煤气柜结构设计

煤气柜结构设计(structural design of gasholder)

储存煤气的钢制柜体及其钢附件和基础的结构设计。煤气柜的用途是：(1)缓冲煤气产量与用量之间的不平衡，即当产量高于用气量时，将多余的气体储存在柜体内，以补充高峰时供气量的不足；(2)稳定管网压力；(3)混匀煤气成分。按密封方式煤气柜可分为湿式和干式两大类。干式煤气柜与湿式煤气柜相比，有储气压力高、压力稳定、使用寿命长、煤气不增湿、污染少、基础负荷轻、占地面积小及操作安全可靠等优点。现在大多采用干式煤气柜。煤气柜选型见煤气柜设计。

中国从20世纪80年代以来，干式煤气柜的采用有了很大发展。上海宝山钢铁总厂建成了15万m3润滑脂橡胶圈密封型煤气柜、12万m3稀油密封型煤气柜及8万m3橡胶薄膜密封型煤气柜。我国设计的2～30万m3的稀油密封型煤气柜已相继投产使用。8万m3的橡胶薄膜密封型煤气柜也已投产。煤气柜结构设计范围包括干式煤气柜和湿式煤气柜。设计主要内容包括计算、钢材选择、防锈涂层和基础设计。

湿式煤气柜由下部水槽、中间部分的若干个圆筒形塔节、顶部钟罩、导轨和导轮等组成。煤气储存在钟罩及塔节内，钟罩、塔节随煤气的增减而升降。在水槽、塔节及钟罩间设置水封防止煤气外逸。导轨是钟罩、塔节升降时的导向构件，可分为直立导轨和螺旋导轨两种形式(图1)。

湿式煤气柜最高储气压力小于4．5kPa，压力波动范围为1．5～3kPa，最大升降速度为1．2m／min。

(1)水槽。壁板和底板均选用钢板，采用对接焊缝拼接，底板中部的长向焊缝也可采用搭接焊缝。水槽上部水压小，可选用较薄的钢板，但厚度不应小于

6mm，下部壁板需要考虑边缘效应，并按强度确定其厚度。大型气柜在导轮处的水槽外侧，通常设置壁柱加强，以承受导轮处传来的荷载。壁柱采用钢板，其长度一般为水槽高度的1／3。底板厚度按构造确定，中部一般取6mm，靠近壁板下端的底板取8～10mm钢板，其上设置承托塔节用的垫梁。

(2)塔节。由壁板、上挂圈、下挂圈等组成。壁板用3mm钢板拼接后焊在导轨垫板和挂圈上，使塔节形成筒状外形。上下挂圈是用槽钢和钢板制成的环形槽。塔节或钟罩升起时，内侧塔节的下挂圈和外侧塔节的上挂圈钩在一起形成水封并挂起下层塔节。

(3)钟罩。由顶板、顶架(包括径向梁、环肋、支撑及顶环)和筒体组成。顶板直接铺设在顶架上，在任何部位都不得与顶架焊接，这是因为气柜充气后，顶板受内压会鼓起。顶板周边采用较厚的外圈板，一般为8～14mm，其宽度经计算确定。顶板中间部分按防腐和避雷接闪要求，采用3～4mm薄钢板。顶架承托顶板荷载(自重和雪荷载等)并承受环向力和径向力。顶架一般是由型钢制成的径向梁和环肋正交组成的空间结构。环肋用角钢制作，与顶架径向梁相连，在部分环肋间，沿径向梁方向设置支撑，以保证径向梁稳定性。当气柜直径大于60m时，

可采用空间桁架的顶架。顶环位于顶架顶部中央，作为径向梁的中部支撑点。顶架与筒体的侧壁板组成空间结构，防止充气后由于内压造成顶板和壁板的变形。筒体由侧壁板和挂圈组成，它作为径向梁沿圆周方向的支承点。

(4)直立导轨。由内外导轨、立柱、沿竖向间隔一定距离的环梁和立柱之间的交叉支撑组成。立柱作为塔节升降的导向导轨，其顶部高于钟罩上升可达到的高度。立柱数量和截面按承受的风荷载或地震作用经计算确定。煤气柜直径愈大，高度愈高，立柱数量愈多。立柱沿水槽外侧均匀布置，一般选用工字钢制作，大容积煤气柜常采用格架式组合柱。内导轨安装在塔节壁板的内侧。

(5)螺旋导轨。常采用24～38kg／m钢轨弯成螺旋形，与水平成45。斜角，均匀地敷设在塔节钟罩外壁，与壁板焊接成一个整体，使塔节、钟罩具有很大刚性。导轨的方向在上下相邻的两个塔节上按相反方向布置，以防止塔节升起时向一方倾斜。螺旋导轨的重量比直立导轨架(包括立柱、环梁及支撑)和导轨要轻15％～30％。在中国当采用湿式煤气柜时，一般采用螺旋导轨。

(6)导轮。钟罩和塔节借助导轮沿导轨升降。直立导轨式煤气柜设有外导轮和内导轮。外导轮安装在钟罩顶部外缘和备塔节上挂圈顶部，内导轮安装在钟罩和各塔节下挂圈底部。螺旋导轨式煤气柜的导轮安装在水槽平台或各塔节上挂圈的顶部。导轮承受柜体塔节上的风荷载或地震作用。轮轴材料要求具有良好的抗弯和抗剪能力，轮头要求有较高的耐磨能力，轮轴和轮头一般用铸钢或锻钢制作。

干式煤气柜按活塞与柜体间密封形式，可分为稀油密封型或称曼型(MAN 型，图2)、润滑脂橡胶圈密封型或称可隆型(Klonne型，图3)和橡胶薄膜密封型或称威金斯型(Wiggins型，图4)三种类型，这三种干式煤气柜的主要区别如表。

稀油密封型煤气柜的储气压力最高为8kPa，压力波动范围为±150Pa，活塞最大升降速度为3m／min，适用于储有一般含尘量小于15mg／m3的常温焦炉煤气和高炉煤气。润滑脂橡胶圈密封型煤气柜的储气压力最大有可能达到12kPa，压力波动为±500Pa，活塞升降速度最大为7m／min。这种气柜储气压力较高，可直接配置在高炉煤气管网中，不需建造煤气加压站。橡胶薄膜密封型气柜的储气压力为6kPa，压力波动为500～700Pa；活塞最大升降速度为5m／min，适用于储存湿度较高、含尘量较大的转炉煤气。

稀油密封型煤气柜由通风气楼、柜顶盖、柜体、活塞及吊笼、环形走道、柜底板、油槽和电梯等组成(图2)。

图2稀油密封型煤气柜

1一通风气楼；2一柜顶盖；3柜体；4一活塞；5一环形走道；6一柜底板及油

槽

(1)通风气楼。供气柜内部换气用。由中间环、径向承重构件、竖向承重构件、屋面板及壁板组成。气楼为圆筒形，顶面呈正多边角锥形。顶部中央放置中间环，沿径向布置承重构件，构件的一端与中间环相连，另一端则支在竖向构件的顶端，竖向构件的下端一般支在柜顶盖的中间环上。通风气楼顶面和侧面采用冷弯板檩合一的面板。通风气楼设有供维护操作人员进入柜内的通道。

(2)柜顶盖。由柜顶盖中间环、梯形桁架、板檩合一的面板组成。正多边角锥形的柜顶盖中央设有中间环。沿角锥的棱设置梯形桁架，桁架一端支承在柜体立柱上，另一端与中间环相连，形成空间受力体系。桁架弦杆为钢板焊接的T 形组合断面，腹杆采用角钢。

(3)柜体。由立柱、壁板组成。为正多边形的筒体。其边数视煤气柜容积的大小，在24到14之间变化。煤气柜的高度与直径的比一般为1．5～1．9。每个角上设有立柱，用以承受气柜的外部荷载及自重，并作为活塞导辊的导轨。立柱采用工字钢制作，并在其翼缘上焊接一块钢板。每根立柱分成数段，在现场拼接。立柱的制作和安装精度十分重要，它关系到煤气柜活塞能否正常运行。柜体侧板亦为冷弯成型、板檩合一的构件，板厚为4～6mm。侧板与立柱焊接，其转角与立柱接触部分施堆焊后加工成直角，以防止煤气留在侧板转角的缝隙内。侧板的高度偏差要严格控制，以免偏差积累造成安装困难。

(4)活塞及吊笼。由中间环、放射形焊接梯形桁架和周边支撑组成空间的受力结构。桁架上弦采用钢板焊接的T形组合截面，下弦为工字形，腹杆及支撑系统采用角钢。活塞底部为一平面，采用4～6mm带加筋肋钢板与桁架下弦杆的下