石化加热炉钢结构设计方法研究王海涛

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1、工业炉石油化工设备技术，２０１３，３４（３）·１２·Ｐｅｔｒｏ－ＣｈｅｍｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ石化加热炉钢结构设计方法研究王海涛１，王佼姣２，施刚２，厉亚宁１，蔡建光１，孙毅１（１．中国石化工程建设有限公司，北京１００１０１；２．清华大学土木工程系，北京１０００８４）摘要：针对目前带壁板钢结构传统设计中不考虑壁板侧向刚度从而导致经济性不佳的问题，以某石化行业加热炉钢结构为工程背景，提出了考虑壁板作用的加热炉钢结构设计方法。讨论了壁板与周围构件的连接方式、壁板加劲肋的合理布置和构造措施、框架柱计算长度系数的取值方法等关键设计问题。结果显示应力比控制在０．８５以

2、内（框架柱０．７５）时，新设计方法与传统设计方法相比，结构用钢量可以节省２０％。关键词：加热炉设计方法带壁板钢结构框架柱计算长度系数加劲肋加热炉是将物料加热的设备，应用遍布于石被利用，这不但不能真实地反映结构的受力性能，【６－７】油、化工、机械、冶金等诸多行业。在石化行业，加在经济上也是很大的损失。石化行业某加热热炉内炉管排布、燃烧器布置、进出口管线等形式炉钢结构工程外型巨大，如果还是采用传统的框复杂，且长期处于高温环境下，其结构设计的安全架分析模型和设计方法，必定会造成梁柱截面过可靠尤为重要。对于加热炉结构的设计，国内大大、结构整体外型硕大的问题，影响使用空间且使多数企业完全采用

3、传统设计方法，即按照常用的得工程建设成本大大增加。本文考虑了壁板作理论和经验公式确定结构设计的参数，由于缺乏用，对该工程加热炉整体结构进行了设计分析，研现代设计手段，传统设计过于保守，效率低下。对究了带壁板的加热炉钢框架的一些关键设计于加热炉结构进行设计方法研究，改进其工程设问题。计，有利于提高石化行业的结构设计效率，降低设１工程背景计成本。石化行业某加热炉为一台箱式立管加热炉，一些科研单位对加热炉结构的设计和优化方单辐射室，单对流室，炉子本身具有跨度大、无中【１】间立柱等特点。框架的长、宽、高为２８８７６ｍｍ×法进行了研究。刘斌等人以Ａｎｓｙｓ软件为基础，采用ＶＢ语言编写了可视化

4、程序，开发了加热１５３２０ｍｍ×３２６７０ｍｍ。短跨方向主柱４根，炉结构设计平台，可实现典型加热炉设计参数的长跨方向主柱６根。距框架柱底１．６ｍ处以上设修改。王晓波【２】以ＶＢ为开发工具，Ａｃｃｅｓｓ作为有钢壁板，厚度为５ｍｍ，炉顶板和底板分别为８，数据支持进行了加热炉钢结构的设计平台开发，１６ｍｍ。加热炉竖向除顶部烟囱外分为辐射段实现了结构的强度、稳定性校核以及自振周期的（标高为１．６～１７．９７ｍ）、辐射转对流段（标高为计算。赵曜【３】等人针对加热炉结构二维设计过程１７．９７～２３．３７ｍ）、对流段（标高为２３．３７～３２．６７难以表达空间结构的问题，依照模块化设计思想，ｍ）三

5、个部分，如图１所示。整个结构钢材均为开发了交互式绘图程序，实现了三维化设计。张Ｑ２３５。立杰等人【４】采用数学中的一维搜索法，以结构总２模型说明重量为目标函数，实现了基于离散变量算法的结２．１模型概况【５】本工程主体结构为带壁板的钢框架结构，在构优化设计。厉亚宁对某制氢转化炉钢结构进行了壁板对钢结构内力和变形的影响分析，建议收稿日期：２０１２－０３－２５。在炉子钢结构设计中计入壁板的作用。作者简介：王海涛，男，２００６年毕业于哈尔滨工业大学结构石化行业中方形加热炉钢结构一般设计为带工程专业，获硕士学位，现在工业炉室从事炼油加热炉设计有表面钢板的框架结构，我国工程

6、建设中按纯框工作，工程师。架考虑，壁板只作为围护结构，其受力作用一直没Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｈａｉｔａｏ＠ｓｅｉ．ｃｏｍ．ｃｎ第３４卷第３期王海涛等．石化加热炉钢结构设计方法研究·１３·设计软件Ｍｉｄａｓ／Ｇｅｎ中建模。为计算结构的真于单质点体系的结构。本加热炉结构不属于此类实受力情况且便于施加荷载，将所有框架和壁板结构，宜采用振型分解反应谱法进行多遇地震下结构均进行建模，包括主框架梁柱、水平支撑、竖的分析，在Ｍｉｄａｓ软件中采用反应谱分析实现。根【８】向支撑、壁板加劲肋、平台桁架等多种杆件。截面据抗震规范ＧＢ形码５００１１—２００３中第８．２．２，首选型钢，其次为焊接截面，涉及到Ｈ

7、型钢、槽多遇地震下的计算，高度不高于５０ｍ的钢结构，钢、角钢、焊接工字型等多种截面形式。Ｍｉｄａｓ整阻尼比可取为０．０４。７度抗震区可不考虑竖向地体模型见图２。震作用。荷载组合在Ｍｉｄａｓ中依照荷载规范自动组合，包括了两个方向的风荷载和两个方向的地震荷载。２．３壁板参与受力的考虑侧墙壁板是否能参与水平荷载的受力与其和周围构件的连接关系密不可分。为防止壁板在正常使用状态下发生屈曲影响其性能，需在壁板上设置水平和竖向加劲肋。壁板和竖向边缘构件（柱和竖向加劲肋）、水平边缘构