浅谈化工厂钢结构管廊设计

邹存宇

摘要：在钢结构管廊的设计过程中，如果没有注意好钢结构管廊的布置形式、承受荷载、结构构件等工作的计算，就很容易导致钢结构管廊出现质量上的问题，引起整体工程质量上的不良影响。本文将对钢结构管廊在建筑工程中的设计做出具体的分析和讨论。

关键词：化工厂管廊；结构设计

所谓管廊结构，是指由横向管架、纵向桁架或纵梁等结构架构出的空间体系，具有支撑管道的作用。目前，我国的化工厂中普遍采用的是钢结构管廊，这种管廊在施工、安装等方面具有方便，可靠的优点，因此，管廊结构设计在化工厂的安全生产中扮演着不可忽视的重要角色，加强对它的分析研究也是应有之义。本文主要针对的就是化工厂钢结构管廊的设计与分析。

一、化工厂管廊结构设计布置原则

保证管廊结构的稳定可靠和高效，需要在管廊结构设计和布置中遵循基本的原则，具体包括：

（一）管廊的布置原则。

管廊的布置中应力求短而直，主干线应通过用户密集区，最好能连接尽可能多的工序和设备，管廊布置中要在众多装置中间取适当的位置，与设备或装置的较长边缘平行安装管廊，这样可以减小管廊与两边设备的距离，进而减少管廊的长度，不仅减小了管廊的占地面积，还节约了管廊的安装费用和材料支出。

管廊不应穿越电石库等易燃、易爆的场所，也不宜穿越建筑扩建场地和物料堆场，并尽可能减少公路、铁路、河流、沟谷的交叉，以减少交叉时必需采取的特殊措施，当管道必须穿越铁路时，管道与道路中心线交角不得小于45度。

（二）管廊的宽度。

管廊的宽度主要由管道的数量和管径的大小确定。并考虑一定的预留的宽度，一般主管廊管架应留有10%-20%的余量，并考虑其荷重。同时要考虑管廊下设备和通道以及管廊上空冷设备等结构的影响。如果要求敷设仪表电缆槽架和电力电缆槽架，还应考虑其所需的宽度。管廊上管道可以布置成单层或双层，必要时也可布置三层。管廊的宽度一般不宜大于10m。

（三）管廊的跨度。

管廊的柱距是由敷设其上的管道因垂直荷载所产生的允许弯曲挠度决定的，通常为6—9m。如中小型装置中，小直径的管道较多时，可在两根支柱之间设置副梁使管道的跨距缩小。另外，管廊立柱的间距，宜与设备构架支柱的间距取得一致，以便管道通过。如果是混凝土管架，横梁顶宜埋放一根φ20圆钢或钢板，以减少管道与横梁间的摩擦力。

（四）钢结构管廊的伸缩缝间距。

钢结构管廊的伸缩缝间距要适宜，通常情况下要最大不超过120m，需要注意的是，在大中型管廊中符合计算纵向地震条件的管廊部分或管廊中应力管线的水平力较大的情况下，要根据实际情况减小缩缝的间距，否则，就会由于固定管架的纵向水平力过大，导致管架柱断面或是基础尺寸不合理等问题。

（五）管廊柱间支撑的布置原则。

一方面，管廊柱间支撑位置和固定管架的位置要一致，二者相结合可以节约占地和投资；另一方面，固定管架的的柱间支撐要根据管道补偿器平面整体布置相适应，管道补偿器平面整体布置整齐统一时，温度区段的设置要与其相一致；管道补偿器平面整体布置比较复杂时，需要按照固定管架的实际架设情况，对温度区段进行适当的划分，在不同温度区段的交接处周围设置纵向柱间支撑。

二、化工厂管廊结构设计具体事项

管廊设计中的基础标高、管道荷载的选取和控制及防腐、防火要求等事项。具体如下：

（一）基础标高

基础标高是由厂区的实际地形决定的，地形地势的高低、厂区坡度的大小，都会形成整个厂区地坪标高的差异。然而在实际的化工厂建设中，在同一管廊结构的温度区段中，内部地坪标高差要保持在0.5-2 米以内。这样一来，就需要确定具体的地坪标高，并对不符合要求的区域的管架架设进行改造和调整。

通常情况下，首先要保证管架顶标高的一致，使管道保持水平，基础顶部控制与自然地面相对高度一致，不然会出现基础墩过高的情况，非常不美观，最后调整底层管架柱的高度，使其与现场实际情况一致。

（二）管道荷载

1.垂直荷载

管廊垂直荷载的计算结果直接关系到管廊主梁、次梁结构设计尺寸。小管径管道均匀分布时，可按均布荷载考虑。通常在荷载大于10KN时，要考虑集中荷载布置。同时要充分考虑到管道材质、管径、介质及压力的差异，会导致管道跨距不同这一问题。永久荷载包括：1）管道、内衬、保温层、管道附件重2）管道内介质重3）管架自重。可变荷载包括：1）平台上活荷载2）管内沉积物、试压水重3）积灰荷载4）冰雪荷载。

2.水平荷载

管廊水平荷载包括纵向和横向两个方面，水平荷载通过横梁、纵梁、柱再传递到基础，在计算时也要考虑到不同管道间的相互作用力。纵向荷载包括：1）管道补偿器反弹力2）管道的不平衡内压力3）活动管架的管道摩擦力4）活动管架的位移反弹力。横向荷载包括：1）风荷载2）拐弯管道或支管传来的水平推力3）管道横向位移的摩擦力。

3.荷载分项系数

管道内输送的物质主要是气体和液体，在设计过程中，载荷分项系数计算仍然有一个大体的范围，具体如下： 计算液体管道内的介质重量需要依据恒荷载输入，操作合理的情况下，荷载分项系数分别是： 恒荷载为1.2；活荷载为1.3；横向风荷载为 1.4。气体管道需要额外考虑到管线的试压，在充水试验中荷载的分项系数：恒荷载为1.2；试压冲水荷载为1.1；横向风荷载为1.4。

（三）防腐、防火

1.防腐

管廊一般采用涂层法防腐蚀。涂层法的施工第一步是除锈，一般多用喷砂除锈， 露出金属的光泽， 除去所有的锈迹和油污， 现场施工的涂层可用手工除锈。涂层的选择要考虑周围的环境， 不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性； 涂层一般有底漆（ 层） 和面漆（ 层）之分， 底漆含粉料多， 基料少， 成膜粗糙， 与钢材粘附力强， 与面漆结合性好； 面漆则基料多， 成膜有光泽， 能保护底漆不受大气腐蚀， 并能抗风化。

2.防火

底层主管廊的梁、柱，且不低于4.5m的部位要喷涂防火保护材料。防火材料不应含有石棉和甲醛，不宜采用苯类溶剂。在施工干燥后不应有刺激性气味，燃烧时不应产生浓烟和有害人身健康的气味。应选用绝热性好，具有一定抗冲击能力，能牢固附着在构件上，不腐蚀钢材，且经国家检测机构检测合格的产品。

结语：

综上所述，可以看出在化工厂的日常生产中，管廊结构基本串联着每一台设备、每一道工序，因此，必须要保证管廊结构专业合理的设计、稳定可靠的安装。同时，相关从业者和研究人员也要始终关注和研究这一领域，优化管廊结构设计方案，提高管廊结构设计水平，提高化工厂安全生产的工作效率，增加化工厂的经济效益。

参考文献：

[1]石油化工管架设计规范，SHT 3055-2007

[2]国振喜.管道支架设计手册.中国建筑工业出版社

[3]钢结构设计规范，GB50017-2003