1、煤氣柜結構設計 創建時間：2008-08-02 煤氣柜結構設計(structural design of gasholder)儲存煤氣的鋼制柜體及其鋼附件和基礎的結構設計。煤氣柜的用途是：(1)緩沖煤氣產量與用量之間的不平衡，即當產量高于用氣量時，將多余的氣體儲存在柜體內，以補充高峰時供氣量的不足；(2)穩定管網壓力；(3)混勻煤氣成分。按密封方式煤氣柜可分為濕式和干式兩大類。干式煤氣柜與濕式煤氣柜相比，有儲氣壓力高、壓力穩定、使用壽命長、煤氣不增濕、污染少、基礎負荷輕、占地面積小及操作安全可靠等優點。現在大多采用干式煤氣柜。煤氣柜選型見煤氣柜設計。中國從20世紀80年代以來，干式煤氣柜的采用

2、有了很大發展。上海寶山鋼鐵總廠建成了15萬m3潤滑脂橡膠圈密封型煤氣柜、12萬m3稀油密封型煤氣柜及8萬m3橡膠薄膜密封型煤氣柜。我國設計的230萬m3的稀油密封型煤氣柜已相繼投產使用。8萬m3的橡膠薄膜密封型煤氣柜也已投產。煤氣柜結構設計范圍包括干式煤氣柜和濕式煤氣柜。設計主要內容包括計算、鋼材選擇、防銹涂層和基礎設計。濕式煤氣柜 由下部水槽、中間部分的若干個圓筒形塔節、頂部鐘罩、導軌和導輪等組成。煤氣儲存在鐘罩及塔節內，鐘罩、塔節隨煤氣的增減而升降。在水槽、塔節及鐘罩間設置水封防止煤氣外逸。導軌是鐘罩、塔節升降時的導向構件，可分為直立導軌和螺旋導軌兩種形式(圖1)。濕式煤氣柜最高儲氣壓力小

3、于45kPa，壓力波動范圍為153kPa，最大升降速度為12mmin。(1)水槽。壁板和底板均選用鋼板，采用對接焊縫拼接，底板中部的長向焊縫也可采用搭接焊縫。水槽上部水壓小，可選用較薄的鋼板，但厚度不應小于6mm，下部壁板需要考慮邊緣效應，并按強度確定其厚度。大型氣柜在導輪處的水槽外側，通常設置壁柱加強，以承受導輪處傳來的荷載。壁柱采用鋼板，其長度一般為水槽高度的13。底板厚度按構造確定，中部一般取6mm，靠近壁板下端的底板取810mm鋼板，其上設置承托塔節用的墊梁。(2)塔節。由壁板、上掛圈、下掛圈等組成。壁板用3mm鋼板拼接后焊在導軌墊板和掛圈上，使塔節形成筒狀外形。上下掛圈是用槽鋼和鋼板

4、制成的環形槽。塔節或鐘罩升起時，內側塔節的下掛圈和外側塔節的上掛圈鉤在一起形成水封并掛起下層塔節。(3)鐘罩。由頂板、頂架(包括徑向梁、環肋、支撐及頂環)和筒體組成。頂板直接鋪設在頂架上，在任何部位都不得與頂架焊接，這是因為氣柜充氣后，頂板受內壓會鼓起。頂板周邊采用較厚的外圈板，一般為814mm，其寬度經計算確定。頂板中間部分按防腐和避雷接閃要求，采用34mm薄鋼板。頂架承托頂板荷載(自重和雪荷載等)并承受環向力和徑向力。頂架一般是由型鋼制成的徑向梁和環肋正交組成的空間結構。環肋用角鋼制作，與頂架徑向梁相連，在部分環肋間，沿徑向梁方向設置支撐，以保證徑向梁穩定性。當氣柜直徑大于60m時，可采用

5、空間桁架的頂架。頂環位于頂架頂部中央，作為徑向梁的中部支撐點。頂架與筒體的側壁板組成空間結構，防止充氣后由于內壓造成頂板和壁板的變形。筒體由側壁板和掛圈組成，它作為徑向梁沿圓周方向的支承點。(4)直立導軌。由內外導軌、立柱、沿豎向間隔一定距離的環梁和立柱之間的交叉支撐組成。立柱作為塔節升降的導向導軌，其頂部高于鐘罩上升可達到的高度。立柱數量和截面按承受的風荷載或地震作用經計算確定。煤氣柜直徑愈大，高度愈高，立柱數量愈多。立柱沿水槽外側均勻布置，一般選用工字鋼制作，大容積煤氣柜常采用格架式組合柱。內導軌安裝在塔節壁板的內側。(5)螺旋導軌。常采用2438kgm鋼軌彎成螺旋形，與水平成45。斜角，

6、均勻地敷設在塔節鐘罩外壁，與壁板焊接成一個整體，使塔節、鐘罩具有很大剛性。導軌的方向在上下相鄰的兩個塔節上按相反方向布置，以防止塔節升起時向一方傾斜。螺旋導軌的重量比直立導軌架(包括立柱、環梁及支撐)和導軌要輕1530。在中國當采用濕式煤氣柜時，一般采用螺旋導軌。(6)導輪。鐘罩和塔節借助導輪沿導軌升降。直立導軌式煤氣柜設有外導輪和內導輪。外導輪安裝在鐘罩頂部外緣和備塔節上掛圈頂部，內導輪安裝在鐘罩和各塔節下掛圈底部。螺旋導軌式煤氣柜的導輪安裝在水槽平臺或各塔節上掛圈的頂部。導輪承受柜體塔節上的風荷載或地震作用。輪軸材料要求具有良好的抗彎和抗剪能力，輪頭要求有較高的耐磨能力，輪軸和輪頭一般用鑄

7、鋼或鍛鋼制作。干式煤氣柜 按活塞與柜體間密封形式，可分為稀油密封型或稱曼型(MAN型，圖2)、潤滑脂橡膠圈密封型或稱可隆型(Klonne型，圖3)和橡膠薄膜密封型或稱威金斯型(Wiggins型，圖4)三種類型，這三種干式煤氣柜的主要區別如表。三種類型干式煤氣柜的主要區別類型稀油密封型橡膠薄膜密封型潤滑脂橡膠圈密封型外形正多邊棱柱形圓柱形圓柱形密封方式稀油密封橡膠夾布簾密封干油潤滑活塞形式平板與桁架組成T形擋板與拱形板拱形頂板與支架最大儲氣壓力kPa8612稀油密封型煤氣柜的儲氣壓力最高為8kPa，壓力波動范圍為150Pa，活塞最大升降速度為3mmin，適用于儲有一般含塵量小于15mgm3的常溫

8、焦爐煤氣和高爐煤氣。潤滑脂橡膠圈密封型煤氣柜的儲氣壓力最大有可能達到12kPa，壓力波動為500Pa，活塞升降速度最大為7mmin。這種氣柜儲氣壓力較高，可直接配置在高爐煤氣管網中，不需建造煤氣加壓站。橡膠薄膜密封型氣柜的儲氣壓力為6kPa，壓力波動為500700Pa；活塞最大升降速度為5mmin，適用于儲存濕度較高、含塵量較大的轉爐煤氣。稀油密封型煤氣柜 由通風氣樓、柜頂蓋、柜體、活塞及吊籠、環形走道、柜底板、油槽和電梯等組成(圖2)。圖2稀油密封型煤氣柜1一通風氣樓；2一柜頂蓋；3柜體；4一活塞；5一環形走道；6一柜底板及油槽(1)通風氣樓。供氣柜內部換氣用。由中間環、徑向承重構件、豎向承

9、重構件、屋面板及壁板組成。氣樓為圓筒形，頂面呈正多邊角錐形。頂部中央放置中間環，沿徑向布置承重構件，構件的一端與中間環相連，另一端則支在豎向構件的頂端，豎向構件的下端一般支在柜頂蓋的中間環上。通風氣樓頂面和側面采用冷彎板檁合一的面板。通風氣樓設有供維護操作人員進入柜內的通道。(2)柜頂蓋。由柜頂蓋中間環、梯形桁架、板檁合一的面板組成。正多邊角錐形的柜頂蓋中央設有中間環。沿角錐的棱設置梯形桁架，桁架一端支承在柜體立柱上，另一端與中間環相連，形成空間受力體系。桁架弦桿為鋼板焊接的T形組合斷面，腹桿采用角鋼。(3)柜體。由立柱、壁板組成。為正多邊形的筒體。其邊數視煤氣柜容積的大小，在24到14之間變

10、化。煤氣柜的高度與直徑的比一般為1519。每個角上設有立柱，用以承受氣柜的外部荷載及自重，并作為活塞導輥的導軌。立柱采用工字鋼制作，并在其翼緣上焊接一塊鋼板。每根立柱分成數段，在現場拼接。立柱的制作和安裝精度十分重要，它關系到煤氣柜活塞能否正常運行。柜體側板亦為冷彎成型、板檁合一的構件，板厚為46mm。側板與立柱焊接，其轉角與立柱接觸部分施堆焊后加工成直角，以防止煤氣留在側板轉角的縫隙內。側板的高度偏差要嚴格控制，以免偏差積累造成安裝困難。(4)活塞及吊籠。由中間環、放射形焊接梯形桁架和周邊支撐組成空間的受力結構。桁架上弦采用鋼板焊接的T形組合截面，下弦為工字形，腹桿及支撐系統采用角鋼?；钊?/p>

11、部為一平面，采用46mm帶加筋肋鋼板與桁架下弦桿的下翼板相焊接?；钊旒芘c其他構件的工地連接采用高強螺栓?；钊酌嫜刂苓呍O有密封油溝，油溝內配置由滑板、帆布、木塊和壓緊彈簧組成的密封裝置，在油溝內保持一定密封油位來實現活塞與柜壁間的密封。為檢查油槽，在活塞外側下部設有一圈環形平臺，活塞中央設有吊籠著陸平臺。活塞底板上均勻地安放預制混凝土配重塊，使氣柜保持穩定的儲氣壓力。(5)環形走道。沿柜體周邊設置多層環形走道，供檢修維護柜體用。走道寬11m，各層走道間設有斜梯相連接。環形走道對柜體還起環向加勁作用。(6)柜底板及油槽。一般采用3mm鋼板，柜周邊采用6mm鋼板。底板依次搭接敷設，接縫間采用單面

12、貼角焊縫連接。底板周邊設有油槽，收集沿側板流下的密封油并排至柜外油泵房。(7)電梯。煤氣柜外部設有供檢修維護人員乘用的電梯。電梯機房設在電梯井架底部，電梯井架采用冷彎成型的側板組合成正方形井筒。環形走道間的斜梯附屬在電梯井架上，與井架成為整體構件。橡膠薄膜密封型煤氣柜 由柜頂、柜體、活塞、T形擋板與擋板托架、柜底板等組成(圖3)。構造特點是柜體為圓柱形，高度與直徑的比例約為09。柜壁內側與活塞間密封采用橡膠夾布簾。圖3橡膠薄膜密封型煤氣柜1一柜頂；2一柜體；3一活塞；4一T形擋板及擋板托架；5一外密封簾；6內密封簾(1)柜頂。柜頂架為角鋼焊接成的拱形網格骨架。由鋼板搭接焊縫拼接而成的拱形面板敷

13、設在頂架上，頂板與頂架間不加任何焊接，柜頂中央設有采光通風用的圓形天窗。(2)柜體。由立柱、柜體側板和環形防風架組成。立柱采用寬翼緣工字鋼，分為數段拼裝，立柱間距等于弧形側板的弦長，約為6m，立柱與側板間留有150mm凈空，以便安裝時調整。柜體側板上端設置進風百葉窗和進入柜體的安全門。為保證立柱徑向和環向的穩定，柜體外側設置多層環形防風架，其上設有局部平臺，各層平臺間有斜梯相連。(3)活塞。由活塞支架、拱形頂板、環形走道、活塞托座等組成?；钊Ъ懿贾迷诠耋w立柱處，支架間設置環形走道并用作支架的水平支撐?；钊装搴穸葹?mm的鋼板，采用搭接連接焊縫組成拱形殼板，最外兩圈在搭接部分雙面連續施焊，其

14、余底板只在搭接部分的上面焊接?；钊凶鶠閾v制混凝土塊，與活塞支架連成整體，托座也起配重作用。為調整活塞水平偏差，設有由滑輪組構成的水平調整裝置。(4)T形擋板及擋板托架。T形擋板為焊接型鋼支架，設在活塞支架與柜體側壁之間，用以固定密封用的橡膠夾布簾。外密封簾的一端固定在T形擋板下端，另一端固定在柜體側壁，內密封簾的一端固定在T形擋板下端，一端固定在活塞支架下端，這樣就在氣柜側壁與活塞間形成密封?；钊禃r，活塞支架托著T形擋板連同密封簾隨之升降。T形擋板間設有環形走道，供檢修維護時用，并起徑向和環向穩定作用。擋板托架用于當活塞降至氣柜底部時，承托T形擋板。潤滑脂密封型煤氣柜 柜體為圓柱形，活塞

15、為拱頂結構，與橡膠薄膜密封型煤氣柜結構類似(圖4)。其構造特點是柜體側壁及活塞之間設有密封橡膠環裝置，此裝置分上下兩部分，上部有三層密封橡膠環，下部有兩層膠環，相鄰兩層膠環間用木墊塊隔開。上下兩部分密封環用連桿連接并借杠桿系統將密封橡膠環緊貼在煤氣柜側壁上。密封橡膠環裝置固定在活塞支架上，隨活塞的升降而升降，供油管向密封橡膠環間充填潤滑脂，起密封和降低活塞升降時摩擦阻力的作用。圖4潤滑脂密封型煤氣柜1一柜頂I2一柜體l3一活塞；4一活塞支座-5一內部吊籠計算要點：作用于煤氣柜上的荷載有風荷載、雪荷載、內部壓力、氣柜自重、施工荷載和地震荷載。對組成煤氣柜的各類構件，要根據其所受荷載和作用進行強度

16、、穩定性及變形驗算，使其滿足設計規范和有關規定的要求。對于位于地震區的儲氣柜，還應滿足有關抗震設防的要求。鋼材選擇及鋼材消耗量 氣柜為焊接結構，側板需要經冷彎加工并受儲存氣體中硫化氫、冷凝水以及大氣中二氧化碳等侵蝕，應采用含碳量低、可焊性好、有良好塑性的鋼材，并要求抗拉強度、屈服強度、延伸率、冷彎性能以及碳、硫和磷含量符合有關標準的規定。在中國，側板一般采用國家標準碳素結構鋼中的Q235B或C級鎮靜鋼，其他構件采用Q235B級沸騰鋼。各類型煤氣柜鋼材消耗量見表1。表1各類型煤氣柜鋼材消耗量公稱柜容m3總用鋼量t單位容積用鋼量kgm一3濕式干式濕式干式200003000050000100000150000200000300000372047386601125601372O135272700508866889007143011975520934262618601579132012569159279OO264720901795142611971046875除銹涂層 為提高氣柜抗腐蝕性能，在涂漆前要認真除銹，去除焊渣、毛刺、油污，并選擇質量優良的油漆?；A設計 一般采用鋼筋混凝土環梁與中央底板組成的基