- 相關(guān)推薦
橡膠膜密封煤氣柜工程技術(shù)的論文
0 引言
轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生的煤氣波動大、溫度高（ 72℃） 、含塵量大（ 標態(tài)下 100mg/m3） ,直接排放到大氣中會造成嚴重空氣污染且浪費大量資源，因此建造煤氣產(chǎn)銷量不平衡轉(zhuǎn)換設(shè)備成為行業(yè)發(fā)展的重要一環(huán)。橡膠膜密封煤氣柜具有單位時間內(nèi)吞吐氣量大、維護簡便、密封效果好等優(yōu)點，滿足了轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)周期短、短時間產(chǎn)氣量大的特點，較好地解決了煉鋼生產(chǎn)對環(huán)境的污染和資源浪費問題。
橡膠膜密封煤氣柜采用合成橡膠膜密封，柜體基本結(jié)構(gòu)是由鋼制球面拱形底板及活塞板、立柱及側(cè)板、外側(cè)抗風桁架、球面拱形柜頂及調(diào)平裝置、密封裝置構(gòu)成的一個薄殼圓柱形幾何體。轉(zhuǎn)爐煤氣含有大量 CO,毒性很大，在儲存、運輸、使用過程中必須嚴防泄露，如泄露將造成非常嚴重的安全事故，因此對煤氣柜建造精度要求很高，其建造質(zhì)量的好壞直接影響了結(jié)構(gòu)使用年限和使用安全。
1 工程概況
橡膠膜密封型煤氣柜早期代表柜型為美國人威金斯發(fā)明的威金斯型煤氣柜，過去也稱之為布簾式煤氣柜。我國在 1985 年后自主開發(fā)了 3 萬，5萬，8 萬，15 萬 m3型橡膠膜型煤氣柜，其中 8 萬 m3應(yīng)用最為廣泛。以某公司 8 萬 m3橡膠膜密封型煤氣柜為例，柜體由底板、立柱、環(huán)梁、側(cè)板、柜頂板、活塞、T 形擋板、調(diào)平裝置、密封裝置、柜身平臺等組成，氣柜總高 50m、活塞最大行程 30. 704m、氣柜側(cè)板內(nèi)徑 58. 00m、側(cè)板高 39. 07m.
2 工程特點及難點
1） 側(cè)板、底板、頂板、活塞板均由以 3. 2,4. 5mm厚鋼板為主的薄板搭接焊接組合而成，焊接面積非常大，如圖 1 所示。以內(nèi)徑 57 500mm、跨中矢高7 705mm的球面結(jié)構(gòu)的柜頂板為例，除外圈環(huán)板采用厚4. 5mm鋼板外，其余均用 3. 2mm 厚鋼板拼接組合而成，組合面積達 3 000mm2.大面積薄板焊接存在焊接變形大、焊接收縮量不易控制的施工難題，若不采取合理焊接措施局部起拱變形可達 300mm,影響使用。
2） 在橡膠膜密封煤氣柜柜體結(jié)構(gòu)中，需要加工成弧形的構(gòu)件非常多，經(jīng)測算1 座8 萬 m3橡膠膜密封型煤氣柜所含弧形構(gòu)件總長度近 1 500m,工程量約 270 余 t,占整個煤氣柜總質(zhì)量的 20%.如側(cè)板加勁肋、抗風桁架等部位，這些構(gòu)件以角鋼為主，彎曲弧度大小不一，加工成弧形耗時長、輔材消耗量大，且彎制弧度的精度很難保證。
3） 煤氣柜鋼柱由基柱與立柱進行空中組裝而成，安裝層數(shù)多、精度要求高，立柱垂直度的控制是施工難點也是重點。
4） 煤氣柜立柱的頂柱在與柜頂提升相結(jié)合時，其結(jié)構(gòu)安全性不能保證。
5） 采用倒鏈或普通液壓設(shè)備提升柜頂結(jié)構(gòu)時，提升進程很難同步，極易造成局部承重超載，甚至因柜頂失控墜落釀成傷亡事故。
6） 氣柜總高 50 000mm,施工時高空作業(yè)非常多也是煤氣柜施工的特點。同時，橡膠膜密封式煤氣柜的施工還存在很多弊端，如單根柜頂梁安裝時需頻繁定位且常常發(fā)生不同程度的歪斜、因視野受限控制測設(shè)過程繁瑣、非球面結(jié)構(gòu)定位精度差等。
3 煤氣柜施工關(guān)鍵技術(shù)
3. 1 視野受限條件下控制網(wǎng)測設(shè)技術(shù)措施。
1） 橡膠膜密封煤氣柜作為鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中的轉(zhuǎn)換設(shè)備，其施工時周圍的建（ 構(gòu)） 筑物往往均已形成，導致控制網(wǎng)測設(shè)視野受限的問題時有發(fā)生。
2） 不通視條件下，傳統(tǒng)做法是引測更高等級的控制點，重新布設(shè)施工控制網(wǎng)，然后再依據(jù)新的施工控制網(wǎng)復測煤氣柜柜體中心。重新布設(shè)控制網(wǎng)不能保證煤氣柜中心測設(shè)依據(jù)的連貫性和統(tǒng)一性，容易出現(xiàn)因測設(shè)起始點變化而造成的系統(tǒng)性偏差，從經(jīng)濟角度看重新布設(shè)控制網(wǎng)相當于額外地增加測量工作量，耗費人工、材料，效率低下。
3） 采用余弦定理解三角形法進行橡膠膜密封煤氣柜中心控制點測設(shè)或復測可很好地解決以上問題，如圖 2 所示。
4） 通過把不通視的兩點坐標引測出來，解決了兩控制點之間不能通視的問題，同時保證了整個橡膠膜密封煤氣柜整體測設(shè)依據(jù)的連貫性和統(tǒng)一性，減少了重復工作，提高了工作效率，控制網(wǎng)的測量精度也更高。
5） 側(cè)板放散管孔需在圓柱形側(cè)板面上定位，使用傳統(tǒng)的測量工具很難完成立面到平面的引線工作。
可以通過制作引線器，利用引線器將立面引到平面。
3. 2 柜底板焊接后平整度控制。
1） 某 8 萬 m3煤氣柜底板是由4. 5mm 厚薄板搭接焊接而成的球面拱形，投影直徑 51 722mm,矢高2 250mm,搭接最小長度為 25mm,焊后平面度要求2m 范圍內(nèi)≤60mm.施工中必須采取合理的裝配、焊接順序，以減小薄板焊接收縮應(yīng)力，避免柜底板變形、起拱。
2） 針對煤氣柜底板特點，在對煤氣柜底板進行焊接時采取分片局部焊接、整體拼接的方法，以減小變形。首先按布置形式將柜底板分為中部板和周邊環(huán)板，再針對中部板和環(huán)板的特點確定焊接順序，合理選擇焊接參數(shù)，控制焊接變形。
3） 中部板的焊接采用 X 形焊接方法： 留下 X 形不進行焊接，先定位焊再正式焊，先橫向短焊縫后再縱向長焊縫。焊接時從中心部分的橫向焊縫開始（ 中心板不進行定位焊接） ,分區(qū)域同時向周邊推進，距 3 塊板搭接部位的端部，不進行焊接，同時 3塊板重疊處的最上層板應(yīng)進行切角。
4） 最外圈柜底環(huán)板（ 第 3 帶外環(huán)板） 與側(cè)板之間雙面角焊縫連接，控制不當會導致底板變形上拱，離地可達幾百毫米。為避免側(cè)板和柜底板間環(huán)焊縫的焊接變形與柜底板主體焊接變形造成累積誤差，將柜底板分成 2 部分： ①和煤氣柜側(cè)板直接連接的最外圈柜底環(huán)板； ②不與煤氣柜側(cè)板連接的中部板和第 2,3 帶外環(huán)板。先焊圓周第 2,3 帶外環(huán)板的縱向焊縫，再進行各個相互搭接縫和環(huán)狀板預(yù)留焊縫的焊接。
3. 3 制作弧形構(gòu)件 加 工裝置解決 弧 形 構(gòu) 件 加 工難題。
1） 在橡膠膜密封煤氣柜柜體結(jié)構(gòu)中，所要用到的彎曲角鋼非常多，且角鋼的彎曲弧度并不一致，這給角鋼的制作帶來了極大困難。
2） 以往角鋼的煨制首先要在操作平臺上焊上固定擋板，然后將角鋼固定后，再配合千斤頂、火焰烘烤將構(gòu)件煨制成所需弧度。此方法完全依靠人工煨制，耗時耗力，而且在大錘敲擊下，角鋼難免會出現(xiàn)局部變形的情況，難以達到煨制弧度精度要求。而且隨著煤氣柜所需煨制角鋼量越來越大，操作平臺上的固定擋板需要不斷重新確定，重復性操作多，輔材用料大。
3） 自制彎制臺架，施工時將角鋼從臺架一端開槽處穿入，然后用千斤頂上部頂住角鋼開始彎制，待角鋼上面頂?shù)蕉ㄎ粭U時，停止千斤頂操作并保持1min.然后千斤頂卸載，移動角鋼按上述操作繼續(xù)進行彎制，直至整根角鋼彎制完畢。臺架的規(guī)格和尺寸根據(jù)需彎制角鋼的大小、弧度確定，能夠有效解決弧形構(gòu)件加工難題，減少輔材消耗，加快施工進度、提高生產(chǎn)效率。
3. 4 采用雙排柜頂梁同時吊裝，減少施工工序。
1） 柜頂梁起拱最高處距離活塞板 5. 8m,空間定位和吊裝就位施工存在很多不便。
2） 傳統(tǒng)柜頂梁安裝采用單根測量定位后再吊裝單根梁就位，就位后常因未形成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)而發(fā)生失穩(wěn)。
3） 改變傳統(tǒng)做法，選擇雙排柜頂梁同時吊裝。
首先，需要在活塞板上根據(jù)柜頂梁的間距搭好臺架，將彎制好的柜頂梁用塔式起重機吊入柜內(nèi)，在臺架上拼接好，雙排柜頂梁之間焊上角鋼，以固定相對位置。柜頂梁十字搭設(shè)完畢后，利用塔式起重機將雙排柜頂梁同時吊起，焊接就位。施工時，因為柜頂梁相對位置已經(jīng)固定，不必再重復測量放線，很大程度上節(jié)省了工期和人力。
3. 5 通過 BIM 參數(shù)模型對立柱進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析、模擬安裝。
1） 經(jīng)方案對比，柜頂結(jié)構(gòu)采用整體提升方式最為合理，即在柜體形成后以立柱為支撐進行提升安裝。
2） 以立柱為支撐點的傳統(tǒng)做法分為 2 種： ①方法 1 在多根立柱上焊接吊點，安裝倒鏈后通過多點提升進行柜頂結(jié)構(gòu)安裝，此方法立柱未進行安全改造與驗算只是簡單地加設(shè)了安裝吊點。①方法 2柜頂結(jié)構(gòu)立柱上設(shè)置提升平臺，提升平臺結(jié)構(gòu)為剛性柱，柱頂焊接懸挑牛腿。此種提升平臺結(jié)構(gòu)柱與柜頂立柱的連接形式是剛接，提升荷載引起的彎矩將傳遞至柜頂立柱上。采用這 2 種方法施工時，立柱在吊裝過程中受力不平衡很容易發(fā)生單根鋼柱變形超差甚至彎折、個別倒鏈斷裂、柜頂結(jié)構(gòu)傾覆等安全事故，必須進行安全改造。
3） 經(jīng)模型分析，方法 1 無法通過安全驗算，不應(yīng)使用； 方法 2 存在不足應(yīng)進行安全技術(shù)改造。
4） 通過 BIM 參數(shù)模型對立柱進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，對原提升平臺做局部改造，減小平臺柱根部的彎矩，簡化了平臺柱根部的連接形式。充分利用煤氣柜的立柱結(jié)構(gòu)，對立柱進行安全改造。在提升平臺頂端設(shè)置斜向拉桿，拉桿根部與抗風柱桁架焊接，通過拉桿的軸力改善平臺柱根部的彎矩，以滿足軋制 H200 型鋼的截面要求。
5） 經(jīng) 測算 原 提 升 平 臺 結(jié)構(gòu)的 柜 頂 彎 矩 97. 9kN·m,改造后柜頂彎矩為 20. 86kN·m,彎矩減小為原結(jié)構(gòu)的 21. 3%.柜頂柱的截面為軋制 H200 ×200× 8 × 12,材質(zhì) Q235B.柜頂節(jié)點強度為 73MPa,為改造前結(jié)構(gòu)強度的 41%,安全系數(shù)大大增加。圖 3為立柱改造前后受力對比示意。
6） 通過對原結(jié)構(gòu)的改造，提升平臺柱的受力大大改善，按等強原則設(shè)計，平臺柱頂以下 1/4 部分需做貼板加固，其余 3/4 部分無需加固，減小了臨時措施量，提升平臺的臨時措施量減小約 25%,也不存在穿透平臺板的問題，柜頂柱節(jié)點應(yīng)力大大減小。 3. 6 改變傳統(tǒng)倒鏈提升柜頂?shù)姆椒ǎ捎孟冗M液壓方式同步提升。
1） 某煤氣柜由 30 根立柱組成，立柱為截面高度 200mm 的 H 型鋼，柜頂結(jié)構(gòu)組裝后總重約 180t,提升至柜頂其行程達 38. 700m.
2） 根據(jù)該煤氣柜的外形及立柱設(shè)置特點，在柜頂外圍設(shè)置 15 個提升吊點，對立柱進行安全改造后液壓提升。
3） 采用液壓提升器作為提升機具，柔性鋼絞線作為承重索具。液壓提升器為穿芯式結(jié)構(gòu)，以鋼絞線作為提升索具，具有安全、可靠、承重件自重輕、運輸安裝方便、中間不必鑲接等一系列獨特優(yōu)點。
4） 液壓提升器兩端的楔形錨具具有單向自鎖作用。當錨具工作（ 緊） 時，會自動鎖緊鋼絞線； 錨具不工作（ 松） 時，松開鋼絞線，鋼絞線可上下活動。
5） 液壓提升過程包括 2 個： ①上升過程 上錨緊→伸缸拔下錨→下錨緊→非同步縮缸。②下降過程 下錨緊→縮缸拔上錨→非同步伸缸→上錨緊→伸缸拔下錨→同步縮缸。一個流程為液壓提升器一個行程。當液壓提升器周期重復動作時，被提升重物則一步步向上提升。
6） 同步控制系統(tǒng)由計算機、動力源模塊、測量反饋模塊、傳感模塊和相應(yīng)的配套軟件組成，通過CAN 串行通信協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)。本控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠，高精度特點。采用雙控原則，即位移控制和壓力控制，可滿足同步提升的精度要求。
7） 采用本方法進行柜頂提升安全系數(shù)大為提高，施工工期縮短，僅 6h 即可將柜頂結(jié)構(gòu)提升就位（ 不含試吊時間） .
4 結(jié)語
橡膠膜密封型煤氣柜施工關(guān)鍵技術(shù)是從橡膠膜密封煤氣柜傳統(tǒng)施工方式的弊端出發(fā)，通過實際生產(chǎn)中的探索與實踐，改進施工生產(chǎn)方式，研究出多項更加實用和先進的新工藝、新技術(shù)。橡膠膜密封煤氣柜施工關(guān)鍵技術(shù)保證了橡膠膜密封煤氣柜安裝的精確度，改進了煤氣柜立柱垂直測量方式，設(shè)計出安全可靠，且更利于柜頂結(jié)構(gòu)進行液壓提升的柱頭形式，形成了一套較為完整和先進的橡膠膜密封煤氣柜成套建造技術(shù)。
該技術(shù)在實際工作中已通過宣鋼、軋三、青鋼等多個煤氣柜項目上的檢驗，且宣鋼、軋三項目均已順利運行 2 年以上，施工質(zhì)量達到設(shè)計預(yù)訂目標，也為建設(shè)方取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
這證明該關(guān)鍵技術(shù)成功改進了傳統(tǒng)施工技術(shù)，增加了安全性，創(chuàng)造了很好的社會效益和經(jīng)濟效益，推廣、應(yīng)用前景非常廣闊。
參考文獻：
[1] 谷中秀。 橡膠膜型干式煤氣柜[M]. 北京： 冶金工業(yè)出版社，2010.
[2] 煤氣柜工程施工及驗收規(guī)范： YB4410-2014[S]. 北京： 冶金出版社，2014.
[3] 北京鋼鐵設(shè)計研究總院。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范： GB50017-2003[S]. 北京： 中國計劃出版社，2003.
[4] 冶金工業(yè)部建筑研究總院。 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范：GB50205-2001[S]. 北京： 中國計劃出版社，2002.
[5] 中冶建筑研究總院有限公司。 鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范： GB50661-2011[S]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2011.
【橡膠膜密封煤氣柜工程技術(shù)的論文】相關(guān)文章：
對污水泵密封的改造探索論文04-29
就橡怎么造句09-11
小議烤煙調(diào)制煤的燃燒方式論文05-06
煤頭（煤頭）04-29
千橡互動集團04-29
致 橡 樹--舒婷05-02
工程技術(shù)類論文05-05
現(xiàn)代煤企人事管理創(chuàng)新論文05-01
時代密封器05-01