石油化工煙囱火炬塔架設計要點論文

【摘要】文章介紹了石油化工塔架結構設計計算原則、參數選擇與取值要點；結合工程設計經驗，文章給出了塔架節點、構造設計指標控制參考指標及相關設計要求。

【關鍵詞】石油化工，火炬塔架，設計要點

1塔架設計的原則及要求

煙囱、火炬塔架為石油化工鋼煙囱、火炬提供支承體系結構，塔架通常附設供採集樣本及設備檢修時使用的平台、輔梯。塔架結構形式宜採用空間桁架體系，構件宜採用圓鋼管等風阻較小的構件，塔架平面形式宜採用正三角形或正方形，底部邊長應根據計算確定，不宜小於塔架高度的1/10。塔架外形沿高度變化時，其外形宜接近彎矩曲線，但是彎折點不宜過多。塔架腹杆一般採用交叉斜杆或K形斜杆支撐體系。塔架主體結構安全等級應按一級設計，抗震設防類別應按GB50453的規定採用，建築場地為Ⅳ類時，對設計基本地震加速度為0.15g和1.30g的地區，宜分別按抗震設防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）時的抗震設防類別要求採取地震構造措施。塔基基礎設計等級為甲級。塔架應根據煙囱火炬排放的氣體進行防腐處理，一般構件採用熱浸鍍鋅處理防腐，頂部10米至20米的構件表面防腐處理需考慮高温影響，一般採用耐高温的有機硅防腐漆。塔架受力構件及其連接件的最小厚度不宜小於8mm。採用鋼管結構時，其最小壁厚不宜小於6mm。採用小斷面組合構件時，構件厚度應留有足夠的腐蝕裕度，火炬塔架不宜小於0.5mm，排氣筒塔架不宜小於1.00mm。沿塔架高度應設置水平橫隔。可隔一個節間設置一道，正三角形塔架可2個~3個節間設置一道，但在塔柱變坡處應設置水平橫隔。沿塔架高度應設置休息平台，其間距不宜大於20m。平台設在塔架水平橫隔處，且應考慮垂直與水平交通。設計塔架時，應考慮製作、運輸、安裝、維護檢修等要求，並在經濟合理的條件下注意塔體的造型美觀。

2塔架設計的計算要點

塔架的靜力分析可採用空間桁架模型，即塔架主要構件均為二力杆。抗震等級為一級的塔架，還需進行動力分析。塔架上的荷載可分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載。永久荷載包括塔架自重、固定設備、平台梯子、管線及保温等重量；可變荷載包括風荷載、雪荷載、覆冰荷載、平台荷載、安裝檢修荷載、温度變化應力等；偶然荷載一般為爆炸荷載。風荷載除了風荷載體型係數和風壓高度變化係數外還需考慮風振係數。當採用三角形塔架時，應考慮0°風、60°風、及300°風三種風向進行計算；正方形塔架應按0°風和45°風兩種風向進行計算。計算風荷載時可分別計算塔架、排氣筒及主要配管擋風面積引起的風荷載，而不考慮相互的擋風影響。從以往的計算結果來看，三角形塔架的.300°風即風朝着三角形邊正面吹來時為風荷載最不利風向；正方形塔架的45°風即風朝着正方形角上吹來時為風荷載最不利風向。抗震設防的塔架應考慮水平地震作用，抗震等級為一級的塔架還需考慮豎向地震作用。計算地震作用時，結構構件的重要性係數可取1.0，強度抗震調整係數取0.75，穩定抗震調整係數取0.80，塔架重力荷載應為：1.0永久荷載+0.5活荷載雪荷載及平台荷載。在計算地震作用時，其阻尼比可採取0.03。風荷載作用下塔架任意一點最大水平位移應不大於該點距地面高度的1/150；地震作用下塔架任意一點最大水平位移應不大於該點距地面高度的1/100。計算塔架自重時應考慮節點板、法蘭盤及焊縫的重量，可按塔架杆件的自重乘以1.15~1.20的係數確定。

3塔架的節點設計

圓鋼管塔架的節點一般採用鋼管相貫連接節點，相貫連接後，採用法蘭將各個構件連接在一起。法蘭盤的支承面應平整，法蘭盤的鏈接宜採用高強度螺栓。法蘭盤及高強度螺栓均宜採用鍍鋅結構。法蘭盤的最小厚度不宜小於16mm。受力螺栓的直徑不宜小於M14，且應考慮0.5mm的腐蝕裕度。每個法蘭盤上的螺栓不應少於4個，且沿圓周均勻佈置。法蘭盤內徑與鋼管外徑的間隙不得大於3mm，徑向相對間隙之和不得大於4.5mm。法蘭盤中徑設計時應考慮在法蘭盤筋板之間預留螺栓墊片，筋板焊縫的空間。

4塔架的構造要求

塔架結構的構造應滿足塔架在使用狀態下以及在製造、運輸、安裝等施工階段的受力和變形的要求。塔架基礎頂面高出地面不應小於300mm。塔柱與基礎鉸接時，每個柱的錨固螺栓不宜少於4個，地腳螺栓應採用雙螺帽。柱靴板高度宜大於塔柱截面高度或直徑。柱腳外露時，應考慮排水，可設置圓形排水孔。塔柱及腹杆等構件，當採用不同厚度的鋼板、不同直徑的鋼管、圓鋼分別對接時，均應有平滑過度段，過渡段長度應符合下列要求：a)鋼板的過度段的坡度不得大於1：4；b)鋼管或圓鋼的過渡段長度不得小於直徑差的2倍。

5結束語

結合場地地質、氣候（風載）條件，塔架高度、佔地等設計參數，及其附屬使用功能的要求，塔架結構設計從方案開始需要考慮結構體形選擇、主體結構型式選擇、支撐結構體系佈置，以確立結構體型簡潔傳力明晰的模型；在模型適宜的基礎上，還需選擇合適的杆件型材規格，以滿足結構運算需要和塔架結構承載的要求。按筆者已經完成的一個97米高的火炬塔架設計中的思考與總結，上文談到了塔架結構設計的基本原則、荷載取值與結構其它相關參數選擇等基本要求，側重提及了塔架結構設計過程中需要涉及的平面佔地尺寸選擇、結構剛度、杆件長細比控制、節點構造設計要求及相關參數的一些參考控制指標值等內容，以期同行們在碰到塔架設計時略有參考用處，並敬請指正不當之處，以求進步。

參考文獻：

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