淺談化工廠鋼結構管廊設計

鄒存宇

摘要：在鋼結構管廊的設計過程中，如果沒有注意好鋼結構管廊的布置形式、承受荷載、結構構件等工作的計算，就很容易導致鋼結構管廊出現質量上的問題，引起整體工程質量上的不良影響。本文將對鋼結構管廊在建筑工程中的設計做出具體的分析和討論。

關鍵詞：化工廠管廊；結構設計

所謂管廊結構，是指由橫向管架、縱向桁架或縱梁等結構架構出的空間體系，具有支撐管道的作用。目前，我國的化工廠中普遍采用的是鋼結構管廊，這種管廊在施工、安裝等方面具有方便，可靠的優點，因此，管廊結構設計在化工廠的安全生產中扮演著不可忽視的重要角色，加強對它的分析研究也是應有之義。本文主要針對的就是化工廠鋼結構管廊的設計與分析。

一、化工廠管廊結構設計布置原則

保證管廊結構的穩定可靠和高效，需要在管廊結構設計和布置中遵循基本的原則，具體包括：

（一）管廊的布置原則。

管廊的布置中應力求短而直，主干線應通過用戶密集區，最好能連接盡可能多的工序和設備，管廊布置中要在眾多裝置中間取適當的位置，與設備或裝置的較長邊緣平行安裝管廊，這樣可以減小管廊與兩邊設備的距離，進而減少管廊的長度，不僅減小了管廊的占地面積，還節約了管廊的安裝費用和材料支出。

管廊不應穿越電石庫等易燃、易爆的場所，也不宜穿越建筑擴建場地和物料堆場，并盡可能減少公路、鐵路、河流、溝谷的交叉，以減少交叉時必需采取的特殊措施，當管道必須穿越鐵路時，管道與道路中心線交角不得小于45度。

（二）管廊的寬度。

管廊的寬度主要由管道的數量和管徑的大小確定。并考慮一定的預留的寬度，一般主管廊管架應留有10%-20%的余量，并考慮其荷重。同時要考慮管廊下設備和通道以及管廊上空冷設備等結構的影響。如果要求敷設儀表電纜槽架和電力電纜槽架，還應考慮其所需的寬度。管廊上管道可以布置成單層或雙層，必要時也可布置三層。管廊的寬度一般不宜大于10m。

（三）管廊的跨度。

管廊的柱距是由敷設其上的管道因垂直荷載所產生的允許彎曲撓度決定的，通常為6—9m。如中小型裝置中，小直徑的管道較多時，可在兩根支柱之間設置副梁使管道的跨距縮小。另外，管廊立柱的間距，宜與設備構架支柱的間距取得一致，以便管道通過。如果是混凝土管架，橫梁頂宜埋放一根φ20圓鋼或鋼板，以減少管道與橫梁間的摩擦力。

（四）鋼結構管廊的伸縮縫間距。

鋼結構管廊的伸縮縫間距要適宜，通常情況下要最大不超過120m，需要注意的是，在大中型管廊中符合計算縱向地震條件的管廊部分或管廊中應力管線的水平力較大的情況下，要根據實際情況減小縮縫的間距，否則，就會由于固定管架的縱向水平力過大，導致管架柱斷面或是基礎尺寸不合理等問題。

（五）管廊柱間支撐的布置原則。

一方面，管廊柱間支撐位置和固定管架的位置要一致，二者相結合可以節約占地和投資；另一方面，固定管架的的柱間支撐要根據管道補償器平面整體布置相適應，管道補償器平面整體布置整齊統一時，溫度區段的設置要與其相一致；管道補償器平面整體布置比較復雜時，需要按照固定管架的實際架設情況，對溫度區段進行適當的劃分，在不同溫度區段的交接處周圍設置縱向柱間支撐。

二、化工廠管廊結構設計具體事項

管廊設計中的基礎標高、管道荷載的選取和控制及防腐、防火要求等事項。具體如下：

（一）基礎標高

基礎標高是由廠區的實際地形決定的，地形地勢的高低、廠區坡度的大小，都會形成整個廠區地坪標高的差異。然而在實際的化工廠建設中，在同一管廊結構的溫度區段中，內部地坪標高差要保持在0.5-2 米以內。這樣一來，就需要確定具體的地坪標高，并對不符合要求的區域的管架架設進行改造和調整。

通常情況下，首先要保證管架頂標高的一致，使管道保持水平，基礎頂部控制與自然地面相對高度一致，不然會出現基礎墩過高的情況，非常不美觀，最后調整底層管架柱的高度，使其與現場實際情況一致。

（二）管道荷載

1.垂直荷載

管廊垂直荷載的計算結果直接關系到管廊主梁、次梁結構設計尺寸。小管徑管道均勻分布時，可按均布荷載考慮。通常在荷載大于10KN時，要考慮集中荷載布置。同時要充分考慮到管道材質、管徑、介質及壓力的差異，會導致管道跨距不同這一問題。永久荷載包括：1）管道、內襯、保溫層、管道附件重2）管道內介質重3）管架自重。可變荷載包括：1）平臺上活荷載2）管內沉積物、試壓水重3）積灰荷載4）冰雪荷載。

2.水平荷載

管廊水平荷載包括縱向和橫向兩個方面，水平荷載通過橫梁、縱梁、柱再傳遞到基礎，在計算時也要考慮到不同管道間的相互作用力。縱向荷載包括：1）管道補償器反彈力2）管道的不平衡內壓力3）活動管架的管道摩擦力4）活動管架的位移反彈力。橫向荷載包括：1）風荷載2）拐彎管道或支管傳來的水平推力3）管道橫向位移的摩擦力。

3.荷載分項系數

管道內輸送的物質主要是氣體和液體，在設計過程中，載荷分項系數計算仍然有一個大體的范圍，具體如下： 計算液體管道內的介質重量需要依據恒荷載輸入，操作合理的情況下，荷載分項系數分別是： 恒荷載為1.2；活荷載為1.3；橫向風荷載為 1.4。氣體管道需要額外考慮到管線的試壓，在充水試驗中荷載的分項系數：恒荷載為1.2；試壓沖水荷載為1.1；橫向風荷載為1.4。

（三）防腐、防火

1.防腐

管廊一般采用涂層法防腐蝕。涂層法的施工第一步是除銹，一般多用噴砂除銹， 露出金屬的光澤， 除去所有的銹跡和油污， 現場施工的涂層可用手工除銹。涂層的選擇要考慮周圍的環境， 不同的涂層對不同的腐蝕條件有不同的耐受性； 涂層一般有底漆（ 層） 和面漆（ 層）之分， 底漆含粉料多， 基料少， 成膜粗糙， 與鋼材粘附力強， 與面漆結合性好； 面漆則基料多， 成膜有光澤， 能保護底漆不受大氣腐蝕， 并能抗風化。

2.防火

底層主管廊的梁、柱，且不低于4.5m的部位要噴涂防火保護材料。防火材料不應含有石棉和甲醛，不宜采用苯類溶劑。在施工干燥后不應有刺激性氣味，燃燒時不應產生濃煙和有害人身健康的氣味。應選用絕熱性好，具有一定抗沖擊能力，能牢固附著在構件上，不腐蝕鋼材，且經國家檢測機構檢測合格的產品。

結語：

綜上所述，可以看出在化工廠的日常生產中，管廊結構基本串聯著每一臺設備、每一道工序，因此，必須要保證管廊結構專業合理的設計、穩定可靠的安裝。同時，相關從業者和研究人員也要始終關注和研究這一領域，優化管廊結構設計方案，提高管廊結構設計水平，提高化工廠安全生產的工作效率，增加化工廠的經濟效益。

參考文獻：

[1]石油化工管架設計規范，SHT 3055-2007

[2]國振喜.管道支架設計手冊.中國建筑工業出版社

[3]鋼結構設計規范，GB50017-2003