煤氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、煤氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(structural design of gasholder)儲存煤氣的鋼制柜體及其鋼附件和基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。煤氣柜的用途是：(1)緩沖煤氣產(chǎn)量與用量之間的不平衡，即當(dāng)產(chǎn)量高于用氣量時，將多余的氣體儲存在柜體內(nèi)，以補(bǔ)充高峰時供氣量的不足；(2)穩(wěn)定管網(wǎng)壓力；(3)混勻煤氣成分。按密封方式煤氣柜可分為濕式和干式兩大類。干式煤氣柜與濕式煤氣柜相比，有儲氣壓力高、壓力穩(wěn)定、使用壽命長、煤氣不增濕、污染少、基礎(chǔ)負(fù)荷輕、占地面積小及操作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在大多采用干式煤氣柜。煤氣柜選型見煤氣柜設(shè)計(jì)。中國從20世紀(jì)80年代以來，干式煤氣柜的采用有了很大發(fā)展。上海寶山鋼鐵總廠建成了15萬m3潤

2、滑脂橡膠圈密封型煤氣柜、12萬m3稀油密封型煤氣柜及8萬m3橡膠薄膜密封型煤氣柜。我國設(shè)計(jì)的230萬m3的稀油密封型煤氣柜已相繼投產(chǎn)使用。8萬m3的橡膠薄膜密封型煤氣柜也已投產(chǎn)。煤氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范圍包括干式煤氣柜和濕式煤氣柜。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括計(jì)算、鋼材選擇、防銹涂層和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。濕式煤氣柜 由下部水槽、中間部分的若干個圓筒形塔節(jié)、頂部鐘罩、導(dǎo)軌和導(dǎo)輪等組成。煤氣儲存在鐘罩及塔節(jié)內(nèi)，鐘罩、塔節(jié)隨煤氣的增減而升降。在水槽、塔節(jié)及鐘罩間設(shè)置水封防止煤氣外逸。導(dǎo)軌是鐘罩、塔節(jié)升降時的導(dǎo)向構(gòu)件，可分為直立導(dǎo)軌和螺旋導(dǎo)軌兩種形式(圖1)。濕式煤氣柜最高儲氣壓力小于45kPa，壓力波動范圍為153kPa，最大升

3、降速度為12mmin。(1)水槽。壁板和底板均選用鋼板，采用對接焊縫拼接，底板中部的長向焊縫也可采用搭接焊縫。水槽上部水壓小，可選用較薄的鋼板，但厚度不應(yīng)小于6mm，下部壁板需要考慮邊緣效應(yīng)，并按強(qiáng)度確定其厚度。大型氣柜在導(dǎo)輪處的水槽外側(cè)，通常設(shè)置壁柱加強(qiáng)，以承受導(dǎo)輪處傳來的荷載。壁柱采用鋼板，其長度一般為水槽高度的13。底板厚度按構(gòu)造確定，中部一般取6mm，靠近壁板下端的底板取810mm鋼板，其上設(shè)置承托塔節(jié)用的墊梁。(2)塔節(jié)。由壁板、上掛圈、下掛圈等組成。壁板用3mm鋼板拼接后焊在導(dǎo)軌墊板和掛圈上，使塔節(jié)形成筒狀外形。上下掛圈是用槽鋼和鋼板制成的環(huán)形槽。塔節(jié)或鐘罩升起時，內(nèi)側(cè)塔節(jié)的下掛圈

4、和外側(cè)塔節(jié)的上掛圈鉤在一起形成水封并掛起下層塔節(jié)。(3)鐘罩。由頂板、頂架(包括徑向梁、環(huán)肋、支撐及頂環(huán))和筒體組成。頂板直接鋪設(shè)在頂架上，在任何部位都不得與頂架焊接，這是因?yàn)闅夤癯錃夂?，頂板受?nèi)壓會鼓起。頂板周邊采用較厚的外圈板，一般為814mm，其寬度經(jīng)計(jì)算確定。頂板中間部分按防腐和避雷接閃要求，采用34mm薄鋼板。頂架承托頂板荷載(自重和雪荷載等)并承受環(huán)向力和徑向力。頂架一般是由型鋼制成的徑向梁和環(huán)肋正交組成的空間結(jié)構(gòu)。環(huán)肋用角鋼制作，與頂架徑向梁相連，在部分環(huán)肋間，沿徑向梁方向設(shè)置支撐，以保證徑向梁穩(wěn)定性。當(dāng)氣柜直徑大于60m時，可采用空間桁架的頂架。頂環(huán)位于頂架頂部中央，作為徑向梁

5、的中部支撐點(diǎn)。頂架與筒體的側(cè)壁板組成空間結(jié)構(gòu)，防止充氣后由于內(nèi)壓造成頂板和壁板的變形。筒體由側(cè)壁板和掛圈組成，它作為徑向梁沿圓周方向的支承點(diǎn)。(4)直立導(dǎo)軌。由內(nèi)外導(dǎo)軌、立柱、沿豎向間隔一定距離的環(huán)梁和立柱之間的交叉支撐組成。立柱作為塔節(jié)升降的導(dǎo)向?qū)к墸漤敳扛哂阽娬稚仙蛇_(dá)到的高度。立柱數(shù)量和截面按承受的風(fēng)荷載或地震作用經(jīng)計(jì)算確定。煤氣柜直徑愈大，高度愈高，立柱數(shù)量愈多。立柱沿水槽外側(cè)均勻布置，一般選用工字鋼制作，大容積煤氣柜常采用格架式組合柱。內(nèi)導(dǎo)軌安裝在塔節(jié)壁板的內(nèi)側(cè)。(5)螺旋導(dǎo)軌。常采用2438kgm鋼軌彎成螺旋形，與水平成45。斜角，均勻地敷設(shè)在塔節(jié)鐘罩外壁，與壁板焊接成一個整體，

6、使塔節(jié)、鐘罩具有很大剛性。導(dǎo)軌的方向在上下相鄰的兩個塔節(jié)上按相反方向布置，以防止塔節(jié)升起時向一方傾斜。螺旋導(dǎo)軌的重量比直立導(dǎo)軌架(包括立柱、環(huán)梁及支撐)和導(dǎo)軌要輕1530。在中國當(dāng)采用濕式煤氣柜時，一般采用螺旋導(dǎo)軌。(6)導(dǎo)輪。鐘罩和塔節(jié)借助導(dǎo)輪沿導(dǎo)軌升降。直立導(dǎo)軌式煤氣柜設(shè)有外導(dǎo)輪和內(nèi)導(dǎo)輪。外導(dǎo)輪安裝在鐘罩頂部外緣和備塔節(jié)上掛圈頂部，內(nèi)導(dǎo)輪安裝在鐘罩和各塔節(jié)下掛圈底部。螺旋導(dǎo)軌式煤氣柜的導(dǎo)輪安裝在水槽平臺或各塔節(jié)上掛圈的頂部。導(dǎo)輪承受柜體塔節(jié)上的風(fēng)荷載或地震作用。輪軸材料要求具有良好的抗彎和抗剪能力，輪頭要求有較高的耐磨能力，輪軸和輪頭一般用鑄鋼或鍛鋼制作。干式煤氣柜 按活塞與柜體間密封形式

7、，可分為稀油密封型或稱曼型(MAN型，圖2)、潤滑脂橡膠圈密封型或稱可隆型(Klonne型，圖3)和橡膠薄膜密封型或稱威金斯型(Wiggins型，圖4)三種類型，這三種干式煤氣柜的主要區(qū)別如表。三種類型干式煤氣柜的主要區(qū)別     類型  稀油密封型   橡膠薄膜     密封型潤滑脂橡膠   圈密封型外形 正多邊棱柱形圓柱形 圓柱形 密封方式 稀油密封 橡膠夾布簾密

8、封干油潤滑 活塞形式 平板與桁架組成T形擋板與拱形板拱形頂板與支架最大儲氣壓力kPa    8     6     12稀油密封型煤氣柜的儲氣壓力最高為8kPa，壓力波動范圍為±150Pa，活塞最大升降速度為3mmin，適用于儲有一般含塵量小于15mgm3的常溫焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣。潤滑脂橡膠圈密封型煤氣柜的儲氣壓力最大有可能達(dá)到12kPa，壓力波動為±500Pa，活塞升降速度最大為7mmin。這種氣柜儲氣壓力較高，可

9、直接配置在高爐煤氣管網(wǎng)中，不需建造煤氣加壓站。橡膠薄膜密封型氣柜的儲氣壓力為6kPa，壓力波動為500700Pa；活塞最大升降速度為5mmin，適用于儲存濕度較高、含塵量較大的轉(zhuǎn)爐煤氣。稀油密封型煤氣柜 由通風(fēng)氣樓、柜頂蓋、柜體、活塞及吊籠、環(huán)形走道、柜底板、油槽和電梯等組成(圖2)。     圖2稀油密封型煤氣柜1一通風(fēng)氣樓；2一柜頂蓋；3柜體；4一活塞；5一環(huán)形走道；6一柜底板及油槽(1)通風(fēng)氣樓。供氣柜內(nèi)部換氣用。由中間環(huán)、徑向承重構(gòu)件、豎向承重構(gòu)件、屋面板及壁板組成。氣樓為圓筒形，頂面呈正多邊角錐形。頂部中央放置中間環(huán)，沿徑向布置承重構(gòu)

10、件，構(gòu)件的一端與中間環(huán)相連，另一端則支在豎向構(gòu)件的頂端，豎向構(gòu)件的下端一般支在柜頂蓋的中間環(huán)上。通風(fēng)氣樓頂面和側(cè)面采用冷彎板檁合一的面板。通風(fēng)氣樓設(shè)有供維護(hù)操作人員進(jìn)入柜內(nèi)的通道。(2)柜頂蓋。由柜頂蓋中間環(huán)、梯形桁架、板檁合一的面板組成。正多邊角錐形的柜頂蓋中央設(shè)有中間環(huán)。沿角錐的棱設(shè)置梯形桁架，桁架一端支承在柜體立柱上，另一端與中間環(huán)相連，形成空間受力體系。桁架弦桿為鋼板焊接的T形組合斷面，腹桿采用角鋼。(3)柜體。由立柱、壁板組成。為正多邊形的筒體。其邊數(shù)視煤氣柜容積的大小，在24到14之間變化。煤氣柜的高度與直徑的比一般為1519。每個角上設(shè)有立柱，用以承受氣柜的外部荷載及自重，并作為

11、活塞導(dǎo)輥的導(dǎo)軌。立柱采用工字鋼制作，并在其翼緣上焊接一塊鋼板。每根立柱分成數(shù)段，在現(xiàn)場拼接。立柱的制作和安裝精度十分重要，它關(guān)系到煤氣柜活塞能否正常運(yùn)行。柜體側(cè)板亦為冷彎成型、板檁合一的構(gòu)件，板厚為46mm。側(cè)板與立柱焊接，其轉(zhuǎn)角與立柱接觸部分施堆焊后加工成直角，以防止煤氣留在側(cè)板轉(zhuǎn)角的縫隙內(nèi)。側(cè)板的高度偏差要嚴(yán)格控制，以免偏差積累造成安裝困難。(4)活塞及吊籠。由中間環(huán)、放射形焊接梯形桁架和周邊支撐組成空間的受力結(jié)構(gòu)。桁架上弦采用鋼板焊接的T形組合截面，下弦為工字形，腹桿及支撐系統(tǒng)采用角鋼?；钊撞繛橐黄矫?，采用46mm帶加筋肋鋼板與桁架下弦桿的下翼板相焊接。活塞桁架與其他構(gòu)件的工地連接采用

12、高強(qiáng)螺栓?；钊酌嫜刂苓呍O(shè)有密封油溝，油溝內(nèi)配置由滑板、帆布、木塊和壓緊彈簧組成的密封裝置，在油溝內(nèi)保持一定密封油位來實(shí)現(xiàn)活塞與柜壁間的密封。為檢查油槽，在活塞外側(cè)下部設(shè)有一圈環(huán)形平臺，活塞中央設(shè)有吊籠著陸平臺?；钊装迳暇鶆虻匕卜蓬A(yù)制混凝土配重塊，使氣柜保持穩(wěn)定的儲氣壓力。(5)環(huán)形走道。沿柜體周邊設(shè)置多層環(huán)形走道，供檢修維護(hù)柜體用。走道寬11m，各層走道間設(shè)有斜梯相連接。環(huán)形走道對柜體還起環(huán)向加勁作用。(6)柜底板及油槽。一般采用3mm鋼板，柜周邊采用6mm鋼板。底板依次搭接敷設(shè)，接縫間采用單面貼角焊縫連接。底板周邊設(shè)有油槽，收集沿側(cè)板流下的密封油并排至柜外油泵房。(7)電梯。煤氣柜外部設(shè)

13、有供檢修維護(hù)人員乘用的電梯。電梯機(jī)房設(shè)在電梯井架底部，電梯井架采用冷彎成型的側(cè)板組合成正方形井筒。環(huán)形走道間的斜梯附屬在電梯井架上，與井架成為整體構(gòu)件。橡膠薄膜密封型煤氣柜 由柜頂、柜體、活塞、T形擋板與擋板托架、柜底板等組成(圖3)。構(gòu)造特點(diǎn)是柜體為圓柱形，高度與直徑的比例約為09。柜壁內(nèi)側(cè)與活塞間密封采用橡膠夾布簾。     圖3  橡膠薄膜密封型煤氣柜1一柜頂；2一柜體；3一活塞；4一T形擋板及擋板托架；5一外密封簾；6  內(nèi)密封簾(1)柜頂。柜頂架為角鋼焊接成的拱形網(wǎng)格骨架。由鋼板搭接焊縫拼接而成

14、的拱形面板敷設(shè)在頂架上，頂板與頂架間不加任何焊接，柜頂中央設(shè)有采光通風(fēng)用的圓形天窗。(2)柜體。由立柱、柜體側(cè)板和環(huán)形防風(fēng)架組成。立柱采用寬翼緣工字鋼，分為數(shù)段拼裝，立柱間距等于弧形側(cè)板的弦長，約為6m，立柱與側(cè)板間留有150mm凈空，以便安裝時調(diào)整。柜體側(cè)板上端設(shè)置進(jìn)風(fēng)百葉窗和進(jìn)入柜體的安全門。為保證立柱徑向和環(huán)向的穩(wěn)定，柜體外側(cè)設(shè)置多層環(huán)形防風(fēng)架，其上設(shè)有局部平臺，各層平臺間有斜梯相連。(3)活塞。由活塞支架、拱形頂板、環(huán)形走道、活塞托座等組成?；钊Ъ懿贾迷诠耋w立柱處，支架間設(shè)置環(huán)形走道并用作支架的水平支撐。活塞底板厚度為6mm的鋼板，采用搭接連接焊縫組成拱形殼板，最外兩圈在搭接部分雙面

15、連續(xù)施焊，其余底板只在搭接部分的上面焊接?；钊凶鶠閾v制混凝土塊，與活塞支架連成整體，托座也起配重作用。為調(diào)整活塞水平偏差，設(shè)有由滑輪組構(gòu)成的水平調(diào)整裝置。(4)T形擋板及擋板托架。T形擋板為焊接型鋼支架，設(shè)在活塞支架與柜體側(cè)壁之間，用以固定密封用的橡膠夾布簾。外密封簾的一端固定在T形擋板下端，另一端固定在柜體側(cè)壁，內(nèi)密封簾的一端固定在T形擋板下端，一端固定在活塞支架下端，這樣就在氣柜側(cè)壁與活塞間形成密封?；钊禃r，活塞支架托著T形擋板連同密封簾隨之升降。T形擋板間設(shè)有環(huán)形走道，供檢修維護(hù)時用，并起徑向和環(huán)向穩(wěn)定作用。擋板托架用于當(dāng)活塞降至氣柜底部時，承托T形擋板。潤滑脂密封型煤氣柜 柜體為

16、圓柱形，活塞為拱頂結(jié)構(gòu)，與橡膠薄膜密封型煤氣柜結(jié)構(gòu)類似(圖4)。其構(gòu)造特點(diǎn)是柜體側(cè)壁及活塞之間設(shè)有密封橡膠環(huán)裝置，此裝置分上下兩部分，上部有三層密封橡膠環(huán)，下部有兩層膠環(huán)，相鄰兩層膠環(huán)間用木墊塊隔開。上下兩部分密封環(huán)用連桿連接并借杠桿系統(tǒng)將密封橡膠環(huán)緊貼在煤氣柜側(cè)壁上。密封橡膠環(huán)裝置固定在活塞支架上，隨活塞的升降而升降，供油管向密封橡膠環(huán)間充填潤滑脂，起密封和降低活塞升降時摩擦阻力的作用。     圖4  潤滑脂密封型煤氣柜1一柜頂I 2一柜體l 3一活塞；4一活塞支座-5一內(nèi)部吊籠計(jì)算要點(diǎn)：作用于煤氣柜

17、上的荷載有風(fēng)荷載、雪荷載、內(nèi)部壓力、氣柜自重、施工荷載和地震荷載。對組成煤氣柜的各類構(gòu)件，要根據(jù)其所受荷載和作用進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性及變形驗(yàn)算，使其滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和有關(guān)規(guī)定的要求。對于位于地震區(qū)的儲氣柜，還應(yīng)滿足有關(guān)抗震設(shè)防的要求。鋼材選擇及鋼材消耗量  氣柜為焊接結(jié)構(gòu)，側(cè)板需要經(jīng)冷彎加工并受儲存氣體中硫化氫、冷凝水以及大氣中二氧化碳等侵蝕，應(yīng)采用含碳量低、可焊性好、有良好塑性的鋼材，并要求抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、冷彎性能以及碳、硫和磷含量符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。在中國，側(cè)板一般采用國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235B或C級鎮(zhèn)靜鋼，其他構(gòu)件采用Q235B級沸騰鋼。各類型煤氣柜鋼材消耗量見表1。

18、表1各類型煤氣柜鋼材消耗量  公稱柜容    m3    總用鋼量t   單位容積用鋼量    kg·m一3  濕式  干式  濕式  干式  20000  30000  50000  100000  150000  2

19、00000  300000  3720  4738  6601 12560 1372O 13527 2700  5088  6688  9007  14301  19755  20934  2626    1860    1579    1320    1256    915