石化加熱爐鋼結構設計方法研究

 針對目前帶壁板鋼結構傳統設計中不考慮壁板側向剛度從而導致經濟性不佳的問題， 以某石化行業加熱爐鋼結構為工程背景， 提出了考慮壁板作用的加熱爐鋼結構設計方法。討論了壁板與周圍構件的連接方式、 壁板加勁肋的合理布置和構造措施、 框架柱計算長度系數的取值方法等關鍵設計問題。結果顯示
應力比控制在０．８５以內（ 框架柱０．７５） 時， 新設計方法與傳統設計方法相比， 結構用鋼量可以節?。玻埃?。

關鍵詞： 加熱爐 設計方法 帶壁板鋼結構 框架柱計算長度系數 加勁肋

加熱爐是將物料加熱的設備， 應用遍布于石油、 化工、 機械、 冶金等諸多行業。在石化行業， 加熱爐內爐管排布、 燃燒器布置、 進出口管線等形式復雜， 且長期處于高溫環境下， 其結構設計的安全可靠尤為重要。對于加熱爐結構的設計， 國內大多數企業完全采用傳統設計方法， 即按照常用的理論和經驗公式確定結構設計的參數， 由于缺乏現代設計手段， 傳統設計過于保守， 效率低下。對于加熱爐結構進行設計方法研究， 改進其工程設計， 有利于提高石化行業的結構設計效率， 降低設計成本。
一些科研單位對加熱爐結構的設計和優化方法進 行 了 研 究。劉 斌 等 人【 １】以 Ａｎｓ ｙ ｓ軟 件 為 基礎， 采用 ＶＢ語言編寫了可視化程序， 開發了加熱爐結構設計平臺， 可實現典型加熱爐設計參數的修改。王曉波【 ２】以 ＶＢ 為 開 發 工 具， Ａｃｃｅｓｓ作 為數據支持進行了加熱爐鋼結構的設計平臺開發，實現了結構的強度、 穩定性校核以及自振周期的計算。趙曜【 ３】等人針對加熱爐結構二維設計過程難以表達空間結構的問題， 依照模塊化設計思想，開發了交互式繪圖程序， 實現了三維化設計。張立杰等人【 ４】采用數學中的一維搜索法， 以 結 構 總重量為目標函數， 實現了基于離散變量算法的結構優化設計。厲亞寧【 ５】對某制氫轉化爐鋼結構進行了壁板對鋼結構內力和變形的影響分析， 建議在爐子鋼結構設計中計入壁板的作用。
石化行業中方形加熱爐鋼結構一般設計為帶有表面鋼板的框架結構， 我國工程建設中按純框架考慮， 壁板只作為圍護結構， 其受力作用一直沒被利用， 這不但不能真實地反映結構的受力性能，在經濟上也是很大的 損 失【 ６ －７】。石化行業某加熱爐鋼結構工程外型巨大， 如果還是采用傳統的框架分析模型和設計方法， 必定會造成梁柱截面過大、 結構整體外型碩大的問題， 影響使用空間且使得工程 建 設 成 本 大 大 增 加。本 文 考 慮 了 壁 板 作用， 對該工程加熱爐整體結構進行了設計分析， 研究了帶壁板的加熱爐鋼框架 的一些關鍵設計問題。