石油化工装置钢结构常见问题及分析

石油化工装置钢结构常见问题及分析

    ,庞学成

山东济炼石化工程有限公司  山东省济南市  邮编：250000

摘要：积极做好石油化工装置钢结构设计工作意义重大，但是因为受到诸多因素的影响，所以作为一项复杂的工作需要对其存在的问题加以分析，故此，为实现石油化工装置钢结构设计的有效性，本文主要分析了石油化工钢结构的特点、钢结构设计中存在的问题，并针对性的提出的可行性建议与对策。

关键词：石油化工；钢结构；特点；问题；对策

众所周知，在石油化工中钢结构设计占据了重要的比例，其设计需要满足国家的规范与要求，在近几年社会经济的快速发展下，国家大量投入石油化工装置建设，但是因为受到多方面因素的影响，包括工期紧、任务重，并且还需要反复修改，所以不合规范的现象层出不穷，积极探究现阶段石油化工装置钢结构设计中常见的问题与对策具有重大现实意义。

1、石油化工钢结构的特点

从整体角度分析，石油化工钢结构主要包括两方面的特点，第一是钢结构的构件自重比较轻，尤其在与钢筋混凝土结构的对比中可轻30%左右，所以在此背景下对地基处理中所花费的成本比较低。第二是钢结构的材质比较均匀，在与其它结构的对比中了解到，钢结构组织比较均匀，强度比较高，尤其是材质更加符合力学假定条件的计算。从另外一点分析，钢结构内部结构与各向同性比较接近，所以材质不会发生较大的波动，只需要保持一定的应力便可具有弹性。此外从受力状态分析，钢结构的实际受力状态接近工程力学计算的结果，所以钢结构的材质要优于其他结构。

2、现阶段石油化工钢结构设计中所存在的问题

无论从宏观角度还是微观角度分析，均可以清楚的了解到现阶段石油化工钢结构设计中存在多方面的问题与缺陷，对此需要加以分析与了解，笔者根据归纳与总结，将其概述为以下几点：

2.1  桁架设计的时候角钢腹杆焊接没有进行内力分配

从理论上分析，节点板与角钢之间肢尖焊缝与肢背焊缝的受力情况是不相等的，并且在计算角钢轴力的时候一般是先进行分配，然后对焊缝的连接强度加以计算与分析，其中等边角钢的肢尖焊缝只需要承担30%的内力，其余70%的内力则需要由肢背焊缝所承担，正因为如此，在将内力均匀分配之后计算出焊缝长度与肢背焊缝存在缺陷与不足。

2.2  对焊缝最小长度构造要求有所忽略

根据相关文件得知，角焊缝计算长度需要≥40mm与8倍焊脚尺寸的最大值，一般而言，在设计柱脚节点的时候，为从根本上避免焊缝发生交汇，往往需要将柱脚切掉一部分，这样则可以有效缩短柱脚底板的公共部分，虽然带来了一定的优势，但是从另外一个角度分析，在选用较大角焊缝连接的时候，则无法满足基本的要求。

2.3  未对寒冷地区钢结构问题加以重视

从当前的发展趋势分析，并没有从本质上从全局出发对寒冷地区钢结构脆断问题有所关注，一般情况下，我国北方地区构架与管带设计工作温度在-20℃，所以在钢结构设计的时候需要采取有效的措施促使钢结构应力减少，其中特别注意的一点是焊缝不可过度集中，其中在桁架节点板上，弦杆与腹杆之间的净距≥2倍节点板厚度。

3、新时期石油化工钢结构设计中问题的解决对策

正如上文所言，现阶段在石油化工钢结构设计中存在非常多的缺陷与不足，严重了整体的发展，对此需要从整体角度出发，其中要做到以下几点：

3.1  做好节点设计

积极做好节点设计是当前的关键所在，在石油化工钢结构设计中，节点设计连接是十分重要的，其中根据多年工作经验得知节点设计的合理性从本质上关系到了结构的可靠性以及后期的建设成本。所以在进行钢结构设计的时候，需要对结构整个过程加以分析，了解应该采取哪种节点形式，并将其主要的依据做好判断。与此同时，还需要对焊接节点、焊缝形式等加以分析，保证符合国家的相关规定，比如在焊缝设计的时候需要对焊缝重心加以了解，保证使其接近被连接构建的重心。还有一点是要对栓接节点进行分析，因为普通螺栓抗剪性能比较差，所以仅仅适用于结构的次要部位，所以需要按照标准进行验算。当然，在对节点设计的时候还要从制造厂的工艺水平、施工空间等多项内容分析，提高其有效性。

3.2  做好截面设计

在整个钢结构设计中需要从根本上保证截面设计的合理性，因为截面设计的合理与结构的安全性有着密切的联系，甚至还对工程造价以及施工有着密切联系。一般而言，在确定结构形式之后要严格按照以往的经验对构建截面进行判断，其中涉及到的内容包括了支撑、柱、梁，并且还可以选择焊接的方式进行设计。与此同时，要根据支座与荷载的实际情况进行，截面高度需要设定在跨度的 1/20 ～1/50之间进行选择。而翼缘的宽度则应该根据梁间侧向支撑的间距并

严格按照相关标准进行确定，尽可能避免对钢梁整体的稳定性进行计算。明确了翼缘宽度和截面高度之后，可以按照相关规范中局部稳定的构造来初步确定板件厚度，并根据长细比来估计柱截面，通常情况下，50 ≤ λ ≤ 80，然后对不同的受力情况进行全面考虑，选择 H 型钢或钢管等截面形式。此外，在钢结构的整个设计过程中，其造价要进行全面考虑与分析，保证最低。当然，之所以进行钢结构优化设计，主要的目标便是选择合理截面的杆件，在提高稳定性的同时实现钢量稳定的同时实现钢量最小化。

3.3  做好支撑设计

支撑可以提高结构以及构件的稳定，在支撑设计的时候不仅要做好合理布置，并且还要促使承重构建内力分布得到优化，党刚度分布得到改善之后，结构的薄弱环节也会得到加强，这样一来可以提高水平荷载。还有便是在设计支撑体系的时候需要从现实角度出发，积极遵循相应的原则，第一是结构安装的有效性；第二是要实现纵向荷载传递的明确化，并且要保证结构体系平面外的稳定；第三是需要从本质上满足刚度与强度的要求，保证连接的可靠性。很多情况下，柱间支撑主要采取了十字交叉式，其中柱间防治设备需要满足基本的要求，并且还要制定切实有效的支撑体系，这样才能从本质上提高其刚度。

结语：

综上所述，积极做好石油化工钢结构设计工作意义重大，其钢结构构件自重比较强、材质均匀，但是因为受到多方面因素的影响，所以石油化工钢结构设计比较复杂，存在多方面问题与漏洞，对其设计产生重大影响，所以需要探究原因，多角度分析与研究，积极做好节点设计、截面设计、支撑设计等，这样才能从本质上减少问题的发生，实现石油化工装置钢结构设计的合理性。

参考文献：

[1]郭弘翔. 钢结构模块化设计初探——国际前沿的石化结构设计新思维[J]. 建筑设计管理,2013,30(06):65-67+80.

[2]梁田甜. 石油化工装置模块化钢结构设计[J]. 低温建筑技术,2015,37(04):41-44.

[3]王磊,宁远林,吴红艳. 管式加热炉钢结构计算模型的对比与分析[J]. 工业炉,2017,39(01):50-53.

[4]冉艳华. 型钢混凝土结构在石油化工结构设计中的应用[J]. 工程建设与设计,2017(05):50-51.

[5]吴娟英. 石化装置中钢框架-支撑结构设计探讨[J]. 化工与医药工程,2017,38(04):20-25.

[6] Shi Xiaodong, Chen Wei. Application of supporting steel structure coolers and exchangers frame in the petrochemical enterprises in the design of [J]. Jiangxi chemical industry, 2011 (01): 101-103.