某發(fā)電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)安全性鑒定評估

　　武景韜 鄭建華 寧 濤
　　（中冶建筑研究總院（上海）有限公司，上海200433）
　　摘 要：某發(fā)電廠進(jìn)行脫硫脫硝改造，要求對鍋爐鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，并由原生產(chǎn)商（外商）按照國外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改造設(shè)計；本文按照國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對該鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計進(jìn)行了驗算分析，并按（參）照有關(guān)鑒定標(biāo)準(zhǔn)對其安全性進(jìn)行了鑒定評估，可為今后同類工程參考。
　　關(guān)鍵詞：脫硫脫硝改造；鍋爐鋼結(jié)構(gòu)；可靠性鑒定

　　1 引 言
　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家對能源的需求量愈來愈大，能源問題日益凸顯，2009年以來，關(guān)于控制氮氧化物和二氧化硫排放的政策不斷出臺，現(xiàn)役電廠的脫硫脫硝改造工程已在近年大規(guī)模推行。
　　本文針對某電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的脫硫脫硝改造，應(yīng)用有限元軟件，根據(jù)中國規(guī)范對其進(jìn)行地震作用下的安全性分析。
　　2 工程概況
　　該鍋爐鋼框架為七層帶中心支撐的純鋼結(jié)構(gòu)框架，平面呈矩形，平面尺寸46m(K～P1a)×36m(202a～206c)，主體框架高70.2m，主要平臺標(biāo)高為+12.000m、+22.200m、+31.600m、+41.500m、+50.700m、+60.400m、+70.200m。該機組鍋爐鋼框架柱采用H型鋼鋼柱，采用T型鋼、H型鋼、雙L型鋼、雙槽鋼水平支撐及垂直支撐。基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，鋼筋混凝土承臺，柱底標(biāo)高-0.950m，承臺頂標(biāo)高-3.250m。下圖為典型結(jié)構(gòu)平面圖和立面圖：

　　此鍋爐鋼結(jié)構(gòu)由國外生產(chǎn)廠商進(jìn)行脫硫脫硝改造設(shè)計，主要改造部位如下所示：P1立面改造較大，由于脫硫脫硝工程有新增管道，P1立面4層、5層間的豎向支撐需要剪短
　　并加固。其余結(jié)構(gòu)加固部位在2至5層軸線P1、P1a處，如下圖2-4 到圖2-8紅色云線所示。

　　3 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
　　3.1 結(jié)構(gòu)模型
　　本結(jié)構(gòu)根據(jù)原始施工圖及改造圖紙，用有限元結(jié)構(gòu)計算軟件sap2000建立改造后的結(jié)構(gòu)模型，如圖3-1所示：
　　3.2 結(jié)構(gòu)振型
　　結(jié)構(gòu)系統(tǒng)前幾階固有頻率對地震影響的貢獻(xiàn)比較大，所以在計算中只考慮前幾階模態(tài)，可使得計算得以大大簡化。計算得模型前三階振型，每階振型由等軸視圖（a）、側(cè)視圖（b）和俯視圖（c）三個不同的角度來表示，如下所示：

圖3-2鍋爐鋼結(jié)構(gòu)一階振型圖

圖3-3鍋爐鋼結(jié)構(gòu)二階振型圖
 

　　　　圖3-4鍋爐鋼結(jié)構(gòu)三階振型圖

　　結(jié)構(gòu)自振周期如下表所示：

　　由上述圖像及表格可以看出，結(jié)構(gòu)的第一階振型為Y向水平彎剪振型，第二階振型為X向水平彎剪振型，說明鋼架在動力作用下表現(xiàn)出懸臂梁的特性。第三階為XY平面的扭轉(zhuǎn)振型，主要是由于鍋爐懸吊與鋼架上，使鋼架附加質(zhì)量較大，鋼架的質(zhì)心和剛度中心不重合。第一、第二周期比T1/T2=1.03，結(jié)構(gòu)縱橫兩周期比較接近，說明結(jié)構(gòu)兩方向剛度均勻，結(jié)構(gòu)較為規(guī)則，抗震性能好。扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T3與平動為主的第一周期T1比T3/T1=0.76，說明此結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置較為有效合理。
　　4 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)振型分解反應(yīng)譜分析
　　4.1 材料強度
　　查閱原竣工圖紙，鋼框架原設(shè)計采用日本標(biāo)準(zhǔn)SS41（一般構(gòu)件）、SM41、SM50（焊接構(gòu)件及部分柱）號鋼，其中SS41、SM41號鋼的鋼材強度設(shè)計值與我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的Q235號鋼的鋼材強度設(shè)計值相近，SM50號鋼的鋼材強度設(shè)計值與我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的Q345號鋼的鋼材強度設(shè)計值相近?，F(xiàn)場采用里氏硬度計對鋼框架鋼柱的材料性能進(jìn)行檢測，測試結(jié)果表明，鋼柱實測里氏硬度值換算成極限抗拉強度后，可以滿足Q235號及Q345號鋼材的相關(guān)技術(shù)要求。但原設(shè)計中，SS41、SM41、SM50號鋼與我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定的鋼材厚度對鋼材強度的折減不一致，本次結(jié)構(gòu)驗算按照原設(shè)計說明執(zhí)行。
　　4.2 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)計算荷載
　　本工程所在地為8度設(shè)防，IV類場地，設(shè)計地震分組第一組，特征周期Tg=0.065s，結(jié)構(gòu)阻尼比ζ=0.02，地震影響系數(shù)最大值αmax=0.08，不計豎向地震作用?；撅L(fēng)壓
　　ω 0=0.55kN/m2。
　　根據(jù)現(xiàn)場情況、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》，確定鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的永久荷載、偶然荷載、風(fēng)荷載、地震作用以及荷載組合。
　　4.3 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施
　　由于電廠機組單機容量為350MW，因此該鍋爐鋼結(jié)構(gòu)為乙類建筑，抗震構(gòu)造措施按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度對該鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震構(gòu)造措施鑒定，主要鑒定結(jié)果如下。
　　(1)鍋爐鋼框架高度約為70.2m，按照抗震構(gòu)造措施8 度設(shè)防烈度設(shè)防，鋼框架主柱長細(xì)比基本滿足要求。
　　(2)鍋爐鋼框架柱、梁主要采用工字形截面，腹板較高梁采用橫向加勁肋，主要構(gòu)件板件寬厚比基本滿足要求。
　　(3)鍋爐鋼框架支撐桿件主要采用工字型鋼、T型鋼、H型鋼、雙L型鋼、雙槽鋼，主要支撐桿件長細(xì)比基本滿足要求，主要支撐桿件的板件寬厚比基本滿足要求。
　　(4)2鍋爐鋼框架柱采用埋入式柱腳；梁柱連接基本采用剛接，柱在梁翼緣對應(yīng)位置均設(shè)置橫向加勁肋?；緷M足《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》以及《構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（2012版，送審）的相關(guān)要求。
　　(5)鍋爐鋼框架結(jié)構(gòu)為中心支撐的純鋼結(jié)構(gòu)框架，支撐采用人字形、X形支撐，基本滿足《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求。
　　通過對本鍋爐鋼結(jié)構(gòu)框架抗震構(gòu)造措施進(jìn)行鑒定，可知，該結(jié)構(gòu)主要抗震構(gòu)造措施基本滿足現(xiàn)行《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《GB50191－2012構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》、《構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（新版送審稿）以及《高聳與復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(新版送審稿)的要求。
　　4.4 結(jié)構(gòu)承載力驗算結(jié)果
　　(1)根據(jù)計算結(jié)果可知，鍋爐鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面抗震驗算基本滿足《GB50191－2012構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》和《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，其中較薄弱部位為：位于6層和7層、P1軸和M1軸間的斜撐應(yīng)力比接近1，分別為0.964和0.925，是較薄弱部位。另外，在結(jié)構(gòu)頂層，軸線L1左側(cè)和M1右側(cè)水平支撐L200x200x15應(yīng)力比較大，接近1，其中M1和102b出的水平支撐應(yīng)力比為1.004。如下圖4-1所示：

　　由上述計算結(jié)果，依據(jù)《GB50144-2008工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，可知，對于大多數(shù)構(gòu)件R/Sγ0≧1，承載力等級為a級，符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全性要求，不必采取措施。個別構(gòu)件0.95≦R/Sγ0≦1，承載力等級為b級，略低于國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全性要求，仍能滿足結(jié)構(gòu)安全性下限水平要求，不影響安全，可不必采取措施。
　　(2)由結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及抗震構(gòu)造措施可知，本工程鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)布置合理，結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件選、整體性構(gòu)造和連接等基本符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。支撐系統(tǒng)布置合理完整，支撐桿件長細(xì)比及節(jié)點構(gòu)造基本符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，無明顯缺陷或損傷。根據(jù)《GB50144-2008工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)構(gòu)整體性評定等級應(yīng)該為A級。沿鍋爐鋼架高度方向?qū)⑵鋭澐譃槿舾蓡螌幼咏Y(jié)構(gòu)，以每層樓板及其下部相連的柱子、梁為一個子結(jié)構(gòu)，每個子結(jié)構(gòu)構(gòu)件集中不含有c級、d級構(gòu)件，含有b級構(gòu)件遠(yuǎn)小于30%，根據(jù)《GB50144-2008工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)構(gòu)承載功能等級為A 級。
　　(3)鋼框架頂層鍋爐吊架各吊桿共承擔(dān)鍋爐重量共約近4600t，目前現(xiàn)狀正常，支架及吊桿未發(fā)現(xiàn)明顯變形、損壞及嚴(yán)重銹蝕，本次增加荷載作用于鍋爐本體部分相對鍋爐重量較小，因此，鍋爐吊架、吊桿應(yīng)可滿足本次改造要求。
　　4.5 結(jié)論及建議
　　主要抗震鑒定結(jié)論如下：
　　(1)電廠鍋爐鋼框架維護(hù)得當(dāng)，目前結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀基本正常，該框架總體屬輕微銹蝕，局部嚴(yán)重銹蝕，目前，銹蝕尚未對結(jié)構(gòu)承載能力造成明顯影響，+60.400m平臺局部水平支撐變形。本次改造涉及到的區(qū)域，現(xiàn)狀基本良好，僅局部構(gòu)件輕微銹蝕及積灰。
　　(2)電廠鍋爐鋼框架主要結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施基本滿足要求。
　　(3)按照改造方案，電廠鍋爐鋼框架結(jié)構(gòu)柱、梁、垂直支撐、水平支撐承載力滿足改造要求；頂部鍋爐吊架、吊桿承載力滿足改造要求。
　　對鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造建議如下：
　　(1)對銹蝕構(gòu)件，重點是鋼框架柱腳、吊桿與吊架連接彈簧阻尼罩底部進(jìn)行除銹后重新防護(hù)；對銹蝕嚴(yán)重平臺梁連接螺栓蓋板進(jìn)行更換；對少數(shù)歪斜的彈簧阻尼保護(hù)罩修復(fù)或更換；并定期對鋼框架容易積灰的柱腳、支撐的積灰進(jìn)行清理。
　　(2)改造施工時，對改造區(qū)域內(nèi)鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的保護(hù)，以免受損。
　　(3)對局部彎曲、扭轉(zhuǎn)變形的桿件進(jìn)行修復(fù)。
　　(4)改造后，對改造時增加吊架的梁定期進(jìn)行檢查。
　　5 結(jié)論和展望
　　由上述結(jié)果可知，本工程鍋爐鋼結(jié)構(gòu)脫硫脫硝改造后在地震作用下滿足中國規(guī)范要求。然而，由于這種計算方法仍然是把鍋爐本體及相關(guān)管道當(dāng)做永久荷載施加于鍋爐鋼架上，并沒有在考慮鍋爐本體及管道的剛度在地震作用下的貢獻(xiàn)，使得結(jié)果偏于保守。事實上，由于管道和鍋爐尤其是鍋爐本體，其本身是有一定剛度的，在地震作用下可以變形吸收地震能量，從而使得結(jié)構(gòu)所受地震力減小。這在鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造鑒定及分析中，應(yīng)當(dāng)予以重視。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] GB/T22395-2008 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.
　　[2] GB50191－2012 構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范.
　　[3] GB50144-2008 工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)
　　[4]《構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（新版送審稿）
　　[5]《高聳與復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(新版送審稿).
　　[6] 孟憲國，任振業(yè)，李大生.電站鍋爐構(gòu)架設(shè)計中的荷載及其效應(yīng)組合.電站系統(tǒng)工程.1996.12.
　　[7] 林彬.王毅.簡述振型分解反應(yīng)譜法在鍋爐鋼結(jié)構(gòu)地震分析中的應(yīng)用.
　　[8] 孫增壽，魏星.火力發(fā)電廠鍋爐框架地震反應(yīng)分析.工業(yè)建筑.2000.
　　鄭州賽諾建材有限公司是由具有豐富大型跨國公司工程服務(wù)背景的技術(shù)團(tuán)隊創(chuàng)建,是近年來建材領(lǐng)域迅速崛起的一支新軍。自成立之日起就一直致力于研發(fā)高端工程材料，提供混凝土、磚石結(jié)構(gòu)建筑物的防火、保溫、隔熱、防水、防腐、滲水、滲漏檢測、加固及工業(yè)地坪的咨詢、施工、維護(hù)等一體化服務(wù)，以其較高的性價比，創(chuàng)造性地解決了很多工程難題，受到工程界的普遍歡迎和好評。
　　鄭州賽諾建材公司開發(fā)的背水一噴靈特種漿料，因其很高的粘結(jié)強度，抗?jié)B性及高強度，高密度，特別適合地下工程滲漏的治理，無需把回填土挖開，只需在內(nèi)部簡單噴涂一下，即可消除滲漏，大大提高的滲漏治理的效率，提高的速度，降低了維護(hù)成本，尤其適合地下磚墻滲漏的治理.
　　鄭州賽諾建材公司引入現(xiàn)代設(shè)計方法中的冗余設(shè)計理念，向最好處努力，向最壞處著想，針對目前，滲漏多發(fā)的現(xiàn)象，開發(fā)的MD改性聚合物防水涂料，具有一次施工，同時實現(xiàn)剛?cè)岫胤浪奶攸c，沒有搭接縫，耐長期水泡，即使柔性防水層被破壞，也不會漏水，更不會竄水，具有裂紋的自動修復(fù)功能，大大降低了滲漏的發(fā)生的概率；即使混凝土基面被嚴(yán)重深度破壞，造成滲漏，但因為不會竄水，維修也很簡單易行。避免防水系統(tǒng)整體崩潰的現(xiàn)象的發(fā)生。該產(chǎn)品尤其適合新建工程防水施工，大大提高防水的可靠性和安全性，防微杜漸，在項目初期，防漏于為然，是打造高品質(zhì)的無滲漏工程理想選擇。
　　鄭州賽諾建材有限公司，工程水密封技術(shù)20年，技術(shù)的可靠性和耐久性得到了全國各地項目和時間的驗證。電話：400-0371-713www.zdweidun.com.cn