窯尾技術改造結構加固設計簡介

余慧英

窯尾技術改造結構加固設計簡介

Structural Reinforcement Design for Preheater Technology Modification

余慧英

在中國水泥廠有限公司3號窯燒成系統技改中，通過改造局部設備，優化工藝流程，達到降低能耗、適當提高設備生產能力的目的，更好地執行國家節能增效的方針政策。本文敘述了在窯尾改造過程中遇到的一些加固設計計算，鋼梁鋼柱的加固方案，施工需要注意的問題等，供類似改造工程借鑒。

技術改造；加固設計；技改效果

窯尾技改一般是對運營多年的老廠進行改造，通過對分解爐進行擴容改造、三次風管旋風筒局部改造、更換煙室，優化工藝流程，解決運行過程中存在的熱耗偏高、分解爐及五級筒出口溫度倒掛、煤粉在爐內燃燒不完全等問題，進一步降低系統熱耗，降低成本，適當提高設備生產能力，提高產品質量，在水泥廠得到較為廣泛的運用。改造涉及結構框架的加固計算，各層平面中的鋼梁、鋼平臺、鋼梯的部分拆除新加，鋼梁鋼柱強度不夠需要加固等結構問題，本文以中國水泥廠有限公司3號窯燒成系統技改為例，介紹改造中結構專業加固的設計和施工。

1 加固設計計算

1.1 工藝主要修改內容

（1）9.150m平面煙室加大，煙室混凝土基礎需要改造。

（2）由于三次風管改造，19.150m平面新加三次風管支架。

（3）45.150m平面分解爐改造。

（4）對部分樓梯及檢修平臺改造。

1.2 設計荷載

框架所受主要荷載按來源分類如下：

（1）結構荷載：鋼結構樓板恒載1kN/m2（鋼梁自重程序自動計算），樓板活載取4.0kN/m2、積灰荷載取0.5kN/m2、雪荷載不考慮，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，基本風壓：0.4kN/m2。

（2）工藝荷載：三次風管支架荷載，煙室荷載，分解爐荷載，旋風筒荷載，風機等設備、檢修鋼平臺、樓梯等荷載。

由于老廠建設時間較長，其間可能存在各種修改，最好在設計前土建、工藝、電氣、設備等專業做實際現場測繪，確保設計符合實際需要，按現行GB 50144-2008《工業廠房可靠性鑒定標準》和GB 50292-1999《民用建筑可靠性鑒定標準》進行可靠性鑒定，其鑒定結果作為加固設計的依據。根據改造的工藝資料，搜集原有結構資料，采用PKPM建模計算框架，對計算承載力不足的梁柱進行加固。

1.3 車間結構加固設計

中國水泥廠有限公司3號窯燒成系統窯尾框架，地上7層，其中首層9.150m平面以下為混凝土框架，9.150m平面以上6層為鋼框架結構，標高19.150m，32.650m，45.150m，58.150m，72.650m，84.050m，框架柱網尺寸為24m×16m，總高度84.050m。柱網布置見圖1。

圖1 柱網布置圖

上部鋼框架鋼柱為焊接H型鋼柱，截面尺寸最大H900×850×30/40，最小H500×500×18/25；鋼框架梁為焊接H型鋼梁，平面鋼梁為焊接H型鋼梁、熱軋H型鋼、熱軋普通工字鋼及槽鋼等。

1.3.1 9.150m混凝土平面

煙室改造荷載沒太大變化，原混凝土梁柱強度足夠，僅對煙室基礎進行局部改造，原錨栓保留，表面鑿毛，二次澆注加大基礎面積。當原錨栓銹蝕嚴重，無法與新設備錨固，可以將原澆注層打掉采用CGM高強灌漿料重新澆注，澆注層少灌30mm厚，新增一塊30mm厚的鋼板，板上開好螺栓孔，套在原螺栓上，再二次澆注，然后將新煙室支腿焊在新加的30mm鋼板上。

1.3.2 上部鋼結構加固改造平面

19.150m平面工藝新加三次風管支架，支架荷載較大，經復核，支架下部鋼梁及周邊傳力的鋼框架梁截面不夠，需要加固。45.150m平面分解爐修改比較大，荷載增加大，需要拆除中間1個柱網內的樓面，重新布置平面。經復核，邊緣框架梁截面需要加固，由于新加方形膨脹節頂部離鋼梁很近，此處可采用鋼梁上下貼鋼板加固，要特別注意加固鋼梁不要碰到設備。

部分樓層的旋風筒需要整體旋轉，支點位置發生變化，要新加支點鋼梁，以確保受力安全。

（1）鋼梁加固

采用方案：

a新加荷載不大時可采用鋼梁下貼鋼板，為了貼合密實，與原結構協同工作，鋼板中間間距300開孔塞焊，邊緣角焊縫滿焊。

b新加荷載較大、鋼梁強度欠缺較多時，可在原鋼梁下面加T形鋼補強，T形鋼高度除按計算確定外，還需滿足焊接施工的操作空間要求。此時要特別注意增加梁高度后是否碰到設備，當影響設備時，可采用局部鋼梁上翻，根部加高，中間貼板，上下翼緣貼板等方案滿足工藝需要。

圖2 非框架鋼梁加固立面示意圖

圖3 框架鋼梁加固立面示意圖

圖4 鋼梁加固截面圖

c當增加梁高受限時可配合腹板貼板，鋼板中間間距300開孔塞焊，邊緣坡口焊縫滿焊。如圖2、圖3、圖4。

（2）鋼柱的加固

由于45.150m平面荷載增加較大，相關中間4根鋼柱在9.150～45.150m標高之間強度不夠，需要加固，見圖5。在需補強的樓層柱側補T形鋼柱，上下翼緣傾斜過渡。當穿越懸挑鋼平臺時，等強過渡處理，翼緣截斷焊接，腹板貼板開孔塞焊，如圖6。

圖5 框架柱加固平面圖

圖6 鋼柱加固

2 施工過程需要注意的問題

（1）卸載

首先要求在改造加固作業正式開始前先行卸載；所有生產及輔助設備停止運行，設備中積料出清，各類鋼倉、灰斗、管道排空，樓面、操作平臺上無堆載，除必要的施工人員和小型工具外，沒有其他活荷載作用。拆除所有待更新的或不再使用的舊設備、舊管道、舊非標件等。

（2）鋼平臺安裝

做好原有鋼平臺鋼梯的記錄：在對部分多余的原鋼平臺、樓梯進行拆除，新增加鋼平臺及樓梯、設備安裝過程中，需要拆除部分有用的鋼梯及平臺，施工過程中注意做好標示記錄，便于恢復。

鋼平臺拆除前可根據現場需要，在原有結構和設備上設置吊桿，吊掛于鋼梁底或設備下。

（3）施工安全

加固改造過程中，若發現原結構或相關工程隱蔽部位出現損傷或嚴重缺陷時，應立即停止施工，并會同加固設計者采取有效措施進行處理后再繼續施工；對加固過程中可能出現傾斜、失穩或倒塌等不安全因素的結構，在加固改造施工前，應采取相應的臨時安全措施，以防止事故的發生。

焊接鋼結構加固時，原有構件或連接的實際名義應力值應＜0.55fy，如按前述要求卸載后仍達不到要求，則應采取臨時支頂等措施繼續降荷或與設計院會商處理辦法。

3 技改效果

中國水泥廠有限公司3號窯燒成系統技改，2016年3月1日開始，4月9日技改完成并恢復生產，技改工作歷時39d，總計用鋼量約88t。該項目恢復投料運營后，生料原來喂料量375～380t/h，現在390～395t/h，產量得到提高，各項能耗均有下降，以4月份煤耗電耗指標完成情況為參考，與2015年全年平均值比較，標準煤耗下降3.8kg/t，實物煤耗下降5kg/t，節約成本1.85元/t；綜合電耗下降1.7kWh/t，節約成本1.33元/t；每噸熟料氨水消耗量下降2.2kg/t，減少經濟成本1.28元/t。按熱工標定107.9kg/t，預計全年將節約煤 9 250t，電費314.5×104kWh，節約累計約587萬元，1年內就能收回技改投資成本。后期通過持續優化調整，能耗仍有下降的空間。

4 結語

水泥行業作為我國主要的高能耗、高排放產業，是工業領域節能減排的重點和難點，其節能減排效果對完成我國能源消耗目標、工業可持續發展起著舉足輕重的作用；加大節能減排力度，已成為水泥行業面臨的一項艱巨而緊迫的任務。中國水泥廠有限公司3號窯燒成系統技改，通過改造局部設備，優化工藝流程，降低能耗，適當提高設備生產能力，以更好地執行國家節能增效的方針政策，值得推廣應用。

工業建筑中經常會遇到類似改造、加固的問題，有關鋼梁鋼柱加固的方案很多，本文敘述了在窯尾改造過程中遇到的部分結構加固設計施工的思路，可供類似改造工程借鑒。■

天津水泥院有限公司土耳其SIVAS項目獲PAC證書

近日，天津水泥院有限公司土耳其SIVAS項目部正式收到業主Votorantim土耳其分公司（VO?TORANTIM ?IMENTO SANAYI VE TICARET A.?）頒發的PAC預驗收證書（不含石灰石破碎和均化車間），證書生效日期為2017年8月21日。這標志著項目完成了主合同框架下的主體工作，又取得了一個里程碑式的成果。

土耳其SIVAS項目是天津水泥院有限公司與巴西Votorantim集團繼美國SCC項目、巴西Maraba水泥粉磨站、玻利維亞項目之后的又一次合作，也是Votorantim集團在美洲以外建造的首條完整的生產線。

項目合同于2015年2月13日簽署并計時。在合同執行過程中，項目團隊克服工期緊、工作界面多、氣候寒冷等不利因素影響，設備供貨整體提前近45天，燒成系統于2016年3月17日提前點火。項目于2017年6月16日完成主體車間考核工作，并于7月5日成功舉行竣工典禮。

TU393

A

1001-6171（2017）05-0077-04

2017-04-06； 編輯：張志紅