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(dòng)大、溫度高（ 72℃） 、含塵量大（ 標(biāo)態(tài)下 100mg/m3） ,直接排放到大氣中會(huì)造成嚴(yán)重空氣污染且浪費(fèi)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(shí)間內(nèi)吞吐氣量大、維護(hù)簡(jiǎn)便、密封效果好等優(yōu)點(diǎn)，滿足了轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)周期短、短時(shí)間產(chǎn)氣量大的特點(diǎn)，較好地解決了煉鋼生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染和資源浪費(fèi)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(fēng)桁架、球面拱形柜頂及調(diào)平裝置、密封裝置構(gòu)成的一個(gè)薄殼圓柱形幾何體。轉(zhuǎn)爐煤氣含有大量 CO,毒性很大，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用過程中必須嚴(yán)防泄露，如泄露將造成非常嚴(yán)重的安全事故，因此對(duì)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(guó)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(guó)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(tái)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(diǎn)及難點(diǎn)
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(dá) 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(dá) 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(cè)算1 座8 萬 m3橡膠膜密封型煤氣柜所含弧形構(gòu)件總長(zhǎng)度近 1 500m,工程量約 270 余 t,占整個(gè)煤氣柜總質(zhì)量的 20%.如側(cè)板加勁肋、抗風(fēng)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(shí)長(zhǎng)、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(jìn)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(diǎn)也是重點(diǎn)。
4） 煤氣柜立柱的頂柱在與柜頂提升相結(jié)合時(shí)，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(shí)，提升進(jìn)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(shí)高空作業(yè)非常多也是煤氣柜施工的特點(diǎn)。同時(shí)，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(shí)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(cè)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(cè)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(shí)周圍的建（ 構(gòu)） 筑物往往均已形成，導(dǎo)致控制網(wǎng)測(cè)設(shè)視野受限的問題時(shí)有發(fā)生。
2） 不通視條件下，傳統(tǒng)做法是引測(cè)更高等級(jí)的控制點(diǎn)，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(fù)測(cè)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(cè)設(shè)依據(jù)的連貫性和統(tǒng)一性，容易出現(xiàn)因測(cè)設(shè)起始點(diǎn)變化而造成的系統(tǒng)性偏差，從經(jīng)濟(jì)角度看重新布設(shè)控制網(wǎng)相當(dāng)于額外地增加測(cè)量工作量，耗費(fèi)人工、材料，效率低下。
3） 采用余弦定理解三角形法進(jìn)行橡膠膜密封煤氣柜中心控制點(diǎn)測(cè)設(shè)或復(fù)測(cè)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(diǎn)坐標(biāo)引測(cè)出來，解決了兩控制點(diǎn)之間不能通視的問題，同時(shí)保證了整個(gè)橡膠膜密封煤氣柜整體測(cè)設(shè)依據(jù)的連貫性和統(tǒng)一性，減少了重復(fù)工作，提高了工作效率，控制網(wǎng)的測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(duì)煤氣柜底板特點(diǎn)，在對(duì)煤氣柜底板進(jìn)行焊接時(shí)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(duì)中部板和環(huán)板的特點(diǎn)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(jìn)行焊接，先定位焊再正式焊，先橫向短焊縫后再縱向長(zhǎng)焊縫。焊接時(shí)從中心部分的橫向焊縫開始（ 中心板不進(jìn)行定位焊接） ,分區(qū)域同時(shí)向周邊推進(jìn)，距 3 塊板搭接部位的端部，不進(jìn)行焊接，同時(shí) 3塊板重疊處的最上層板應(yīng)進(jìn)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(dāng)會(huì)導(dǎo)致底板變形上拱，離地可達(dá)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(jìn)行各個(gè)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(tái)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(shí)耗力，而且在大錘敲擊下，角鋼難免會(huì)出現(xiàn)局部變形的情況，難以達(dá)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(tái)上的固定擋板需要不斷重新確定，重復(fù)性操作多，輔材用料大。
3） 自制彎制臺(tái)架，施工時(shí)將角鋼從臺(tái)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(shí)，停止千斤頂操作并保持1min.然后千斤頂卸載，移動(dòng)角鋼按上述操作繼續(xù)進(jìn)行彎制，直至整根角鋼彎制完畢。臺(tái)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(jìn)度、提高生產(chǎn)效率。
3. 4 采用雙排柜頂梁同時(shí)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(cè)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(shí)吊裝。
首先，需要在活塞板上根據(jù)柜頂梁的間距搭好臺(tái)架，將彎制好的柜頂梁用塔式起重機(jī)吊入柜內(nèi)，在臺(tái)架上拼接好，雙排柜頂梁之間焊上角鋼，以固定相對(duì)位置。柜頂梁十字搭設(shè)完畢后，利用塔式起重機(jī)將雙排柜頂梁同時(shí)吊起，焊接就位。施工時(shí)，因?yàn)楣耥斄合鄬?duì)位置已經(jīng)固定，不必再重復(fù)測(cè)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(duì)立柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析、模擬安裝。
1） 經(jīng)方案對(duì)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(jìn)行提升安裝。
2） 以立柱為支撐點(diǎn)的傳統(tǒng)做法分為 2 種： ①方法 1 在多根立柱上焊接吊點(diǎn)，安裝倒鏈后通過多點(diǎn)提升進(jìn)行柜頂結(jié)構(gòu)安裝，此方法立柱未進(jìn)行安全改造與驗(yàn)算只是簡(jiǎn)單地加設(shè)了安裝吊點(diǎn)。①方法 2柜頂結(jié)構(gòu)立柱上設(shè)置提升平臺(tái)，提升平臺(tái)結(jié)構(gòu)為剛性柱，柱頂焊接懸挑牛腿。此種提升平臺(tái)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(shí)，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(gè)別倒鏈斷裂、柜頂結(jié)構(gòu)傾覆等安全事故，必須進(jìn)行安全改造。
3） 經(jīng)模型分析，方法 1 無法通過安全驗(yàn)算，不應(yīng)使用； 方法 2 存在不足應(yīng)進(jìn)行安全技術(shù)改造。
4） 通過 BIM 參數(shù)模型對(duì)立柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，對(duì)原提升平臺(tái)做局部改造，減小平臺(tái)柱根部的彎矩，簡(jiǎn)化了平臺(tái)柱根部的連接形式。充分利用煤氣柜的立柱結(jié)構(gòu)，對(duì)立柱進(jìn)行安全改造。在提升平臺(tái)頂端設(shè)置斜向拉桿，拉桿根部與抗風(fēng)柱桁架焊接，通過拉桿的軸力改善平臺(tái)柱根部的彎矩，以滿足軋制 H200 型鋼的截面要求。
5） 經(jīng) 測(cè)算 原 提 升 平 臺(tái) 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(diǎn)強(qiáng)度為 73MPa,為改造前結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的 41%,安全系數(shù)大大增加。圖 3為立柱改造前后受力對(duì)比示意。
6） 通過對(duì)原結(jié)構(gòu)的改造，提升平臺(tái)柱的受力大大改善，按等強(qiáng)原則設(shè)計(jì)，平臺(tái)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(shí)措施量，提升平臺(tái)的臨時(shí)措施量減小約 25%,也不存在穿透平臺(tái)板的問題，柜頂柱節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(dá) 38. 700m.
2） 根據(jù)該煤氣柜的外形及立柱設(shè)置特點(diǎn)，在柜頂外圍設(shè)置 15 個(gè)提升吊點(diǎn)，對(duì)立柱進(jìn)行安全改造后液壓提升。
3） 采用液壓提升器作為提升機(jī)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(yùn)輸安裝方便、中間不必鑲接等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
4） 液壓提升器兩端的楔形錨具具有單向自鎖作用。當(dāng)錨具工作（ 緊） 時(shí)，會(huì)自動(dòng)鎖緊鋼絞線； 錨具不工作（ 松） 時(shí)，松開鋼絞線，鋼絞線可上下活動(dòng)。
5） 液壓提升過程包括 2 個(gè)： 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(gè)流程為液壓提升器一個(gè)行程。當(dāng)液壓提升器周期重復(fù)動(dòng)作時(shí)，被提升重物則一步步向上提升。
6） 同步控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、動(dòng)力源模塊、測(cè)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(diǎn)。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(jìn)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(shí)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(shí)際生產(chǎn)中的探索與實(shí)踐，改進(jìn)施工生產(chǎn)方式，研究出多項(xiàng)更加實(shí)用和先進(jìn)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(jìn)了煤氣柜立柱垂直測(cè)量方式，設(shè)計(jì)出安全可靠，且更利于柜頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行液壓提升的柱頭形式，形成了一套較為完整和先進(jìn)的橡膠膜密封煤氣柜成套建造技術(shù)。
該技術(shù)在實(shí)際工作中已通過宣鋼、軋三、青鋼等多個(gè)煤氣柜項(xiàng)目上的檢驗(yàn)，且宣鋼、軋三項(xiàng)目均已順利運(yùn)行 2 年以上，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)訂目標(biāo)，也為建設(shè)方取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
這證明該關(guān)鍵技術(shù)成功改進(jìn)了傳統(tǒng)施工技術(shù)，增加了安全性，創(chuàng)造了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，推廣、應(yīng)用前景非常廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[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(yàn)收規(guī)范： YB4410-2014[S]. 北京： 冶金出版社，2014.
[3] 北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范： GB50017-2003[S]. 北京： 中國(guó)計(jì)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(yàn)收規(guī)范：GB50205-2001[S]. 北京： 中國(guó)計(jì)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(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.
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