浅谈化工厂管廊结构设计

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由于化工行业各工艺装置区的复杂性和特殊性，对厂房在安全性及使用方式有特殊的需求。作为化工厂的第-个通道，管廊设计和建设是每个化工装置的重要部分。管廊与管道共同形成完整的空间体系，在工厂运转中发挥着不可取代的作用。以内蒙古乌海市乌海华气千里山LNG工厂(以下简称乌海华气)的管廊的结构设计为例，阐述了厂房设计思路和布置原则，提出了设计过程中应注意的问题。

1 管廊布置乌海华气项目全长约 1l16m，管廊柱距多为6m，跨路处桁架跨度 l1-19m。管廊基础采用独立基础，上部结构采用纵梁式及桁架式钢结构。如图1所示。

图1 管廊结构平面布置1.1 设计思路该项目管廊设计采用全钢结构形式〖虑到温度应力影响及上部受力问题，主体部分纵向分成若干温度区段。总体原则各个温度区段的长度不大于120m，在每个温度区段两端设置纵向柱间支撑。各个温度区段间距2～3m，以保证较小管道可以顺利跨过。

1.2 管廊布置本工程结构形式有单柱(T型)和双柱(门型)两种。管廊宽度主要由管道数量和管径大小确定，并且考虑-定的预留宽度。-般主管廊应 留有10% -20%的余量，并考虑其荷重。管道跨越道路时，-定要保证净空要求：工厂主要道路不应小于5.0m；-般道路且不是消防通道时不应小于4.5m；铁路不应小于5.5m♂构设计时要注意复核跨路处是否满足净空的要求。

1.3 接收条件设计过程中管道专业需要向结构专业提供结构第 l2期 李 杨等：浅谈化工厂管廊结构设计 103设计所需条件，主要内容如下：1)外管廊平、立面图，管道纵横向立面图，图中需明确管廊宽度、标高、柱距及固定管架位置，检修通道，平台位置；2)管道荷载(包括：管道重力、管道介质重力、保温重力、试压水重力、电气、仪表桥架重力及平台、检修通道检修活荷载)；3)固定管架水平推力、作用点及方向；4)管道最低及最高温度。

2 管廊设计管廊设计过程中需注意基础标高及管廊荷载，合理选取桁架截面，控制梁的挠度。

2.1 基础标高基础标高依据厂区地形条件确定。此厂区地形西低东高，南低北高，呈双向坡度，由于场地坡度问题，造成全厂地坪标高不-致。在管廊-个温度区段内(≤120m)，地坪的高差约0.5-2.5m。这种情况基础标高的确定可以有两种方式：1)在地坪标高差较小区域(选取20m范围内)，基础顶标高-致，基础相对地面高度(h2)不-致，基础底标高-致，如图2(a)所示基础标高方式-。

图2(a)基础标高方式-2)在全厂范围内，基础顶标高不-致，基础相对地面高度(h2)-致，基础埋深(Hh1)-致，基础短柱长度-样，利用上部管廊钢柱高度来调节柱脚标高，如图2(b)所示基础标高方式二。

图2(b)基础标高方式二方式-：上部结构的钢柱高度相同，但基础浪费了部分混凝土；方式二：设计省料、经济，但上部钢柱由钢结构厂家批量生产，每个柱子高度不同，生产、加工、安装都较麻烦，增加施工难度、延长工期。这两种方式都是可行的，经过综合比较，推荐采用第-种方式。

2.2 管廊荷载管廊荷载包括管道及电缆桥架作用在管廊上的垂直荷载、水平荷载、风荷载、地震荷载等，此工程典型剖面如图3所示。

图3 管廊剖面2.2.1 垂直荷载管廊垂直荷载直接影响管廊主梁、次梁的大校管廊纵向柱距为6m，本工程最小管径为 DN50，不能跨越6m的距离，故在3m处加-次梁，用以支撑管道。在计算垂直操作荷载时，需区分作用在主次梁上的管道，这样才能精确模型，计算出合理经济截面。

2.2.2 水平荷载管廊在管道作用下会产生纵向水平推力，水平推力通过横梁、纵梁、柱间支撑传递到基础，此时横梁是双向受弯构件。

2.2.3 荷载分项系数管道内的介质分为气体和液体，在不同工况组合下，荷载的分项系数取值不同。因此，设计过程中对应相应的分项系数，根据《化工、石油化工管架、管墩的设计规定》，载荷分项系数计算如下：当管道为液体管道时，管道内的介质重量应按照恒荷载输入，正常操作情况下，荷载分项系数：恒荷载为1.2；活荷载为1.3；横向风荷载为1.4。

当管道为气体管道时，考虑到管线试压的情况，在充水试验时荷载的分项系数：恒荷载为 1.2；试压冲水荷载为 1.1；横向风荷载为 1.4。

104 甘 肃 科 技 第 29卷3 桁架设计3.1 桁架构型根据支座斜杆的倾斜方向，分为上承式图4(a)和下承式图4(b)。

(a)上承式 (b)F乘式图4 桁架的形式3.2 桁架截面的选择桁架杆件在截面选择时，-般选平面内、外长细比较接近，且每延米 自重较轻的截面形式，这样受力合理并能够节省材料。-般可选择 H型钢、角钢、圆钢管等，下面对几种截面特性进行分析：热轧 HW 型刚 ix 1.7iy，热轧 HM型钢 ix2.5iy，热轧 HN型钢 ix 3.7iy。

两热轧不等边角钢(两短边相连)2.7ix iy，热轧等边角钢 1.5ix-iy，两热轧不等边角钢(两长边相连)ix-1.3iy。根据《工业建筑防腐蚀规范》规定，在有腐蚀的情况下，不宜采用双角钢组成的T型截面，由以上数统计看，弦杆选用 HW型钢，腹杆采用圆钢管为最优。

在荷载相同，约束条件相同，跨度相同，截面相同的条件下，对图5(a)和(b)的计算结果对比如图5所示。

-I.. - j -、 -j -"嗍 /， 、。 。 ：： 罱 . ，- 器”。

” 7 ：； ” - · / -、 /- -嘲 -伽 -蚺 - 州 - 州 - - - -啊 -料(a)上承式计算结果(b)下承式计算结果图5 配筋包络和应力比由图5可知，在条件完全相同的情况下，上承式与下承式都为上弦受压、下弦受拉，弦杆的应力基本相同。上承式的斜腹杆为拉杆，下承式斜腹杆为压杆，相同截面的情况下，下承式斜腹杆稳定应力接近1.0，故上承式桁架腹杆用钢量省，结构经济、合理。

3.3 桁架水平支撑为减小钢横梁平面外计算长度，采用水平支撑作为横梁的跨中侧向支撑点，如图6所示。

./ / . // . /。 / 图 6 水 平支撑水平支撑全部按压杆设计，其中 h<200。水平支撑为长细比控制，当采用单角钢时，采用最胸转半径计算，截面特性得不到有效利用。因此，桁架水平支撑采用焊接圆钢管。

3.4 桁架的挠度管廊中纵、横梁及桁架挠度均需满足管道要求，防止生产过程中，管道挠度过大发生积液导致流阻加大的情况。根据建筑结构静力要求，桁架的挠度计算公式为：A∑酉NNz式中：△--钢桁架的变形值；z--钢桁架杆件的计算长度；- 钢桁架杆件的材料的弹性模量；Ⅳ 单位虚荷载P1作用下桁架各杆件的内力。

钢桁架的变形应按照Io/500控制，当抗震设防烈度为8。或者 9。时，跨度大于等于24m的支撑管道的桁架，应考虑竖向地震作用，竖向地震作用的标准值可分别取总重力荷载代表值的10%和20%。

4 结论1)管廊结构计算安全性及合理性是以上游专业条件准确为前提，因此，上游专业提供的条件需全面、准确。管道条件不仅要提供管道本身重力以及介质重力，还要考虑保温管道的保温。对于气体管道试压时要做充水试验的，要提供单独或同时做充水试验管径范围，使计算过程中考虑的荷载和现实施工中尽量-致。另外，需要做应力计算管道的水平推力要准确提供； (下转第57页)第 12期 庞 忠：制造重整反应器用奥氏体不锈钢 $30409的焊接 57进行了焊态的手工钨极氩桓 焊条电桓 埋弧焊的组合评定。

经多次焊接试验后，在厚度为 838mm的接材料及焊接工艺规范参数见表3。焊后对焊接试板进行了化学成分、力学性能及耐蚀性的检测。试验结果分别见表4、5，其中腐蚀试验按 GB 4334.E$30409钢上进行三种不同焊接方法的组合焊接，焊 法进行，结果合格。

表3 焊接材料及焊接工艺规范参数拉伸试验 弯曲试验表4、表 5及腐蚀试验结果表明，焊缝金属化学成分、焊接接头力学性能及腐蚀试验均满足 NB/T47014-2011及反应器产品技术条件要求，证明所选用焊接材料、制定的焊接工艺正确合理。

4 产品焊接在工艺试验及工艺评定的基础上，制定了严格的包含多项质量检查点的$30409不锈钢焊接作业指导书，指导控制了反应器的焊接全过程。事实表明，焊缝成形美观，无损检测合格率高，各项技术指标均满足设计和工艺控制要求。

5 结论正确选用焊接材料、严格控制焊接热输入量以及制定合理的焊接工艺是$30409不锈钢焊接的关键，通过对 $30409不锈钢的焊接工艺试验、焊接工艺评定及产品的施焊，各项技术指标均满足要求，证明所选用的焊接方法、焊接材料及焊接工艺正确合理，达到了产品设计的各项技术指标。