余慧英
窑尾技术改造结构加固设计简介
Structural Reinforcement Design for Preheater Technology Modification
余慧英
在中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统技改中,通过改造局部设备,优化工艺流程,达到降低能耗、适当提高设备生产能力的目的,更好地执行国家节能增效的方针政策。本文叙述了在窑尾改造过程中遇到的一些加固设计计算,钢梁钢柱的加固方案,施工需要注意的问题等,供类似改造工程借鉴。
技术改造;加固设计;技改效果
窑尾技改一般是对运营多年的老厂进行改造,通过对分解炉进行扩容改造、三次风管旋风筒局部改造、更换烟室,优化工艺流程,解决运行过程中存在的热耗偏高、分解炉及五级筒出口温度倒挂、煤粉在炉内燃烧不完全等问题,进一步降低系统热耗,降低成本,适当提高设备生产能力,提高产品质量,在水泥厂得到较为广泛的运用。改造涉及结构框架的加固计算,各层平面中的钢梁、钢平台、钢梯的部分拆除新加,钢梁钢柱强度不够需要加固等结构问题,本文以中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统技改为例,介绍改造中结构专业加固的设计和施工。
1.1 工艺主要修改内容
(1)9.150m平面烟室加大,烟室混凝土基础需要改造。
(2)由于三次风管改造,19.150m平面新加三次风管支架。
(3)45.150m平面分解炉改造。
(4)对部分楼梯及检修平台改造。
1.2 设计荷载
框架所受主要荷载按来源分类如下:
(1)结构荷载:钢结构楼板恒载1kN/m2(钢梁自重程序自动计算),楼板活载取4.0kN/m2、积灰荷载取0.5kN/m2、雪荷载不考虑,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组,基本风压:0.4kN/m2。
(2)工艺荷载:三次风管支架荷载,烟室荷载,分解炉荷载,旋风筒荷载,风机等设备、检修钢平台、楼梯等荷载。
由于老厂建设时间较长,其间可能存在各种修改,最好在设计前土建、工艺、电气、设备等专业做实际现场测绘,确保设计符合实际需要,按现行GB 50144-2008《工业厂房可靠性鉴定标准》和GB 50292-1999《民用建筑可靠性鉴定标准》进行可靠性鉴定,其鉴定结果作为加固设计的依据。根据改造的工艺资料,搜集原有结构资料,采用PKPM建模计算框架,对计算承载力不足的梁柱进行加固。
1.3 车间结构加固设计
中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统窑尾框架,地上7层,其中首层9.150m平面以下为混凝土框架,9.150m平面以上6层为钢框架结构,标高19.150m,32.650m,45.150m,58.150m,72.650m,84.050m,框架柱网尺寸为24m×16m,总高度84.050m。柱网布置见图1。
图1 柱网布置图
上部钢框架钢柱为焊接H型钢柱,截面尺寸最大H900×850×30/40,最小H500×500×18/25;钢框架梁为焊接H型钢梁,平面钢梁为焊接H型钢梁、热轧H型钢、热轧普通工字钢及槽钢等。
1.3.1 9.150m混凝土平面
烟室改造荷载没太大变化,原混凝土梁柱强度足够,仅对烟室基础进行局部改造,原锚栓保留,表面凿毛,二次浇注加大基础面积。当原锚栓锈蚀严重,无法与新设备锚固,可以将原浇注层打掉采用CGM高强灌浆料重新浇注,浇注层少灌30mm厚,新增一块30mm厚的钢板,板上开好螺栓孔,套在原螺栓上,再二次浇注,然后将新烟室支腿焊在新加的30mm钢板上。
1.3.2 上部钢结构加固改造平面
19.150m平面工艺新加三次风管支架,支架荷载较大,经复核,支架下部钢梁及周边传力的钢框架梁截面不够,需要加固。45.150m平面分解炉修改比较大,荷载增加大,需要拆除中间1个柱网内的楼面,重新布置平面。经复核,边缘框架梁截面需要加固,由于新加方形膨胀节顶部离钢梁很近,此处可采用钢梁上下贴钢板加固,要特别注意加固钢梁不要碰到设备。
部分楼层的旋风筒需要整体旋转,支点位置发生变化,要新加支点钢梁,以确保受力安全。
(1)钢梁加固
采用方案:
a新加荷载不大时可采用钢梁下贴钢板,为了贴合密实,与原结构协同工作,钢板中间间距300开孔塞焊,边缘角焊缝满焊。
b新加荷载较大、钢梁强度欠缺较多时,可在原钢梁下面加T形钢补强,T形钢高度除按计算确定外,还需满足焊接施工的操作空间要求。此时要特别注意增加梁高度后是否碰到设备,当影响设备时,可采用局部钢梁上翻,根部加高,中间贴板,上下翼缘贴板等方案满足工艺需要。
图2 非框架钢梁加固立面示意图
图3 框架钢梁加固立面示意图
图4 钢梁加固截面图
c当增加梁高受限时可配合腹板贴板,钢板中间间距300开孔塞焊,边缘坡口焊缝满焊。如图2、图3、图4。
(2)钢柱的加固
由于45.150m平面荷载增加较大,相关中间4根钢柱在9.150~45.150m标高之间强度不够,需要加固,见图5。在需补强的楼层柱侧补T形钢柱,上下翼缘倾斜过渡。当穿越悬挑钢平台时,等强过渡处理,翼缘截断焊接,腹板贴板开孔塞焊,如图6。
图5 框架柱加固平面图
图6 钢柱加固
(1)卸载
首先要求在改造加固作业正式开始前先行卸载;所有生产及辅助设备停止运行,设备中积料出清,各类钢仓、灰斗、管道排空,楼面、操作平台上无堆载,除必要的施工人员和小型工具外,没有其他活荷载作用。拆除所有待更新的或不再使用的旧设备、旧管道、旧非标件等。
(2)钢平台安装
做好原有钢平台钢梯的记录:在对部分多余的原钢平台、楼梯进行拆除,新增加钢平台及楼梯、设备安装过程中,需要拆除部分有用的钢梯及平台,施工过程中注意做好标示记录,便于恢复。
钢平台拆除前可根据现场需要,在原有结构和设备上设置吊杆,吊挂于钢梁底或设备下。
(3)施工安全
加固改造过程中,若发现原结构或相关工程隐蔽部位出现损伤或严重缺陷时,应立即停止施工,并会同加固设计者采取有效措施进行处理后再继续施工;对加固过程中可能出现倾斜、失稳或倒塌等不安全因素的结构,在加固改造施工前,应采取相应的临时安全措施,以防止事故的发生。
焊接钢结构加固时,原有构件或连接的实际名义应力值应<0.55fy,如按前述要求卸载后仍达不到要求,则应采取临时支顶等措施继续降荷或与设计院会商处理办法。
中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统技改,2016年3月1日开始,4月9日技改完成并恢复生产,技改工作历时39d,总计用钢量约88t。该项目恢复投料运营后,生料原来喂料量375~380t/h,现在390~395t/h,产量得到提高,各项能耗均有下降,以4月份煤耗电耗指标完成情况为参考,与2015年全年平均值比较,标准煤耗下降3.8kg/t,实物煤耗下降5kg/t,节约成本1.85元/t;综合电耗下降1.7kWh/t,节约成本1.33元/t;每吨熟料氨水消耗量下降2.2kg/t,减少经济成本1.28元/t。按热工标定107.9kg/t,预计全年将节约煤 9 250t,电费314.5×104kWh,节约累计约587万元,1年内就能收回技改投资成本。后期通过持续优化调整,能耗仍有下降的空间。
水泥行业作为我国主要的高能耗、高排放产业,是工业领域节能减排的重点和难点,其节能减排效果对完成我国能源消耗目标、工业可持续发展起着举足轻重的作用;加大节能减排力度,已成为水泥行业面临的一项艰巨而紧迫的任务。中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统技改,通过改造局部设备,优化工艺流程,降低能耗,适当提高设备生产能力,以更好地执行国家节能增效的方针政策,值得推广应用。
工业建筑中经常会遇到类似改造、加固的问题,有关钢梁钢柱加固的方案很多,本文叙述了在窑尾改造过程中遇到的部分结构加固设计施工的思路,可供类似改造工程借鉴。■
天津水泥院有限公司土耳其SIVAS项目获PAC证书
近日,天津水泥院有限公司土耳其SIVAS项目部正式收到业主Votorantim土耳其分公司(VO⁃TORANTIM ÇIMENTO SANAYI VE TICARET A.Ş)颁发的PAC预验收证书(不含石灰石破碎和均化车间),证书生效日期为2017年8月21日。这标志着项目完成了主合同框架下的主体工作,又取得了一个里程碑式的成果。
土耳其SIVAS项目是天津水泥院有限公司与巴西Votorantim集团继美国SCC项目、巴西Maraba水泥粉磨站、玻利维亚项目之后的又一次合作,也是Votorantim集团在美洲以外建造的首条完整的生产线。
项目合同于2015年2月13日签署并计时。在合同执行过程中,项目团队克服工期紧、工作界面多、气候寒冷等不利因素影响,设备供货整体提前近45天,烧成系统于2016年3月17日提前点火。项目于2017年6月16日完成主体车间考核工作,并于7月5日成功举行竣工典礼。
TU393
A
1001-6171(2017)05-0077-04
2017-04-06; 编辑:张志红