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5、论文小型石油化工设备基础北京 XX 化工技术有限公司 土建室 XX摘要：随着石油化工装置的大型化，设备尺寸及设备荷载加大，大多数石化项目都建设于地基条件较差的地区，凭粗糙的设计就不能完全确保设计的安全性，现，通过几个实例，对一些静力设备的基础进行详细的设计。本计算中，重点对地震作用进行了分析，采用了一些相关的规范进行了分析。地震作用均采用底部剪力法，只在基础的荷载取值上有所不同。在工程设计上，按“建筑抗震设计规范“进行地震计算较为合理，而且，计算地震作用时，地震系数一般采用即可，计算偏于安全。本文分为：一，遵照建筑结构设计统一标准 （GB50068-2001）和建筑结构荷载规范 （GB5000
6、9-2001）的原则和规定，对建筑结构荷载规范 （GB50009-2001）应用于化工、石化建（构）筑物时的补充和具体化；二，小型直立式钢储罐罐基础计算，采用茂名 64 万吨/年裂解汽油加氢装置改造项目中的某一设备为例，进行从条件到结果的详细设计计算；三，热交换器基础计算，同样采用茂名 64 万吨/年裂解汽油加氢装置改造项目中的某一设备为例，进行从条件到结果的详细设计计算。一：化工、石化建（构）筑物的荷载本规定主要针对直接作用（荷载）及部分间接作用所作出的规定，尚应由主导专业提出的荷载条件为依据，并以本规定为最小采用值。1，荷载的分类：作用于建（构）筑物上的荷载，可分为永久荷载，可变荷载及偶然
7、荷载。永久荷载主要有下列荷载：建筑结构的永久配件，构件的材料总重；支承在结构上的设备，也包括设备内的操作荷载；支承在结构或设备上的管道空重和管道内介质的重量；支承在结构、设备上或管道上的梯子、平台及悬挂物的重量；电缆桥架、槽板的重量；设备、管道的保温层重量；结构、设备、管道上的防腐、防火材料的重量（防腐材料需考虑块材、耐腐蚀砂浆及混凝土；防火材料需考虑厚涂型和混凝土类保护层） ；操作及维修时采用的辅助设施的重量（固定的、非临时性的） ；土重、土的竖向压力和侧向压力、预加应力；池类结构内的盛水压力（静水压力） 。可变荷载为在化工、石化建（构）筑物安装、生产和检修期间，其值随时间变化，且其变化值与
8、平均值相比不可忽略不计的荷载。主要有：楼面活荷载；屋面活荷载；积灰荷载；设备充水试验时设备、管道内的介质荷载，在进行水压实验时，设备及管道内为的全部液体重量，当某构件支承多个容器时，仅考虑一台容器处于充水实验状态，其他容器为空载或正常操作中；吊车荷载；风荷载；雪荷载；地表或地下水的压力（侧压力、浮托力） 。偶然荷载为在化工、石化建（构）筑物安装、生产和检修期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。如：事故等原因产生的爆炸力、撞击力等。2温度作用：为在建（构）筑物正常操作期间，由于大气温度和工艺生产中温度的变化，使结构、设备和管道产生涨缩对结构产生的作用。卧式设备（包括卧式换热器）
9、涨缩摩擦力标准值 Pt（KN）:Pt=(G+Q)/2*式中 G-卧式设备自重标准值(KN);Q-正常操作时，卧式设备内物料重量标准值（KN）;-卧式设备滑动端底板与基础滑动墩顶部钢板之间的摩擦系数；钢板与钢板间取 0.3，潮湿地区取 0.4；聚四氟乙烯滑板与聚四氟乙烯板（或钢）间取 0.1；钢板与混凝土支座间取 0.4；当采用其他材质时，需拒实际情况取值。3荷载效应及组合：a在正常操作、充水试验、安装、检修及地震等状态下采用的荷载组合见下表：荷载（或作用）元素 正常操作 充水试验 安装 检修 地震 撞击 无风 有风 永久荷载 有 有 有 有 有 有 有 楼面操作活荷载 有 有 有 有 楼面安装
10、、检修活荷载 有 有 有 积灰荷载 有 有 有 有 有 有 有 雪荷载和屋面活荷载之大值 有 有 有 有 有 有 有 设备内操作重 有 有 有 有 设备内充水试验重 有 吊车荷载 有 有 有 有 卧式换热器抽芯力 有 风荷载 有 有 有 有 有 有 撞击力 有 温度作用 有 有 有 有 地震作用 有 注：爆炸状态按专门规定设计。b永久荷载与可变荷载的分项系数、见下表：序号 永久荷载或可变荷载 分项系数 1 设备自重、保温重、衬里重 1.2 2 设备操作介质重（包括催化剂重） 1.2 3 设备充水重 1.1 4 管线自重、保温重、衬里重 1.2 5 管线操作介质重 1.2 6 管线充水重 1.1
11、 7 结构自重 1.2 8 操作平台、斜（直）梯 1.2 9 催化剂波动引起的水平振动力 1.2 10 空冷风机和电机等动力设备的竖向当量静荷载 1.2 11 空冷风机和电机等动力设备的水平当量静荷载 1.2 12 卧式换热器、卧式设备温度产生的摩擦力或弹性力 1.2 13 卧式设备的抽芯力 1.1 14 管线水平力 1.3 15 池类结构壁内水压力 1.2 16 池类结构壁外水压力 1.2 17 土压力 1 18 操作平台及地面活荷载 4kN/m2 1.3 0满足要求操作+ 地震（计算公式见 GB50007-2002）P=Fk/A=65kN/m2Pmax=P+Mk/W=117kN/m2Pmi
12、n= P-Mk/W0满足要求检修+ 风（计算公式见 GB50007-2002）P=Fk/A=65kN/m2Pmax=P+Mk/W=91kN/m2Pmin= P-Mk/W0满足要求三、热交换器基础计算1采用标准规范石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范 SH-T3058-2005建筑抗震设计规范 GB50011-2001 建筑结构荷载规范 GB50009-20012设计条件风荷载：基本风压 W=0.74kN/m,地面粗糙度 B 类场地条件： 类场地，特征周期 Tg=0.35s,fa=120kN/m2; 地震设防：7 度， max=0.08设备荷载：空载标准值 Gnk=300kN操作总荷重标准值
13、GBK=520kN充水总荷重标准值 GTK=485kN可拆件重量 F=160kN材料特性：混凝土：C30 fc=14.3N/m2 Ec=3.00X104 N/m2钢筋：fy=300 N/m23计算简图：4荷载计算：a竖向荷载标准值容器操作荷载标准值：Fek=520kN容器空荷载标准值：Fnk=275kN基础自重标准值：=179.7kN（基础加土）自重标准值：=280.1kNb.水平荷载：热膨胀摩擦力：ftk=FekX=78kN温度作用在一个基础上的荷载：Ftk=78kNMtk=Ftk(E+R)=287kN.m管束抽芯力：管束抽芯作用于一个基础上的荷载：Fbk=Gbk=160kNMbk=fbk(
14、E+R+y)=736kN.mNbk=fbk*y/L=36.8kN地震作用：按石油化工钢制设备抗震设计规范（SH3048-1999）计算：TX(设备轴向自振周期)=0.32STy(设备横向自振周期)=0.096S式中，meq 为操作状态下的等效质量，取设备操作质量的 1/2 和 1 个基础质量的 1/4 之和。由于基础的轴向和横向计算周期 T/Tg 大于 0.1 和小于 1.0，故轴向和横向地震作用值相同。Fi=（GiHi/GjHj）FekFxk=Fyk=F1k+F2k=28kNMxk=Myk=F1k(E+R+y)+F2k(E+R)=123.6kN.m风荷载：一，纵向风荷载计算：Fw1k=s z
15、W0A1 ；s=1.3 ； z=1.0W0=0.74kN/m2A1=DR+(+0.3X2)(y+/2+0.3)Fw1k=6.24kN作用在一个基础上的风荷载：Fw1k/2=3.12kNMw1k=0.5(D+R)(R/2+E)+(+0.3X2)(y+ /2+0.3)(y+/2+0.3)/2+R+Es zW0=12.0kN.m二，横向风荷载计算：Fw2k=s zW0A2 ；s=0.7 ； z=1.0；W0=0.74kN/m2A1=（+0.3X2） （L+L1+L2+2X0.3)+2XCXRFw2k=11.0kN作用在一个基础上的风荷载：Fw2k/2=5.5kNMw1k=0.5(+0.3X2)(y+
16、R+E)(L+L1+L2+2X0.3)+2XRXC(R/2+E)s zW0=24.48kN.mc.荷载组合：纵向作用：操作+温度+风：FA=FBK/2+Gjk=540.1kNMA=Mtk+Mw1k=299kN.mVA=Ftk+Fw1k=81.12kN操作+温度+地震：FB=FBK/2+Gjk=540.1kNMB=Mtk+Mek=410.6kN.mVB=Ftk+Fek=106kN检修+抽芯：Fc=485/2+280=522.5kNMC=Mbk=736kN.mVC=Fbk=160kN横向作用：操作+地震：FD=540kNMD=123.6kN.mVD=28kN检修+风：FE=522.1kNME=24
17、.48kN.mVE=5.5kN5. 地基承载力核算：沿纵向：a 操作+温度+地震：P=FB/A0=62.5kN/m2Pmax=P+MB/Wy=141.8Pmin=P-MB/WyB/6故 Pmax=2FB/(3La)Pmax=144.2kN/m2b 检修+ 抽芯P=Fc/A=60.4kN/ m2Pmax=P+Mc/Wy=202kN/ m2 不满足横向：a 操作+地震P=FD/A=62.5kN/m2Pmax=P+MD/Wx=98.2 kN/m26. 稳定性演算：a 纵向：M 倾=736kN.mM 抗=467X1.8=841kN.mK=M 抗/M 倾=1.141.6结论：基础的纵向地基强度和稳定性不能满足，建议将两个基础底板纵向连成整体，减小抽芯力的影响。四，束语：本文从塔型设备和卧式设备的基础计算，说明了石油化工方面小型设备基础的计算，现实中，还存在一些其他很多种的设备及结构形式，计算原理大致相同，并参看相关方面的规定。比如：石油化工离心压缩机工程设计规定（SHT3144-2004） ，石油化工离心泵基础设计规范（SHT3057-2007）等等。另外，各规范对同一意义上的规定可能有所区别，这时，按较大值取。
