圆筒型管式炉钢结构设计Word

1 总则1.0.1 本标准适用于石油化工新建圆筒形 ( 包括对流辐射型，纯辐射型圆筒炉和炉顶烟囱，以及余热回收系统)管式炉的钢结构设计与计算(图1.0.1-1，图1.0.1-2)，改建和扩建的圆筒形管式炉可参照执行。

1.0.2 执行本标准时，尚应符合现行有关标准和规范的要求。

1.0.3 本标准代替原《圆筒形加热炉钢结构设计》（BA9-1-7-86)工程设计标准。

图1.0.1-1 对流辐射型圆筒炉图1.0.1-2 纯辐射型圆筒炉2 设计原则与设计顺序2.1 设计原则2.1.1 根据炉管等布置的要求和自然气象条件的要求，确定合理的结构方案，使钢结构构件充分发挥结构功能，并应满足结构构造要求；满足结构在运输安装中的强度、钢度要求，此外，尚应考虑余热回收系统的设计与计算。

2.1.2 圆筒炉筒体直径等于大于 4m 时，应采用有立柱的筒体结构，立柱的根数应为偶数，相邻两立柱之间的筒体外壁弧长应为 1.6～2.7m，立柱截面的长细比不应大于150。

2.1.3 筒体直径大于 4m，筒体上边对流室框架高度大于4m，且筒体壁厚较薄时，筒体上、下口环梁宜为矩形空腹组合截面。

2.1.4 筒体中间环梁上、下间距宜为2～3m。

2.1.5 有立柱的筒体，筒体壁厚不应小于4.5mm；无立柱的筒体壁厚不应小于 6mm。

2.1.6 对流室钢结构，先用持力斜撑承重时，(图 2.1.6)斜撑与竖向或水平杆之间的夹角宜为30°～60°。

2.1.7 对流室立柱截面的长细比不应大于 135；底大梁的最大挠度不应大于 L/450 (L-对流室底大梁的跨度)；支承烟囱的顶大梁的最大挠度不应大于L/400 (L-顶大梁的跨度)。

2.1.8 对流室侧面(沿对流炉管长度方向)桁架宜避开吹灰器布置的方位。

2.1.9 对流室侧向横梁间距宜为2.5～5m。

2.1.10 对流室顶部烟囱采用插入式连接时，在对流室顶面应设置平行顶平面的斜支撑。

2.1.11 顶部烟囱的高径比不应大于 20，当下部带有圆锥段时，圆锥段的底圆直径一般可取烟囱直径的1.5～1.8倍，锥顶角不应大于60°；当下部带有天圆地方段时，天圆地方段相对壁板的交角不应大于60°；烟囱壁板厚不应小于6mm。

图2.1.6 带持力斜撑的对流室2.1.12 炉顶烟囱的底座连接，当采用法兰形式时，连接螺栓不应小于M16，螺栓间距不应大于250mm(图2.1.12(a))；当采用高台底座形式时，连接螺栓不应小于M24，螺栓数量不应少于8个(图2.1.12(b))。

2.1.13 炉底柱采用工字钢时，其规格不应小于工 20a；采用双槽钢组合截面时，其规格不应小于[16a。

2.1.14 柱脚底板厚度不应小于14mm，当为高台底座(图2.1.14)的柱脚时，高台底座的盖板厚度不应小于16mm。

(a)法兰形式 (b)高台底座形式图2.1.12 炉顶烟囱连接形式2.1.15 地脚螺栓不应小于M24，对于轴心受拉柱的柱脚，每根立柱的地脚螺栓不应少于2个；对于偏心受压柱的柱脚，每根立柱的地脚螺栓不应少于4个，地脚螺栓采用双螺母固定。

图2.1.14 柱脚形式2.2 设计顺序2.2.1 选材，钢结构选材应符合下列要求：a) 当建厂区域冬季计算温度等于低于-20℃时，应采用Q235-B钢或16Mn钢；当建厂区域温度高于-20℃时，应选用Q235-B.F钢；注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定(见BA9-1-6-96)附录E。

b) 焊接用焊条，焊丝应符合现行标准《碳钢焊条》、《低合金钢焊条》和《焊接用焊丝》的规定，所选择的型号应与母材金属强度相适应；c) 采用普通螺栓连接时，材质应符合现行标准《碳素结构钢》中规定的 Q235 -B 钢；采用高强度螺栓连接时，材质应符合现行标准《钢结构用高强度大六角头螺栓，大六角头螺母，垫圈型式与技术条件》中的规定。

2.2.2 设计指标，本标准采用容许应力法设计.a) 钢材的容许应力值、焊缝的容许应力值和普通螺栓连接的容许应力值，应分别按《石油化工管式炉钢结构设计规范》"SH3070-95"中的表 3.22、表 3.23和表 3.24 选用；b) 摩擦型高强度螺栓连接的设计要求，应符合《石油化工管式炉钢结构设计规范》"SH3070-95"中的表6.3.1-1和表6.3.1-2的规定。

2.2.3 荷载分类及其效应组合应按《管式炉钢结构设计荷载确定》(BA9-1-5-96) 的有关规定执行.2.2.4 荷载或作用的分布，是把不同的质量或作用，简化成不同的荷载，在进行简化时，应力求与实际质量分布相接近，下面以对流辐射型圆筒炉为代表进行荷载划分。

a) 永久荷载(恒载)宜采用表2.2.4的分类形式；b) 水平风荷载(图 2.2.4)，可按烟囱顶部，对流室顶部，辐射室顶部和炉底面四个作用部位划分。

水平风荷载标准值" W K "应按《石油化工管式炉钢结构设计规范》 (SH3070-95)中附录A 的规定和《管式炉钢结构设计荷载确定》(BA9-1-96)中3.0.2.c) 款的规定计算； 节点水平风荷载计算： 1) 烟囱顶部水平风荷载H WD h w 443412= (2.2.4-1)2) 对流室顶部水平风荷载H W D h W L h hgW L w D p 343433312=++() (2.2.4-2)3) 辐射室顶部水平风荷载H WL h WD h hgW L W D p 233222212=+() (2.2.4-3)4) 炉底面水平风荷载H W D h WD h hgWL W p 122111112=+() (2.2.4-4)上列式中： H W4 烟囱顶部水平风荷载(Kn)； W 4 烟囱计算段风荷载标准值(KN/m 2)； D 3 烟囱外径(m) h 4 烟囱高度(m)H W3 对流室顶部水平风荷载(KN)； W 3 对流室计算段风荷载标准值(KN/m 2)； L D 对流室长边(m)； h 3 对流室计算高度(m)；hg 平台栏杆高度(m)，取为1.05； Lp 圆形(环形)平台最外圆计算直径(m)； H W2 辐射室顶部水平风荷载(KN)； W 2 辐射室计算段风荷载标准值(KN/m 2)； D 2 辐射室筒体外径(m)； h 2 辐射室筒体外径(m)； H W1 炉底面部位水平风荷载(KN)；W 1 炉底柱计算段风荷载标准值(KN/m 2)；h 1炉底柱计算高度(m)。

表2.2.4 永久荷载和活荷载数据表 序号符号单位荷载内容备注图2.2.4 水平荷载示意c) 水平地震作用同水平风荷载的划分原则 (图2.2.4)，对于对流辐射型圆筒炉，绝大多数为弯剪振型结构、计算水平地震作用时，应采用振型分解反应谱法。

水平地震作用计算见《管式炉钢结构设计荷载确定》(BA9-1-5-96)的有关公式；节点水平地震作用由下列公式计算：1) 烟囱顶部水平地震作用2) 对流室顶部水平地震作用F K r X m m g j Z j j j 333433412=+α() (2.2.4-6)3) 辐射室顶部水平地震作用F K r X m m g j Z j j j 223212=+α() (2.2.4-7)4) 炉底面部位F K r X m m g j z j j j 112112=+α() (2.2.4-8)上列式中： F j4 j 振型在烟囱顶部的水平地震作用(KN) Kz综合影响系数Kz=0.45(见BA9-1-5-96 3.0.2-e)αj 相应于j 振型的自振周期的地震影响系数，(见BA9-1-5-96图3.0.2-1)r j j 振型的振型参与系数X j4j 振型节点4(烟囱顶部)的水平相对位移；m 4～m 1分别为作用于烟囱顶部，对流室顶部，辐射室顶部和炉底面上的质量(t)， (见BA9-1-5-96中的表A.0.2-2)；g 重力加速度(m/s 2)，取为9.81；X j3 j 振型节点3(对流室顶部)的水平相对位移； X j2 j 振型节点2(辐射顶部)的水平相位移；X j4j 振型节点1(炉底面上)的水平相对位移。

5) 水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴向力)按下式组合：S S H ji n==∑1(2.2.4-9)式中： S H 水平地震作用效应组合值；S jj 振型水平地震作用效应，通常取前两个振型的水平地震作用效应即能 满足设计要求.d) 水平风荷载效应与水平地震作用效应组合，风荷载效应的组合系数取25%，水 平地震作用效应取100%；e) 水平地震作用效应不考虑与活荷载效应组合，在发生地震时，活荷载存在的机 遇很少，且活荷载占永久荷载的比重也很小。

2.2.5 确定各个部位结构之间的刚度关系和杆件布置，以便进行内力分析。

3 内力分析(杆件弯矩、轴力和剪力计算)3.1 烟囱的内力与应力计算3.1.1 永久荷载(恒载)产生的轴向力(压力)：N D =Q 1+Q 2+2Q L (3.1.1)3.1.2 由水平风荷载或由水平地震作用加25%水平风荷载，或由检修中的辐射炉管 产生的弯矩：M D =M 3+M 2 (3.1.2)式中： N D轴向力(压力)(N)；Q 1，Q 2 烟囱自重和烟囱衬里重(N)，见表2.2.4；Q L 单根辐射炉管自重(N)； M 3 作用于烟囱底座上的弯矩(Nm)；M 2被检修吊起的两根辐射炉管荷载(N)，(不含充水荷载)在烟囱底座产生 的附加弯矩(Nm)；3.1.3 当按水平地震作用加25%水平风荷载，计算烟囱底座的底脚螺栓时，其荷载 效应应乘以2.0的效应增大系数。

3.1.4 应力计算a) 筒壁为压弯构件，正应力按下式计算：σ£=+N A M W D D D (3.1.4-1)b) 稳定应力计算σδσF nE R=≥006. (3.1.4-2)上列式中： σ 计算正应力(MPa)； A D 计算段的净截面积(mm 2)； W D计算段内净截面积抵抗矩(mm 2)E临界容许应力(MPa)； E弹性模量(N/mm 2)；减去腐蚀裕度的筒体厚度(等于实际壁厚减去(～2mm)(mm)；R筒体中心圆半径(mm)。

3.1.5 烟囱底环，宜采用角钢或槽钢或环板制作，其肢板厚度不宜小于12mm 。

3.2 对流室结构3.2.1 对流室结构，垂直对流炉管轴线的方向 (对流室短边) 按刚架分析内力 (图2.1.6)； 平行对流炉管轴结的方向(对流室长边)一般按静定桁架分析内力。

荷载布置形式，应根据管板支承情况确定。

3.2.2 当仅有两端管板时，荷载应由对流室两端框架的主立柱传递，当布置有持力 斜撑时，宜由持力斜撑承担水平荷载。