钢结构螺栓分析

沼气发酵是整个沼气工程的核心，对沼气生产效率和工程经济具有决定性的影响。因此必须对沼气发酵过程进行有效的监测，一般可以选择一些沼气成分监测设备，如沼气分析仪Gasboard-3200，用户可根据沼气中甲烷、二氧化碳、硫化氢、氧气等成分对沼气发酵的工艺过程进行调控，可以有效提高沼气产气量。 除此之外，选择合适的沼气发酵装置也是十分必要的，根据建造材料，沼气发酵装置可分为钢筋混凝土结构、钢结构（包括钢板焊接结构、钢板卷制结构、钢板拼装结构）和软体沼气发酵装置。下面介绍几种钢结构发酵罐与软体沼气池，希望能帮助大家更全面系统的了解沼气工程常见的几种沼气发酵装置。 一、钢板焊接结构沼气发酵罐 钢板焊接结构沼气发酵罐最大的优点是技术成熟，可以现场制作，不需要专用的设备和工装，但防腐工艺相对复杂。其设计的一般规定为： 1）沼气发酵罐的设计压力通常取常压或接近常压，负压不应小于0.49kPa。 2）设计条件不应少于以下内容：发酵罐容积或直径、高度；地震设防烈度、风载荷、雪载荷、气温条件及地址条件；操作压力及操作温度（取罐体正常操作时，罐体金属可能达到的最高或最低温度。在寒冷地区，对无加热也无保温的罐体，设计温度建罐地区最低日平均温度加13℃）；介质种类及密度。 3）厚度附加量应考虑钢板负偏差和腐蚀余量。 钢板焊接发酵罐多采用立式圆筒形，其结构设计最主要在于钢板的厚度和焊缝设计。从用材角度考虑，立式圆筒形罐体径高比为1:1时最节省材料。钢板越宽，在发酵罐制作过程中焊缝越少，相应地减少了焊缝渗漏的可能性，同时加快了制作速度，节约了焊接的人工费用。目前国内市场最容易买到的钢板宽度规格尺寸是250mm和1500mm。而发酵罐罐体尺寸的确定可以从三个方面同时考虑：径高比宜为1:(0.6~1.2)；尽量采用宽度大的钢板；尽量采用同一规格尺寸的钢板。 对于钢板焊接发酵罐的腐蚀问题，我们一般可以按中等腐蚀强度来考虑。对钢材（不包括镀锌材料）表面焊缝进行除锈处理后，再在罐体表面刷一层防锈底漆，一般不超过6h。油漆防腐的施工方法：油漆稀释后用滚筒从上到下均匀涂刷，涂膜总厚度0.15~0.20mm，分两至三道完成，发酵罐外表面面漆应选用与底漆结合良好的配套使用，外壁有保温层时可不刷面漆，发酵罐内壁不刷面漆。 二、钢板卷制结构沼气发酵罐 钢板卷制结构沼气发酵罐也就是俗称的“利浦罐”。利浦罐应用金属塑性加工硬化和薄壳结构的原理，采用螺旋、双折边、咬合工艺和专用滚压、咬合、压紧成型设备来建造沼气发酵罐。采用该技术制作的罐体，施工周期短，节约钢材，罐体自重轻，使用寿命一般可达20年以上，具有相当大的环拉强度。但需要专门设备进行制作，其使用的钢板材料不是市面上的通用规格，且建造容积一般不宜过大，单池容积一般不超过5000m3。 利浦罐使用的材料通常为495mm宽，2~4mm厚的镀锌钢板或不锈钢-镀锌钢板复合板。从强度理论上讲，罐体的钢板厚度可以比2mm更小，但从结构稳定性角度考虑，选用材料一般不小于2mm，鉴于制罐机械咬合紧密度和压紧强度的限制，选用材料一般不大于4mm。 由于利浦罐体所用材料较少，因而利浦罐对底板基础的要求远远小于钢筋混凝土罐对底板基础的要求。在基础底板浇筑时，按所要制作的罐体直径在底板表面留一条宽150mm，深100mm的预留槽，槽内按直径均匀放置一定数量的锚形不锈钢预埋件，利浦罐制作完成后将被准确地放入预留槽内，用螺栓将罐体和预埋件固定，然后用膨胀混凝土和沥青、油毡等材料来密封此槽，最后覆细石混凝土保护层。 对于防腐问题，虽然使用镀锌钢板制作的利浦罐具有一定的防腐作用，但是钢板表面附着的镀锌层不足以抵抗料液和气体对其的腐蚀，特别是在开孔处和安装平台、栏杆、保温层固定件等焊接处，钢板表面镀锌层容易遭到破坏，所以在罐体制作完成、实验合格后仍然需要进行防腐处理。同样采用利浦制罐技术的沼气发酵罐也需要制作保温结构。其防腐处理方法与钢板焊接结构的发酵罐相同。 三、钢板拼装结构沼气发酵罐 钢板拼装罐是采用钢板搭结技术利用螺栓进行连接紧固安装而成，罐体及罐顶材料均采用符合国家标准的钢板，在工厂内将钢板机械加工处理后进行纵向、横向搭结，搭结处采用专业高分子密封材料聚硫胶将其密封拼装组合。按其表面材料不同又可细分为：搪瓷拼装罐、热喷涂拼装罐、电泳漆拼装罐等。 1.搪瓷拼装罐 搪瓷拼装罐是基于薄壳结构原理，采用预制柔性搪瓷钢板以螺栓连接方式及橡胶密封拼装制成的罐体，简称搪瓷钢板拼装罐或搪瓷拼装罐。搪瓷钢板基板为低碳钢冷轧板，屈服强度≤280MPa，抗拉强度270~410MPa，搪瓷瓷釉是多种无机化工原料共同高温烧制反应而成，搪瓷钢板通过钢板基材表面涂敷搪瓷浆料并进行焙烧而成。搪瓷钢板拼装罐具有耐腐蚀性好、施工周期短、节约钢材、罐体自重轻、易拆卸等优点，其缺点是螺栓连接的方式带来了渗漏的可能，不方便施工现成开孔方位的调整。 2.热喷涂拼装罐 热喷涂拼装罐是热喷涂技术和拼装罐结合的产物，热喷涂技术是指将两根带电的金属丝电弧熔融，并通过压缩空气喷吹、雾化，使金属喷涂至经处理的基体表面，形成结合良好、致密的金属涂层，然后用封闭剂对金属涂层表面进行封闭，最终形成长效防腐复合涂层。电弧喷涂锌、铝涂层外加有机封闭涂层的长效防腐蚀复合涂层能够实现30年内不维护的要求。电弧喷涂层与钢结构基体以机械镶嵌和微冶金的结合，提高了涂层结合力，在轻微碰撞或冲击下也能确保防腐涂层不起皮、不脱落，使得涂层质量 完全满足长效防腐蚀的要求，从而减少了钢板结构在服役期间的维护费用，减少了涂料施工带来的环境污染，延长了钢板结构的使用寿命。 3.电泳漆拼装罐 电泳漆拼装罐的钢板表面防腐运用了“阴极电泳处理”技术，阴极电泳处理是一种特殊的防腐方法，该方法以拼装钢板为阴极，即将钢板浸渍在装满水离子浓度比较低的电泳槽中作为阴极，在槽中另设置与其相对应的阳极，所采用的电泳涂料是阳离子型（带正电荷），在两极间通以直流电，在钢板上就会析出防腐膜，钢板经过酸洗、磷化、电泳等防腐处理后，再进行喷粉处理，就可使钢板具有双层防腐的功效，电泳层和钢板之间的结合力很强，电泳涂层作为保护层不仅能阻止罐体腐蚀，且具有抗强酸、强碱的功能和极强的抗磨损性。 电泳漆与传统防腐处理技术相比具有防腐效果好、耐高温、耐低温、耐磨、抗冲击等优点，在运输过程中可减少或避免罐体碰撞损坏。此外，还克服了搪瓷拼装罐运输及安装过程中因碰撞而造成掉瓷和大面积爆瓷的现象。 四、软体沼气发酵装置 软体沼气发酵装置，是一种新型沼气设备。主要包括：软体可折叠沼气发酵袋、沼气储气袋、沼气升压泵、脱硫器、分水器、沼气输送管及相关管件等。设备的主体是软体可折叠沼气发酵袋，采用高强度塑性材料制成，设有出气孔，进、出料口。其发酵原料来源广泛，可将大量的生活垃圾转化为价格极低的燃气。目前较为常用的软体沼气发酵装置主要有两种：黑膜软体沼气池和红泥软体沼气池。 1.黑膜软体沼气池 黑膜软体沼气池，学名“全封闭厌氧塘”，是养殖场沼气制取装置中的一个重要部分。黑膜软体沼气池是在开挖好的土方基础上，由底膜和顶膜密封形成的一种厌氧反应器。该沼气池集发酵、贮气于一体，采用防渗膜材料将整个厌氧塘进行全封闭，其粪污处理原理与其他厌氧生物处理过程一样，依靠厌氧菌的代谢功能，使有机底物得到降解并部分转化生成沼气。其特点如下： 1）建设成本低，施工方便 2）停留时间长，出水效果好 3）吸热性能好，增温保温效果好，产气量高 4）防渗膜材料抗拉强度高，抗老化、耐腐蚀 5）超大贮气容积，可实现一体化贮气 6）池底设自动排泥装置，能很好的实现排渣功能 从建设成本、维护管理，及产气、发电、污水处理等多方面来说，黑膜软体沼气池有着天然的优势，因而有着较好的经济效益、社会效益和生态效益。较适用于大型养殖场与“水泡粪”工艺养殖场的养殖排泄物的处理。但黑膜软体沼气池占地面积大，如果要进行沼气发电的话，还需增加一个防腐防爆的增压器。 2.红泥软体沼气池 红泥软体沼气池是指利用新技术新材料制作而成并且可折叠的沼气池，主要由沼气发酵池、沼气池储气袋组成。发酵池主要分为茶壶形和浮罩形；储气袋一般分为圆柱形和长方形。红泥软体沼气池比一般的PVC多了红泥成份，红泥胶皮是一种改性合金塑料，是一般塑料无法比拟的。虽然红泥软体沼气池容易受外界锐器，老鼠啃咬等损坏，造价较黑膜软体沼气池高，但具有如下优势： 1）使用条件不受季节、地域气候的限制 2）阻燃、抗老化、耐腐蚀、耐低温、防震，使用寿命长 3）制作简便，运输方便，对存放点基础无特别要求，施工方便 4）建设工期短，投资少，比低压湿式贮气柜减少投资40%以上 6）安装拆卸容易，维修、搬迁方便简单 7）可根据产气量、贮气量大小随时增减贮气袋数量 8）商品化程度高，可以实现专业化、规范化、工厂化生产（来源：沼气圈）

涡流技术可以用于检查导电材料以检测不连续性，同时ECT（涡流检测）能够检测裂纹和腐蚀，主要用于验证受检件的完整性。它还可用于测量金属的电导率和测量涂层和镀层厚度。与其他无损检测（NDT）方法相比，涡流检测在适应工业4.0方面表现出优秀的潜力。由于某些固有特性，ECT技术已经数字化并集成到内嵌式机器人或协作机器人系统内。实现这种集成的一些优点包括：不需要表面接触或耦合剂，从而消除了部件损坏的风险。它速度快，可提供即时结果，因此可实现高速检测。透过涂层和漆层进行检测，因此不涉及表面处理。这些原因也是选择ECT作为磁粉（MT）和渗透检测（PT）替代解决方案的主要依据。工程自动化螺栓孔检测ECT的特质使其成为一种适用于高速且苛刻的生产线环境的易用型高效技术。我们还专门为关键工业应用设计了检测设备。例如，螺栓孔检测是包括汽车和航空航天在内的多种行业的制造和运行中环境所需的应用。需要对部件中的螺栓孔进行验证，以进行质量控制和保证及维护。一些制造商已经在其生产线上安装了NORTEC 600涡流探伤仪和我们经过优化的ECT螺栓孔探针和扫描仪。该探伤仪的功能易于使用，并能集成到自动化、远程控制和机器人系统中。ECT专用螺栓孔扫描仪涡流螺栓孔扫描仪可用于检测螺栓孔内出现的裂纹。集成到自动化嵌入式系统中时，我们的涡流旋转扫描仪可在孔内旋转螺栓孔探针或埋头孔探针，同时由其他部件（例如机器人部件）执行自动步进。这样便可高效地检测金属零件中的多个螺栓孔，从而帮助达到目标生产线速度。为了优化系统配置，我们的扫描仪附带了POWERLINK技术，使NORTEC 600软件能够自动识别型号，并为用户提供预定义的频率、增益和滤波器设置参数。我们的螺栓孔扫描仪的特点：速度范围为600至3000 rpm频率范围为100 Hz ～ 6 MHz探针接头类型：4针Fischer4针LEMO旋转扫描仪的专用涡流探针涡流旋转扫描仪的探针由塑料或不锈钢制成，有不同的尺寸可供放置在受检螺栓孔中。我们还提供埋头孔探针，专门用于检测螺栓孔的埋头孔开口。以下是可供选择的一些型号：解读ECT结果和设置警报当涡流探针检测到螺栓孔中的裂纹时，其阻抗会发生变化，并在涡流仪器的阻抗图和带状图上出现信号。可以设置警报箱来捕获信号的特定变化。仪器通过I/O接头上的模拟输出提供信号的垂直和水平分量。涡流探针在螺栓孔中检测到的裂纹（左）与带状图和阻抗图上超出了警报箱公差范围的相应信号（右）自动化解决方案―嵌入式机器人检测系统如下图所示，可以设计一个将涡流设备与您的PC集成的解决方案。PC控制NORTEC设备，接收警报触发信号，并与机器人或cobot（协作机器人）通信并控制后者。我们看到的示例系统有一个机器人手臂，它被编程为握住旋转扫描仪的探针并将其插入生产线上零件的螺栓孔中。一种潜在机器人检测解决方案的示意图，其中由Evident提供的ECT部件以蓝色标示检测流程的数字化由可实现全新、更富有成效的检测业务模式，涡流检测（ECT）技术可轻松融入嵌入式检测流程数字化改造计划中。一旦集成到数字化系统中，NORTEC 600解决方案产生的输出信号就可以配置为在检测到螺栓孔中的裂纹时触发警报。这种ECT型系统可靠而又快速，可以提高使用者的决策准确性和效率。

6月24日，江门中微子实验（JUNO）地下700米的实验大厅内，中心探测器不锈钢主结构最后一个拼装单元吊装合拢，标志着中心探测器不锈钢主结构安装工作顺利完成。 江门中微子实验核心探测设备——中心探测器位于地下实验大厅内44米深的水池中央，其不锈钢主结构设计采用直径约41米的球形网壳结构形式，也称作不锈钢网壳，作为探测器的主支撑结构，它将承载35.4米直径的有机玻璃球、两万吨液体闪烁体、两万只20英寸光电倍增管、两万五千只3英寸光电倍增管、前端电子学、电缆、防磁线圈、隔光板等诸多关键部件。 不锈钢主结构由预制的焊接H型钢通过12万套高强螺栓拼接而成，结构制造精度要求非常高，连接孔与环槽铆钉的安装间隙不超过1毫米，球形网壳网格拼装精度小于3毫米，是目前国内最大的单体不锈钢主结构。自2013年立项以来，高能所与设计、生产企业协同攻关，攻克诸多工艺技术难题，解决了大型不锈钢复杂结构焊接变形问题，通过特殊工装和工法完成了所有构件在工厂的高精度预拼装；研发了不锈钢表面粗化技术，该技术将不锈钢表面抗滑移系数从普通的0.2提高到0.5以上；同时针对JUNO项目的特殊需求研制了高强不锈钢短尾环槽铆钉。 不锈钢主结构项目负责人、现场安装经理何伟表示：不锈钢主结构设计与预研过程中获得了多项技术发明专利授权，同时带动提升了相关制造企业的创新发展和综合实力；其中不锈钢短尾环槽铆钉技术经中国机械通用零部件工业协会鉴定，首次用于不锈钢钢结构领域，相关标准据此发布，填补了国内空白。在不锈钢网壳现场安装过程中，为了保证安装质量、提高安装速度，同时满足实验高洁净度的要求，工程技术人员不断摸索优化拼装单元和安装工法，并且改进了铆钉枪的使用，有效减少了铆接不良率和返修数量，保证了质量和工期。 江门中微子实验项目采用单主线多副线并行的高效建设方案。在中心探测器不锈钢网壳安装过程中，同步进行了反符合探测器主支撑结构和有机玻璃升降平台的现场安装。其中，反符合探测器主支撑结构分布于直径43.5米的大型圆柱形池壁内侧，为悬挂不锈钢钢结构位于防水HDPE膜外，具有大长细比自重预应力的特点。该结构准确紧贴池壁，充分提高探测体积，同时43米通长无侧支撑，从根本上解决混凝土穿透处高压地下水渗漏难题。该结构作为池壁承载的主结构，承载探测器的各种电缆、光纤、液闪和纯水管路、tyvek反射纸以及水切伦科夫探测器刻度光源等。 不锈钢主结构的合拢也意味着有机玻璃球现场安装的开始，中心探测器结构中的有机玻璃球直径35.4米，壁厚120毫米，重600多吨，是世界上最大的单体有机玻璃结构，生产和建造在国内外都无先例，如何突破传统工艺，在短期内顺利完成这一球体建造是项目组面临的又一巨大挑战。 江门中微子实验位于广东省江门市开平市，是由中科院和广东省共同建设的大科学装置，同时也是一个大型的国际合作项目。2015年开始建设，计划2023年建成运行，以测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数为主要科学目标，并进行其他多项科学前沿研究。江门中微子实验的实施将使我国在中微子研究领域的领先地位得到进一步巩固，并成为国际中微子研究的中心之一。