某加热保温箱型钢筋混凝土厌氧发酵罐的结构设计浅析-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

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城市道桥与防洪
2013年7月第7期
某加热保温箱型钢筋混凝土厌氧发酵罐的
结构设计浅析
郑中华
(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海市20002)
摘要:该文以某垃圾处理厂加热保温箱型厌氧发酵罐的结构设计为例,简要论述了箱型厌氧发酵罐结构设计的方法和设计要
点,并根据发酵罐的特点提出几点结构设计建议。
关键词:箱型厌氧发酵罐;结构设计;加热;保温;防腐;抗渗
中图分类号:X705文献标识码:B文章编号:1009-7716(2013)07-0370-04
1概述
近些年来,有机垃圾厌氧发酵产生沼气发电
的工艺技术在欧洲广泛应用,我国目前已有北京、
上海、厦门等城市尝试引进此项处理技术,部分项
目已初步建成并投人试运营。
厌氧发酵也称沼气发酵或甲烷发酵,是指有
机物在厌氧细菌作用下转化为甲烷(或称沼气)的
过程。自然界中,厌氧发酵广泛存在,但发酵速度
缓慢。采用人工方法,创造厌氧细菌所需的营养条
件,使其在一定设备内具有很高的浓度,厌氧发酵
过程则可大大加快,称为厌氧发酵工艺。厌氧发酵
工艺项目设计中的一个关键环节是厌氧发酵罐的
选型与设计,带加热系统的箱形保温发酵罐是近
年来发展较快的一种,本文就从结构专业设计角
度浅析国内某加热保温箱型厌氧发酵罐的设计要
点及技术难点。
2工程概况
图1加热保温箱型钢筋混凝土厌氧发酵罐施工现场
某工程选用的厌氧发酵罐为卧式箱型厌氧发表1地基土主要物理力学指标及设计计算参数建议值一览表
酵罐,设有加热保温装置,以利于发酵的进行。发酵
直剪试验
罐几何形状为一个长方体,平面尺寸为38.5
天然压缩
承载力特
重度模量粘聚力内摩擦角征值
8.4m,高度为8.64m,长方体的一端设置进料口,
岩土名称
标准值标准值
另一端设置出料口,顶部设置出气口以排出发酵
ANm"/MPA Ca/kpa (()f/kpa
产生的沼气,图1为施工过程中的加热保温箱形
素填土①
17.0
厌氧发酵罐,上图为发酵罐加热管的布设,下图为
耕土2
17.0
发酵罐主体结构的外部整体视图。
粉质粘土③
19.05.87.5
200-220
3工程地质条件
残积砾质粘性土④19.567.0
220~240
砂砾状强风化花岗岩⑤22
400-450
场地内地基岩土层为:素填土、耕土、粉质粘
碎块状强风化花岗岩⑥22
500~550
土、残积砾质粘性土、砂砾状强风化花岗岩、碎块
中风化花岗岩(
25
2000-2500
状强风化花岗岩、中风化花岗岩,见表1所列。
拟建场地整体稳定性及地基稳定性均较好,
收稿日期:2013-03-19
作者简介:郑中华(1983-),男,河南信阳人,硕士研究生,国
场地具备天然浅基础条件,场地较适宜拟建物的
家一级注册结构工程师,从事环境工程结构设计工作。
建设。
2013年7月第7期
城市道桥与防泆
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劫察期间,地下水初见水位埋深与地下水静
复合层保温池壁部分的传热按下式计算
止水位埋深大致同,为3.20~9.60m(标高32.21
36.58m),据调査年水位变动幅度约1.5m
∑R
地下水对混凝土结构具弱腐蚀性;对钢筋泥
凝土结构中的钢筋:水下部份无腐蚀性,干湿交替
带无腐蚀性;对钢结构具弱腐蚀性。
∑R
入1A
4发酵罐结构设计
式中:q-一热流量,W/m2;
R一材料的热阻;
4.1结构形式的确定
t1一厦了地区最冷时的大气月平均温度,取13℃;
平面尺寸为38.5mx8.4m,高度为8.64m
t一池内液体温度,取58℃;
矩形水池,采用现浇钢筋混凝土水池结构。根据第
a一砂浆外表面与大气的热交换系数;
3节所述地质情况,选定第③层粉质粘土层为基础
混凝土内表面与水的热交换系数
持力层,取承载力特征值为200kPa,埋深约3m,
A一钢筋混凝土的导热系数;
通过综合比较,选定在发酵罐底板底设置立柱及
入2保温层的导热系数,该工程选用聚苯板
柱下条基的基础形式,满足该工程发酵罐的承载
的导热系数;
力及沉降要求
A3一水泥砂浆的导热系数。
同时,参照给排水构筑物结构设计规范,该发
酵罐为长度超过25m的地上水池,设置一道后浇
带以消除施工阶段温度应力。
7cm保护层
4.2荷载计算
cm保护
4.2.1罐内水压荷载
?容得渠
罐内水压荷载由池内液体产生
保温层10cm
加热管
t:2水泥砂浆批平2cm
式中:γ、一水或液体的标准容重,kN/mi
水(液体)的深度
此处由于罐内所装为即将发酵的固液混合垃
墙面茄热系统做法
圾,建议容重y取值为12kN/m3o
7cm保护
200,加热支骨架
4.2.2罐内气压荷载
由于发酵产生沼气,罐内液体表面之上存在
一加热
气压。该气压属正常使用状态下荷载,按永久作
用考虑,计算时应将气压作为恒载叠加在水压荷
载中,按叠加后压力值计算池壁内力
最不利气压值根据安装在发酵罐顶板上的泄压
cm席板底保尽
底板加热系统做法
阌控制压力值确定,该工程取150mbar,即为15kP
则叠加后的罐内水压荷载为:
图2发酵管加热、保温设计图(单位:mm)
Ck=ywh, +15 kpa
该工程选用10cm厚聚苯板保温层,将数值带
4.2.3温度荷载
人上式得,q=13.78W/m2,混凝土内表面温度t=
由于该发酵罐池壁内表面保护层内设置加热
系统(见图2),正常运行时罐内温度约为55~58℃,
4-9a=576(℃),.混土外表面温度=q
发酵过程需要维持此运行温度。如果不设置保温=53.10(℃),由此得出发酵罐壁面温差在设置保温
层,在寒冷季节发酵罐体壁面温差将过大从而产层以后仅为4.66℃,考虑发酵罐内温度的局部差
生较大的温度应力,同时加热系统的能耗将增大,异,最终计算时取壁面温差10℃。
所以该工程制定设计原则时要求发酵罐外壁必须
值得一提的是,所选用的保温材料不仅要有
设置保温层,并且要根据厦门地区年最低月平均良好的隔热性,还应满足所在地区防火规范要
温度选取合适的保温层,以确保发酵罐体壁面温求,位于底板底部的保温层还需要满足一定的强
差小于10℃。
度要求。