白靖

【摘? 要】在電站中，鍋爐是非常重要的設(shè)備之一，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否直接關(guān)系到電站的生產(chǎn)情況。鋼結(jié)構(gòu)是電站鍋爐的支撐體，如果鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，則會(huì)對(duì)其支撐作用造成影響，不利于鍋爐的安全運(yùn)行。因此，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷后，必須及時(shí)進(jìn)行加固處理，以此來(lái)確保其整體穩(wěn)定性。基于此，論文從電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造加固的必要性分析入手，以某電站為對(duì)象，分析了鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造加固的可靠度，期望能夠?qū)﹀仩t運(yùn)行可靠性的提升有所幫助。

【Abstract】In a power station， boiler is one of the most important equipment， and its stable operation is directly related to the production of the power station. The steel structure is the supporting body of the power station boiler. If the steel structure is defective， it will affect its supporting effect， which is not conducive to the safe operation of the boiler. Therefore， when a defect occurs in the steel structure， it must be reinforced in time to ensure its overall stability. Based on this， the paper starts with the necessity analysis of the power station boiler steel structure reconstruction and reinforcement， and takes a certain power station as an object to analyze the reliability of the boiler steel structure reconstruction and reinforcement. It is hoped that this can help to improve the reliability of boiler operation.

【關(guān)鍵詞】電站鍋爐;鋼結(jié)構(gòu);改造加固;可靠度

【Keywords】power station boiler; steel structure; reconstruction and reinforcement; reliability

【中圖分類號(hào)】TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）03-0160-02

1 電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造加固的必要性

鍋爐是電站中不可或缺的重要設(shè)備之一，為了保證鍋爐的運(yùn)行穩(wěn)定性，需要通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。如果鋼結(jié)構(gòu)存在缺陷，則會(huì)對(duì)其支撐作用造成影響，這對(duì)于電站鍋爐的安全運(yùn)行尤為不利。電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)常見的缺陷有以下幾個(gè)方面：一是立柱翼板母材夾層，該缺陷的存在，會(huì)導(dǎo)致桿件的強(qiáng)度降低，從而造成鋼結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性下降，極不利于鍋爐機(jī)組的正常運(yùn)行;二是腹板未焊透，這是鍋爐電站鋼結(jié)構(gòu)較為常見的缺陷之一，由于腹板的厚度比較大，采用對(duì)接焊進(jìn)行拼接時(shí)，容易出現(xiàn)未焊透的情況，因焊縫的強(qiáng)度不足，可能會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)突變;三是坡口未完全熔合，母材坡口若是未能完全熔合，則會(huì)對(duì)鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量造成影響;四是焊縫質(zhì)量不合格，如夾渣、焊瘤等。當(dāng)鍋爐鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)上述缺陷時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)大幅度降低，這對(duì)于鍋爐的安全、可靠運(yùn)行極為不利，所以當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷后必須及時(shí)進(jìn)行改造加固，以此來(lái)確保電站鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。由此可見，對(duì)電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造加固顯得尤為必要[1]。

2 電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造加固可靠度

為便于研究，下面以某電站為對(duì)象，對(duì)該電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造加固的可靠度進(jìn)行分析。

2.1 電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)概況

該電站于2005年建成投用，電站鍋爐布設(shè)在室內(nèi)，采用鋼框架進(jìn)行支撐，以剛性焊接的方式進(jìn)行連接，鍋爐的全部荷載重量均由鋼框架承擔(dān)。該電站鍋爐的重量約為1250t，支撐鍋爐的鋼框架按照高度分為三段，最下部的高度為0～7m，中部的高度為7～12m，頂部的高度為12～28m。在多年的運(yùn)行過(guò)程中，中部的鋼框架出現(xiàn)剛度突變的情況，是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)中最為薄弱的部分。該鍋爐的鋼框架處于保溫和耐火墻體當(dāng)中，受到高溫等因素的影響，保溫層和耐火層均出現(xiàn)大面積脫落的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致鍋爐鋼框架的梁、柱及護(hù)板等部位，有將近1/3左右長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境當(dāng)中，實(shí)測(cè)的溫度約為300℃。受到熱效應(yīng)的影響，使得梁、柱和護(hù)板都出現(xiàn)較為嚴(yán)重的變形，鋼框架靜載下層間側(cè)向變形超過(guò)1/300，梁板層間側(cè)向變形達(dá)到1/250，全部超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。不僅如此，鋼框架的局部位置還出現(xiàn)嚴(yán)重的扭曲現(xiàn)象，在熱應(yīng)力的作用下，鋼框架呈現(xiàn)出“腰鼓”的形狀。

2.2 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)加固要求

由于電站鍋爐鋼框架出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，對(duì)鍋爐的運(yùn)行安全性造成影響，為此，必須及時(shí)對(duì)鋼框架進(jìn)行加固。經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，需要將鋼架構(gòu)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上抬高2.7m，并增加10%左右的靜荷載，即120t。具體的加固要求如下：原有鋼框架的結(jié)構(gòu)柱由3段組合而成，改造增容之后，上部結(jié)構(gòu)柱的高度需要增加2.7m，對(duì)上部護(hù)板進(jìn)行加固后，經(jīng)計(jì)算分析，有兩根柱的彎矩承載力無(wú)法達(dá)到要求;位于鋼框架中部的結(jié)構(gòu)柱，因燃燒器的布設(shè)要求，所以需要在原本4根柱的基礎(chǔ)上增加4根，這樣一來(lái)造成中段位置處的結(jié)構(gòu)柱成為整個(gè)鋼架構(gòu)中最為薄弱的環(huán)節(jié)。通過(guò)計(jì)算分析可知，以護(hù)板進(jìn)行加固后無(wú)法滿足穩(wěn)定性的要求，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行加固。位于鋼框架下部的結(jié)構(gòu)柱承載力和穩(wěn)定性均能夠滿足改造后的要求，因此，不需要進(jìn)行加固處理。由于鍋爐鋼框架中的梁和護(hù)板受到溫度的影響比較大，側(cè)向變形已經(jīng)超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍，因此，需要進(jìn)行加固。

2.3 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造方案

由于受到高溫的影響，使鍋爐鋼框架中的梁和護(hù)板均出現(xiàn)嚴(yán)重的側(cè)向變形，為有效解決這一問(wèn)題，需要對(duì)局部的爐墻進(jìn)行改造，具體的改造方案如下：增大鋼框架中結(jié)構(gòu)柱與爐墻之間的距離，并使結(jié)構(gòu)柱完全暴露在空氣當(dāng)中，利用空氣的流動(dòng)性達(dá)到散熱降溫的目的，以此來(lái)解決爐墻所產(chǎn)生的高溫對(duì)結(jié)構(gòu)柱剛度的影響。對(duì)于梁和護(hù)板側(cè)向變形較為嚴(yán)重的部位，更換絕熱性能較高的材料，借此來(lái)降低梁和護(hù)板所承受的溫度，從而使內(nèi)表面的溫度降至80℃以下。對(duì)于側(cè)向變形超過(guò)1/500的護(hù)板，應(yīng)在拆卸后重新制造安裝，對(duì)于側(cè)向變形在1/500以內(nèi)的護(hù)板，可以保留原本的結(jié)構(gòu)，并在4個(gè)角上通過(guò)拉筋進(jìn)行加固，增加對(duì)結(jié)構(gòu)柱的側(cè)向支承。由于鋼框架中存在部分側(cè)向變形超過(guò)1/500且無(wú)法拆卸的梁，對(duì)此可以采取外側(cè)粘貼工字鋼加固的方法進(jìn)行處理，阻止側(cè)向變形繼續(xù)發(fā)展。

2.4 隨機(jī)抗力與可靠度分析

2.4.1 隨機(jī)抗力

鍋爐鋼框架上段結(jié)構(gòu)柱的承載力無(wú)法滿足實(shí)際要求，對(duì)此決定在改造中通過(guò)剛性桿件進(jìn)行加固。當(dāng)桿件在荷載作用下達(dá)到承載極限且卸載會(huì)使桿件達(dá)到抗拉極限，這樣能夠增加彎矩平面外的承載力。該電站鍋爐鋼框架中的梁柱以及護(hù)板的材質(zhì)均為Q235A，抗拉與抗彎的及抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度分別為21MPa、215MPa和125MPa。因鍋爐鋼框架局部的溫度在150℃以上，所以在對(duì)梁柱進(jìn)行加固時(shí)，局部應(yīng)力可以按照設(shè)計(jì)值的90%予以考慮。鋼框架各層之間的水平位移與層高的比可以取1/500作為界限值，為滿足地震作用對(duì)鋼框架的影響，最終決定取1/450作為設(shè)計(jì)界限，同時(shí)所有構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值均應(yīng)當(dāng)在原本的基礎(chǔ)上提高25%。因鋼框架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)受到隨機(jī)因素的影響，基于這一前提，應(yīng)當(dāng)對(duì)隨機(jī)參數(shù)的變異性進(jìn)行合理取值[2]。

2.4.2 可靠度分析

在對(duì)改造加固后的鍋爐鋼框架的可靠度進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)以整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大值所在位置處的構(gòu)件作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)計(jì)算后得出應(yīng)力值的最大部位出現(xiàn)在鍋爐17m標(biāo)高的柱和梁上，在不同荷載組合下，經(jīng)計(jì)算可以獲得其變形值。為簡(jiǎn)化可靠度的分析過(guò)程，抗力變異系數(shù)取0.1，荷載效應(yīng)變異系數(shù)取0.1和0.3，經(jīng)計(jì)算可得到鍋爐17m標(biāo)高位置處的梁和柱的可靠度，其中梁的可靠度概率為1.00，柱的可靠度概率為0.99。由此可見，在考慮隨機(jī)影響因素及抗力變異性的基礎(chǔ)上，鋼框架加固后的可靠度概率非常高，因此，采用上文中提出的方案進(jìn)行加固能夠使鍋爐的鋼框架具有足夠的可靠性。

2.5 改造加固方案的實(shí)施

由可靠度分析結(jié)果可知，本次提出的改造加固方案具有良好的可行性，在具體實(shí)施的過(guò)程中，為確保加固質(zhì)量，可以采用整體提升的技術(shù)工藝，這樣一方面能夠縮短工期，另一方面還能節(jié)約人財(cái)物力，經(jīng)濟(jì)效益較高。在對(duì)鍋爐進(jìn)行整體提升時(shí)，可在中部增加一節(jié)鋼構(gòu)架，由于提升的荷載較大，高空作業(yè)時(shí)必須采取有效的安全防護(hù)措施，可以通過(guò)倒鏈將桅桿拉到位后，以焊接的方式進(jìn)行固定，然后對(duì)剪刀撐進(jìn)行加固，并對(duì)吊梁及固定框架進(jìn)行焊接，最后用工字鋼進(jìn)行加固。為避免工藝柱出現(xiàn)變形的情況，應(yīng)當(dāng)在加固方案實(shí)施時(shí)，對(duì)工藝柱進(jìn)行加固。

3 結(jié)論

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)作為電站鍋爐的支撐體，其穩(wěn)定性至關(guān)重要，一旦鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或是承載力下降，都會(huì)對(duì)鍋爐的運(yùn)行造成不利影響。因此，當(dāng)鍋爐鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行改造加固。為確保改造加固方案的可行性，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行可靠度分析，這樣才能達(dá)到有效加固的目的。

【參考文獻(xiàn)】

【1】袁奮.關(guān)于電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)焊接設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)說(shuō)明[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（12）：178-180.

【2】趙艷霞.淺談電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)[J].中國(guó)設(shè)備工程，2017（11）：154-156.