新型大跨度空冷器鋼結構構架的應用與設計

姜楠

摘 要：石化工業不能缺少空冷器的重要設備，空冷式的換熱設備具有較長的使用壽命與較少的污染，同時也有利于節省能耗并且提高效益。近些年來，大跨度的新型空冷器正在受到更多企業的認可與接受，在動力生產、煉油和化工領域都可以運用大跨度的空冷器。在空冷器自身的結構中包括了鋼結構構架，這種類型的構架可以用來支撐空冷器，從而體現出良好的運轉效能。為此，對于大跨度的新式空冷器而言，有必要明確鋼結構的基本特征以及設計方式；結合現階段大跨度空冷器的應用現狀，探求完善空冷器設計的思路和對策。

關鍵詞：新型大跨度空冷器；鋼結構構架；具體應用；設計方式

空冷器設備包括了空冷器構架，鋼結構構架可以起到最基本的支撐作用，確保空冷器設備的持久和穩定運行。從市場現狀來看，空冷器設備本身已經接近成熟，然而與之相應的鋼結構構架卻并沒有達到完善，仍然有待加以改進。由此可見，對于空冷器內部的鋼構架有必要加以全面完善，通過技術改進的措施和手段來實現優化設計[1]。在改進設計的過程中，運用了大跨度的新型構架作為基本支撐，這樣做符合了極端荷載的受力狀態，同時也保留了空冷器必要的安全儲備。經過全方位的設計優化之后，大跨度空冷器就會具備良好的鋼構架，有利于延長空冷器的運行年限并且提高空冷器運行的綜合效益。

1 鋼結構構架的基本特征

相比于傳統的空冷器設備，大跨度空冷器在此基礎上擴大了底部空間，去掉了兩側支撐與中間立柱。經過結構改進之后，新型空冷器就可以方便檢修并且易于操作。同時，設計人員去掉了空冷器結構中的立柱部分，對于平臺布置的局限進行了消除，有利于擺放下層設備并且優化設計。大跨度新型空冷器相比于傳統空冷器來看，在空冷器結構內部增加了桁架橫梁、腹桿與立柱等支撐性結構，同時運用了型鋼的形式來提供支撐[2]。

由此可見，經過設計改進后的新型空冷器確保了更少的焊接勞動量，因此也降低了綜合性的安裝強度。對于空冷器施工周期進行了適當縮短，對于工程造價予以適當的降低。然而在此過程中，技術人員還需要面對鋼截面的防銹以及防腐問題。從日常維護角度來看，對于空冷器在進行防腐與防銹處理時不能缺少適當的維護。因此，新型空冷器更適合運用于腐蝕性較高的高溫環境下，例如煉化工廠的環境，進而體現了空冷器鋼構架的獨特優勢。此外，雙角鋼本身的結構也變得更合理，即便遇到極端的設備荷載狀況也不至于突然塌陷，因而符合了最基本的抗震性規定。

2 具體設計與應用

設計人員具體在設計新型空冷器內部的鋼構架時，可以選擇STS的軟件用來輔助設計。這樣做有利于優化最基本的設計流程和設計步驟，確保優化結構分析。對于節點設計、模型輸入與施工圖繪制等系列環節，運用這類軟件都可以進行全方位的優化。此外，對于桁架支架與高層框架的結構而言，運用新型軟件都可以實現設計流程的優化。STS軟件設有型鋼庫，其中包含了組合式的鋼結構截面，例如焊接截面等。運用二維的方法來構建精確模型，在此基礎上簡化了原本繁瑣的鋼構架模型。在條件允許時，軟件還可以用于支持三維模型，這種設計措施尤其適合復雜結構的鋼構架設計。具體而言，在優化新型空冷器鋼構架的設計流程時，應當依照如下思路：

2.1 明確變形承載力

一般情況下，STS軟件都運用了二維建模的措施。在構建模型時，設計人員通常可以選擇互斥輸入的方式，確保優化構件的橫截面。通過全面的計算，就能得到精準的長度與橫截面數據，這樣做有利于明確空冷器的變形承載力。在選擇空冷器的具體形式時，也應當依照簡化的規則來進行篩選，確保滿足最基本的設計精度。STS設置了計算模塊與建模模塊，設計人員對于平面框架可以進行詳細設計。從桿件設計的角度來看，軟件模塊也考慮到了剪切變形以及彎曲變形的特殊情況，杜絕細節的設計誤差。

2.2 確定桿件長度與構架荷載

在確定桿件長度的前提下，才能明確鋼結構整體的承載力特征。對于這個環節而言，設計人員如果沒能給出精準的長度數值，那么桿件整體的安全性將會遭受破壞。設計軟件可以依照橫梁與立柱的剛度來自動確定桿件的基本長度，然后再去考慮額外的平面支撐。此外，設計軟件還可以輸入鋼構架的活動荷載與恒定荷載，密切結合不同類型的鋼構架荷載，然后依照節點的基本特征來輸入荷載量。

2.3 提高鋼構架的抗震性

化工生產中經常運用空冷器來輸送物料，而化工生產所需的各類物料通常都具備易爆和易燃的特征。由此可見，在設計空冷器時就應當想辦法確保鋼構架的良好抗震性，杜絕突然發生設備爆炸災害。在提高鋼構架抗震性的過程中，設計人員首先就要構建精確的三維模型，在進行整體考慮的前提下再去輸入相應的抗震性參數。STS軟件會依照輸入的抗震性能參數，經過綜合運算獲得完整的鋼構架抗震模型。

3 結論

進入新時期后，石化行業的規模正在迅速擴大，這種現狀在客觀上需要投入更多的設備支持。對于空冷器設備而言，空冷器鋼結構通常包含了較復雜的內部構架，對此有必要運用綜合的技術手段和措施加以改進。只有從根源上改進空冷器的鋼構架設計，才能確保空冷器設備具有良好的運行穩定性，杜絕突然發生安全故障的可能性。在進行優化過程中，設計人員有必要密切結合空冷器在具體運行中的各種狀況，完成各項鋼結構指標的優化。截至目前，關于空冷器鋼結構的具體設計思路并沒有達到完善。未來的實踐中，設計人員還應當摸索經驗，在此基礎上服務于空冷器鋼構架整體質量的提高。

參考文獻

[1]王艷.新型大跨度空冷器鋼結構構架設計與應用[J].機械，2012，（12）：30-33.

[2]高暉.國產INCOLOY825高壓空冷器的設計制造[J].石油化工設計，2015，（2）：5-7，71.

（作者單位：哈爾濱空調股份有限公司）