浅谈还蒸车间的结构防腐蚀设计

张文清

1 工程简介

1.1 还原蒸馏车间特点

还原蒸馏车间是海绵钛生产过程中的主要车间之一，工艺流程技术复杂，在生产过程中产生大量的盐酸酸雾，使得还蒸车间整个结构处于侵蚀性气态介质的作用环境下，结构设计时防酸腐蚀设计显得尤为重要，文中还将对此做进一步介绍。

1.2 还原蒸馏车间概况

还原蒸馏车间总长为706.15m，总宽为45.7m，厂房柱顶标高为21.200m，厂房屋架端檐口标高为22.850m，厂房柱距为7.2m的非标准柱距（标准厂房柱距为6m），主厂房为30m跨度的单跨排架结构，厂房根据结构需要按规范设置七个伸缩缝。在主厂房A、B轴线上下两侧设置配电系统偏跨等（即1～12#配电所、控制室、PCL机柜室、MCC室；真空泵室及泵油处理间）；1～2#轴线为左侧偏跨，其用途为会议室及办公室，所有偏跨均与主厂房之间设100mm的结构缝脱开，偏跨的结构形式为多层的钢筋混凝土结构。主厂房内设五台重级（A7）工作制吊车，起重量为50/10t，跨度为28.5m，吊车轨道顶面标高为18m。主厂房内根据工艺要求以52～53#轴线7.2m柱距的中点位置为对称轴，分别设置以下区域：1～13#轴线为预抽真空系统区域；13～15#轴线为运输通道；15～26#轴线为还原蒸馏区域；26～28#轴线为运输通道；28～39#轴线为还原蒸馏区域；39～41#轴线为运输通道；41～47#轴线为取出区域；47～48#轴线为翻转区域；48#轴线至对称轴为取出区域；上述为左侧区域，整个还原蒸馏车间以对称轴为左右对称。还蒸车间内主要设备操作层的楼板标高为7.000m，采用钢筋混凝土框架结构，为了方便主厂房预制柱的吊装，在预制柱上设牛腿支撑7.000m楼板梁。

2 防腐蚀结构设计

2.1 前 言

还原蒸馏车间（含准备车间及还蒸酸洗车间）在常温下，生产工艺过程中产生大量的盐酸酸雾等气态介质，其氯化氢介质含量通常在0.05～1.00mg/m3之间，当环境相对湿度大于等于75%时，即构成强腐蚀条件，还原蒸馏车间厂房的各构件长期在盐酸酸雾等气态介质的侵蚀环境作用下，对带裂缝工作的钢筋混凝土、预应力混凝土、钢结构等结构构件产生腐蚀性，严重情况下甚至导致结构变形或破坏，因此，为了保证整个车间的安全必须做好防腐蚀设计。

按照《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）中“气态介质对建筑材料的腐蚀性等级”划分为强腐蚀等级，属于最高等级。为了保证还原蒸馏车间在设计使用年限内正常使用，防腐设计应遵循预防为主和防护结合的原则，根据生产过程中产生的大量盐酸酸雾的腐蚀性环境条件、生产操作管理水平和施工维修条件等，综合选择防腐蚀措施。对危及人身安全和维修困难的部位，以及重要的承重结构和构件加强防护。下面针对结构防腐分别介绍如下：

2.2 基础部分

根据地质部门提供的详勘报告，基础的持力层为卵石土层，承载力特征值为500kPa，得出还原蒸馏车间基础方案采用扩展基础方案。对基础部分进行防腐蚀设计，基础垫层采用耐腐蚀材料——沥青混凝土（厚100mm）做垫层；所有柱扩展基础及设备基础表面防护，采用环氧沥青涂层防护，施工时要求其涂装厚度大于等于500μm，基础底板钢筋混凝土保护层加大为50mm，混凝土强度等级大于等于C40；混凝土灌注桩的混凝土强度等级不低于C35，同时水灰比不大于0.45，抗渗等级不应低于S8，桩身钢筋的混凝土保护层厚度大于等于55mm。经过投产后生产实践的检验，这些措施有效地保护了承重结构基础部分，使腐蚀危害大大降低。

2.3 钢筋混凝土厂房柱

还蒸车间的主厂房内设五台重级（A7）工作制吊车，吊车吨位大，起重量为50/10t，轨道顶面标高较高，吊车轨道顶面标高为18m，设计时综合考虑了预制厂房柱制作、运输、吊装条件等的要求；此外，还原蒸馏车间主厂房预制钢筋混凝土柱，由于其工作环境为强腐蚀环境，根据规范要求不应采用腹板开孔的工字形截面，应尽可能采用实腹式柱断面，严禁在柱腹板开孔，以免对钢筋造成腐蚀。经过结构设计，要求平面排架结构计算必须满足横向刚度计算要求，即按一台50/10t桥式起重机最大的吊车横向水平荷载标准值的作用于排架柱吊车梁顶面标高处的侧移值△k来控制。控制预制柱在吊车梁顶面标高处的侧移值，按平面排架计算预制柱允许侧移值△k≤Hk/1100（Hk为厂房排架柱基础顶面到柱在吊车梁顶标高处的高度），经计算及满足构造后得到其预制钢筋混凝土厂房柱的断面为：上柱断面为矩形550×400，下柱断面为矩形实腹式断面550×1450（设柱間支撑处）与工字形断面组合的预制柱550×1450×250×200，柱总高为23.650m，上柱高为4.920m，下柱高为18.730m。对于预制柱上的预留埋件（支架、紧固件、连接件、部分暴露在外的吊环等）与受力筋隔离，在外露的钢制预埋件表面采用树脂混凝土包裹，混凝土的厚度为30mm。由于控制了排架侧移值，确保其工作中不出现裂缝，此外，柱截面采用实腹形式，在采用工字形截面时适当加大腹板厚度，对外露钢构件进行保护，这些措施都有效增加了厂房排架柱的防腐蚀能力，至今生产状态良好。

2.4 预应力钢筋混凝土屋架

还原蒸馏车间主厂房跨度为30m，屋面采用30m预应力钢筋混凝土屋架，通风系统采用带挡风板的钢天窗系统，屋面围护结构为预应力钢筋混凝土大型屋面板，由于国标图集《04G415-1》中屋架的使用条件为正常使用环境，因此，标准图集使用的屋架必须处于无侵蚀性介质的环境，且要求厂房为标准柱距6.0m，无法直接选用国家标准图集，因此，设计中重新进行了计算，对标准图集中30m先张法预应力钢筋混凝土屋架进行了修改，其中设计条件做了如下一些变化：增加了钢筋保护层厚度；屋架的裂缝控制等级为一级；屋架预应力钢筋采用冷拉三级钢筋予以计算。由于屋架亦处于强腐蚀环境中，因此，按《工业建筑防腐蚀设计规范》要求，屋架应采用先张法预应力混凝土结构，先张法预应力混凝土屋架不应采用直径小于6mm的钢筋和钢丝作为预应力筋，用于预应力屋架的钢绞线单丝直径不应小于4mm，本项目先张法预应力屋架的预应力筋采用公称直径为32mm的冷拉三级钢筋，屋架的混凝土强度等级不小于C40，本项目屋架的混凝土强度等级为C55。预应力屋架裂缝控制等级一级，受力钢筋的混凝土保护层厚度为40mm。对于先张法外露的预应力筋应采用树脂混凝土进行封闭，保护层厚度为60mm。按《钢筋混凝土结构试验方法标准》GB50152-92对先张法预应力屋架进行实物试验，检验屋架的承载力、挠度、裂缝均达到要求，生产后经实践检验，取得了良好的防腐蚀效果，该屋架可为其它类似工程的项目借鉴。

2.5 屋面支撑系统

在屋面系统的钢构件设计中考虑了以下因素：本项目的屋面系统属于钢结构的强防腐蚀范围，杆件应采用实腹式或闭口截面，闭口截面端部应进行封闭；对封闭截面进行热镀浸锌时，应采取开孔防爆措施。腐蚀等级为强、中时，不应采用由双角钢组成的T形截面或由双槽钢组成的工字型截面。当采用型钢组合的杆件时，型钢间的空隙宽度应满足防护层施工和维修的要求。对各杆件截面厚度的要求：①钢板组合的杆件，不小于6mm；②闭口截面杆件，不小于4mm；③角钢截面的厚度不小于5mm等。

按防腐蚀规定对还原蒸馏车间主厂房屋面支撑系统进行重新设计时，在屋架上、下弦水平支撑、屋架垂直支撑、天窗架水平支撑、垂直支撑（包括主厂房柱间支撑）等构件的零件选用中使用了无缝钢管作为制作支撑的零件，杜绝采用在无侵蚀性环境中通常使用角钢等制作支撑，使各构件均能形成自我封闭的防护系统，为此自行设计了非标准支撑系统，支撑杆件钢管两端要求封堵严密，支撑表面按有关规定除锈涂刷防腐蚀油漆，支撑系统经过实际使用后，取得了很好的效果，保證了主厂房整个体系的安全使用，同时也满足了《工业建筑防腐蚀设计规范》中的相关要求及有关规范，可为其它类似工程的项目借鉴。

3 总 结

钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，在侵蚀性环境下，容易受到腐蚀，只有通过严格的各部分防腐蚀设计，才能达到整体结构的耐久性设计要求。通过对还原蒸馏车间的基础、钢筋混凝土厂房预制柱、预应力钢筋混凝土屋架、屋面支撑系统等分部设计，使得整体结构能够满足在腐蚀性环境下工作。还原蒸馏车间的设计，经过投产运行的检验，经过多年的正常工作，取得了很好的防腐蚀效果，并节省了结构的防腐蚀围护费用，可供类似工程参考。由于设计经验的不足，针对本工程的防腐蚀设计方案，请各位专家提出批评意见，以便今后完善设计，谢谢！

参考文献

[1]工业建筑防腐蚀设计规范50046-2008.

[2]钢筋混凝土结构试验方法标准GB50152-92.

[3]钢筋混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002.

[4]建筑结构荷载规范GB50009-2012.

[5]建筑抗震设计规范GB50011-2010.

[6]建筑地基基础设计规范GB5007-2011.

[7]混凝土结构设计规范GB50010-2010.