余慧英

窯尾技術(shù)改造結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)簡介

Structural Reinforcement Design for Preheater Technology Modification

余慧英

在中國水泥廠有限公司3號(hào)窯燒成系統(tǒng)技改中，通過改造局部設(shè)備，優(yōu)化工藝流程，達(dá)到降低能耗、適當(dāng)提高設(shè)備生產(chǎn)能力的目的，更好地執(zhí)行國家節(jié)能增效的方針政策。本文敘述了在窯尾改造過程中遇到的一些加固設(shè)計(jì)計(jì)算，鋼梁鋼柱的加固方案，施工需要注意的問題等，供類似改造工程借鑒。

技術(shù)改造；加固設(shè)計(jì)；技改效果

窯尾技改一般是對(duì)運(yùn)營多年的老廠進(jìn)行改造，通過對(duì)分解爐進(jìn)行擴(kuò)容改造、三次風(fēng)管旋風(fēng)筒局部改造、更換煙室，優(yōu)化工藝流程，解決運(yùn)行過程中存在的熱耗偏高、分解爐及五級(jí)筒出口溫度倒掛、煤粉在爐內(nèi)燃燒不完全等問題，進(jìn)一步降低系統(tǒng)熱耗，降低成本，適當(dāng)提高設(shè)備生產(chǎn)能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，在水泥廠得到較為廣泛的運(yùn)用。改造涉及結(jié)構(gòu)框架的加固計(jì)算，各層平面中的鋼梁、鋼平臺(tái)、鋼梯的部分拆除新加，鋼梁鋼柱強(qiáng)度不夠需要加固等結(jié)構(gòu)問題，本文以中國水泥廠有限公司3號(hào)窯燒成系統(tǒng)技改為例，介紹改造中結(jié)構(gòu)專業(yè)加固的設(shè)計(jì)和施工。

1 加固設(shè)計(jì)計(jì)算

1.1 工藝主要修改內(nèi)容

（1）9.150m平面煙室加大，煙室混凝土基礎(chǔ)需要改造。

（2）由于三次風(fēng)管改造，19.150m平面新加三次風(fēng)管支架。

（3）45.150m平面分解爐改造。

（4）對(duì)部分樓梯及檢修平臺(tái)改造。

1.2 設(shè)計(jì)荷載

框架所受主要荷載按來源分類如下：

（1）結(jié)構(gòu)荷載：鋼結(jié)構(gòu)樓板恒載1kN/m2（鋼梁自重程序自動(dòng)計(jì)算），樓板活載取4.0kN/m2、積灰荷載取0.5kN/m2、雪荷載不考慮，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，基本風(fēng)壓：0.4kN/m2。

（2）工藝荷載：三次風(fēng)管支架荷載，煙室荷載，分解爐荷載，旋風(fēng)筒荷載，風(fēng)機(jī)等設(shè)備、檢修鋼平臺(tái)、樓梯等荷載。

由于老廠建設(shè)時(shí)間較長，其間可能存在各種修改，最好在設(shè)計(jì)前土建、工藝、電氣、設(shè)備等專業(yè)做實(shí)際現(xiàn)場測繪，確保設(shè)計(jì)符合實(shí)際需要，按現(xiàn)行GB 50144-2008《工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50292-1999《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行可靠性鑒定，其鑒定結(jié)果作為加固設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)改造的工藝資料，搜集原有結(jié)構(gòu)資料，采用PKPM建模計(jì)算框架，對(duì)計(jì)算承載力不足的梁柱進(jìn)行加固。

1.3 車間結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

中國水泥廠有限公司3號(hào)窯燒成系統(tǒng)窯尾框架，地上7層，其中首層9.150m平面以下為混凝土框架，9.150m平面以上6層為鋼框架結(jié)構(gòu)，標(biāo)高19.150m，32.650m，45.150m，58.150m，72.650m，84.050m，框架柱網(wǎng)尺寸為24m×16m，總高度84.050m。柱網(wǎng)布置見圖1。

圖1 柱網(wǎng)布置圖

上部鋼框架鋼柱為焊接H型鋼柱，截面尺寸最大H900×850×30/40，最小H500×500×18/25；鋼框架梁為焊接H型鋼梁，平面鋼梁為焊接H型鋼梁、熱軋H型鋼、熱軋普通工字鋼及槽鋼等。

1.3.1 9.150m混凝土平面

煙室改造荷載沒太大變化，原混凝土梁柱強(qiáng)度足夠，僅對(duì)煙室基礎(chǔ)進(jìn)行局部改造，原錨栓保留，表面鑿毛，二次澆注加大基礎(chǔ)面積。當(dāng)原錨栓銹蝕嚴(yán)重，無法與新設(shè)備錨固，可以將原澆注層打掉采用CGM高強(qiáng)灌漿料重新澆注，澆注層少灌30mm厚，新增一塊30mm厚的鋼板，板上開好螺栓孔，套在原螺栓上，再二次澆注，然后將新煙室支腿焊在新加的30mm鋼板上。

1.3.2 上部鋼結(jié)構(gòu)加固改造平面

19.150m平面工藝新加三次風(fēng)管支架，支架荷載較大，經(jīng)復(fù)核，支架下部鋼梁及周邊傳力的鋼框架梁截面不夠，需要加固。45.150m平面分解爐修改比較大，荷載增加大，需要拆除中間1個(gè)柱網(wǎng)內(nèi)的樓面，重新布置平面。經(jīng)復(fù)核，邊緣框架梁截面需要加固，由于新加方形膨脹節(jié)頂部離鋼梁很近，此處可采用鋼梁上下貼鋼板加固，要特別注意加固鋼梁不要碰到設(shè)備。

部分樓層的旋風(fēng)筒需要整體旋轉(zhuǎn)，支點(diǎn)位置發(fā)生變化，要新加支點(diǎn)鋼梁，以確保受力安全。

（1）鋼梁加固

采用方案：

a新加荷載不大時(shí)可采用鋼梁下貼鋼板，為了貼合密實(shí)，與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，鋼板中間間距300開孔塞焊，邊緣角焊縫滿焊。

b新加荷載較大、鋼梁強(qiáng)度欠缺較多時(shí)，可在原鋼梁下面加T形鋼補(bǔ)強(qiáng)，T形鋼高度除按計(jì)算確定外，還需滿足焊接施工的操作空間要求。此時(shí)要特別注意增加梁高度后是否碰到設(shè)備，當(dāng)影響設(shè)備時(shí)，可采用局部鋼梁上翻，根部加高，中間貼板，上下翼緣貼板等方案滿足工藝需要。

圖2 非框架鋼梁加固立面示意圖

圖3 框架鋼梁加固立面示意圖

圖4 鋼梁加固截面圖

c當(dāng)增加梁高受限時(shí)可配合腹板貼板，鋼板中間間距300開孔塞焊，邊緣坡口焊縫滿焊。如圖2、圖3、圖4。

（2）鋼柱的加固

由于45.150m平面荷載增加較大，相關(guān)中間4根鋼柱在9.150～45.150m標(biāo)高之間強(qiáng)度不夠，需要加固，見圖5。在需補(bǔ)強(qiáng)的樓層柱側(cè)補(bǔ)T形鋼柱，上下翼緣傾斜過渡。當(dāng)穿越懸挑鋼平臺(tái)時(shí)，等強(qiáng)過渡處理，翼緣截?cái)嗪附?，腹板貼板開孔塞焊，如圖6。

圖5 框架柱加固平面圖

圖6 鋼柱加固

2 施工過程需要注意的問題

（1）卸載

首先要求在改造加固作業(yè)正式開始前先行卸載；所有生產(chǎn)及輔助設(shè)備停止運(yùn)行，設(shè)備中積料出清，各類鋼倉、灰斗、管道排空，樓面、操作平臺(tái)上無堆載，除必要的施工人員和小型工具外，沒有其他活荷載作用。拆除所有待更新的或不再使用的舊設(shè)備、舊管道、舊非標(biāo)件等。

（2）鋼平臺(tái)安裝

做好原有鋼平臺(tái)鋼梯的記錄：在對(duì)部分多余的原鋼平臺(tái)、樓梯進(jìn)行拆除，新增加鋼平臺(tái)及樓梯、設(shè)備安裝過程中，需要拆除部分有用的鋼梯及平臺(tái)，施工過程中注意做好標(biāo)示記錄，便于恢復(fù)。

鋼平臺(tái)拆除前可根據(jù)現(xiàn)場需要，在原有結(jié)構(gòu)和設(shè)備上設(shè)置吊桿，吊掛于鋼梁底或設(shè)備下。

（3）施工安全

加固改造過程中，若發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)或相關(guān)工程隱蔽部位出現(xiàn)損傷或嚴(yán)重缺陷時(shí)，應(yīng)立即停止施工，并會(huì)同加固設(shè)計(jì)者采取有效措施進(jìn)行處理后再繼續(xù)施工；對(duì)加固過程中可能出現(xiàn)傾斜、失穩(wěn)或倒塌等不安全因素的結(jié)構(gòu)，在加固改造施工前，應(yīng)采取相應(yīng)的臨時(shí)安全措施，以防止事故的發(fā)生。

焊接鋼結(jié)構(gòu)加固時(shí)，原有構(gòu)件或連接的實(shí)際名義應(yīng)力值應(yīng)＜0.55fy，如按前述要求卸載后仍達(dá)不到要求，則應(yīng)采取臨時(shí)支頂?shù)却胧├^續(xù)降荷或與設(shè)計(jì)院會(huì)商處理辦法。

3 技改效果

中國水泥廠有限公司3號(hào)窯燒成系統(tǒng)技改，2016年3月1日開始，4月9日技改完成并恢復(fù)生產(chǎn)，技改工作歷時(shí)39d，總計(jì)用鋼量約88t。該項(xiàng)目恢復(fù)投料運(yùn)營后，生料原來喂料量375～380t/h，現(xiàn)在390～395t/h，產(chǎn)量得到提高，各項(xiàng)能耗均有下降，以4月份煤耗電耗指標(biāo)完成情況為參考，與2015年全年平均值比較，標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降3.8kg/t，實(shí)物煤耗下降5kg/t，節(jié)約成本1.85元/t；綜合電耗下降1.7kWh/t，節(jié)約成本1.33元/t；每噸熟料氨水消耗量下降2.2kg/t，減少經(jīng)濟(jì)成本1.28元/t。按熱工標(biāo)定107.9kg/t，預(yù)計(jì)全年將節(jié)約煤 9 250t，電費(fèi)314.5×104kWh，節(jié)約累計(jì)約587萬元，1年內(nèi)就能收回技改投資成本。后期通過持續(xù)優(yōu)化調(diào)整，能耗仍有下降的空間。

4 結(jié)語

水泥行業(yè)作為我國主要的高能耗、高排放產(chǎn)業(yè)，是工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其節(jié)能減排效果對(duì)完成我國能源消耗目標(biāo)、工業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用；加大節(jié)能減排力度，已成為水泥行業(yè)面臨的一項(xiàng)艱巨而緊迫的任務(wù)。中國水泥廠有限公司3號(hào)窯燒成系統(tǒng)技改，通過改造局部設(shè)備，優(yōu)化工藝流程，降低能耗，適當(dāng)提高設(shè)備生產(chǎn)能力，以更好地執(zhí)行國家節(jié)能增效的方針政策，值得推廣應(yīng)用。

工業(yè)建筑中經(jīng)常會(huì)遇到類似改造、加固的問題，有關(guān)鋼梁鋼柱加固的方案很多，本文敘述了在窯尾改造過程中遇到的部分結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)施工的思路，可供類似改造工程借鑒?！?/p>

天津水泥院有限公司土耳其SIVAS項(xiàng)目獲PAC證書

近日，天津水泥院有限公司土耳其SIVAS項(xiàng)目部正式收到業(yè)主Votorantim土耳其分公司（VO?TORANTIM ?IMENTO SANAYI VE TICARET A.?）頒發(fā)的PAC預(yù)驗(yàn)收證書（不含石灰石破碎和均化車間），證書生效日期為2017年8月21日。這標(biāo)志著項(xiàng)目完成了主合同框架下的主體工作，又取得了一個(gè)里程碑式的成果。

土耳其SIVAS項(xiàng)目是天津水泥院有限公司與巴西Votorantim集團(tuán)繼美國SCC項(xiàng)目、巴西Maraba水泥粉磨站、玻利維亞項(xiàng)目之后的又一次合作，也是Votorantim集團(tuán)在美洲以外建造的首條完整的生產(chǎn)線。

項(xiàng)目合同于2015年2月13日簽署并計(jì)時(shí)。在合同執(zhí)行過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)克服工期緊、工作界面多、氣候寒冷等不利因素影響，設(shè)備供貨整體提前近45天，燒成系統(tǒng)于2016年3月17日提前點(diǎn)火。項(xiàng)目于2017年6月16日完成主體車間考核工作，并于7月5日成功舉行竣工典禮。

TU393

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1001-6171（2017）05-0077-04

2017-04-06； 編輯：張志紅