北京顺义化肥厂有一台10000m3低压螺旋
气柜,由于原始设计的进、出口主管道管径 530×8 较小 ,不能满足当前改扩建生产的需要 。为了更好地利用现有的大型设备,需将其进、出口管道扩大为 1220×11,来满足实际生产的需要 。
针对实际情况, 将进 、出
气柜的管道自行设计成方管进行施工并达到了与圆管等同的效果 。通过近一年的使用,确实安全可靠,改造取得圆满成功。
1 工程特点
1 .1
气柜一 、二 、三塔完全下降至其底垫梁上时 ,
气柜的水槽底与垫梁顶面间距只有 750mm ,若将原 530×8的管道改成 1220×11的管道 ,无法直接通过 。
1 .2 若将垫梁加高 , 一 、二 、三塔加高 , 让 1220 ×11管道直接通过, 改造量太大,费用太高, 工期过长。
1 .3 若将进出
气柜的管道设计成方管 , 则
气柜本体改动量最小 ,施工方便 ,还可以节省资金, 缩短工期。
2 设计方案的确定
在不改变原
气柜主体结构的情况下 ,将 1220×11的圆管改成方管进出
气柜 , 避免与
气柜一、二 、三塔相碰,并使方管满足流量足够、强度足够、方管与圆管间的流动阻力最小 、方管与
气柜水槽壁焊缝处所受弯矩最小 ,以达到与圆管等同的效果。
3 施工流程及技术措施
3 .1 施工准备
3 .1 .1 施工技术准备完成 , 并给班组进行了详细的技术交底。
3 .1 .2 施工现场具备“三通一平”, 即水 、电 、路畅通 、场地平整 。
3 .1 .3
气柜内气体经置换 , 水槽盛水经合理排放 , 底部积污清理干净 ,并保持
气柜内干燥,通风良好。
3 .1 .4 所有与
气柜相连的管道要进行隔离 、封堵 。
3 .1 .5 施工前必须办理好动火证 、进罐证 、进车证 。
3 .1 .6 主材 、消耗材料 、工段用料以及人员 、工机具齐备。
3 .2 施工程序
3 .3 技术措施
3 .3 .1 方管尺寸的确定
(1)用方管(a ×b)代替圆管 1220×11 进出
气柜,必须使其流量(V)足够, 在流速(u)一定的情况下, 只要截面积(A)相等即可 ,即令 :A =a ×b =πd24 =3 .1416 ×(1220 -11 ×2)24=1.127×106mm2
(2)根据管道的当量直径(de)的计算公式 de=4AL(A 为管道截面积 , L 为管壁与流体接触的湿润周边长度)可以得出 ,在截面积相等时, 湿润周边长度越短,当量直径越大。而流体在管道内流动的阻力随当量直径增大而减少。故为了使方管当量直径较大 ,应尽可能使方管长(a)与宽(b)较接近。
又因
气柜原有的 24 根垫梁高只有 750 mm , 方管最高只能取590mm(方管底板加固需有一定的高度)所以方管宽 a 为 :
a =A b =1 .127 ×106590 =1910mm所以取方管尺寸 a×b 为 1910×590mm
3 .3 .2 方管板厚确定和补强
(1)由于方管置于
气柜水槽内, 水深约 8.9m ,方管外每平方米的表面上受到约 8.9t 的挤压力。若方管没有一定的抗压能力 ,方管就会失稳变形,不能满足生产的需要 。
(2)本次改造本着节约资金的原则,
气柜内方管选用板厚为 δ=16mm 锰钢板(抗拉强度 390-480MPa)
气柜外方管选用板厚为 δ=10mm 锰钢板。
(3)方管外表面受水作用的均布载荷见图 1 所示 。
从图 1中可以看出 , q1>q2>q3, 所以方管下表面最易受到破坏。
(4)现取方管下表面的一个矩形受力带(1910 ×1000mm2)进行分析,受力(重力不计)见图 2 所示 。
该受力带的弯矩方程可为 :M =q ×x ×(L -x)2
当X=L 2时 ,弯矩最大,得 :Mmax=qL28 =8 .9 ×103×9.8 ×1.91028 =39 .77(kN·m)
由正应力强度条件公式σmax=Mm axW ≤[σ] 可得所需的截面矩量(W)为
W ≥Mm ax[ σ] =39.77×103390 ×106=1.02×10-4(m3)
而矩形截面(受力带截面)矩量(Wo)为Wo=b ×h26(b 为宽 , h 为高)Wo=1×(16×10-3)26 =4 .27 ×10-5(m3)所以 Wo-W =4.27 ×10-5-1.02×10-4=-5.93×10-5(m3
由于 Wo<W, 方管外表面必须进行加固 , 选用10#槽钢, 其截面矩量为 4.0 ×10-5m3, 方管外表面每m2上采用两根 10#槽钢进行加固 , 其截面矩量可增加。8.0×10-5m3>5.93×10-5m3,满足要求 。
3 .3 .3 确保方管与圆管连接处气流所受阻力最小 。
(1)由于受改造尺寸的限制 ,方管与圆管之间不能使用压制弯头, 若让圆管直接与方管连接,局部流动阻力很大,为了降低局部阻力,圆管与方管之间采用天圆地方过渡 ,见图 3 所示 。
(2)为了最大限度地减小气流阻力,方管端部采用圆弧过渡 ,天圆地方的方口尺寸可采用 1910×955mm2(不采用 1910×590m2可进一步降低阻力)
3 .3 .4 确保方管与
气柜水槽壁焊缝处所受力矩最小
(1)安装在
气柜内的水平方管及垂直圆管 ,其排开水的总体积近 15m3,即浮力 F 达 15t ,
气柜内管道和加强结构总重约 5.5t 。受力见图 4 所示。
由于 F >G ,所以方管与
气柜水槽连接处受到很大力矩 M 的作用 , 若不消除 ,水槽焊缝处必将变形甚至破坏 。
(2)为了消除力矩 M,可将方管上的加强槽钢焊接在水槽底板上, 将浮力F 一部分传递给水槽底板, 见图5 所示 。
(3)为了防止
气柜水槽底板焊接处受拉力破坏 ,在底板上的焊接部位均加上护板 ,使受力面增大 ,避免应力集中,见图 5所示。
3 .3 .5 方管的预制安装
(1)为了便于安装 ,方管分两部分进行预制 ,
气柜内的方管应将下好的料由方管开孔处运到
气柜内进行预制 ,圆管应从钟罩顶开孔进入,
气柜外部方管在外面预制 。
(2)
气柜内方管预制完毕后 ,安装时让其伸出
气柜水槽壁约 500mm ,使之与外部方管对接。
(3)
气柜水槽开孔处应进行补强 ,并应检查其气密性。
(4)支架 、出口管管帽等附件安装 。
(5)方管在安装前, 水槽底板上的护板应安装完
毕,方管与底板之间的防腐应施工完毕 。
3 .3 .6 焊接及检查
(1)方管焊接 , 角焊缝采用对称焊接 , 角焊缝高度为10～ 12mm ,部分对接焊缝要开单面坡口(约 32.5b),并必须焊透 ,其它焊缝高度应与薄板相同 。所有焊缝不得有裂纹 、气孔 、夹渣和弧坑等, 咬边深度不得超过0 .5mm , 而且连续长度不得大于 100mm 。
(2)方管所有焊缝除最后的封闭焊用着色检查外,均采用煤油渗透检查 。
3 .3 .7 防腐
气柜内新安管道 、支架、护板和破损部位均应按
气柜原设计要求防腐。
3 .3 .8 升降试验
管道改造完成并清理检查合格后, 封闭入孔, 向水槽中注水至操作高度 ,并用鼓风机向
气柜内充气试验,反复操作两次, 检查如下项目 :
(2)出口管管帽是否合适;
(3)配重块是否需要改变;
(4)各塔升降是否灵活 。
4 质量标准及质量保护措施
4 .1 质量标准
4 .1 .1 《 金属焊接结构湿式
气柜施工及验收规范》HGJ212 -83
4 .1 .2 《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97。
4 .1 .3 《钢结构工程施工及验收规范》GB50205 -95 。
4 .1 .4 《工业设备 、管道防腐蚀工程施工及验收规范》HGJ229 -91 。
4 .1 .5
气柜原设计文件 。
4 .2 主要技术指标方管的设计 、安装必须能安全地满足生产的需要。
4 .3 质量保证措施
4 .3 .1 与方管有关的尺寸 、受力状态要认真分析和严格计算。
4 .3 .2 做好施工前的技术交底 。
4 .3 .3 特殊工种必须持证上岗 。
4 .3 .4 使用的工机具必须能满足施工需要 , 计量器具精度足够
4 .3 .5 所有材料必须经过严格检查验收 , 并有质量合
格证 。
4 .3 .6 严格工序控制 , 上道工序不合格不得进行下道
工序施工 。
4 .3 .7 建议质量保证体系设专职检查员 , 执行“三检
一评” 。
4 .3 .8 成立 QC 小组 , 开展 QC 小组活动 。
5 安全保证措施
5 .1 严格执行国家和公司安全技术管理的有关规定 ,并对施工人员进行针对性的安全技术教育。
5 .2 施工人员必须配备相应的劳动保护用品 , 以防灼伤皮肤或触电事故发生。
5 .3
气柜内施工要使用安全电源 , 进入
气柜内的所有电线和电焊把线要绝缘良好 ,用电设备要有可靠的接地保护。
5 .4 施工现场要严格执行动火证制度 , 同时现场要配备必要的消防器材, 做好防火工作 。
5 .5 进入
气柜内作业 , 必须有专人监护 , 发现危险及时抢救。
5 .6 打开
气柜所有人孔 , 并在
气柜顶设引风机 , 保持
气柜内通风良好 。
5 .7 吊装所用吊索具 , 在吊装前应认检查 ,
气柜内吊装所用吊点必须安全可靠 。
5 .8 每次施工结束后 , 应清理施工现场 , 切断电源并确认无火灾隐患后方可离开现场。
6 经济效益分析
6 .1
气柜进出口管道扩大改造采用该方法施工与采用圆管施工对比如下 :
可见 ,既节约了资金, 又缩短了工期, 满足了用户要求 。
6 .2 本工程的成功实施 , 得到了业主和有关部门的高
度评价,取到了良好的经济效益和社会效益。
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