小型石油化工设备基础

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.

关 键 词：石油化工建（构）筑物荷载计算设备基础

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,可变荷载及偶然荷载.

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）涨缩摩擦力标准值Pt（KN）：Pt等于（G+Q）/2*

二、小型直立式钢储罐罐基础计算

1.采用标准规范

建筑抗震设计规范GB50011-2001

石油化工塔型设备基础设计规范SH3030-1997

建筑结构荷载规范GB50009-2001

2.设计条件

风荷载：基本风压W等于0.74kN/m

场地条件：Ⅱ类场地,特征周期Tg等于0.35s,fa等于120kN/m2；

φ600钻孔灌注桩,单桩竖向承载力Ra等于1100kN

地震设防：7度,αmax等于0.08

设备荷载：空载标准值Gnk等于122kN

操作总荷重标准值Gbk等于275kN

充水总荷重标准值Grk等于275kN

3.荷载计算：

a.竖向荷载标准值

设备空荷载：Gnk等于122kN

设备操作总荷载：Gbk等于275kN

基础自重：等于623kN

b.水平荷载标准值：

风荷载：

沿高度作用的风荷载标准值（按石油化工塔型设备基础设计规范SH3030-1997公式）Wk等于βzμsμzμr（1+μe）（D0+2δ2）W0

式中μe等于0.26μs等于0.6μr等于1.0

基本自振周期：

由于：h2/D<700

故T等于0.35+0.85*10-3*h2/D等于0.44S

故：βz等于1+ξνφz/μz等于1.877

W1k等于1.94kN/m

对于H等于10～13m：μz等于1.056

W2k等于2.1kN/m

Vwk等于W1k*H1+W2k*H2等于23.6kN

Mwk等于W1k*H12/2+W2k*H2*（H1+H2/2）等于143kN.m

作用在基础底面的风荷载：

Mwk’等于Mwk+Vwk（T+R）等于185.5kN.m

V等于23.6kN

地震作用：

按GB50011-2001底部剪力法：

Fek等于α1Geq

已知T1等于0.44S；Tg等于0.35S；取α1等于αmax

取Geq等于（Gbk+0.5Gjk）

已知设备操作总荷载：Gbk等于275kN等于G1

基础自重：Gjk等于394kN等于2G2

F1k等于G1H1Feq/ΣGjHj等于36.8kN

F2k等于G2H2Feq/ΣGjHj等于0.96kN

基础底面的地震作用：

Mek等于F1k（H1+T+R-0.3）+F2k（H2+T+R-0.3）等于378kN

4.荷载组合（作用于基础底面）

操作+风载：S等于CGGBK+CGGjk+ψ（CK+CWQk）

Fk等于898kN,Mk等于Mwk等于185.5kN.m,Vk等于Vwk等于23.6kN

操作+地震：S等于CGGBK+CGGjk+CeqFeq

Fk等于898kN,Mk等于378kN.m,Vk等于37.76kN

检修+风：S等于CGGRK+CGGjk+ψ（CK+CWQk）

Fk等于898kN,Mk等于Mwk等于185.5kN.m,Vk等于Vwk等于23.6kN

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GB50009-2001

2.设计条件

风荷载：基本风压W等于0.74kN/m,地面粗糙度B类

场地条件：Ⅱ类场地,特征周期Tg等于0.35s,fa等于120kN/m2；

地震设防：7度,αmax等于0.08

设备荷载：空载标准值Gnk等于300kN

操作总荷重标准值GBK等于520kN

充水总荷重标准值GTK等于485kN

可拆件重量F等于160kN

材料特性：混凝土：C30fc等于14.3N/m2Ec等于3.00X104N/m2

钢筋：fy等于300N/m2

3.荷载计算：

a.竖向荷载标准值容器操作荷载标准值：Fek等于520kN

容器空荷载标准值：Fnk等于275kN

基础自重标准值：

等于179.7kN

（基础加土）自重标准值：

等于280.1kN

b.水平荷载：

热膨胀摩擦力：

ftk等于FekXμ等于78kN

温度作用在一个基础上的荷载：

Ftk等于78kN

Mtk等于Ftk（E+R）等于287kN.m

管束抽芯力：

管束抽芯作用于一个基础上的荷载：

Fbk等于Gbk等于160kN

Mbk等于fbk（E+R+y）等于736kN.m

Nbk等于fbk*y/L等于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）等于等于0.32S

Ty（设备横向自振周期）等于

等于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等于（GiHi/ΣGjHj）Fek

Fxk等于Fyk等于F1k+F2k等于28kN

Mxk等于Myk等于F1k（E+R+y）+F2k（E+R）等于123.6kN.m

风荷载：

（1）纵向风荷载计算：

Fw1k等于μsμzW0A1；μs等于1.3；μz等于1.0

W0等于0.74kN/m2

A1等于DR+（φ+0.3X2）（y+φ/2+0.3）

Fw1k等于6.24kN

作用在一个基础上的风荷载：

Fw1k/2等于3.12kN

Mw1k等于0.5{（D+R）（R/2+E）+（φ+0.3X2）（y+φ/2+0.3）[（y+φ/2+0.3）/2+R+E]}μsμzW0等于12.0kN.m

（2）横向风荷载计算：

Fw2k等于μsμzW0A2；μs等于0.7；μz等于1.0；W0等于0.74kN/m2

A1等于（φ+0.3X2）（L+L1+L2+2X0.3）+2XCXR

Fw2k等于11.0kN

作用在一个基础上的风荷载：

Fw2k/2等于5.5kN

Mw1k等于0.5{[（φ+0.3X2）（y+R+E）]（L+L1+L2+2X0.3）+2XRXC（R/2+E）}μsμzW0等于24.48kN.m

4.地基承载力核算：

沿纵向：

操作+温度+地震：

P等于FB/A0等于62.5kN/m2

Pmax等于P+MB/Wy等于141.8

Pmin等于P-MB/Wy<0

因为,e等于MB/FB>B/6

故Pmax等于2FB/（3La）

Pmax等于144.2kN/m2

检修+抽芯

P等于Fc/A等于60.4kN/m2

Pmax等于P+Mc/Wy等于202kN/m2不满足

横向：

操作+地震

P等于FD/A等于62.5kN/m2

Pmax等于P+MD/Wx等于98.2kN/m2

稳定性演算：

纵向：

M倾等于736kN.m

M抗等于467X1.8等于841kN.m

K等于M抗/M倾等于1.14<1.6

b.横向：

M倾等于123.6kN.m

M抗等于540X1.2等于648kN.m

K等于M抗/M倾等于5.24>1.6

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、结束语

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（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.