焦化装置露天栈桥系统结构设计及难点分析

王磊 徐飞 任春来

【摘要】 本文结合新疆某延迟焦化装置中露天栈桥的工程实例，重点介绍露天栈桥结构选型及布置、栈桥柱设计、基础设计、吊车梁系统设计及结构设计中一些难点，并提出了相关建议及结论。

【关键词】延迟焦化 露天栈桥 杯口基础 吊车梁系统 抓斗起重机

1 延迟焦化概述及露天栈桥设计要点组成

石油焦化过程是重质油热转化过程之一，也是一种石油炼制加工过程。目前炼油厂应用最广泛的是延迟焦化，我国自上世纪60年底至今，延迟焦化在我国得到迅速发展。至2005年底我国延迟焦化装置加工能力为42.25Mt/a，占到原油一次加工能力的12.94%，仅次于美国。可见，延迟焦化在石油冶炼中的地位之重要。

延迟焦化主要包括焦炭塔框架、储焦池、露天栈桥系统、加热炉、分馏塔、压缩机厂房、高压水泵房及焦炭外输装置等。其中露天栈桥是该装置重要组成结构，它的主要功能是及时转移从焦炭塔出来经溜槽进入储焦池的焦炭及焦石，露天栈桥与焦炭塔框架、储焦池及焦炭外输装置有密切的联系且使用频率很高，故露天栈桥的设计对延迟焦化装置的空间及成本优化起到重要作用。

露天棧桥系统结构设计的主要组成部分包括：结构平面规划、栈桥模型计算、杯口基础计算、栈桥柱设计、吊车梁及辅助桁架、制动梁等附件设计及柱间支撑设计。由于延迟焦化装置布局的局限性，导致露天栈桥的平面规划、基础形式及埋深、吊车梁系统设计等方面有一些难点，现结合工程实例，浅要分析一下栈桥的结构设计要点。

2 露天栈桥结构设计要点

本装置位于新疆奎屯，为160万吨/年延迟焦化装置，结合焦炭塔框架和储焦池尺寸，本露天栈桥跨度29.5m，纵向尺寸134.5m，结合本装置规模，选用两台电动桥式抓斗起重机，额定起重量20t，轨顶标高13.98m，吊车为重级工作制（A7）。栈桥立面图如下。

2.1 计算模型简化

本工程简化模型为平面排架结构，纵向吊车刹车力由柱间支撑承受，栈桥柱选用工字型柱，截面尺寸为工600x1500x250x200，采用PKPM排架计算。荷载主要包括自重、走道板传来的恒载与活载、风荷载、吊车荷载与地震荷载。

露天栈桥柱主要是柱顶位移控制，查现行规范及《混凝土结构构造手册》，露天栈桥柱横向位移限制Hc/2500，Hc为基础顶面至吊车梁顶面的高度。经计算本工程均满足要求。

2.2 预制栈桥柱配筋设计

预制栈桥柱根据计算及构造要求进行配筋，在这需特别注意考虑预制栈桥工字型截面柱吊装验算及翻身起吊验算并最终得出预制柱的配筋图。

2.3 杯口基础设计

本工程场地内主要土层为杂填土与卵石层组成，故基础采用天然地基，基础座在2层卵石层上，fak=450kpa，由于焦炭塔框架基础与储焦池基础基底埋深不同，为避免基础相碰，需将个别基础埋置深度加深，所以基础设计时采用了高杯口独立基础与一般杯口独立基础，基础施工时需结合焦炭塔框架基础与储焦池底板，合理安排施工顺序。

2.4 吊车梁系统设计

由于露天栈桥与焦炭塔框架、储焦池有紧密的联系，以及场地与工艺的限制，导致露天栈桥纵向柱距出现非标情况，所以在选用吊车梁系统时就出现了非标尺寸，现行国标图集吊车梁柱距主要是6m与12m，设计时需注意考虑。从近些年情况来看，预应力混凝土吊车梁与钢吊车梁相比，钢吊车施工速度快且便于吊装，故笔者建议选用钢吊车梁。

本工程设计前，笔者查阅了多个延迟焦化装置中露天栈桥吊车梁的设计，大多采用吊车桁架，笔者认为这种吊车梁系统施工复杂且对施工质量要求较高，本工程选用两台重级工作制的吊车且使用频率高，这样对吊车梁的疲劳验算就提出了很高的要求，若焊缝质量施工不好将造成很严重安全事故，故笔者选用了与原来不同的吊车梁系统，参考国家标准设计图集05G514-4《12m实腹式钢吊车梁》选用实腹式钢吊车梁，经计算标准柱距选用图集中GDLZM12-8ZY钢吊车梁，由于新疆气候寒冷故材质选用Q345-D。此外还包括了辅助桁架、制动梁、下翼缘水平支撑走道板及两侧栏杆，这些附件均无特殊要求，参考图集做相应的选择即可。材质均采用Q235-B。其余非标情况参考GDLZM12-8ZY制作，为方便现场安装均采用同一高度。吊车梁与这些辅助干系共同构成吊车梁系统，整体上构成了一个空间结构的吊车梁系统，对于重级工作制的吊车即保证了强度，稳定和疲劳的安全性，又降低了施工的技术难度。

2.5 柱间支撑设计

露天栈桥系统纵向水平力依靠支撑系统来传递给基础，纵向水平力主要有吊车纵向刹车力及风荷载，柱间支撑包括上柱与下柱支撑，采用双肢柱间支撑且满足长细比与抗震性能要求。

3 结论与建议

（1）露天栈桥平面规划时，需结合焦炭塔框架、储焦池、高压水泵房及管架基础，保证相互之间的施工顺序及基础之间不碰撞，柱距尽量采用标准轴线尺寸，以方便吊车梁及附件的设计。

（2）露天栈桥计算时，需严格控制栈桥柱子的横向位移，此位移为一台最大吊车水平荷载标准值所产生的侧移。

（3）栈桥柱设计时需注意预制柱的吊装验算，合理确定吊点位置，翻身起吊时需验算其配筋是否满足要求。

（4）栈桥基础设计时，需结合杯口基础构造配筋及插入深度采用合适的杯口形式。对于偏心距eo>2hc的工字形柱，柱在杯口的插入深度应适当加大。

（5）吊车梁选择时，建议选择实腹式钢吊车梁，需特别注意吊车梁的挠度限制，重级工作制吊车梁挠度限制为L/1200，当场地位于极寒地区时需注意选用材质为Q345-D，一般情况下为Q345-B.同时非标吊车梁应参考标准柱距做相应调整。

参考文献

[1] 瞿国华.延迟焦化工艺与工程[M].北京：中国石化出版社

[2] 王文栋.混凝土结构构造手册[M].北京：中国建筑工业出版社

[3] GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社