浅析石油化工火炬塔架的设计要点

付长波

摘要：随着经济的不断发展，石油化工企业占比越来越高，厂区的结构、数量、高度有所增加，要求也更加复杂。本文主要阐述了石油化工火炬塔架的结构设计要点，分析了计算原则、参数选择及取值要点，结合以往工程设计的经验，文章给出了塔架节点，构造设计指标控制参考，结合石油化工火炬塔架的实践，详细介绍了火炬塔架的常用计算和分析方法。

關键词：石油化工;火炬塔架;设计要点

1.石油化工火炬塔架的发展现状

近年来，石油化工产业日益重视火炬塔架的建设，由于其对生产的重要作用，使其在石油化工中十分突出，人们也开始逐渐关注，在满足生产需要的基础上，还要注重整体的美观。由于生产能力的增强，塔架的高度和体型都在不断变化，为了符合国家污染排放标准，对高度有了新的要求，根据国家的发展大计，满足节省耕地的要求，单筒火炬变为双筒火炬塔架，根据国家的要求，火炬的塔架间距不能小于9米，对土地面积起到了一定程度上的节约，为了满足生产需要，形式上的火炬筒是固定的，业主定期对火炬进行保护，延长火炬的使用寿命，设计可以分段拆卸。不同类型的火炬塔架在设计上都有所不同，有着各自的优势和不足，在进行设计方案时，要根据实际需要，使设计方案达到统一。

2.石油化工火炬塔架的使用功能及特点

在所有的石油化工装置中，火炬塔架在大型构筑物中尤为重要，塔架的高度在110米，它将的排气筒扶直至120m高空，为了满足环境安全卫生，让排放的气体在120度的高度燃烧，大多数排气筒都是采用独立式基础的承重方式，在实际使用过程中，塔架的功能是排气筒产生的水平力，从根本上保证排气筒不会变形，可以支承配管，检修和维修。塔架要满足良好的工艺要求，出了高耸的结构，还应该考虑使用上的特点，充分考虑其对环境的影响。

3塔架结构方案的选择及构件选型

3.1塔架结构方案的选择

为了能在技术、经济、外观和使用上取得良好的效果，在塔架结构方面的选择时，要多采用全焊钢结构，采用自立式折线型钢结构，塔架横截面采用正三角形结构方案。在选择方案时要充分考虑各方面因素：

（1）石油化工的火炬塔架要多采用焊接结构，提高抗震性能。在制作方面更加灵活方便，一定程度上可以缩短工程的周期，简化节点设计，满足抗震要求，与整体吊装方案协调一致。

（2）在塔架的顶部需要使用温度较高的塔架。当采用混泥土结构时，要充分考虑温度的影响，这样的材料重量大，对施工造成困难。所以在选用钢材时，要选择重量轻并且承受温度在90℃左右的结构，满足塔架的使用要求。

（3）对于火炬塔架的使用功能来说，多数塔架的使用功能比较简单，塔架平面要求低，横截面采用的是正三角形，可以拓展的空间大，技术经济效果好。

（4）火炬塔架相关标准非常严格，火炬塔顶平台要符合排气筒火炬头检修平台要求，三角形截面边长不能小于7m。在建构塔架时，要考虑造型、经济要求。除此之外，要考虑顶部材料的温度，温度较高时，对火炬头振动影响大。因此要将顶部的节间设为“K”形刚性腹杆，加强材料的刚度。

（5）塔架底部的尺寸根据地基情况选择，一般为塔高的1/5一1/8。为了保证塔的整体刚度，同时也为整体起吊创造较好的条件，一般设置“K”形刚性腹杆的底座。

（6）火炬的排放高度决定塔架高度，影响塔架的高度有两点：其一是安全需要。根据设备、人的耐热程度、确定排放的高度;其二是环境环境保护需要。防止排放气体对周边环境的影响。

（7）在材料选用方面，风荷载为塔架的主要风载，考虑塔架的抗震设防要求及温度的变化。在材料选用中，对塔体选用部分，钢管选用16Mn、20号钢和Q235一c钢材，焊条应采用低氢型焊条。塔架的辅助部分及受力杆件要采用Q235一B.和E43焊条。

3.2塔架构建选型

对于风荷载的主要荷载结构，最好采用风阻小的断面。塔柱、横杆和腹杆选型要符合相关标准，这样可以弥补塔架构件采用型刚组合断面或钢筋组合断面的缺点，提高抗震性能。塔架节点要选择构造焊缝密封，提高塔架的抗腐蚀性;地脚螺栓与柱脚紧密结合，保证塔柱及受力杆件长细比控制在150。塔架选型要最大限度的满足工艺布置、检修要求，考虑制作方便及安全施工，以达到塔架受力合理及造型美观的效果。

4.塔架计算

钢塔架是自立式高耸空间桁架结构，横截面才用的是等边三角形，空间桁架采用的是塔架坡度变化，其形式有K形、交叉腹杆两种，平面等边三角形考虑三个风向荷载作用：

在计算时我们应考虑3中荷载：

（1）风荷载+永久荷载+0.6

（2）永久荷载+0.25风荷载+0.6

（3）地震作用+永久荷载+0.2

5.石油化工火炬塔架的节点设计

在石化装置塔架节点设计中，随着机械化的不断提高，钢管塔架之间采用法兰盘，高强度螺栓进行连接，法兰盘和螺栓采用的是工厂生产，保证生产精度高，在工厂可以提前进行试件的组装，有利于发现问题并及时解决，可以进行专业的防腐、防锈处理，运输到施工现场避免出现偏差，法罗盘和高强度螺栓采用镀锌结构，另外，法兰盘的最小厚度不能小于16mm。螺栓的直径不能小于M14，螺栓要大于等于四个，要均匀布置，内径与外径间隙不能大于3mm，相对间隙和不能大于4.5mm，在法兰盘的中径设计时要考虑筋板之间预留螺栓垫片，以及焊缝的空间。

6.石油化工塔架的构造要求

石油化工的塔架构造要求应该时刻满足制造、运输和安装等阶段，提高腐蚀性能，对塔架节点非受力连接缝，全部采用构造焊缝密封。地脚螺栓和柱脚的连接要紧密结合，承受水平推力，要采用联系梁对塔柱进行连接，提高基础性能，抗滑和抗震要求。由于排放气体与塔体温差较小，为了消除温度变化所产生的应力，排气筒要采取相关办法与塔架平台紧密连接，有利于传递水平力。为了保证整体刚度和抗震需要，取得较好的经济效果，对塔柱和受压杆件长细比控制在150。塔架的基础顶面要高出地面不小于300mm，每个柱的螺栓不能少于四个，地脚采用双螺帽，柱靴板的高度要大于塔柱截面高度，柱脚外漏，要考虑排水。钢管与圆钢对接时要考虑平滑的过渡段，钢板的过渡段长度标准为1：4，钢管与圆钢的过渡段长度不能小于直径差的两倍。

结束语：

近些年，火炬塔架在不断发展，得到了广泛应用，在使用功能上逐步完善，但是也有很多问题，在节点设计上，规定十分笼统，设计不完整，法兰盘构造也不齐全，所以我们要不断完善相关石油化工火炬塔架规范，借鉴优秀经验。本文通过介绍石油化工的发展现状，石油化工火炬塔架的使用功能及特点，塔架的设计原则及要求，介绍了火炬塔架设计的计算要点，以及塔架的节点设计，主要针对火炬塔架的结构模式，风荷载、法兰盘螺栓等进行分析。结合场地地质气候条件，塔架高度等附属条件，火炬塔架的结构要考虑体形选择，主体结构形式选择，支撑结构体系控制，确定具体的模型，根据实际需要，在模型适应的基础上，选择相应的材料规格，满足运算以及塔架承载要求，希望能通过此文的相关参数及设计要点，希望能在石油化工火炬塔架建构工作中起到参考作用。