新型干式煤气柜
2015/8/31 10:56:28 点击： 文章来源：www.jshhcc.com
新型干式煤气柜是一种储存可燃气体的大型重要构筑物，广泛用于冶金、石化和市政等行业，干式煤气柜在节约能源和保护环境上发挥着重大作用。国外的钢铁企业在 19 世纪 80 年代已经开始使用大型煤气柜储存煤气，以此来调节产气和用气的不平衡，使钢铁厂的煤气压力得到稳定，我国上世纪 70 年代开始建造煤气柜，合理利用副产的二次资源，减少了大气污染。近年来，随着我国钢铁行业的发展，国内开始大量建造大型干式煤气柜。煤气柜内储有几十万立方米的压力煤气，一旦煤气外泄，很可能引起人员中毒、失火、爆炸等危害性很大的次生灾害，因此合理有效的煤气柜抗风设计十分重要。
干式煤气柜分为两种类型，一种是橡胶膜型干式煤气柜，如德国 1915 年开发的曼型（M.A.N 型）、德国 1927 年开发的科隆型（Klonne 型）、美国 1947 年开发的威金斯型（Wiggins 型）；另一种是新型干式煤气柜，如日本的 COS 型、中国的POC 型、KMW 型。
新型干式煤气柜外形为圆筒型，为薄壁钢结构，与一般高层建筑相比有以下几点区别：第一，煤气柜结构直径较大，高宽比较小；第二，煤气柜为薄壳结构，风荷载作用下结构局部振动变形显著；第三，煤气柜的活塞上下运行，活塞与柜体的接触非常复杂，其受力状态不断变化；第四，煤气柜内密闭有一定压力的煤气，将会对结构的刚度产生影响，进而影响结构的动力特性。基于以上区别，传统的高耸圆截面结构的抗风分析方法并不完全适用于新型煤气柜结构，因此需对此类结构做专门的风振响应研究。
新型干式煤气柜简介
新型煤气柜是由外筒、柜顶、内部活塞结构三大部分组成，另外还有一些附属结构，如通风塔楼、外部电梯、外部楼梯和各种煤气放散管等。本文研究依托于某沿海地区大型煤气柜工程建设，研究的新型煤气柜的储气规模为 30 万 m3，其外形如图 1.1 所示。
新型煤气柜的主要外形尺寸为：煤气柜总高 120m，柜体侧壁高 108m，外筒直径 66m，活塞总行程 96m，柜顶与活塞的拱顶曲率半径为 88m。所有型钢及钢板为 Q235 钢。
②外筒
新型干式煤气柜组成部分简介
柜顶为圆拱形的结构，柜顶板铺设在由圆周方向和半径方向的梁构成的骨架上，柜顶板与柜顶梁采用焊接方式连接，形成大型的穹顶结构。其中骨架是由半径方向 32 根、圆周方向九圈槽钢（内八圈半径方向梁和相邻的圆周方向梁为 C28b，最外圈半径方向梁及相邻的圆周方向梁为 C36b）焊接而成。柜顶板板厚为 3.6mm，同时板上焊有角钢加强筋，其尺寸为 76mm×6mm。在柜顶中心为中环梁，为由三块板焊接而成的槽型刚，高 560mm，宽 84mm，翼缘厚 16mm，腹板厚 10mm。煤气柜柜顶外形如图 1.2 所示。
新型煤气柜的外筒由 32 根立柱与钢板以及相当数目的加强筋焊接而成，自上而下有八层回廊，间距 14.4m 或 12.6m，对外筒有“抗风环”的作用。在外筒侧壁上，高度方向每隔 1.8m 焊有 T 型钢环向加强筋。
在周边的环梁上起拱而形成的圆拱形的骨架上铺设屋顶板后便构成了活塞。活塞主要由环向梁、纵向梁、箱型梁、穹顶板、导轮支架、支架圈梁等部分构成，各部分相互焊接，形成了穹顶结构。活塞主骨架是由纵向大梁 32 道、环向大梁九圈（C28b 槽钢，最外两圈上的纵向梁和环向梁为 C40b）焊接而成。在纵向梁与环向梁之间，用 6mm 的钢板焊接，穹顶板上还布置有纵向的角钢加强筋，截面尺寸为 80mm×6mm。箱型梁是一个由钢板焊接而成的箱型体，箱型梁的侧板和顶板板厚为 12mm，底板板厚为 20mm，箱型梁中配有混凝土，用于平衡煤气压力，混凝土配重分为两部分：一部分相当于死配重，以素混凝土的形式充填于箱型梁内，另一部分相当于活配重，以混凝土块的形式作调整用。导轮支架主要是由 H 型钢（250mm×250mm×9mm×14mm）、圆钢管（200mm×10mm）以及角钢焊接而成的斜撑系统，对导轮起支撑作用。导轮圈梁为三块钢板焊接而成的槽型钢，高630mm，宽 176mm，翼缘厚 20mm，腹板厚 13mm。煤气柜活塞外形如图 1.4 所示。
新型干式煤气柜的工作原理
立柱是 H 型钢，截面尺寸为 488mm×300mm×11mm×18mm，是结构的主要承载构件，活塞在外筒内作上下运动时，其导轮在立柱上滚动。回廊由中间回廊和屋顶回廊构成，回廊平台板的外周由回廊外周环梁支承，回廊平台板的内周由侧壁板 T 型钢加强筋支承，回廊外周环梁又由安装在立柱上的回廊支架支承。侧壁钢板厚 7mm，T 型钢加强筋尺寸为 176mm×122mm×7mm×11mm。煤气柜外筒外形如图 1.3 所示。
③活塞在周边的环梁上起拱而形成的圆拱形的骨架上铺设屋顶板后便构成了活塞。活塞主要由环向梁、纵向梁、箱型梁、穹顶板、导轮支架、支架圈梁等部分构成，各部分相互焊接，形成了穹顶结构。活塞主骨架是由纵向大梁 32 道、环向大梁九圈（C28b 槽钢，最外两圈上的纵向梁和环向梁为 C40b）焊接而成。在纵向梁与环向梁之间，用 6mm 的钢板焊接，穹顶板上还布置有纵向的角钢加强筋，截面尺寸为 80mm×6mm。箱型梁是一个由钢板焊接而成的箱型体，箱型梁的侧板和顶板板厚为 12mm，底板板厚为 20mm，箱型梁中配有混凝土，用于平衡煤气压力，混凝土配重分为两部分：一部分相当于死配重，以素混凝土的形式充填于箱型梁内，另一部分相当于活配重，以混凝土块的形式作调整用。导轮支架主要是由 H 型钢（250mm×250mm×9mm×14mm）、圆钢管（200mm×10mm）以及角钢焊接而成的斜撑系统，对导轮起支撑作用。导轮圈梁为三块钢板焊接而成的槽型钢，高630mm，宽 176mm，翼缘厚 20mm，腹板厚 13mm。煤气柜活塞外形如图 1.4 所示。
煤气柜的工作原理是：当煤气柜未储气时，活塞放置在底部活塞支架上，处于着陆状态；当煤气柜吸纳煤气时，在煤气柜内压作用下，活塞逐步上升，当煤气柜暂停吸气，活塞就在某一高度处于平衡位置；煤气柜继续吸气，活塞到达柜体顶部，此时为避免发生活塞冲顶事故，煤气柜的紧急放散等措施就会发挥作用。当煤气柜吐出煤气时，活塞的运行过程与吸气时相反，直至吐出全部煤气时，活塞处于底部着陆状态，如果长期着陆，必须打开全部吹扫放散管，以防止出现负压瘪顶事故。活塞上设置有导轮与立柱相连，用于活塞上下运行。为了防止活塞在运行时发生扭转，在柜体立柱上设有若干防回转装置。而活塞外圈设置有混凝土死配重和活配重，用于调节煤气压力。
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