地震荷載對煙風道加固肋選型的影響

馮道顯

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

1 概述

在火力發電廠中，矩形煙風道通常要設置加固肋。目前國內工程的矩形煙風道加固肋的計算與選型，一般是采用《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》(DL/T5121-2000)(下文簡稱《六道技規》)及《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》配套設計計算方法(下文簡稱《六道技規配套計算方法》)中給出的方法，上述方法中未考慮地震荷載對加固肋選型的影響。地震荷載對煙風道加固肋選型的影響程度究竟如何，需要針對具體情況進行分析。

2 現行的加固肋計算選型方法

根據《六道技規》及《六道技規配套計算方法》的規定，矩形煙風道加固肋采用的是道體橫向加固肋，縱向加固肋僅作為負壓道體橫向加固肋防失穩用。橫向加固肋應同時滿足強度、剛度和防振(頻率)的要求。以強度和頻率條件作為控制依據，剛度條件作為校核依據，按防止共振頻率的差異分為振動設計和常規設計兩種。實際工程設計時，可采用公式法或圖表法進行加固肋的選型。

公式法是先把加固肋所承受的各種荷載按照《六道技規》及《六道技規配套計算方法》的規定進行組合，再把組合后的荷載帶入有關的計算公式，確定加固肋最大間距，然后對初步選定的加固肋進行校核計算的一種方法。圖表法是根據組合后的荷載，在相應的圖表中查得加固肋最大間距，再計算出加固肋設計荷載，然后在相應圖表中直接查得加固肋型號的一種方法。

無論采用上述哪種加固肋選型方法，首先都必須進行荷載組合的工作。根據《六道技規》及《六道技規配套計算方法》的規定，荷載組合時需考慮以下各項荷載：

q0：煙風道介質設計內壓力荷載(簡稱內壓)

q1：煙風道道體面板、加固肋自重產生的當量荷載(簡稱自重)

q2：煙風道保溫材料重量產生的當量荷載(簡稱保溫荷載)

q3：煙風道內部積灰產生的當量荷載(簡稱積灰荷載)

q4：露天煙風道積雪產生的當量荷載(簡稱積雪荷載)

q5：露天煙風道風荷載產生的當量荷載(簡稱風荷載)

組合設計荷載Σq為以上各項荷載的代數和。

可以看出，以上各項荷載中并未包括地震荷載，也就是說加固肋計算選型時并未考慮地震荷載的影響。

對于煙風道加固肋計算選型時是否考慮地震荷載，國外公司也有各自不同的做法。例如，法國阿爾斯通公司在350MW等級循環流化床鍋爐煙風道設計導則中規定，由于地震荷載與煙風道內壓相比并不顯著，因此在煙風道設計中一般忽略地震荷載。英國巴布科克公司在荷載組合時，則要把地震荷載參與組合，地震荷載的大小按照死荷載乘以地震荷載系數來確定，其中死荷載包括道體面板荷載、加固肋自重荷載、保溫材料荷載和積灰荷載(如風道內無積灰則不考慮此項)，系數取地震加速度與重力加速度的比值，例如地震加速度為0.1g，則地震荷載系數取0.1，依此類推。

3 地震荷載對加固肋選型的影響分析

《六道技規》及《六道技規配套計算方法》中的加固肋計算選型方法沒有考慮地震荷載的影響，所以也沒有給出加固肋選型計算時地震荷載的計算方法。但是《六道技規配套計算方法》給出了作用于煙風道支吊架上的地震荷載的計算公式，該公式如下：

式中：Fdx(y)為地震引起的作用于煙風道支吊架上水平方向X或Y的水平力，當計及垂直力時可取為水平力的1/2；Fg為工作荷重；Z為地震烈度系數。

地震烈度與地震烈度系數的對應關系見表1。

表1 地震烈度與地震烈度系數的對應關系

筆者認為，當煙風道加固肋選型需要考慮地震荷載的影響時，參與組合的各項荷載除了前文中提及的q0～q5外，還應加上地震荷載q6，其大小可參照作用于煙風道支吊架上的地震荷載的計算公式進行計算。計算時可把工作荷載Fg替換為前文所述的自重q1與保溫荷載q2之和。下面以某工程的一段冷風道為例，對地震荷載對加固肋計算選型的影響進行分析。

該工程廠址位于土耳其地中海沿岸，廠址所在地屬于土耳其地震1區，地震水平加速度0.4g，相當于我國9度地震區。由于當地地震烈度非常高，因此土方業主要求在煙風道設計時考慮地震荷載。該工程冷風道為水平布置，風道截面尺寸為4600(水平邊)×3800(垂直邊)，壁厚為4mm，在風道內設置有十字形支撐，送風機BMCR工況風壓為3915Pa。根據以上原始條件，按照《六道技規》及《六道技規配套計算方法》規定的計算方法，可計算出q0～q5各項荷載分別見下文中的表2。

因該冷風道為水平布置，因此在加固肋選型計算時，其側板僅考慮水平方向的地震荷載，頂板與底板僅考慮垂直方向的地震荷載。按照《六道技規配套計算方法》中給出的地震荷載的計算公式，側板承受的水平方向的地震荷載為：0.3×1×(0.464+0)=0.139kPa；頂板與底板承受的垂直方向的地震荷載為0.139×1/2 =0.07kPa。

把q0～q5各項荷載及地震荷載q6按照《六道技規配套計算方法》中的規定進行組合、計算，得出計算結果見表2。然后根據計算結果，由圖表查出該冷風道加固肋型號為L63×63×6。計算時，q0～q6各項荷載的正負取值原則為由風道內向外為“+”、由風道外向內為“-”，其中q5、q6的正負按照加固肋受力最不利情況考慮。

如果不考慮地震荷載的影響，僅把q0～q5各項荷載按照《六道技規配套計算方法》中的規定進行組合、計算，得出計算結果見表3。然后根據計算結果，同樣可由圖表查出該冷風道加固肋型號為L63×63×6。計算時，q0～q5各項荷載的正負取值原則與考慮地震荷載時一致。

表2 考慮地震荷載的加固肋選型計算表

表3 考慮地震荷載的加固肋選型計算表

從以上兩個加固肋選型結果可以看出，考慮地震荷載和不考慮地震荷載兩種情況下，上述冷風道的加固肋選型結果是一致的。其原因主要是雖然地震荷載使加固肋的組合設計荷載Σq及設計荷載Q比不考慮地震荷載時略大，但是因為地震荷載遠小于其它各項荷載，其在荷載組合中所占比重很小，并不足以改變加固肋的選型結果。對于上述工程而言，廠址所在地的地震水平加速度為0.4g，相當于我國9度地震區。如果工程廠址所在地的地震烈度小于9度，則地震荷載對加固肋計算荷載的影響就更小。

4 結語

目前國內采用的《六道技規》及《六道技規配套計算方法》中的矩形煙風道加固肋選型計算方法沒有計及地震荷載，這主要是因為地震荷載遠小于其它各項荷載，其在荷載組合中所占比重很小，并不足以改變加固肋的選型結果。但如果電廠廠址位于高地震烈度地區，或者業主有特殊要求，需要在加固肋選型計算時考慮地震荷載，則可參照作用于煙風道支吊架上的地震荷載的計算公式，來計算作用于加固肋上的地震荷載并以此荷載參與荷載組合，進行加固肋的選型。

[1]錢成緒.火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程配套設計計算方法[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]DL/T 5121-2000，火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程[S].