火電廠結構設計要點分析

劉 偉

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

火電廠結構設計要點分析

劉 偉

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

結合火力發電廠的特殊任務，分析了火電廠廠房結構設計應遵循的原則，并介紹了衡量廠房結構設計形式的標準，著重對火電廠結構設計的重點和技術進行了研究，最后給出了幾點確定結構設計安全程度的建議。

火電廠，結構設計，形式，安全

火力發電廠的主要任務是發電和供熱，火電廠結構設計對于完成發電和供熱的生產任務具有重要的影響。火電廠的結構設計首先就要與生產的實際情況相符合，在設備安置、管道設計、工具布置等方面，與生產過程相適應。火電廠的結構設計與民用結構有區別，主廠房為電力生產車間，在生產車間的設置上，具有明顯的不規則性。火電廠的結構設計主要是為電力生產服務的，既要保證安全穩固性能，又要實現生產活動的高效率。特別是近幾年火電生產新技術的發展，對廠房結構設計提出了更高的要求。

1 火電廠廠房結構設計應該遵循的原則

火電廠的主廠房結構在布置設計過程中，需要以火電生產的所有環節為基礎要求。可以按照四點原則進行布置。第一，設計需要滿足工藝布置的要求，也就是說根據設計要求，廠房的各個部位能夠順利安裝，在工藝正常運行的前提下，能夠為檢修工作提供方便。第二，結構要具有穩定性。結構穩定性依靠的是材料和設計的統一協調。結構穩定性需要在設計過程中，充分考慮到結構使用的長久性，在生產效率提升上，促進結構的推進作用。使生產過程中使用的各種原料，能夠順利進入生產渠道。第三，結構具有兼容性能。隨著火電生產的技術進步，火力發電生產中使用的材料不斷升級，材料升級就要求生產過程高效能，火電廠設計結構不僅要適應傳統的生產結構，更要適應新項目的試用。近年來火電生產的新技術、新工藝、新材料應用廣泛，在原有的設計結構上，能夠進行新工藝的實施，這是結構設計延伸性的表現。第四，優化設計，減少投入。火電廠的結構設計一定要體現提高生產效率和節約生產成本上。只有優化結構設計，才能夠從根本上提高效率，縮短工期。在投入使用后，能夠在短時期進行大規模生產，保證材料應用的良好效果。

2 衡量廠房結構設計型式的標準

火電廠廠房結構的型式選擇，需要在掌握布置原則的前提下，要求配件使用標準化，材料使用通用化，在工廠化的大生產前提下，能夠在生產需要的范圍內，增加作業范圍，使大規模生產與結構設計相適應。火電廠的廠房結構設計驗收標準要以進入鍋爐安裝為首要條件，之后的土建安裝有專門的通道，能夠實現分段流水作業，在很大程度上，實施生產過程的連續作業。在部分機組投入使用后，施工與生產要有足夠的隔離與屏蔽，這樣就會使施工過程與生產過程保持同步進行，保證提早進入生產程序，而與施工不會形成阻礙。現代大型火電廠在工期要求和施工文明程度上都有明確的要求，能否建立一個良好的設計體系和施工計劃，對于火電廠的整體建設具有重要意義。

3 火電廠結構設計的重點和技術分析

1)前煤倉與側煤倉的設計方案。前煤倉設計方案中廠房結構布置與側煤倉有較大差別。前煤倉設計中按照機組大小可以分為三列式和四列式。三列式一般從廠前到廠后，可以按照汽機房、煤倉間、鍋爐房進行布置。四列式一般從廠前到廠后布置為汽機房、除氧間、煤倉間和鍋爐房。從經濟效益角度考慮，三列式優于四列式，這是由于三列式中將除氧器及加熱器布置在汽機房中，縮短了廠房布置的距離。前煤倉主廠房布置主要設計為A-B排汽機房，前煤倉方案布置比較成熟，實際應用的工廠很多，這對于設計者有明確的參考價值。前煤倉結構也存在一定的缺點，如豎向結構容易出現錯層，造成短柱出現，平面布置中的大平臺容易出現樓板開洞，結構剛度差異大等缺點。工業的快速發展，使工廠更加密集，為了節約用地，火力發電廠的建設倡導密集型創建。側煤倉方案就是為了迎合這樣設計要求。側煤倉的布置方式主要可以體現為集中側煤倉布置，也就是在兩臺爐之間，形成獨立的純框架。這種結構只需要占據前煤倉的集控樓位置，這樣一來側煤倉與鍋爐房之間形成并列關系。側煤倉的前面設置為汽機房，這與傳統的布置有明顯的區別。側煤倉方案主要分為汽機房和煤倉間兩個結構，這個方案中汽機房的布置為A-B排為汽機房，汽輪發電機結構為縱向布置的方式，在A-B排之間，汽機房運轉層中間布置為發電機和基座。側煤倉的優點為將傳統的機房與煤倉間分開，各自形成單獨的體系，這樣兩個部分不存在先后關系。側煤倉的缺點就是無法對汽機房提高橫向的支撐關系，排柱之間的間距較小，排柱基礎容易形成不良連接。在高烈度區域難以形成動態穩定性，給設計帶來一定難度。汽機房剖面圖見圖1。

2)主廠房的結構型式。在現階段的火力發電廠的主廠房設計中，使用較多的就是鋼筋混凝土結構。鋼筋混凝土結構在實際應用中體現出很強的優越性。主廠房的鋼筋混凝土結構主要體現在汽機房與煤倉之間構成現澆鋼筋混凝土多框架結構形式。主廠房這樣的設計已經經歷了一定的時期，技術趨于成熟。單框架和雙框架的承載能力是衡量技術實施的一個標準。單框架和多框架的類型選擇，要根據主廠房的結構確定。框架承受力不同，使用的部位也不同。多框架具有一定優勢，承載力高，結構穩定。火電廠的多層設計，更適宜用多框架結構。單框架承載能力較差，多框架體系具有一定的優勢。火力發電廠的多層設計不適宜采用單框架結構，在一定條件下，采用了單層框架，就應該用相關輔助措施提高結構的安全可靠程度。特別是如果火力發電廠處于地震活動帶上，在主體框架的使用上，尤其要注意結構的選擇。火力發電的工藝設計決定了工程的主體設計，但是，在設計過程中，也可以創新一些設計理念，值得注意就是所有的設計理念，都有遵循生產的規程。鋼結構底部平面圖見圖2。

3)結構構件的防腐防火設計。火電廠采用的鋼結構在重量上、強度上、施工速度上都有明顯優勢，而且能夠提高建筑內部的凈空間。在火電廠的結構設計過程中，對構件的選擇是一項重要標準。火力發電生產過程具有一定腐蝕性，長期的生產運作容易造成結構構件的老化，在生產中高強度的過程，要求結構構件必須要具有防腐設計。鋼材的腐蝕容易使結構被破壞，因此，防腐蝕在結構設計中需要進行新材料的應用。可以采用加入防腐材料的應用，使結構降低腐蝕性。結構構件的防腐工作要以基礎環境為標準，例如沿海與內陸存在差別，氣候變化存在差異，環境腐蝕條件不同，維護條件和使用壽命都不同，在施工成本和造價上都有明顯區別。在混凝土的保護層中，增加保護層的厚度，在材料使用上，明確化學原理，避免產生化學反應。同時，結構構件的防火設計更加重要，選擇的結構構件要以鋼質材料為主，鋼結構具有防火的良好效果。

4)結構設計的抗震標準。無論是工業建筑還是民用建筑，抗震設計都是建筑結構的重點內容。工業設計的抗震性比民用設計的抗震性更加重要。抗震設計要以主廠房的工藝布置為首要條件，在結構的選擇和部件的配比上滿足強度要求，剛度要求和變形等因素，在設計時運用空間結構計算的方法，結合地震分析，反復驗算復核，使結構中的抗震不利因素降到最低。抗震設計要注意結構之間的高度，盡量減少結構設計之間形成的相互壓力。通過合理的箍筋方式再配合對角斜筋以提高結構的韌性和彈性。結構設計的抗震標準需要采用成熟的技術，在良好施工條件下進行，抗震設計需要根據建筑物的整體結構進行考量，在設計上保證工期和材料使用的標準，使結構更有利于抗震承載力。

4 確定結構設計安全程度的建議

1)生產工藝與設計需要前期溝通協調。火電廠的主廠房是設備較為集中的地區，在設備管道布置方面，容易出現短柱、錯層、剛性節點等情況，避免這樣的情況，就需要在設計的過程中，首要任務就是做好火電生產工藝的充分認知，把生產工藝的優點和缺點形成規范性報告，在結構設計中，盡量避免不利因素。在重點部位提高混凝土柱的延性，設計上考慮到延展空間，增加整體框架的韌性。

2)合理控制梁柱之間的高度。火電廠的內部空間具有不規則性，在不同的生產區域具有明顯的差異。在設計過程中，由于受生產工藝的控制，縱向與橫向設計有不同的需要。在這個方面，需要合理確定梁柱的斷面，柱軸壓比控制在合理的范圍內，太高容易造成結構的不穩定。各個階層如果高度差異大，就會形成各個階層之間的薄弱層，這些薄弱部位在大功率作業時容易造成結構的坍塌。豎向結構在設計過程中需要進行連續布置，使縱向結構中沒有出現空洞地區。

3)提高整體結構的橫向剛度。建筑結構在設計過程中，縱向穩定性受到關注，但是，橫向穩定性尤為重要。橫向穩定性是結構設計的高標準。火電廠的整體結構的橫向連接很多，在梁與柱的銜接上，應該采用高度連接技術，在高烈度區域，可以采用屋體的整體結構架構方式，這樣就會使屋體的整體結構在任何環節下都具有充分的穩定性，同時，可以增強屋體結構整體的橫向剛度，能夠承載不同程度的抗力。同時，可以增強屋體結構整體的橫向剛度。

5 結語

火力發電是我國電力生產的一個標志，火力發電具有明顯的優勢，在經濟發展中，給予了電力生產很高的經濟效益。我國的火電廠在各個城市各個區域都存在著并且在不斷建設中，火電廠的基礎結構對于生產活動具有重要的影響。研究火電廠的結構設計就是從理論角度分析了火電廠結構對于生產活動的促進作用，以此推動火電技術的不斷進步。火電廠的結構設計要點分析，需要以生產實際為基礎條件，以新技術與生產的相適應為發展要求，在技術更新過程中，實現基礎建設的升級，實現火電生產的經濟效益與科技效益雙重提高。

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Analysis on design key points of thermal power plant structure

Liu Wei

(StateNuclearElectricPowerPlanningDesignandResearchInstitute,Beijing100095,China)

Combining with the special task of thermal power plant, this paper analyzed the principle of thermal power plant structure design, and introduced the standard measurement of plant structure design form, emphatically researched the structure design key and technology of thermal power plant, finally gave some proposal to determine the structure design safety.

thermal power plant, structure design, form, safety

2015-01-23

劉 偉(1982- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)10-0032-02

TU318

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