浅谈大型球罐内部旋梯结构设计

孙霄飞

（中油辽河工程有限公司，辽宁 盘锦 124010）

1 大型天然气球罐内部旋梯的总体结构设计

1.1 大型球罐的基本设计条件。通常情况下，在对大型球罐进行结构设计时，应满足以下几个基本条件：球罐的内部直径应为26800mm，设计的压力应为1.05MPa，工作的压力应为0.98MPa，防震裂的等级为7级，储存介质为天然气，腐蚀裕量为20mm，设计温度为零下15到80摄氏度，承压锻件为20MnMoD，球壳的材质是15MnNbR，依据我国相关设计标准中的要求，球壳的厚度应为38mm。

1.2 内部旋梯设计的基本要求。因为大型球罐的内部空间是很大的，所以内部旋梯的构件跨度和整体尺寸也会很大，在对其进行结构设计时就结构构件就必须有足够的刚度和强度，这样才能保证结构构件运转的可靠和安全，旋梯在使用时才能够平稳的运转。另外设计时还应考虑到内部旋梯的使用特性，也就是说在长期处于静止状态时，只有在开罐检修时才使用时，要保证球罐在使用期间是灵活的运转的，另外还应使内部旋梯的总质量更轻，总体结构更简单，这样才能降低球罐建设的一次性注资。

而内部旋梯进行结构设计时，基本条件应为：要能承受3名技术人员携带约为75kg的仪器在球罐内部进行检查和维修；同时在检查和维修时，还要保证检修的物品可以从上下人孔方便进出；最后就是要保证2名左右的工作人员就可以推动旋梯的旋转，否则就应增加电动装置。

1.3 内部旋梯的总体结构。大型球罐的内部旋梯的总体质量约为7500kg，一般其结构上分为四部分：顶部平台、带滑动轨道的中部平台、上部旋梯以及下部旋梯。顶部平台是由设置转动机构的圆形小平台以及框架式直梯所组成的；中部平台则是由护手和所设置的滚动轨道所组成的；上部旋梯就是指通过顶部平台与螺栓相连接并利用滑动滚轮支撑在中部平台上面的弓形梯子；而下部旋梯就是指在中部平台上的带滚轮的能自由a转动的圆弓形梯子。

2 球罐内部各个组成部分的结构设计

2.1 顶部平台的结构设计。一般情况下，组成顶部平台的结构构件有供相关人员进出的上部焊接十分牢固的框架式直梯、下部小平台、小平台周边的护手围栏以及各部分之间的连接小部件等，并且利用球壳内部的预焊钢板和螺栓有效的将其顶部联结起来。另外此预焊钢板和球壳之间必须是完全焊透的，对其应进行100%的磁粉检测，采用双螺母将螺栓联结起来并且相互锁紧，这样才能保证连接的安全可靠性。

上部平台的框架对上部旋梯也是有支撑作用的，所以在对此框架式直梯进行结构设计时，要保证其具备足够的刚度、强度以及稳定性。设计旋转部件时首先应考虑的就是其轻便性和灵活性，然后才是其具备足够的强度和刚度，另外在选择旋转部件的使用材料时，材料的润滑性应满足其使用特性，同时设计人员还要充分的考虑到材料的抗腐蚀性和只有检修才转动使用的特点，所以要特别注意设计润滑系统。

2.2 带滑动轨道的中部平台的结构设计。此中部平台最重要的作用就是供工作人员休息，供仪器仪表以及相关物品的放置以及对球罐中部进行检查和维修，另外它也是工作人员进行上下旋梯的过渡通道，它是悬挂在下部旋梯并支撑在上部旋梯上的。一般情况下，在对其进行结构设计时，平台应为宽度为600mm的环形结构，平台栏杆采用的焊接钢管的尺寸为33.5mm×3.25mm，球壳内壁与钢管必须是焊接牢固的；应采用角钢对平台进行支撑，同时采用螺栓使之与预焊钢板联结，预焊钢板在球罐内部应分布均匀并且与球壳内壁应完全焊透，对其应进行100%的磁粉检测；中部平台的支撑角钢以及底部衡量角钢都是采用预焊钢板与螺栓进行联结的；中部平台的位置应是在球罐赤道面下3785mm的位置处的，平台的环形踏板应采用菱形花纹钢板，并且其厚度应为4.5mm；滑动轨道应选择无缝钢管，其尺寸应为60mm×5mm，其焊接的位置应是在环形平台内侧角钢的上面，同时还应偏离角钢的外侧约为6mm。

2.3 上部旋梯的结构设计。上部旋梯结构设计最重要的要求就是工作人员能够在此方便的进行操作并且操作过程要有必要的安全防护措施，其主要是由弓形槽钢边梁和踏板组成的梯子以及护手围栏组成的。旋梯的结构尺寸是较大的，为提高旋梯的稳定性和整体的刚度，就应在弓形边梁下部增加珩架式支撑钢架，并且在设计护手围栏时也应采用框架结构。采用螺栓和顶部平台底部的连接件将旋梯顶部联结起来，旋梯底部可以支撑在滑动轨道上，这样顶部平台的下部小平台与上部旋梯就是一个整体了，这样才工作人员的推力作用下整个旋梯就也可以实现自由平稳的转动了。

上部旋梯是要依靠滚动滑轮在中部平台轨道上的，这样如果滚动滑轮从轨道上翻转脱落，就很有可能对在场的工作人员造成危险，所以在进行结构设计时就要设置可保证旋梯始终处于安全状态的关键性结构。一般情况下，大型的球罐内部的旋梯结构都是采用使用可靠并且结构简单的防翻转脱落结构，从而避免滚动滑轮在轨道上出现脱落和翻转的情况，保证了上部旋梯的安全性和可靠性。

2.4 下部旋梯的结构设计。下部旋梯结构的最重要的作用就是让工作人员对球罐的下半部分进行检查和维修。其结构是悬挂在中部平台设置的轨道上的，因此对下部旋梯进行结构设计时，其不但要具备足够的强度和刚度，同时还应尽可能的降低中部平台轨道的承载载荷，并且减轻其重量。在使用的过程中，工作人员在下部球壳上和中部平台上协调推动，使旋梯可以稳定的运转。下部旋梯的宽度约为1000mm，其是由上部直梯和下部圆弓形旋梯所组成的：直梯的长度为1900mm，是由踏步和扁钢边梁所组焊而成的，在直梯的上部通常是要设置悬挂结构的，选购结构由两个滚轮组成；圆弓形旋梯则是由踏板和圆弧形扁钢边梁组焊而成的，在圆弓形旋梯的两侧必须设置相应的栏杆护手。另外为了保证旋梯转动的平稳性以及保证下部旋梯具有足够的刚度，在旋梯的上、下、中位置处都应设置桁架式框架。

下部旋梯悬挂于中部平台的轨道上主要是要依靠滚轮结构的，在球壳内壁上是有由圆弓形旋梯下部的滑轮组的，所以旋梯在转动的过程中也是有脱落的不安全因素的。因此在设计时在旋梯滚轮的悬挂结构处应设置防脱落结构，防脱落结构的结构简单，安全可靠性高并且使用性能较好，这样滚轮结构在任何情况下就都可以固定在轨道上了，从而充分的保证旋梯转动的可靠性和安全性。

通过以上的论述，我们对大型天然气球罐内部旋梯的总体结构设计以及球罐内部各个组成部分的结构设计两个方面的内容进行了详细的分析和探讨。在对大型球罐内部旋梯进行结构设计的过程中，应注意各个结构部分的设计细节，确保大型球罐内部旋梯在现场完成制造和安全后，两个人就可以将其轻松推动，与大型球罐共同投入使用后，确保其使用性能良好，并且其安全可靠性也较高，各部分的结构都能达到设计的要求，为今后的大型球罐的内部旋梯的设计工作提供更准确的设计数据和设计经验。

[1]王亦鹏.钢筋混凝土旋转式楼梯的计算和放样[S].建筑施工，1993.

[2]张智军.浅谈球罐设计的若干问题[S].森林工程，2002.

[3]李云福.大型球罐内部旋梯结构设计[S].压力容器，2009.

[4]赵石军.大型球罐有限元应力分析设计技术[S].重技术，2010.

[5]关壮.混凝土旋梯结构设计的思考[S].林业科技情报，2003.