窑尾技术改造结构加固设计简介

余慧英

窑尾技术改造结构加固设计简介

Structural Reinforcement Design for Preheater Technology Modification

余慧英

在中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统技改中，通过改造局部设备，优化工艺流程，达到降低能耗、适当提高设备生产能力的目的，更好地执行国家节能增效的方针政策。本文叙述了在窑尾改造过程中遇到的一些加固设计计算，钢梁钢柱的加固方案，施工需要注意的问题等，供类似改造工程借鉴。

技术改造；加固设计；技改效果

窑尾技改一般是对运营多年的老厂进行改造，通过对分解炉进行扩容改造、三次风管旋风筒局部改造、更换烟室，优化工艺流程，解决运行过程中存在的热耗偏高、分解炉及五级筒出口温度倒挂、煤粉在炉内燃烧不完全等问题，进一步降低系统热耗，降低成本，适当提高设备生产能力，提高产品质量，在水泥厂得到较为广泛的运用。改造涉及结构框架的加固计算，各层平面中的钢梁、钢平台、钢梯的部分拆除新加，钢梁钢柱强度不够需要加固等结构问题，本文以中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统技改为例，介绍改造中结构专业加固的设计和施工。

1 加固设计计算

1.1 工艺主要修改内容

（1）9.150m平面烟室加大，烟室混凝土基础需要改造。

（2）由于三次风管改造，19.150m平面新加三次风管支架。

（3）45.150m平面分解炉改造。

（4）对部分楼梯及检修平台改造。

1.2 设计荷载

框架所受主要荷载按来源分类如下：

（1）结构荷载：钢结构楼板恒载1kN/m2（钢梁自重程序自动计算），楼板活载取4.0kN/m2、积灰荷载取0.5kN/m2、雪荷载不考虑，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，基本风压：0.4kN/m2。

（2）工艺荷载：三次风管支架荷载，烟室荷载，分解炉荷载，旋风筒荷载，风机等设备、检修钢平台、楼梯等荷载。

由于老厂建设时间较长，其间可能存在各种修改，最好在设计前土建、工艺、电气、设备等专业做实际现场测绘，确保设计符合实际需要，按现行GB 50144-2008《工业厂房可靠性鉴定标准》和GB 50292-1999《民用建筑可靠性鉴定标准》进行可靠性鉴定，其鉴定结果作为加固设计的依据。根据改造的工艺资料，搜集原有结构资料，采用PKPM建模计算框架，对计算承载力不足的梁柱进行加固。

1.3 车间结构加固设计

中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统窑尾框架，地上7层，其中首层9.150m平面以下为混凝土框架，9.150m平面以上6层为钢框架结构，标高19.150m，32.650m，45.150m，58.150m，72.650m，84.050m，框架柱网尺寸为24m×16m，总高度84.050m。柱网布置见图1。

图1 柱网布置图

上部钢框架钢柱为焊接H型钢柱，截面尺寸最大H900×850×30/40，最小H500×500×18/25；钢框架梁为焊接H型钢梁，平面钢梁为焊接H型钢梁、热轧H型钢、热轧普通工字钢及槽钢等。

1.3.1 9.150m混凝土平面

烟室改造荷载没太大变化，原混凝土梁柱强度足够，仅对烟室基础进行局部改造，原锚栓保留，表面凿毛，二次浇注加大基础面积。当原锚栓锈蚀严重，无法与新设备锚固，可以将原浇注层打掉采用CGM高强灌浆料重新浇注，浇注层少灌30mm厚，新增一块30mm厚的钢板，板上开好螺栓孔，套在原螺栓上，再二次浇注，然后将新烟室支腿焊在新加的30mm钢板上。

1.3.2 上部钢结构加固改造平面

19.150m平面工艺新加三次风管支架，支架荷载较大，经复核，支架下部钢梁及周边传力的钢框架梁截面不够，需要加固。45.150m平面分解炉修改比较大，荷载增加大，需要拆除中间1个柱网内的楼面，重新布置平面。经复核，边缘框架梁截面需要加固，由于新加方形膨胀节顶部离钢梁很近，此处可采用钢梁上下贴钢板加固，要特别注意加固钢梁不要碰到设备。

部分楼层的旋风筒需要整体旋转，支点位置发生变化，要新加支点钢梁，以确保受力安全。

（1）钢梁加固

采用方案：

a新加荷载不大时可采用钢梁下贴钢板，为了贴合密实，与原结构协同工作，钢板中间间距300开孔塞焊，边缘角焊缝满焊。

b新加荷载较大、钢梁强度欠缺较多时，可在原钢梁下面加T形钢补强，T形钢高度除按计算确定外，还需满足焊接施工的操作空间要求。此时要特别注意增加梁高度后是否碰到设备，当影响设备时，可采用局部钢梁上翻，根部加高，中间贴板，上下翼缘贴板等方案满足工艺需要。

图2 非框架钢梁加固立面示意图

图3 框架钢梁加固立面示意图

图4 钢梁加固截面图

c当增加梁高受限时可配合腹板贴板，钢板中间间距300开孔塞焊，边缘坡口焊缝满焊。如图2、图3、图4。

（2）钢柱的加固

由于45.150m平面荷载增加较大，相关中间4根钢柱在9.150～45.150m标高之间强度不够，需要加固，见图5。在需补强的楼层柱侧补T形钢柱，上下翼缘倾斜过渡。当穿越悬挑钢平台时，等强过渡处理，翼缘截断焊接，腹板贴板开孔塞焊，如图6。

图5 框架柱加固平面图

图6 钢柱加固

2 施工过程需要注意的问题

（1）卸载

首先要求在改造加固作业正式开始前先行卸载；所有生产及辅助设备停止运行，设备中积料出清，各类钢仓、灰斗、管道排空，楼面、操作平台上无堆载，除必要的施工人员和小型工具外，没有其他活荷载作用。拆除所有待更新的或不再使用的旧设备、旧管道、旧非标件等。

（2）钢平台安装

做好原有钢平台钢梯的记录：在对部分多余的原钢平台、楼梯进行拆除，新增加钢平台及楼梯、设备安装过程中，需要拆除部分有用的钢梯及平台，施工过程中注意做好标示记录，便于恢复。

钢平台拆除前可根据现场需要，在原有结构和设备上设置吊杆，吊挂于钢梁底或设备下。

（3）施工安全

加固改造过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位出现损伤或严重缺陷时，应立即停止施工，并会同加固设计者采取有效措施进行处理后再继续施工；对加固过程中可能出现倾斜、失稳或倒塌等不安全因素的结构，在加固改造施工前，应采取相应的临时安全措施，以防止事故的发生。

焊接钢结构加固时，原有构件或连接的实际名义应力值应＜0.55fy，如按前述要求卸载后仍达不到要求，则应采取临时支顶等措施继续降荷或与设计院会商处理办法。

3 技改效果

中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统技改，2016年3月1日开始，4月9日技改完成并恢复生产，技改工作历时39d，总计用钢量约88t。该项目恢复投料运营后，生料原来喂料量375～380t/h，现在390～395t/h，产量得到提高，各项能耗均有下降，以4月份煤耗电耗指标完成情况为参考，与2015年全年平均值比较，标准煤耗下降3.8kg/t，实物煤耗下降5kg/t，节约成本1.85元/t；综合电耗下降1.7kWh/t，节约成本1.33元/t；每吨熟料氨水消耗量下降2.2kg/t，减少经济成本1.28元/t。按热工标定107.9kg/t，预计全年将节约煤 9 250t，电费314.5×104kWh，节约累计约587万元，1年内就能收回技改投资成本。后期通过持续优化调整，能耗仍有下降的空间。

4 结语

水泥行业作为我国主要的高能耗、高排放产业，是工业领域节能减排的重点和难点，其节能减排效果对完成我国能源消耗目标、工业可持续发展起着举足轻重的作用；加大节能减排力度，已成为水泥行业面临的一项艰巨而紧迫的任务。中国水泥厂有限公司3号窑烧成系统技改，通过改造局部设备，优化工艺流程，降低能耗，适当提高设备生产能力，以更好地执行国家节能增效的方针政策，值得推广应用。

工业建筑中经常会遇到类似改造、加固的问题，有关钢梁钢柱加固的方案很多，本文叙述了在窑尾改造过程中遇到的部分结构加固设计施工的思路，可供类似改造工程借鉴。■

天津水泥院有限公司土耳其SIVAS项目获PAC证书

近日，天津水泥院有限公司土耳其SIVAS项目部正式收到业主Votorantim土耳其分公司（VO⁃TORANTIM ÇIMENTO SANAYI VE TICARET A.Ş）颁发的PAC预验收证书（不含石灰石破碎和均化车间），证书生效日期为2017年8月21日。这标志着项目完成了主合同框架下的主体工作，又取得了一个里程碑式的成果。

土耳其SIVAS项目是天津水泥院有限公司与巴西Votorantim集团继美国SCC项目、巴西Maraba水泥粉磨站、玻利维亚项目之后的又一次合作，也是Votorantim集团在美洲以外建造的首条完整的生产线。

项目合同于2015年2月13日签署并计时。在合同执行过程中，项目团队克服工期紧、工作界面多、气候寒冷等不利因素影响，设备供货整体提前近45天，烧成系统于2016年3月17日提前点火。项目于2017年6月16日完成主体车间考核工作，并于7月5日成功举行竣工典礼。

TU393

A

1001-6171（2017）05-0077-04

2017-04-06； 编辑：张志红