　前言

罐式煅燒爐是一種在固定的料罐中實現對炭素材料的間接加熱，使之完成煅燒工程的熱工設備，該爐在石油焦煅燒工藝流程中被廣泛的采用。在工程的實際運用中往往將數臺或更多數量的爐體排列在一起。根據國內的設計經驗，以往的罐式爐廠房結構形式均在每兩臺爐體周圍設置鋼或鋼筋混凝土的框架結構，結構內設鋼平臺及支撐物，方便生熟料輸送及工人的操作及維護，詳見圖1。

圖1　常見的罐式爐煅燒車間平面

隨著產量的提高及生產的規模化，往往要求十幾甚至幾十臺罐式爐一同工作，這種舊的結構形式不僅投資大，施工周期長，而且外形不夠整齊劃一。因此，需要改變原有的結構類型既能滿足工藝流程及爐子操作的要求，又能節省投資，同時看上去更加美觀。

在此介紹某涉外采用罐式爐的石油焦煅燒車間，即采用了新的結構類型。該廠廠址設在巴西南部PARANA州。車間所在地抗震設防烈度為Ⅵ度，設計基本地震加速度值為0.05g，地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類；基本風壓為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，呈對稱布置。每個長度為81m，寬度為36m，柱距7.5m，檐口標高為22.0m，采用鋼排架結構，詳見圖2。

圖2　廠房平面布置圖

①主要承力系統：該車間為單層廠房，跨度為36m。廠房柱為變階的實腹式鋼柱，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；鋼柱柱腳與基礎采用剛接。

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

③圍護系統：車間的外墻圍護系統采用單層彩色壓型鋼板。

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

⑤煙管支撐系統：支撐系統的頂標高約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點。

（2）日倉鋼框架及輸送系統

日倉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，中間的9m×18m的鋼框架用于支承MCC室和倉頂的生料輸送系統，詳見圖3。

（3）煙氣排放煙囪

該優化方案所需要兩個高75m鋼煙囪，主要數據如下：

鋼煙囪高度：75m；

出口內徑：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、粘土耐火磚逐層設置。

3　主廠房結構中生焦輸送裝置屋架吊掛系統描述

3.1總述

為滿足工藝生產需要，本項目主廠房內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構，該掛架支撐體系共四條，左右兩棟廠房各兩條，即每棟廠房內在爐體上方各設置一條，平面圖詳見圖4。

3.2采用屋架吊掛系統的原因

因工藝生產需要給每臺罐式爐加料，該生焦輸送裝置為自行式布料運輸器，其可沿廠房縱向連續運行，但罐式爐爐體頂部已無法提供空間給結構專業設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置可供該輸送裝置立足的吊掛體系。

3.3吊掛系統的的描述

（1）按照生焦輸送裝置的定位、運行空間要求，在廠房每榀鋼屋架下弦對應節點處設置連接沿廠房縱向通長鋼梁的相應節點，每榀屋架下各四個節點。

圖3　日倉框架剖面圖

圖4　生焦輸送裝置平臺平面布置圖（云線范圍內）

（2）對應上述節點位置設置沿廠房縱向的通長鋼梁。

（3）在通長鋼梁上吊掛用于支撐輸送裝置的掛架系統，該系統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，采用了類似見縫插針的定位布置，因而各掛架的定位間距無連續的規律。

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

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

4　日倉鋼框架結構中梁端與柱的連接型式

在設計聯絡中外方要求設計避免焊接連接以節省高昂的人工成本及焊縫檢測費用，因此對于鋼框架的梁柱連接設計采用帶普通T型鋼連接件的高強螺栓連接形式，在滿足業主要求的同時以提高節點受力適應性。節點詳見圖5。

圖5　鋼框架梁柱節點示意圖

據統計，螺栓連接的節點相比較與焊縫節點，因為多出T型鋼連接件，鋼材量要增加10%；但能夠節約人工成本，安全成本及焊縫檢測費用，對于人工成本高昂的國家或地區來說是比較合適的，但具體能省多少要根據當地的定額具體評估。

采用普通T型鋼連接件的螺栓連接形式的節點對其余構件的布置及構造會帶來一定的影響，比如：在焊縫節點的框架中，柱間支撐與梁柱節點的關系是這樣的（建立鏈接），在螺栓節點中支撐桿件中心線無法通過梁柱節點中心線，支撐節點只能下移（或上移），如圖6所示。

圖6　梁柱節點處支撐中心線下移

而這樣的節點對柱子是不利的。我們也在PKPM中對支撐調整過的模型進行了復核并作了一下對比，結果是應力比及位移等數據相差不大，但支撐節點移動使得鋼框架的計算結果中出現了很多柱子長細比超限的提示。如果不想移動支撐節點，可以將相關的梁柱節點改為焊縫形式的即可。

5　石油焦煅燒車間工程量統計

因為業主要求提供圖紙的同時提供材料清單并編制成冊，且精度要控制在-5～+5%范圍內，所以從一開始就要求設計人員對所有鋼構件（包括柱，梁，板，支撐，樓梯，墻面系統，屋面系統）都要編制鋼構件材料統計表，最終統計的鋼材料量詳見表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，主要從事結構設計工作。