煤气柜结构设计

煤气柜结构设计(structural design of gasholder)

储存煤气的钢制柜体及其钢附件和基础的结构设计。煤气柜的用途是：(1)缓冲煤气产量与用量之间的不平衡，即当产量高于用气量时，将多余的气体储存在柜体内，以补充高峰时供气量的不足；(2)稳定管网压力；(3)混匀煤气成分。按密封方式煤气柜可分为湿式和干式两大类。干式煤气柜与湿式煤气柜相比，有储气压力高、压力稳定、使用寿命长、煤气不增湿、污染少、基础负荷轻、占地面积小及操作安全可靠等优点。现在大多采用干式煤气柜。煤气柜选型见煤气柜设计。

中国从20世纪80年代以来，干式煤气柜的采用有了很大发展。上海宝山钢铁总厂建成了15万m3润滑脂橡胶圈密封型煤气柜、12万m3稀油密封型煤气柜及8万m3橡胶薄膜密封型煤气柜。我国设计的2～30万m3的稀油密封型煤气柜已相继投产使用。8万m3的橡胶薄膜密封型煤气柜也已投产。煤气柜结构设计范围包括干式煤气柜和湿式煤气柜。设计主要内容包括计算、钢材选择、防锈涂层和基础设计。

湿式煤气柜 由下部水槽、中间部分的若干个圆筒形塔节、顶部钟罩、导轨和导轮等组成。煤气储存在钟罩及塔节内，钟罩、塔节随煤气的增减而升降。在水槽、塔节及钟罩间设置水封防止煤气外逸。导轨是钟罩、塔节升降时的导向构件，可分为直立导轨和螺旋导轨两种形式(图1)。

湿式煤气柜最高储气压力小于4．5kPa，压力波动范围为1．5～3kPa，最大升降速度为1．2m／min。

(1)水槽。壁板和底板均选用钢板，采用对接焊缝拼接，底板中部的长向焊缝也可采用搭接焊缝。水槽上部水压小，可选用较薄的钢板，但厚度不应小于

6mm，下部壁板需要考虑边缘效应，并按强度确定其厚度。大型气柜在导轮处的水槽外侧，通常设置壁柱加强，以承受导轮处传来的荷载。壁柱采用钢板，其长度一般为水槽高度的1／3。底板厚度按构造确定，中部一般取6mm，靠近壁板下端的底板取8～10mm钢板，其上设置承托塔节用的垫梁。

(2)塔节。由壁板、上挂圈、下挂圈等组成。壁板用3mm钢板拼接后焊在导轨垫板和挂圈上，使塔节形成筒状外形。上下挂圈是用槽钢和钢板制成的环形槽。塔节或钟罩升起时，内侧塔节的下挂圈和外侧塔节的上挂圈钩在一起形成水封并挂起下层塔节。

(3)钟罩。由顶板、顶架(包括径向梁、环肋、支撑及顶环)和筒体组成。顶板直接铺设在顶架上，在任何部位都不得与顶架焊接，这是因为气柜充气后，顶板受内压会鼓起。顶板周边采用较厚的外圈板，一般为8～14mm，其宽度经计算确定。顶板中间部分按防腐和避雷接闪要求，采用3～4mm薄钢板。顶架承托顶板荷载(自重和雪荷载等)并承受环向力和径向力。顶架一般是由型钢制成的径向梁和环肋正交组成的空间结构。环肋用角钢制作，与顶架径向梁相连，在部分环肋间，沿径向梁方向设置支撑，以保证径向梁稳定性。当气柜直径大于60m时，

可采用空间桁架的顶架。顶环位于顶架顶部中央，作为径向梁的中部支撑点。顶架与筒体的侧壁板组成空间结构，防止充气后由于内压造成顶板和壁板的变形。筒体由侧壁板和挂圈组成，它作为径向梁沿圆周方向的支承点。

(4)直立导轨。由内外导轨、立柱、沿竖向间隔一定距离的环梁和立柱之间的交叉支撑组成。立柱作为塔节升降的导向导轨，其顶部高于钟罩上升可达到的高度。立柱数量和截面按承受的风荷载或地震作用经计算确定。煤气柜直径愈大，高度愈高，立柱数量愈多。立柱沿水槽外侧均匀布置，一般选用工字钢制作，大容积煤气柜常采用格架式组合柱。内导轨安装在塔节壁板的内侧。

(5)螺旋导轨。常采用24～38kg／m钢轨弯成螺旋形，与水平成45。斜角，均匀地敷设在塔节钟罩外壁，与壁板焊接成一个整体，使塔节、钟罩具有很大刚性。导轨的方向在上下相邻的两个塔节上按相反方向布置，以防止塔节升起时向一方倾斜。螺旋导轨的重量比直立导轨架(包括立柱、环梁及支撑)和导轨要轻15％～30％。在中国当采用湿式煤气柜时，一般采用螺旋导轨。

(6)导轮。钟罩和塔节借助导轮沿导轨升降。直立导轨式煤气柜设有外导轮和内导轮。外导轮安装在钟罩顶部外缘和备塔节上挂圈顶部，内导轮安装在钟罩和各塔节下挂圈底部。螺旋导轨式煤气柜的导轮安装在水槽平台或各塔节上挂圈的顶部。导轮承受柜体塔节上的风荷载或地震作用。轮轴材料要求具有良好的抗弯和抗剪能力，轮头要求有较高的耐磨能力，轮轴和轮头一般用铸钢或锻钢制作。

干式煤气柜 按活塞与柜体间密封形式，可分为稀油密封型或称曼型(MAN型，图2)、润滑脂橡胶圈密封型或称可隆型(Klonne型，图3)和橡胶薄膜密封型或称威金斯型(Wiggins型，图4)三种类型，这三种干式煤气柜的主要区别如表。

三种类型干式煤气柜的主要区别 类型 稀油密封型 橡胶薄膜 润滑脂橡胶 密封型圆柱形 圈密封型圆柱形 外形 正多边棱 柱形密封方式 稀油密封 橡胶夹布帘 密封干油润滑 活塞形式 平板与桁 架组成T形挡板与 拱形板拱形顶板与 支架最大储气压力 8 ／kPa 6 12稀油密封型煤气柜的储气压力最高为8kPa，压力波动范围为±150Pa，活塞最大升降速度为3m／min，适用于储有一般含尘量小于15mg／m3的常温焦炉煤气和高炉煤气。润滑脂橡胶圈密封型煤气柜的储气压力最大有可能达到12kPa，压力波动为±500Pa，活塞升降速度最大为7m／min。这种气柜储气压力较高，可直接配置在高炉煤气管网中，不需建造煤气加压站。橡胶薄膜密封型气柜的储气压力为6kPa，压力波动为500～700Pa；活塞最大升降速度为5m／min，适用于储存湿度较高、含尘量较大的转炉煤气。

稀油密封型煤气柜 由通风气楼、柜顶盖、柜体、活塞及吊笼、环形走道、柜底板、油槽和电梯等组成(图2)。