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        套筒式煙囪鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)選型

        2021-09-01 12:58:02伊蒙生
        化肥設(shè)計(jì) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:外筒鋼量內(nèi)筒

        伊蒙生

        (中國五環(huán)工程有限公司,湖北 武漢 430223)

        某項(xiàng)目有4臺480t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐,其產(chǎn)生的煙氣,經(jīng)過除塵、脫硫后送至1座180m的煙囪。采用不設(shè)置煙氣加熱系統(tǒng)(GGH)的濕法脫硫(FGD)工藝技術(shù)。正常運(yùn)行時(shí),排入煙囪的煙氣溫度在50℃左右,濕煙氣在煙囪內(nèi)結(jié)露形成冷凝酸液,屬于強(qiáng)腐蝕性濕煙氣[1]。按照國家關(guān)于煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,確定煙囪采用套筒式煙囪,1個(gè)鋼筋混凝土外筒,2個(gè)鈦鋼復(fù)合板鋼內(nèi)筒(兩爐一管)。

        1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

        煙囪設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

        表1 煙囪設(shè)計(jì)參數(shù)

        2 兩種鋼內(nèi)筒型式對比分析

        現(xiàn)階段,套筒式煙囪內(nèi)筒型式主要有兩種:一是自支撐結(jié)構(gòu),國內(nèi)占比很高,約90%以上,其設(shè)計(jì)、采購、施工全過程都很成熟;二是懸掛式結(jié)構(gòu),節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜,計(jì)算繁瑣,但是可以很大程度節(jié)約成本,近年也有一些工程實(shí)例。下面從結(jié)構(gòu)、計(jì)算、施工、經(jīng)濟(jì)性四個(gè)方面對兩種內(nèi)筒型式進(jìn)行分析比較。

        2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        自支撐式鋼內(nèi)筒,筒身底部通過地腳螺栓與混凝土基礎(chǔ)連接,所有外部載荷直接作用于筒身。鋼內(nèi)筒與混凝土外筒內(nèi)壁之間設(shè)置大于1m的凈間距,并沿?zé)焽栎S線方向設(shè)置檢維修鋼平臺,間隔30m左右設(shè)有水平止晃結(jié)構(gòu)(與鋼平臺配合),限制鋼內(nèi)筒在水平方向的位移。

        懸掛式鋼內(nèi)筒有整體懸掛式和上懸掛下自支撐的組合方式,整體懸掛式鋼內(nèi)筒的整個(gè)筒身通過鋼牛腿設(shè)置在混凝土外筒上的懸掛平臺,上懸掛下自支撐是中上部筒體掛在懸掛平臺,下部筒體支撐在基礎(chǔ)上或者某一標(biāo)高的底層鋼平臺,兩段之間用伸縮節(jié)連接,協(xié)調(diào)兩段筒體之間的變形和位移量。鋼內(nèi)筒于混凝土外筒內(nèi)壁之間同樣設(shè)置大于1m的凈間距,檢修平臺和止晃結(jié)構(gòu)的設(shè)置與自支撐式相同。鋼內(nèi)筒的載荷通過平臺傳遞到混凝土外筒。

        2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

        自支撐式鋼內(nèi)筒的極限承載能力計(jì)算,除應(yīng)包括自重荷載、煙氣溫度作用外,還要考慮混凝土外筒在風(fēng)載和地震作用下產(chǎn)生的變形協(xié)調(diào)、煙道熱脹冷縮產(chǎn)生的推拉力及安裝和檢修作用力。

        內(nèi)筒應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和煙道入口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。

        由于需承受整個(gè)筒身質(zhì)量,自支撐鋼內(nèi)筒是整體受壓的狀態(tài),有失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。為了保證強(qiáng)度和剛度,內(nèi)筒壁厚要足夠大。

        由于筒身不分段,自支撐內(nèi)筒具備良好的整體性,對于正壓運(yùn)行的煙囪,它具備優(yōu)越的抗?jié)B透能力。筒身通過地腳螺栓直接與基礎(chǔ)連接,所以其自重不會(huì)直接作用于混凝土外筒。

        懸掛式排煙筒的載荷主要考慮自重、地震通過外筒作用到內(nèi)筒的力和彎矩、煙氣溫差等。

        內(nèi)筒主要做整體強(qiáng)度、懸掛點(diǎn)和止晃點(diǎn)處筒體局部強(qiáng)度計(jì)算。另外,伸縮節(jié)的設(shè)計(jì)也是懸掛式煙囪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,除考慮由于煙氣溫度變化而引起鋼內(nèi)筒豎向變位,還要考慮在外筒的橫向位移作用下,按照外筒和鋼內(nèi)筒變形協(xié)調(diào)一致原則,鋼內(nèi)筒在懸掛承重平臺和止晃平臺處會(huì)產(chǎn)生一相對位移,而對伸縮節(jié)產(chǎn)生影響。這樣就要求伸縮節(jié)處既要滿足結(jié)構(gòu)的變形要求,又要保證煙囪的密閉性能。

        由于大部分內(nèi)筒(整體懸掛式的全部內(nèi)筒,上懸掛下自支撐式的懸掛段內(nèi)筒)的受力狀態(tài)是軸向拉伸,能充分發(fā)揮鋼板抗拉性能好的優(yōu)點(diǎn),避免鋼板局部壓屈失穩(wěn),筒壁薄[2],用鋼量小。由于設(shè)有伸縮節(jié)(材料通常為氟橡膠),對于正壓運(yùn)行的煙囪,要重點(diǎn)考慮伸縮節(jié)處的抗?jié)B透能力,如果考慮不周,則會(huì)存在安全運(yùn)行隱患。設(shè)計(jì)和施工都要全面且仔細(xì),煙囪運(yùn)行期間要定期巡檢,及時(shí)處理滲漏、腐蝕等情況。

        內(nèi)筒質(zhì)量通過懸掛鋼平臺直接作用于混凝土外筒。

        2.3 施工

        由于自支撐式鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛,其施工技術(shù)也比較成熟,通常情況采用“氣壓頂升”法[3]。該方法具有原理清晰、設(shè)備簡易、操作簡單、過程平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。

        對于懸掛式鋼內(nèi)筒,筒節(jié)吊裝主要采用 “液壓提升”,同樣是一種成熟、可靠的施工技術(shù)。

        由于懸掛式筒身長度通常比自支撐式要短,所以施工周期更短。

        2.4 經(jīng)濟(jì)性

        懸掛式鋼內(nèi)筒具有筒壁薄、用鋼量小、經(jīng)濟(jì)性好的特性,但膨脹節(jié)的施工需牢固可靠,要考慮維護(hù)和更換的費(fèi)用。自支撐式排煙筒整體性好,筒壁厚,用鋼量大,因鋼材成本差價(jià)遠(yuǎn)大于膨脹節(jié)維護(hù)和更換費(fèi)用,所以其經(jīng)濟(jì)性差。

        3 本項(xiàng)目煙囪型式的確定

        綜上所述,自支撐式鋼內(nèi)筒受力情況清晰,結(jié)構(gòu)簡易,但由于整體受壓,存在失穩(wěn)隱患,為此筒壁要厚,用鋼量大。懸掛式鋼內(nèi)整體受拉,充分發(fā)揮鋼材拉伸性能好的優(yōu)勢,不存在失穩(wěn)、筒壁薄、用鋼量小。本項(xiàng)目煙道入口中心線高度41m,經(jīng)計(jì)算比較,懸掛式比自支撐式鋼內(nèi)筒節(jié)省用鋼量40% 左右,由于內(nèi)筒為鈦鋼復(fù)合板,材料價(jià)高,所以費(fèi)用節(jié)省明顯。

        懸掛式內(nèi)筒的設(shè)計(jì)、計(jì)算相比自支撐式要繁瑣,但其受力狀況好,經(jīng)濟(jì)性有明顯優(yōu)勢,正逐步贏得廣大用戶和工程公司的認(rèn)可,而且近幾年的工程應(yīng)用越來越多,相關(guān)技術(shù)也逐步走向成熟。所以項(xiàng)目決定采用懸掛式鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)。

        在工程設(shè)計(jì)時(shí),外部煙氣管道與煙囪鋼內(nèi)筒在連接接口處考慮為無位移連接,即各自解決膨脹問題。如煙囪鋼內(nèi)筒采用整體懸掛式結(jié)構(gòu),經(jīng)計(jì)算,鋼內(nèi)筒最大豎向膨脹量為170mm左右,而在鋼內(nèi)筒入口處的位移無法解決。經(jīng)充分考慮,最終確定鋼內(nèi)筒選用上懸掛、下自支撐,中間設(shè)置伸縮節(jié)的型式(見圖1,標(biāo)注單位為m)。51.5~180m內(nèi)筒通過鋼牛腿懸掛于160m鋼平臺,34~51.1m內(nèi)筒支撐在34m鋼平臺。兩段內(nèi)筒之間設(shè)置膨脹節(jié)(標(biāo)高51.1m)。鋼筋混凝土外筒總高174.5m,內(nèi)筒伸出外筒5.5m。頂平臺設(shè)在173m,懸掛平臺設(shè)在160m,每個(gè)內(nèi)筒均布8個(gè)懸掛鋼牛腿,分別在125m、90m、70m、50m設(shè)置止晃平臺,34m處設(shè)置底部支撐平臺,每個(gè)內(nèi)筒設(shè)置8個(gè)支撐鋼牛腿。

        圖1 煙囪結(jié)構(gòu)

        4 結(jié)語

        目前,煙囪運(yùn)行狀況良好。通過該工程案例,可以得出的結(jié)論如下:與傳統(tǒng)自支撐式鋼內(nèi)筒相比,采用懸掛式鋼內(nèi)筒是完全可行的,且在筒身安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工周期等方面有優(yōu)勢,可取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,具有積極的推廣前景。

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