施慕桓

 （惠生工程（中国）有限公司，上海  201210）

摘要：随着国家对石油化工装置排放要求的不断提高，需对裂解炉进行改造。在进行改造后的分析计算时，将后期改造产生的新增荷载单独施加到结构上，通过分析新增荷载对结构产生的应力增量，来验算改造后的裂解炉钢框架，最终确定加固方案。

关键词：裂解炉；钢结构；改造；加固 DOI:10. 13206/j.gjg201604014

1概述

 扬子-巴斯夫乙烯装置于2005年建成投产，装置规模为年产乙烯60万t，共有10台裂解炉，采用的是SS&W的工艺技术（USC型炉）。其中9台为液体原料裂解炉( Hll0~H118)，1台为循环气体原料裂解炉( H130)。装置在二期改扩建中增加1台大型液体原料裂解炉( H109)，装置年乙烯生产能力由60万t提高到74万t。现H109裂解炉排烟温度较高，达130℃以上，为了降低生产能耗，拟对H109进行节能改造，通过对对流段进行改造以降低排烟温度、提高热效率及超高压蒸汽的产量。

 节能改造包括两个方面：

 1)在原设计FPH -1段的上部增加一组模块，共8排翅片管用以加热原料。

 2)在原设计FPH -2段的预留段新增8排换热管。

 其中对钢结构有影响的内容包括：

 1)原标高125. 072~128. 120 m预留模块（FPH -2段）质量66 t，改造后，增加质量65 t，总质量为131 t。

 2)新增标高132. 080~133. 580 m模块(FPH -1段上部，不包括钢结构)总质量为135 t。

 3)新增模块钢结构总质量7.5 t。

 4)改造的管道共需4个支撑点，每个点的竖向荷载为5 k N。

 其余荷载如增加的支撑自重等，由于荷载较小，故不计入本次分析验算中。该钢结构改造的立面见图1。可以看出，改造所造成的新增荷载达2 000 k N以上，必须对原有钢结构进行分析验算，并确定加固方案。

 本文以扬巴H109炉对流段节能改造项目为例，成功将验算方法应用在该项目改造中。并利用石油化工结构设计软件STAAD. Pro V81对原有钢结构进行验算。

2  结构计算模型

 首先按照原有竣工图建立STAAD．Pro计算模型（图2），再将新增荷载施加到H109炉整体模型上，对新增荷载进行一系列荷载组合，最后分析新增荷载对原有结构产生的新增应力比（不考虑原有构件自重），确认加固方案。

 这种计算方案有以下两个前提：

 1)不考虑构件加固后对整体结构刚度的影响，这种影响对整体结构来说可以忽略不计。

 2)增加荷载并加固结构后，各构件仍处于弹性阶段。这样一来，新增荷载产生的应力就可以与原有应力进行叠加。

3  结构计算结果

3.1  上部结构验算

 对流段改造的新增荷载集中在支撑对流段模块的两榀框架上，在这两榀框架竖向传力的过程中，过渡段的桁架和支撑桁架的端柱为主要受力构件。由于此两榀框架对称，因此图3仅显示出了其中一榀框架主要受力构件的应力比增量。

 应力比增量超过0.1或接近0.1的构件需在对流段改造前进行加固。取此临界值的原因在于，国外业主（例如巴斯夫）的项目，针对此类钢结构构件，在设计时其应力比取值一般为0. 85~0.90，因此认为应力比增量不超过0.1的构件可以利用原有设计裕量。其他类型的钢结构框架，此临界值可以根据该行业在设计时应力比的一般取值来调整。

 对支撑桁架的框架端柱，由于实际截面与计算截面存在差异（图4），实际截面面积比计算截面面积大约36%，而框架柱增加的应力比不超过0.1，因此框架端柱不用加固。

 支撑对流段的桁架端斜腹杆，同样由于其实际截面与计算截面存在差异（图5），实际截面面积比计算截面面积大约18%，而桁架端斜腹杆增加的应力比不超过0.1，因此桁架端斜腹杆不用加固。

 其余应力比增量超过或接近0.1的构件，如桁架上、下弦和部分竖腹杆均需要加固。

3.2基础验算

 荷载传递途径如下：对流段改造的新增荷载通过桁架传到4个端柱上，由于过渡段和辐射段侧向的炉壁板刚度加大（跨度较小），因此随着内力往下传递，支撑桁架的4个端柱逐渐将内力分到边跨的框架柱上。主要传力构件示意见图6，从而得到最终的柱脚反力，柱脚编号见图7，其反力值详见表1。

 由表1可以看出，两边跨8个框架柱的柱脚反力最大。原有H109炉钢框架的基础形式为桩筏，且至少一柱一桩。其原有单桩竖向承载力特征值为2 750 k N，最大竖向力增值为170 k N，占单桩竖向承载力特征值的6. 2%，可以不考虑基础加固。如果基础是其他形式，同样可以根据计算出的柱脚力增值，对增值部分进行加固。

4  结束语

 本验算及加固方法可在未取得原有装置荷载条件的情况下，针对改造中新增的荷载进行分析，确定加固方案。这种方法较之于传统的加固验算方法（即局部验算），既可以保证结构的安全性，也可以省去收集以往设计输入条件的时间，同时整个验算过程有理有据，从而高效地完成了各种改造项目的验算及分析。