发布日期：2019-11-25
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介绍污水处理场厌氧反应器的结构特点和工艺要求。为保证安全生产及对污水的处理能力,设计中利用无粘结预应力抗拉能力强、抗裂能力高的特点重点解决好温度应力、裂缝宽度等问题,使得污水处理的厌氧工艺更具推广优势。
水池结构在石油化工系统中,常用于污水处 理场,由于规模不够大,通常采用普通钢筋混凝土结构。近年来,随着生产能力的持续增长,新工艺的不断开发,旧的结构形式越来越不能满足新工艺的要求。因此,结合石化行业的工艺要求,借鉴相应的大型市政工程经验,在比较特殊的污水池结构设计中做了一些有益的尝试。下面就工程设计中重点考虑的问题,加以简要的叙述。
1 工程概述
污水处理场的厌氧反应器,其结构特点及工艺要求如下:水池基本是全地上圆形钢筋混凝土结构。水池主体高9.75m,局部高11.2m,水池外径37m。因正常生产时,池内产生沼气,从安全考虑要求无泄漏,全密闭。池内操作温度40～45℃。池内壁允许裂缝宽度≤0.1mm。池内水位高8.5m,池壁厚0.6m。
气象资料:历年最热月(7月)平均温度:28.1℃,历年最冷月(1月)平均温度:1.8℃,夏季极端最高温度:40.7℃,冬季极端最低温度:-15.1℃,冬季采暖室外计算干球温度:-3.0℃。以往在污水处理中较大处理能力的厌氧工艺较少运用,主要是工艺系统难度较大,其次是厌氧反应器的结构难以处理。由于本工程是引进项目,工艺系统不成问题。那么,解决好厌氧反应器的结构问题则成了本工程的关键。
2 结构方案选择
一般情况,污水池均采用普通钢筋混凝土结 构。其操作温度不高,大多数为半地下,池内壁允许裂缝宽度≤0.2mm。结构计算,强度和最大裂缝 宽度都可以满足设计要求。但从本水池工程的工艺条件,气象条件来看,不利因素较多。第一是,壁面温差大。池内操作温度较高,环境温度四季变化较大,尤其在冬季,壁面温差可高达35.4℃。仅温差产生的环向应力(拉)最大处为658KN。在考虑池壁做外保温的情况下,壁面温差仍可达10.44℃。温差产生的环向应力(拉)可减小至最大处为210KN。第二是,水压力高。水池基本是全地上,池内水位高8.5m,水压产生的环向应力(拉)最大处为740KN。第三是,抗裂要求高。池内壁允许裂缝宽度≤0.1mm。
综合以上几个方面的不利因素,结合工艺条件、气象条件、地质条件,池底采用普通钢筋混凝土环形基础,池顶采用普通钢筋混凝土无梁楼盖结构,这样可以避免顶部沼气的聚集而引发的安全事故。而池壁采用普通钢筋混凝土结构难以满足经济合理的设计要求。根据以往的工程经验和工程的具体情况,经结构试算,专业技术评审,决定采用无粘结预应力钢筋混凝土结构,既环拉应力由预应力钢绞线承担,竖向弯矩和环向弯矩由非预应力钢筋承担。这样,可以大大提高池壁的抗裂能力,使得结构方案更具有安全性及合理性。
3 基本计算
污水处理场厌氧反应器的设计难点在于池壁的设计。池壁的基本计算应包括水压力作用效应计算,温度应力作用效应计算,池壁预应力计算,竖向弯矩及环向力计算,强度计算及裂缝宽度验算五个方面。水压力作用应考虑使用阶段操作水位和充水试压阶段最高水位两种工况;温度应力作用首先计算壁面温差,考虑冬季环境温度下,池壁外20mm厚水泥砂浆找平,30mm厚聚苯乙烯泡沫板保 温。所得壁面温差求出相应的温度应力,再分别计 算竖向弯矩、环向弯矩、环向拉力、剪力标准值;池壁预应力计算,是对环向预应力钢筋预应力的计算也是池壁设计的重点,具体内容如下:
(1)张拉控制应力的确定σcon=0.7fptk(N/mm2 )
式中:σcon———无粘结预应力筋的张拉控制应 力(KN);
fptk———预应力筋抗拉强度标准值(KN);
(2)预应力损失计算
①锚具变形损失:σl1=
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