某石油焦煅烧车间钢结构设计

吴 旻

（贵阳铝镁设计研究院有限公司贵州 贵阳 550081）

某石油焦煅烧车间钢结构设计

吴 旻

（贵阳铝镁设计研究院有限公司贵州 贵阳 550081）

介绍某石油焦煅烧车间钢结构设计，包括工程概况，结构形式，构造节点说明，工程量汇总。

石油焦煅烧车间；结构设计；构造节点

1　前言

罐式煅烧炉是一种在固定的料罐中实现对炭素材料的间接加热，使之完成煅烧工程的热工设备，该炉在石油焦煅烧工艺流程中被广泛的采用。在工程的实际运用中往往将数台或更多数量的炉体排列在一起。根据国内的设计经验，以往的罐式炉厂房结构形式均在每两台炉体周围设置钢或钢筋混凝土的框架结构，结构内设钢平台及支撑物，方便生熟料输送及工人的操作及维护，详见图1。

图1　常见的罐式炉煅烧车间平面

随着产量的提高及生产的规模化，往往要求十几甚至几十台罐式炉一同工作，这种旧的结构形式不仅投资大，施工周期长，而且外形不够整齐划一。因此，需要改变原有的结构类型既能满足工艺流程及炉子操作的要求，又能节省投资，同时看上去更加美观。

在此介绍某涉外采用罐式炉的石油焦煅烧车间，即采用了新的结构类型。该厂厂址设在巴西南部PARANA州。车间所在地抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g，地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类；基本风压为0.65kN/m2；积灰荷载为0.5kN/m2。

2　工程概况

（1）石油焦罐式炉煅烧主厂房共两个，呈对称布置。每个长度为81m，宽度为36m，柱距7.5m，檐口标高为22.0m，采用钢排架结构，详见图2。

图2　厂房平面布置图

①主要承力系统：该车间为单层厂房，跨度为36m。厂房柱为变阶的实腹式钢柱，钢屋架为双角钢杆件组成的桁架式屋架。钢屋架与钢柱间的连接采用铰接；钢柱柱脚与基础采用刚接。

②屋面系统：钢屋架上下弦设置横向水平支撑；局部设置纵向水平支撑，以保证梯形钢屋架平面外的稳定及屋面的空间刚度。屋面系杆均采用热轧型钢，钢材为E235B。屋架下吊挂两台生料皮带输送机系统及两台吊重3t电动葫芦。

③围护系统：车间的外墙围护系统采用单层彩色压型钢板。

④柱间支撑：沿厂房纵向局部设置柱间支撑及系杆，以保证厂房纵向水平力传递至基顶及柱平面外的稳定，支撑钢材为E235B。

⑤烟管支撑系统：支撑系统的顶标高约7.0m，由支撑柱，支撑梁及连系梁组成。支撑柱，支撑梁及连系梁采用焊接H型钢，梁柱连接采用刚接节点。

（2）日仓钢框架及输送系统

日仓钢框架位于两栋主厂房中间位置，平面尺寸9m×36m，高36m；该框架两端各9m×9m的钢框架用于支承日仓，中间的9m×18m的钢框架用于支承MCC室和仓顶的生料输送系统，详见图3。

（3）烟气排放烟囱

该优化方案所需要两个高75m钢烟囱，主要数据如下：

钢烟囱高度：75m；

出口内径：φ3200mm；

烟气温度：750～950℃。

烟囱耐火材料层：采用膨胀珍珠岩、硅藻土砖、粘土耐火砖逐层设置。

3　主厂房结构中生焦输送装置屋架吊挂系统描述

3.1总述

为满足工艺生产需要，本项目主厂房内罐式炉加料用生焦输送装置采用了悬挂在屋架下的一系列挂架作为支撑结构，该挂架支撑体系共四条，左右两栋厂房各两条，即每栋厂房内在炉体上方各设置一条，平面图详见图4。

3.2采用屋架吊挂系统的原因

因工艺生产需要给每台罐式炉加料，该生焦输送装置为自行式布料运输器，其可沿厂房纵向连续运行，但罐式炉炉体顶部已无法提供空间给结构专业设置支撑体系用于支撑该生焦输送装置，为保证能满足该输送装置的使用，只能考虑在炉体上方悬挂设置可供该输送装置立足的吊挂体系。

3.3吊挂系统的的描述

（1）按照生焦输送装置的定位、运行空间要求，在厂房每榀钢屋架下弦对应节点处设置连接沿厂房纵向通长钢梁的相应节点，每榀屋架下各四个节点。

图3　日仓框架剖面图

图4　生焦输送装置平台平面布置图（云线范围内）

（2）对应上述节点位置设置沿厂房纵向的通长钢梁。

（3）在通长钢梁上吊挂用于支撑输送装置的挂架系统，该系统为倒置的一系列门型钢架，为保证各门型钢架不与炉顶部下料漏斗碰撞，采用了类似见缝插针的定位布置，因而各挂架的定位间距无连续的规律。

（4）在挂架下部横梁上设置沿厂房纵向通长的支撑钢梁，用于支撑输送装置的支架及轨道。

（5）为保证吊挂系统的稳定性，在该吊挂系统上设置了通长的系杆（按压杆设置），以及各门架件的支撑（多处，按端头设、中间隔两跨设）。

4　日仓钢框架结构中梁端与柱的连接型式

在设计联络中外方要求设计避免焊接连接以节省高昂的人工成本及焊缝检测费用，因此对于钢框架的梁柱连接设计采用带普通T型钢连接件的高强螺栓连接形式，在满足业主要求的同时以提高节点受力适应性。节点详见图5。

图5　钢框架梁柱节点示意图

据统计，螺栓连接的节点相比较与焊缝节点，因为多出T型钢连接件，钢材量要增加10%；但能够节约人工成本，安全成本及焊缝检测费用，对于人工成本高昂的国家或地区来说是比较合适的，但具体能省多少要根据当地的定额具体评估。

采用普通T型钢连接件的螺栓连接形式的节点对其余构件的布置及构造会带来一定的影响，比如：在焊缝节点的框架中，柱间支撑与梁柱节点的关系是这样的（建立链接），在螺栓节点中支撑杆件中心线无法通过梁柱节点中心线，支撑节点只能下移（或上移），如图6所示。

图6　梁柱节点处支撑中心线下移

而这样的节点对柱子是不利的。我们也在PKPM中对支撑调整过的模型进行了复核并作了一下对比，结果是应力比及位移等数据相差不大，但支撑节点移动使得钢框架的计算结果中出现了很多柱子长细比超限的提示。如果不想移动支撑节点，可以将相关的梁柱节点改为焊缝形式的即可。

5　石油焦煅烧车间工程量统计

因为业主要求提供图纸的同时提供材料清单并编制成册，且精度要控制在-5～+5%范围内，所以从一开始就要求设计人员对所有钢构件（包括柱，梁，板，支撑，楼梯，墙面系统，屋面系统）都要编制钢构件材料统计表，最终统计的钢材料量详见表1。

表1　

TE621

A

1673-0038（2015）18-0007-03

2015-4-11

吴旻（1976-），男，苗族，贵州天柱人，工程师，本科，主要从事结构设计工作。