- 相關推薦
某脫硫脫硝裝置煙道支架基礎改造設計方案比選的論文
摘要：對某脫硫脫硝裝置煙道支架基礎改造方案進行比選。嘗試采用一種既安全合理、又節省資金、縮短工期的設計方案，以保證煙道系統改造如期完成。
關鍵詞：煙道支架；基礎改造
隨著我國國民經濟的高速增長，對能源需求的增加，燃煤、燃油及煉油等過程形成的SO2排放量日益增加，酸雨和SO2污染逐年增加，嚴重危害居民健康，破環生態環境。因此環保部對“十二五”期間各污染物的排放做出了更嚴格的控制，對SO2、氮氧化物的排放限值要求更加嚴格。煙氣除塵脫硫脫硝技術是減少煙氣中粉塵、SO2和NOx排放的有效方法。減少煙塵污染，提高環境質量，國內已經建成的燃煤電廠、石油化工企業紛紛新增煙氣除塵、脫硫脫硝裝置。
由于煙氣脫硫脫硝設施多為新增，場地條件狹小。一般爐后管道、管線、設備等布置都比較緊湊，土建設計時沒有預留脫硫脫硝載荷量，且地下基礎、管線眾多，給煙道支架基礎改造設計帶來很大困難。現就某煙氣脫硫脫硝裝置煙道支架基礎改造方案選擇進行闡述和分析，以供類似工程設計參考。
1工程概況
某石化企業220萬噸/年催化裂化裝置配套新建煙氣除塵、脫硫脫硝設施。原催化裂化裝置煙氣系統煙道直徑為3000mm，煙氣由兩臺余熱鍋爐出口經煙道至煙囪直接排放，沿煙道共設六個鋼煙道支架，均為框架支撐形式，頂標高為6.800m，平面尺寸分別為3.2m×4，3.2m×4.5。煙道沿馬路布置，中心距馬路邊平面距離為4.7m。
新建煙氣除塵、脫硫脫硝裝置的煙氣自兩臺余熱鍋爐出口煙道引出，正常工況下經鍋爐出口水封罐后匯合，進煙氣脫硫水封罐后再進電除塵器除塵。當電除塵器或煙氣脫硫脫硝系統故障時，煙氣不進除塵脫硫脫硝系統，改經煙氣排煙囪水封罐進煙囪直接排放。煙道直徑由余熱鍋爐出口處3000mm經水封罐后變為3400mm，沿煙道需設五個煙道支架用以支撐四個水封罐和煙道，頂標高改為11.100m，平面尺寸為6m×6。其中兩個煙道支架位于煙囪和除塵器之間的空地上（為新建），其余由余熱鍋爐至煙囪的三個煙道支架和原有支架位置重合。由于新的煙道頂標高較高又增加水封罐，故原有煙道支架不可用，需重新布置，設計的難點和重點是后三個煙道支架基礎的設計。由于業主要求原催化裂化裝置既定開車日期不變，由余熱鍋爐至煙囪的煙道系統改造工期只有短短三個月的時間。為避免影響整個催化裂化裝置的開車運行，選擇一種既安全合理、節省資金、又縮短工期的基礎改造設計方案尤為重要。
原煙道支架基礎采用水泥粉煤灰碎石樁復合地基（CFG樁復合地基），樁徑400mm，1.35m正方形布樁，樁頂標高EL-2.900m，樁體混合料立方體抗壓強度≥15N/mm2。基礎持力層為第⑤層粉質粘土層，樁長約7米，進入持力層1.0米，單樁承載力特征值Ra≥230KN，復合地基承載力特征值fspsk≥220KPa。地基采用整片處理方案，范圍滿足新增基礎要求。所有煙道支架由六個6m×7的筏板基礎構成，基礎厚800mm，底標高EL-2.500，基底設300mm厚褥墊層，配雙層[email protected]鋼筋網。混凝土柱腳短柱1m×1，基礎短柱頂標高EL0.100m。基礎已施工完成，土方也已回填但上部鋼結構還未安裝。
2工程地質及水文地質條件
2.1工程地質
2.1.1該裝置場地
地貌單元屬太行山山前沖洪積平原，地層上部為第四系沖洪積物，下部為第三系粘土巖和砂礫巖，詳堪報告揭示場地土層自上而下分為8個分層：
（1）層粉質粘土：屬黃土狀土，壓縮性較高且具有輕微濕陷性，不宜直接作為天然地基持力層，若必須采用時，應進行地基處理。fak=120（kPa），Es=5.5（MPa）。
（2）層粉土：土質較好，壓縮性較高，可以作為天然地基持力層，但應進行軟弱下臥層（③層粉質粘土）的強度與變形驗算。fak=150（kPa），Es=6.6（MPa）。
（3）層粉質粘土：塑性較高，土質較軟，是本場地相對較軟弱的地基土層。fak=120（kPa），Es=5.5（MPa）。
（4）層粉質粘土：土質一般，承載力中等，壓縮性相對較高，是本場地相對較好的地基土層。fak=160（kPa），Es=6.4（MPa）。
（5）層粉質粘土：土質較好，分布穩定，是相對較好的地基土層，可作為短樁的樁端持力層。fak=200（kPa），Es=8.9（MPa）。
（6）層粉質粘土：土質較好，是良好的地基土壓縮層。fak=160（kPa），Es=6.4（MPa）。
（7）層粉土：密實狀態，土質較好，分布穩定，承載力較高，可作為中長樁的樁端持力層。fak=210（kPa），Es=10（MPa）。
（8）層細中砂：密實狀態，土質好，可作為中長樁的樁端持力層。fak=250（kPa），Es=25.4（MPa）。
2.1.2CFG樁復合地基設計參數見下表：
2.2地下水條件
地下水埋藏很深，地質勘察期間33.0米深度范圍內未見地下水。
2.3場地和地基地震效應評價
根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）附錄A，本場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第二組。地基土類型屬中硬土，場地類別為Ⅱ類。建筑場地屬對建筑抗震一般地段。
3基礎改造設計方案比選
新的鋼煙道支架平面尺寸為6m×6，分兩層。第一層標高6.200m，用來支撐直徑4500mm的水封罐；第二層標高為11.100m，支撐水平布置的煙道。新支架與舊支架相比，由于煙道直徑變大，柱距增加，頂標高由6.800m改為11.100m，又增加了水封罐荷載（充水重120t），自重及風荷載對基礎的作用增加較多。通過對地下管網圖紙的梳理后發現馬路邊有一根DN400的消防水管，中心標高EL-2.100m，距煙道中心4.2m。
煙道支架基礎改造有三種方案：一是將既有基礎拆除，根據新支架的要求重新進行基礎設計；二是利用既有基礎，采用加大基礎底面積法對原基礎加固改造；三是在既有基礎頂面新增厚板，與原基礎組成一個上大下小的不規則筏板基礎。
經過現場調研后進行方案比選：方案一，拆除既有基礎開挖較深，需大型破碎機械臺班，拆除工作量和垃圾清運量大。基礎下面的褥墊層需重新鋪設。新基礎設計、施工時需避開旁邊的消防水管，造成施工周期長、造價高，不能保證工程進度。
方案二，要加大基礎底面積，需在原基礎四周植筋，開挖較深，需專業隊伍施工，要求有一定的操作面。局部新增基礎設計、施工時需避開旁邊的消防水管。優點是只需拆除原基礎短柱，拆除工作量小。缺點是植筋處與新柱腳短柱鋼筋垂直交叉，混凝土澆筑難度大，不利于攪拌和振搗。施工周期較短，造價較高。
方案三，僅需拆除原基礎短柱，不用植筋且開挖深度淺，施工時能避開消防水管。此方案需進行充分的論證與準確的計算，雖然設計工作量增加，但施工簡單，周期短且造價最低。
綜合以上因素顯然方案三較為理想，但前提條件是既有基礎及地基的承載力要滿足新的荷載要求，需復核計算后才能確定此方案是否可行。
4基礎、地基承載力復核
鋼支架設計時采用PsKPM系列的STS鋼結構計算程序建立三維空間計算模型進行分析，按新的荷載條件計算柱腳荷載，同時考慮工藝荷載、風荷載、地震荷載等不同工況的組合。現僅就其中離煙囪最近的一個煙道支架基礎為例進行復核闡述。
4.1CFG樁復合地基復核
4.1.1單樁豎向承載力特征值復核
Ra=upqsili+αpqpAp
=3.14×0.4×（25×2.07+22×1.8+29×1.4+33×1）+1.0×（3.14×0.42/4）×400
=257.41kPa>230kPa.
4.1.2復合地基承載力特征值復核
de=1.13×1.35=1.53m，m=d2/de2=0.42/1.532=0.068，fspsk=λm+fsk
=0.8×0.068×230/0.1256+0.9×（1-0.068）×200
=267.4kPa>220kPa.
4.1.3樁身強度復核
fcu≥4λRa/Ap=4×0.8×230×103/125600=5.86N/mm2
fcu≥4λRa/AP[1+γm（d-0.5）/fspa]=5.86×[1+18×（1.9-0.5）/220]=6.6<15N/mm2.
通過以上復核計算，原復合地基承載力達到取值要求。
4.2基礎重心校核
由于新舊基礎均對稱于X軸，故只需校核X向基礎重心。上部構件傳至四個基礎短柱的荷載標準值分別為：605KN、567KN、598KN、560KN。
經計算原基礎自重G1=840KN，新增厚板自重G2=1686KN，基礎重心X0=GiXi/Gi=[840×4.6+1686×4.3+（598+560）×1+（605+567）×7]/（840+1686+598+560+605+567）=4.22m，所以X向基礎重心偏心距e=4.3-4.22=0.08m<0.1W/A=0.12m.滿足要求。
4.3基礎驗算
基底荷載內力標準組合值最不利為X向風荷載作用下數值為：FK=2330kN，
Vx=214kN，Vy=0kN，Vx=214kN，Mx=0kN·m，My=-40kN·m，H=2.6m。
基底壓力：psk=（FK+GK）/A=4856/（6X7）=115.6kN/m2<fa=220kpa
pskmax=（FK+GK）/A+MX/WX+MY/WY=126.2<1.2fa=264kPa
pskmin=（FK+GK）/A-MX/WX-MY/WY=105kpa<1.2fa=264kPa
原基礎承載力和配筋（配筋計算略）滿足要求。
綜合考慮各種因素并通過以上復核計算，最終確定采用方案三對原煙道支架基礎進行改造設計。
5結語
對既有基礎進行改造設計，選擇一種技術合理、易于操作、工期短、造價低的方案，不僅要考慮上部結構類型、荷載特點，分析地質勘察資料，還要結合工程場地實際情況。本裝置采取在原基礎頂部上覆厚板的設計方案，充分利用原有地基和基礎的承載力，克服工期短和施工操作界面狹小的困難，以較低的造價解決了上部荷載增加較多的問題，并滿足了業主對催化裂化裝置如期開車的要求。經過幾年的運行，煙道支架結構工作正常。
參考文獻
[1]GB50007-2011.建筑地基基礎設計規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.
[2]GB50010-2010.混凝土結構設計規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.
[3]呂宏俊，600MW機組脫硝改造基礎加固方案分析[J].電力科技與環保，2012（12）.
【某脫硫脫硝裝置煙道支架基礎改造設計方案比選的論文】相關文章：
新型分類操作繼電器裝置的設計方案論文04-02
通訊鐵塔基礎設計方案分析論文03-28
大學教學樓電氣改造設計方案探討論文03-26
我選我教學設計方案范文04-05
針對某山造林工程規劃設計方案03-30
貝脫、比脫和比爾童話故事04-18
碼頭工程的設計方案論文12-09
脫變經典美文03-30