附塔特殊支架设计探讨

附塔特殊支架设计探讨

金艳

中国石化工程建设有限公司北京市100192

摘要：本文主要介绍非标准附塔支架的设计。

关键词：附塔；支架；非标准

塔型设备是石油化工厂常见得设备，塔身上经常附着一些支架用以支撑管道、检修操做平台、设备、安全阀等。

对于管道支架，一般情况下荷载条件单一，基本上都以三脚架形式呈现，当有水平力的时候再配以水平支撑，另外配管专业也有自己的图集，方便选用。

对于检修操作平台，各设计院设计院一般都有自己的标准图，另外国标图集HGT21543-2009《圆形塔平台通用图》也可以选用，这里不再赘述。

本文主要介绍后两种，附塔设备和塔顶安全伐支架设计。

附塔设备基本上位于塔身的中部，基本上都是再沸器，并且基本都是在改造中新增。下面以镇海汽油加氢改造为例。

原有塔（C-720M）高45.67米，塔直径5.456米。新增再沸器（E-727N）重18吨，直径1.2米，高度6.2米，支座位于塔身16.7米高度处，支座螺栓定位直径为2.124米，示意如图：

对于在原有塔上增加的设备，首先想到的就是塔基础的核算。塔型设备的基础基本上都是由风荷载控制，对于风荷载不变而塔身的重量增加，对于塔基础是有利荷载。而此不在本文讨论范围，在此不做详细叙述。

本设备支架仍旧以两个三角架作为支撑，两边配以水平支撑，设备支撑详图如下图：

三角支架荷载简图如下

经过软件计算比较，当全部荷载作用在三角支架最边缘处产生的拉压力最大，又考虑到作用在梁中间的荷载，所以得出以下简化计算方法：把所有的荷载作用于三角架的尖端处与作用于梁中间的荷载产生的剪力和弯矩叠加，得出的反力用于支座焊缝的设计，和设备专业设备壁的设计。

计算简图如下图

计算结果简图如下图：

下面讨论塔顶安全阀。

塔顶安全阀也称塔顶安全排放阀，一般是三到四个管口，朝向不同的方向，每个管口有几吨的排放反力，水平和垂直力都有。其特点是支撑点位于塔顶封头以上、塔身侧面，只有发生事故时才会产生反力，需要人员上去检修。难点在于其支撑点的位置不好找到落脚点。另外由于塔顶情况复杂，也使得支撑点的反力传递更加困难。

下面分别介绍两种塔顶情况安全阀支撑架的做法。

第一种是不变径塔，以惠州EOEG项目某塔为例，塔直径4.14米，塔封头焊缝处高度57.3米，塔顶平台高度58.7米，安全阀支撑点的高度60.5米，支撑点距离塔中心4.415米，共4个安全阀，朝向不同，如图所示：

传力模型以三个三角架支撑一个四跨空间桁架，即四个安全阀的反力传递到空间桁架上，在由空间桁架传递到三个三角架上，三角架位于塔身侧面封头以下。如下图所示：

实际情况由于三角支架还要支撑一个大管子，使得三角支架的顶标高低于封头焊缝很多，三角支架顶到安全阀支撑点的距离将近4米，又考虑到塔顶操作平台的支撑，所以将空间桁架做成两层，又为了便于操作，又将空间桁架向外挪了一米，这一部分是根据实际情况进行了变化，具体如图示：

下图为左视图，也是空间桁架的另一个立面图：

本例的计算以STAADpro建立空间模型来计算。

下面说第二种，变径塔，这种塔在塔上部逐渐收细，以至于在塔的上部没有足够的空间来安放两个三角架。仍旧以惠州EOEG某塔为例。塔高65米，安全阀支撑点的高度为67米，一共有3个排放管口，朝向不同方向，塔从53.9米开始变径。直径由3.7米变到0.6米，如图所示：

这种情况比较适合做一个四根柱子的钢框架，像帽子一样套在塔的上半部分，这样既可以解决安全阀支撑点的问题，也可解决操作平台的问题。唯一的麻烦就是钢框柱的柱脚落在哪。

由上图可以看出，随着柱脚位置的变化，框架也逐渐变大，随着框架变宽，框架看起来也相对稳定，当框架足够宽的时候，框架的高度也相应的变高了，如何取舍，要看安全阀的荷载大小和安全阀距离塔中心的距离综合判断。

这个安全阀支架实际上最后是选用的第一种方案，柱脚落在2.1米直径的封头上，这种方案柱脚的做法比较简单，但是配管专业做了大量的工作，调整荷载点的位置和荷载的大小，如果按照最早的条件，第一种方案是绝对算不下来。

后两种方案柱脚生根在柱的侧壁，可以放置水平牛腿与塔侧壁项链，然后将框架柱置于牛腿上，或者以柱的翼缘与塔侧壁相连，当过封头高度时将柱转45度角。如图所示：

此框架的计算上以正常的钢框架计算就可以，只是需要把震动的周期改成塔的周期即可。

结语：附加在塔的设备、荷载、管线、平台千变万化，但基本上都可用三脚架的方式将荷载传于塔侧壁，或者以框架的方式传于塔身或塔顶，找到就近的简洁的传力路线，既可以完成附塔的支撑。