結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)備布置注意問題探討

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摘要：在工業(yè)設(shè)計中，各種設(shè)備的布置在廠區(qū)內(nèi)、裝置區(qū)內(nèi)都有其各自的規(guī)定和要求，設(shè)備布置的流暢性，直接關(guān)系到工藝流程的連貫性，消防布置的合規(guī)性，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案選擇的合理性以及安全生產(chǎn)的可操作性，綜合其在設(shè)計中的全面考慮，論述了結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題，以供參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計；設(shè)備布置；結(jié)構(gòu)設(shè)計；原則

在化工企業(yè)的設(shè)計中，各式各樣的設(shè)備布置在廠區(qū)及裝置區(qū)內(nèi)，有高塔、機(jī)泵、罐、反應(yīng)器、換熱器、臥式容器、壓縮機(jī)等，這些設(shè)備的布置都有其自身的特殊性，每種設(shè)備在廠區(qū)內(nèi)、裝置區(qū)內(nèi)的布置都應(yīng)符合各自規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求，同時還應(yīng)考慮與其相連的各種管道（液體管道和壓力管道等）的設(shè)計要求，并充分滿足工藝流程的相關(guān)需求，這樣才能作出合理、安全、規(guī)范、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計。本文對工業(yè)設(shè)計的設(shè)備布置中遇到的結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行分析，以提高設(shè)備布置的結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化。

1設(shè)備布置與工藝專業(yè)的聯(lián)系

工藝流程是設(shè)備布置的源頭，工藝專業(yè)的PID圖、物料平衡圖、工藝流程圖、工藝系統(tǒng)圖、設(shè)備布置圖是工業(yè)設(shè)計的精髓，各種設(shè)備的布置要求、布置形式，相鄰設(shè)備之間的相互關(guān)聯(lián)，相關(guān)設(shè)備的安裝標(biāo)高、預(yù)留的檢修空間，以及物料之間的相互反應(yīng)直接影響著設(shè)備布置的方案，在進(jìn)行設(shè)備布置時應(yīng)充分了解工藝專業(yè)的流程，并與其它相關(guān)專業(yè)進(jìn)行溝通，在滿足規(guī)范要求的前提下，做到業(yè)主滿意。

2設(shè)備布置的原則

1）設(shè)備布置應(yīng)滿足工藝流程的需求，并應(yīng)滿足整個廠區(qū)、裝置區(qū)內(nèi)的水平布置和豎向布置的連續(xù)性、流暢性，將同一類設(shè)備如高塔、罐體等盡量集中布置在同一個區(qū)域內(nèi)，使空間得到充分利用。2）通常把空冷器、高位槽布置在框架的頂層，重量較大的槽罐設(shè)備以及振動較大的設(shè)備（如壓縮機(jī)、真空泵等）布置在框架的底層，與其他生產(chǎn)部分隔開，主要設(shè)備布置在中間層（如反應(yīng)器），這樣布置既可以利用位差進(jìn)出物料，又可以降低建構(gòu)筑物的高度，減少樓面荷載及振動，使成本得到控制。3）設(shè)備布置形式可以采取敞開式布置、半敞開式布置或封閉式布置，且應(yīng)考慮場地及當(dāng)?shù)刈匀粭l件的影響。風(fēng)沙較大的地區(qū)，不宜敞開布置；冬季氣溫較低的地區(qū)，也不宜敞開布置。4）設(shè)備布置時，與其相連的壓力管道和熱膨脹管道在布置時應(yīng)考慮動力系數(shù)及熱應(yīng)力的影響，充分利用工藝專業(yè)的應(yīng)力計算分析和管道安裝的相關(guān)要求，及時調(diào)整設(shè)備布置方案，保證整個體系的正常運轉(zhuǎn)。

3設(shè)備布置在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題

3．1塔的布置

塔是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，塔的布置方式有單排布置、多排布置和構(gòu)架式布置，從而確定了塔基礎(chǔ)的布置形式，獨立式基礎(chǔ)、聯(lián)合式基礎(chǔ)、大厚板框架式塔基礎(chǔ)等。塔基礎(chǔ)的設(shè)計是塔設(shè)備的重中之重，并決定了塔與塔之間的間距以及與其相關(guān)聯(lián)的設(shè)備布置。

3．1．1塔基礎(chǔ)的設(shè)計敞開放置的高塔設(shè)備，由于形體較高，受風(fēng)荷載的影響，在高塔的表面形成了吸力或者壓力，并在橫風(fēng)向和順風(fēng)向這兩個方向上產(chǎn)生振動。一種是橫風(fēng)向的風(fēng)誘導(dǎo)振動，一種是順風(fēng)向的常規(guī)設(shè)計振動。其中橫風(fēng)向是振動方向與風(fēng)的流向垂直，順風(fēng)向是振動方向與風(fēng)的流向一致。因此，塔基礎(chǔ)設(shè)計的總荷載中，風(fēng)荷載占據(jù)著很大的比重。除水平地震作用外，主要的側(cè)向荷載由風(fēng)荷載產(chǎn)生。對于高塔基礎(chǔ)，規(guī)范涉及的上部鋼設(shè)備的自振周期對于風(fēng)荷載計算公式里的風(fēng)振系數(shù)的取值和結(jié)構(gòu)自振周期密切相關(guān)，其取值的高、低會造成成倍的差異，這就是風(fēng)的動力特性對塔產(chǎn)生的動力效應(yīng)。因此，設(shè)計時要弄清楚塔設(shè)備的設(shè)計參數(shù)，包括塔的壁厚、內(nèi)、外徑及塔身材料的彈性模量，設(shè)計壓力、工作壓力，設(shè)計溫度、工作溫度，物料成分及密度等，因為塔設(shè)備幾何參數(shù)的取值直接決定塔的剛度從而確定塔的自振周期。在設(shè)計時，當(dāng)靠近的兩座或多座塔之間的相互影響是不可忽略的，體型系數(shù)的取值應(yīng)當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)，X方向和Y方向不一樣，不能作為獨立塔分別計算，而是應(yīng)該整體考慮。而塔基礎(chǔ)的埋深在規(guī)范里面沒有明確的指引，塔基礎(chǔ)的埋深問題，建議參考《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ3－2010第12．1．8條規(guī)定：天然或復(fù)合地基取房屋高度的1／15；樁基可取1／18。特別是獨立高塔基礎(chǔ)，執(zhí)行這個規(guī)定更安全些，對抗滑移抗傾覆更有利。

3．1．2塔布置的要求塔與管廊之間應(yīng)當(dāng)至少留有寬度為1．8m的安裝檢修通道，管廊柱中心與塔設(shè)備外壁的距離不應(yīng)小于3m，管廊柱基礎(chǔ)與塔基礎(chǔ)的凈間距應(yīng)大于300mm，塔安裝的設(shè)計要滿足操作和檢修的要求，基礎(chǔ)露出地面高度，最小要高出地面200mm。

3．2泵的布置

在工業(yè)廠區(qū)內(nèi)機(jī)泵的布置比比皆是，有露天布置、半露天布置和封閉的室內(nèi)布置，并將泵布置成單排、雙排或多排，有時亦將泵布置在管廊下面，節(jié)省用地。

3．2．1泵基礎(chǔ)的設(shè)計泵基礎(chǔ)設(shè)計時基礎(chǔ)質(zhì)量應(yīng)大于機(jī)泵質(zhì)量的3～5倍，泵的基組總重心與基礎(chǔ)底面形心應(yīng)當(dāng)位于同一鉛垂線上，其相對偏心不應(yīng)超過3％，且基礎(chǔ)底面平均靜壓力設(shè)計值應(yīng)小于等于0．5～0．7倍的地基承載力設(shè)計值。泵布置時應(yīng)考慮操作條件、物料特性和其物料類別的防火要求分組布置，并按照泵出口中心線或泵端基礎(chǔ)邊為基準(zhǔn)對齊布置。

3．2．2泵布置的要求當(dāng)泵成排布置在管廊下時，泵出口中心線或泵端基礎(chǔ)邊對齊線宜與管廊平行；雙排布置泵時，應(yīng)將泵的驅(qū)動力端相對，中間留出檢修通道，通道最小凈寬2m，最小凈高3．2m，泵端前面的操作通道和四周與墻的間距應(yīng)大于1m。大型泵檢修時需要叉車走動時，應(yīng)當(dāng)留出叉車通道，通道應(yīng)滿足叉車的最小寬度要求。泵的操作溫度等于或高于物料自燃點時，宜集中布置；與操作溫度低于自燃點的可燃液體泵之間防火間距應(yīng)不小于4．5m；與液體烴泵之間防火間距應(yīng)不小于7．5m；當(dāng)泵布置在廠區(qū)主管廊下方或框架下方時，其上方應(yīng)留出泵體吊裝、安裝和檢修時所需的空間；除了放置在聯(lián)合基礎(chǔ)上的小型泵外，兩臺泵之間的凈距宜大于0．7m，泵基礎(chǔ)面宜高出地面200mm，且不得小于100mm。

3．3壓縮機(jī)的布置

壓縮機(jī)的基礎(chǔ)屬于動力機(jī)器基礎(chǔ)，設(shè)計時應(yīng)合理的選擇有關(guān)的動力參數(shù)和基礎(chǔ)形式，布置時應(yīng)根據(jù)工藝流程的需求，選擇符合要求的結(jié)構(gòu)形式。

3．3．1壓縮機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計在設(shè)計壓縮機(jī)基礎(chǔ)時，應(yīng)當(dāng)確定好壓縮機(jī)自重及其重心位置，以及壓縮機(jī)產(chǎn)生的擾力和擾力距方向。進(jìn)行荷載取值時，靜力計算采用設(shè)計值，動力計算選用標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)進(jìn)行動力計算時，基礎(chǔ)的振動應(yīng)能同時控制基礎(chǔ)頂面的最大振動線位移和最大振動速度，還應(yīng)保證壓縮機(jī)及其基礎(chǔ)整體在通過其重心豎向各擾力的作用下，其豎向振動線位移和固有圓頻率符合相應(yīng)的規(guī)范要求。當(dāng)多臺同類型壓縮機(jī)置于同一底板基礎(chǔ)上，構(gòu)成聯(lián)合基礎(chǔ)，可將聯(lián)合基礎(chǔ)做為剛性基礎(chǔ)進(jìn)行動力計算。當(dāng)壓縮機(jī)基礎(chǔ)的質(zhì)量大于壓縮機(jī)質(zhì)量的5倍時，基礎(chǔ)底面的平均靜壓力設(shè)計值小于地基承力設(shè)計值的1．2倍時，可不做動力計算。

3．3．2壓縮機(jī)布置的要求壓縮機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)與建筑物的基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)以及混凝土地面分開。其管道與機(jī)器連接產(chǎn)生振動時，管道與建筑物相接處應(yīng)采用隔震措施?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂板的厚度不宜小于150mm，頂板的懸臂長度不宜大于2m；底板厚度不宜小于600mm，底板的懸臂長度，在豎向振動時，不宜大于2．5倍的板厚，水平振動時，不宜大于3倍的板厚。

3．4換熱器的布置

3．4．1換熱器基礎(chǔ)的設(shè)計換熱器基礎(chǔ)通常由兩個支礅（固定礅、滑動礅）及底板構(gòu)成，當(dāng)固定礅和滑動礅相距較遠(yuǎn)，底板承受的水平力及力矩較小時，可采用分離式基礎(chǔ)；當(dāng)固定礅和滑動礅相距較近，底板承受的水平力及力矩較大時，可采用整體式基礎(chǔ)。換熱器基礎(chǔ)計算時，應(yīng)考慮水平地震作用的影響，基礎(chǔ)支礅應(yīng)按偏心受壓構(gòu)件計算與配筋。基礎(chǔ)連梁內(nèi)力計算應(yīng)按偏拉或者偏壓進(jìn)行計算。

3．4．2換熱器布置的要求成組布置的換熱器設(shè)備，宜將換熱器支礅基礎(chǔ)中心線對齊，當(dāng)支礅基礎(chǔ)中心間距不相同時，宜取一端支礅基礎(chǔ)中心線對齊，避免造成偏心。為了與管道連接方便，地面上放置的換熱器亦可采用管程進(jìn)出口管嘴中心線對齊的方式布置；換熱器之間、換熱器與其他相鄰設(shè)備之間的凈距宜大于0．7m。

3．5罐的布置

3．5．1罐基礎(chǔ)的設(shè)計罐基礎(chǔ)設(shè)計時，可不考慮豎向地震作用，水平地震作用按單質(zhì)點單自由度體系進(jìn)行計算，荷載取值按照基本組合選取。當(dāng)?shù)鼗休d力標(biāo)準(zhǔn)值不小于200kPa，壓縮層范圍內(nèi)無軟弱層時可不做地基變形計算。地震作用下，環(huán)形基礎(chǔ)底面與地基土之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)大于基底面積的1／4。多邊形或環(huán)形基礎(chǔ)可按基底均布荷載作用下的倒置圓弧形連續(xù)梁進(jìn)行計算，梁上荷載即地基凈反力，基礎(chǔ)柱礅承載力應(yīng)按偏心受壓構(gòu)件計算。

3．5．2罐布置的要求罐基礎(chǔ)布置時，基礎(chǔ)埋深不宜小于1．5m，基礎(chǔ)柱礅截面中心應(yīng)與球罐支柱中心重合。當(dāng)采用環(huán)形基礎(chǔ)時，底板邊緣厚度不得小于250mm，懸挑長度與根部厚度之比應(yīng)不大于2．5。

3．6臥式容器的布置

3．6．1臥式容器基礎(chǔ)的設(shè)計臥式容器多集中布置，在地面上時多做成聯(lián)合基礎(chǔ)；容器若放置在框架上，應(yīng)將基礎(chǔ)布置在梁上，使荷載直接由次梁傳給主梁，主梁傳給框架柱，荷載傳遞路線要明確。在基礎(chǔ)的支礅上，容器的滑動側(cè)和固定側(cè)應(yīng)按有利于容器上所連接的主要管線的柔性計算來確定荷載的取值，在布置時工藝專業(yè)要向結(jié)構(gòu)專業(yè)明確滑動支礅和固定支礅。

3．6．2臥式容器布置的要求多臺臥式容器按排集中布置時，可按容器支礅中心線或者容器封頭頂端對齊的方式布置，這樣基礎(chǔ)中心線也可對齊，避免基礎(chǔ)偏心受力。臥式容器若置于框架上，應(yīng)有一定的安裝高度，并保證操作和檢測儀表所需的足夠空間；臥式容器底部排液管線的最低點與地面或平臺的最小距離為150mm。支承單個臥式容器的框架，柱與柱之間的中心距離應(yīng)當(dāng)比容器的直徑至少大0．8m；容器下方需通行時，其最小凈空高度為2．2m。

4結(jié)語

工業(yè)設(shè)計中，針對不同的設(shè)備，在做平面布置的同時，還應(yīng)推敲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計，除了參考行業(yè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)借鑒一些成熟的、好的工程經(jīng)驗，不斷地優(yōu)化設(shè)備布置方案，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，使工程設(shè)計保證良好的品質(zhì)，更好地服務(wù)于項目本身。

參考文獻(xiàn)

［1］HG／T20643－2012化工設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定［S］

［2］HG／T20546－2009化工裝置設(shè)備布置設(shè)計規(guī)定［S］

作者：楊蕾 單位：唐山三友化工工程設(shè)計有限公司