新型大跨度空冷器鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架的應(yīng)用與設(shè)計

姜楠

摘 要：石化工業(yè)不能缺少空冷器的重要設(shè)備，空冷式的換熱設(shè)備具有較長的使用壽命與較少的污染，同時也有利于節(jié)省能耗并且提高效益。近些年來，大跨度的新型空冷器正在受到更多企業(yè)的認(rèn)可與接受，在動力生產(chǎn)、煉油和化工領(lǐng)域都可以運用大跨度的空冷器。在空冷器自身的結(jié)構(gòu)中包括了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架，這種類型的構(gòu)架可以用來支撐空冷器，從而體現(xiàn)出良好的運轉(zhuǎn)效能。為此，對于大跨度的新式空冷器而言，有必要明確鋼結(jié)構(gòu)的基本特征以及設(shè)計方式；結(jié)合現(xiàn)階段大跨度空冷器的應(yīng)用現(xiàn)狀，探求完善空冷器設(shè)計的思路和對策。

關(guān)鍵詞：新型大跨度空冷器；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架；具體應(yīng)用；設(shè)計方式

空冷器設(shè)備包括了空冷器構(gòu)架，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架可以起到最基本的支撐作用，確?？绽淦髟O(shè)備的持久和穩(wěn)定運行。從市場現(xiàn)狀來看，空冷器設(shè)備本身已經(jīng)接近成熟，然而與之相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架卻并沒有達到完善，仍然有待加以改進。由此可見，對于空冷器內(nèi)部的鋼構(gòu)架有必要加以全面完善，通過技術(shù)改進的措施和手段來實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計[1]。在改進設(shè)計的過程中，運用了大跨度的新型構(gòu)架作為基本支撐，這樣做符合了極端荷載的受力狀態(tài)，同時也保留了空冷器必要的安全儲備。經(jīng)過全方位的設(shè)計優(yōu)化之后，大跨度空冷器就會具備良好的鋼構(gòu)架，有利于延長空冷器的運行年限并且提高空冷器運行的綜合效益。

1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架的基本特征

相比于傳統(tǒng)的空冷器設(shè)備，大跨度空冷器在此基礎(chǔ)上擴大了底部空間，去掉了兩側(cè)支撐與中間立柱。經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進之后，新型空冷器就可以方便檢修并且易于操作。同時，設(shè)計人員去掉了空冷器結(jié)構(gòu)中的立柱部分，對于平臺布置的局限進行了消除，有利于擺放下層設(shè)備并且優(yōu)化設(shè)計。大跨度新型空冷器相比于傳統(tǒng)空冷器來看，在空冷器結(jié)構(gòu)內(nèi)部增加了桁架橫梁、腹桿與立柱等支撐性結(jié)構(gòu)，同時運用了型鋼的形式來提供支撐[2]。

由此可見，經(jīng)過設(shè)計改進后的新型空冷器確保了更少的焊接勞動量，因此也降低了綜合性的安裝強度。對于空冷器施工周期進行了適當(dāng)縮短，對于工程造價予以適當(dāng)?shù)慕档?。然而在此過程中，技術(shù)人員還需要面對鋼截面的防銹以及防腐問題。從日常維護角度來看，對于空冷器在進行防腐與防銹處理時不能缺少適當(dāng)?shù)木S護。因此，新型空冷器更適合運用于腐蝕性較高的高溫環(huán)境下，例如煉化工廠的環(huán)境，進而體現(xiàn)了空冷器鋼構(gòu)架的獨特優(yōu)勢。此外，雙角鋼本身的結(jié)構(gòu)也變得更合理，即便遇到極端的設(shè)備荷載狀況也不至于突然塌陷，因而符合了最基本的抗震性規(guī)定。

2 具體設(shè)計與應(yīng)用

設(shè)計人員具體在設(shè)計新型空冷器內(nèi)部的鋼構(gòu)架時，可以選擇STS的軟件用來輔助設(shè)計。這樣做有利于優(yōu)化最基本的設(shè)計流程和設(shè)計步驟，確保優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析。對于節(jié)點設(shè)計、模型輸入與施工圖繪制等系列環(huán)節(jié)，運用這類軟件都可以進行全方位的優(yōu)化。此外，對于桁架支架與高層框架的結(jié)構(gòu)而言，運用新型軟件都可以實現(xiàn)設(shè)計流程的優(yōu)化。STS軟件設(shè)有型鋼庫，其中包含了組合式的鋼結(jié)構(gòu)截面，例如焊接截面等。運用二維的方法來構(gòu)建精確模型，在此基礎(chǔ)上簡化了原本繁瑣的鋼構(gòu)架模型。在條件允許時，軟件還可以用于支持三維模型，這種設(shè)計措施尤其適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)架設(shè)計。具體而言，在優(yōu)化新型空冷器鋼構(gòu)架的設(shè)計流程時，應(yīng)當(dāng)依照如下思路：

2.1 明確變形承載力

一般情況下，STS軟件都運用了二維建模的措施。在構(gòu)建模型時，設(shè)計人員通?？梢赃x擇互斥輸入的方式，確保優(yōu)化構(gòu)件的橫截面。通過全面的計算，就能得到精準(zhǔn)的長度與橫截面數(shù)據(jù)，這樣做有利于明確空冷器的變形承載力。在選擇空冷器的具體形式時，也應(yīng)當(dāng)依照簡化的規(guī)則來進行篩選，確保滿足最基本的設(shè)計精度。STS設(shè)置了計算模塊與建模模塊，設(shè)計人員對于平面框架可以進行詳細設(shè)計。從桿件設(shè)計的角度來看，軟件模塊也考慮到了剪切變形以及彎曲變形的特殊情況，杜絕細節(jié)的設(shè)計誤差。

2.2 確定桿件長度與構(gòu)架荷載

在確定桿件長度的前提下，才能明確鋼結(jié)構(gòu)整體的承載力特征。對于這個環(huán)節(jié)而言，設(shè)計人員如果沒能給出精準(zhǔn)的長度數(shù)值，那么桿件整體的安全性將會遭受破壞。設(shè)計軟件可以依照橫梁與立柱的剛度來自動確定桿件的基本長度，然后再去考慮額外的平面支撐。此外，設(shè)計軟件還可以輸入鋼構(gòu)架的活動荷載與恒定荷載，密切結(jié)合不同類型的鋼構(gòu)架荷載，然后依照節(jié)點的基本特征來輸入荷載量。

2.3 提高鋼構(gòu)架的抗震性

化工生產(chǎn)中經(jīng)常運用空冷器來輸送物料，而化工生產(chǎn)所需的各類物料通常都具備易爆和易燃的特征。由此可見，在設(shè)計空冷器時就應(yīng)當(dāng)想辦法確保鋼構(gòu)架的良好抗震性，杜絕突然發(fā)生設(shè)備爆炸災(zāi)害。在提高鋼構(gòu)架抗震性的過程中，設(shè)計人員首先就要構(gòu)建精確的三維模型，在進行整體考慮的前提下再去輸入相應(yīng)的抗震性參數(shù)。STS軟件會依照輸入的抗震性能參數(shù)，經(jīng)過綜合運算獲得完整的鋼構(gòu)架抗震模型。

3 結(jié)論

進入新時期后，石化行業(yè)的規(guī)模正在迅速擴大，這種現(xiàn)狀在客觀上需要投入更多的設(shè)備支持。對于空冷器設(shè)備而言，空冷器鋼結(jié)構(gòu)通常包含了較復(fù)雜的內(nèi)部構(gòu)架，對此有必要運用綜合的技術(shù)手段和措施加以改進。只有從根源上改進空冷器的鋼構(gòu)架設(shè)計，才能確?？绽淦髟O(shè)備具有良好的運行穩(wěn)定性，杜絕突然發(fā)生安全故障的可能性。在進行優(yōu)化過程中，設(shè)計人員有必要密切結(jié)合空冷器在具體運行中的各種狀況，完成各項鋼結(jié)構(gòu)指標(biāo)的優(yōu)化。截至目前，關(guān)于空冷器鋼結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計思路并沒有達到完善。未來的實踐中，設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)摸索經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上服務(wù)于空冷器鋼構(gòu)架整體質(zhì)量的提高。

參考文獻

[1]王艷.新型大跨度空冷器鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架設(shè)計與應(yīng)用[J].機械，2012，（12）：30-33.

[2]高暉.國產(chǎn)INCOLOY825高壓空冷器的設(shè)計制造[J].石油化工設(shè)計，2015，（2）：5-7，71.

（作者單位：哈爾濱空調(diào)股份有限公司）