石油化工企业钢结构管架设计探析

石油化工企业钢结构管架设计探析
摘要：随着我国改革开放的发展，石油化工产业是我国重要民生行业，起到
了关键的基础性和保障性功能。

管架结构设计的科学化能够极大提高石油化工企
业的经营效益，并促进其产业的平稳发展。

文章通过对管架结构设计的剖析，对
整个管架设计流程中的核心内容进行了总结，期望能够帮助有关部门工作人员进
一步提高对石油化工企业内部管架结构设计的理解与把握，从而推动石油化工产
业的可持续发展。

关键词：石油化工企业；钢结构；设计
引言
我国经济的发展离不开石油化工企业的支持，其是我国产业建设和发展中的
支柱项目。

在石油化工工程中，专业的装置和设备通常采用钢材作为框架结构搭
建的原材料，只有在相关装置的安装过程中保证安装操作的规范性并做好钢结构
原材料本身的防护，才能保证装置的安装质量，而只有将质量控制工作做到及时
到位，才能有效实践“工程质量第一、安全防范为主”的施工总体要求。

1钢结构框架的作用原理分析
钢结构自身的重量不高，抗压性能良好，能够有效地应对石油化工装置施工
的过程，提升装置的整体性能。

钢结构框架的安装过程中要充分考虑实际工程情况，形成合理的安装计划，并明确调整方式。

一般来说，钢结构框架的安装过程
中很容易出现设计变更。

钢结构框架的装配快速，需要在施工现场形成专业的装
配流水线，有效地缩短施工时间，也能够有效地规避高空作业带来的风险。

另外，随着工业化程度的不断提升，钢结构的优势进一步发挥，很容易形成密封结构。

钢结构是一种较为理想的弹性结构，符合工程力学的基本假定。

钢结构的韧性良好，能够承受较大程度的变形。

另外，钢结构的安装过过程中多彩用高强螺旋和
扭剪型进行交接，施工过程中要对结构进行拧紧。

拧紧流程如下：先将钢柱的各
段初步拧紧，之后调整结构达到合适标准，进行二次拧紧。

这种操作能够有效地
规避多次框架调整，减少高空作业的时间。

2石油化工企业钢结构的设计条件
（1）对管架结构进行设计后的主要依据，是根据有关工艺配管以及对有关
的结构应力，专业人员根据对工作的了解后所进行的初步设计。

设计要求的科学
性与合理性对设计的效果会产生很大的影响。

实际工程中往往需要在管道没超过
3m就完成了跨梁，因此管道的长度和其支承情况直接影响管道压力的传导情况。

（2）固定管架的标高。

当管架的跨距很大时，即可通过支承桁架实现连接，但
是由于钢管设计上有尤其特殊的需求，若用桁架的管子支承，其底部标高就很难
达到相关标准。

所以，对净空高的特点和需要的情况应注意钢桁架和横梁的高度
可能带来的对管线层的冲击。

此时，架构设计技术单位必须第一时间对有关专业
的主管单位做出反应，并及时执行。

与此同时，在工程设计中也必须从外观上明
确管子尺寸和管线的总体布局，以防止加大后期工程设计困难。

（3）设计伸缩
缝间隙。

按照有关规范规定，在进行最大沉降裂缝间距设计时，钢结构建筑物的
最大伸缩缝距离不能超过120m。

另外，应重视对固定管架的安装地点的确认，工
作应用中通常把两种补偿器合二为一，以确定经济实用性。

对于大型管道使用时
应尽可能减少伸缩缝的长度，同时增加柱间支承以增强防震功能。

3结构选型与结构布置
3.1结构选型
在钢结构设计的全部重要阶段中，必须被重视的就是“概念设计”，这对构
件选择和设计阶段来说特别关键。

对于某些无法进行严格理性分析或规范计算所
确定的结构问题，应根据从整个构件系统和各构件间的力学相互作用、断裂原因、震害、试验情况以及施工实践中得出的设计思路，从全局的观点来决定构件控制
方式的整体设计和细部方法。

通过采用概念设计，能够在较早期阶段快速、合理
地做出设想、计算结果和选定。

而所得构造方法一般便于手算、定义清晰、定量
分析精确，并能减少在结构分析阶段中不必的繁杂运算。

同样，这也是通过确定
用计算机的力量分析计算信息可信与否的重要基础。

通过改变结构荷载的方式，
可以适应不同的环境条件。

标准中规定，在下列承重结构钢框架、支撑、裙座、管架等上应包覆耐火性
能层：钢结构一般有构架、水平支架、网架壳、索膜轻钢结构、塔桅等构造形式。

在石油化工企业中，常用的建筑构件形式一般有：钢铁构架一般用来支持水冷却器、换热器、卧式器皿、空气冷却器等化工机械钢一般用来支持油管、电缆仪表
槽箱等；门型钢架一般用来大型压缩机站房、泵棚等。

这种结构方式的思想和技
巧大都成熟。

也有部分问题未能克服，如缺乏简便实用的设计方法，比如网壳的
设计等。

而钢结构建筑尽管有重量轻、空间大、施工速度快、易于改造等优势，
但与钢筋和其他建筑材料相比，同样也会遭受大火所造成的不良影响。

和水泥比较，钢铁的防火特性相对较差。

钢铁虽然不可燃，但在大火高温作用下，其力学
性能钢的抗拉强度在0~250℃范畴内，基本无改变，只是当超过300°以上抗拉
强度开始降低，500°时抗拉强度只有原来的10.5600时是原有抗拉强度的
1/6~1/7，抗拉强度基本丧失殆尽，也就是钢铁的耐火限度在15min以下为宜。

据一些试验数据统计，钢结构在温度低于300℃时，强度提高而塑性减小；在高
温超过300℃时，强度减小而塑性提高。

钢的导热系数大约是普通水泥的40倍，
当钢结构外表受热时能量就会迅速到达其内部，加之由于钢结构为单一的材料构成、内部温度分配规律、散射截面形状为薄壁加工状受火面面积大，因此在火灾
时发热迅速，根据中国《钢结构设计规范》规定：当钢结构外表的受辐射热温度
超过150℃以上并在短期内可能发生火灾作用时，就应当采取有效措施，以确保
有效期的安全。

3.2钢结构管架的结构布置
3.2.1防火要求布置
石油化工企业是国家的特大型企业、生产区储运区内各种塔罐林立，输油管
网密布。

由于其原油和制品大部分易燃易爆，加之多属高温高压。

如果机械设备、管道、阀门漏气，就非常容易着火，火灾风险极大，而一旦支撑的机械部件烧断
将可能导致机械设备的全部倒塌，后果不堪设想，所以，用作支撑各种机械设备
的钢构架的防火问题显得特别关键。

而石油化工产品则因其原料与制品的绝大多
数易燃易爆，一经漏气，就非常容易起火，后果不堪设想。

所以，作为管架的安
装和防火问题显得特别关键。

3.2.2隔热法
用防火保温材料将钢结构覆盖起来。

包裹材质有水泥、轻量型防火水泥或钢
丝网膜防火水泥等，其好处是取材简单、价格低廉、表面硬度好、抗冲击、对建
筑材料要求不多，但相对笨重。

3.2.3导热法
即在空心封闭截面宽度中主要是柱间充水，当火灾后钢构将吸收的热能传给
水中，再通过水分的挥发而消耗热能或利用循环将热能导走，钢构的工作温度可
保持在100℃左右，使结构的高温不会再上升到临界温度，这样具有热防护功能。

这个技术在实际工程中很难行得通，更不宜用作建筑室外钢结构。

结束语
综上所述，钢结构管架结构的科学性与合理性对石油化工项目的顺利运行起
到了关键性的影响，在今后的运行中必须要做好对钢结构管架的结构与调整，以
提升石油化工产业的效益，维护石油化工产业的平稳增长，为我国资源供给提供
有力的保证。

参考文献
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