電站鍋爐鋼結構改造加固可靠度探討

白靖

【摘? 要】在電站中，鍋爐是非常重要的設備之一，它的運行穩定與否直接關系到電站的生產情況。鋼結構是電站鍋爐的支撐體，如果鋼結構出現缺陷，則會對其支撐作用造成影響，不利于鍋爐的安全運行。因此，當鋼結構出現缺陷后，必須及時進行加固處理，以此來確保其整體穩定性。基于此，論文從電站鍋爐鋼結構改造加固的必要性分析入手，以某電站為對象，分析了鍋爐鋼結構改造加固的可靠度，期望能夠對鍋爐運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.

【關鍵詞】電站鍋爐;鋼結構;改造加固;可靠度

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

【中圖分類號】TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0160-02

1 電站鍋爐鋼結構改造加固的必要性

鍋爐是電站中不可或缺的重要設備之一，為了保證鍋爐的運行穩定性，需要通過鋼結構進行支撐。如果鋼結構存在缺陷，則會對其支撐作用造成影響，這對于電站鍋爐的安全運行尤為不利。電站鍋爐鋼結構常見的缺陷有以下幾個方面：一是立柱翼板母材夾層，該缺陷的存在，會導致桿件的強度降低，從而造成鋼結構本身的穩定性下降，極不利于鍋爐機組的正常運行;二是腹板未焊透，這是鍋爐電站鋼結構較為常見的缺陷之一，由于腹板的厚度比較大，采用對接焊進行拼接時，容易出現未焊透的情況，因焊縫的強度不足，可能會造成鋼結構突變;三是坡口未完全熔合，母材坡口若是未能完全熔合，則會對鍋爐鋼結構的焊接質量造成影響;四是焊縫質量不合格，如夾渣、焊瘤等。當鍋爐鋼結構出現上述缺陷時，鋼結構的穩定性會大幅度降低，這對于鍋爐的安全、可靠運行極為不利，所以當鋼結構出現缺陷后必須及時進行改造加固，以此來確保電站鍋爐的穩定運行。由此可見，對電站鍋爐鋼結構進行改造加固顯得尤為必要[1]。

2 電站鍋爐鋼結構改造加固可靠度

為便于研究，下面以某電站為對象，對該電站鍋爐鋼結構改造加固的可靠度進行分析。

2.1 電站鍋爐鋼結構概況

該電站于2005年建成投用，電站鍋爐布設在室內，采用鋼框架進行支撐，以剛性焊接的方式進行連接，鍋爐的全部荷載重量均由鋼框架承擔。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。在多年的運行過程中，中部的鋼框架出現剛度突變的情況，是整個鋼結構中最為薄弱的部分。該鍋爐的鋼框架處于保溫和耐火墻體當中，受到高溫等因素的影響，保溫層和耐火層均出現大面積脫落的現象，從而導致鍋爐鋼框架的梁、柱及護板等部位，有將近1/3左右長期處于高溫環境當中，實測的溫度約為300℃。受到熱效應的影響，使得梁、柱和護板都出現較為嚴重的變形，鋼框架靜載下層間側向變形超過1/300，梁板層間側向變形達到1/250，全部超過現行規范標準的規定要求。不僅如此，鋼框架的局部位置還出現嚴重的扭曲現象，在熱應力的作用下，鋼框架呈現出“腰鼓”的形狀。

2.2 鍋爐鋼結構加固要求

由于電站鍋爐鋼框架出現嚴重的變形，對鍋爐的運行安全性造成影響，為此，必須及時對鋼框架進行加固。經過計算之后，需要將鋼架構在現有的基礎上抬高2.7m，并增加10%左右的靜荷載，即120t。具體的加固要求如下：原有鋼框架的結構柱由3段組合而成，改造增容之后，上部結構柱的高度需要增加2.7m，對上部護板進行加固后，經計算分析，有兩根柱的彎矩承載力無法達到要求;位于鋼框架中部的結構柱，因燃燒器的布設要求，所以需要在原本4根柱的基礎上增加4根，這樣一來造成中段位置處的結構柱成為整個鋼架構中最為薄弱的環節。通過計算分析可知，以護板進行加固后無法滿足穩定性的要求，還需要對結構柱進行加固。位于鋼框架下部的結構柱承載力和穩定性均能夠滿足改造后的要求，因此，不需要進行加固處理。由于鍋爐鋼框架中的梁和護板受到溫度的影響比較大，側向變形已經超出規范標準的允許范圍，因此，需要進行加固。

2.3 鍋爐鋼結構改造方案

由于受到高溫的影響，使鍋爐鋼框架中的梁和護板均出現嚴重的側向變形，為有效解決這一問題，需要對局部的爐墻進行改造，具體的改造方案如下：增大鋼框架中結構柱與爐墻之間的距離，并使結構柱完全暴露在空氣當中，利用空氣的流動性達到散熱降溫的目的，以此來解決爐墻所產生的高溫對結構柱剛度的影響。對于梁和護板側向變形較為嚴重的部位，更換絕熱性能較高的材料，借此來降低梁和護板所承受的溫度，從而使內表面的溫度降至80℃以下。對于側向變形超過1/500的護板，應在拆卸后重新制造安裝，對于側向變形在1/500以內的護板，可以保留原本的結構，并在4個角上通過拉筋進行加固，增加對結構柱的側向支承。由于鋼框架中存在部分側向變形超過1/500且無法拆卸的梁，對此可以采取外側粘貼工字鋼加固的方法進行處理，阻止側向變形繼續發展。

2.4 隨機抗力與可靠度分析

2.4.1 隨機抗力

鍋爐鋼框架上段結構柱的承載力無法滿足實際要求，對此決定在改造中通過剛性桿件進行加固。當桿件在荷載作用下達到承載極限且卸載會使桿件達到抗拉極限，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板的材質均為Q235A，抗拉與抗彎的及抗剪設計強度分別為21MPa、215MPa和125MPa。因鍋爐鋼框架局部的溫度在150℃以上，所以在對梁柱進行加固時，局部應力可以按照設計值的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，為滿足地震作用對鋼框架的影響，最終決定取1/450作為設計界限，同時所有構件的強度設計值均應當在原本的基礎上提高25%。因鋼框架的結構穩定性會受到隨機因素的影響，基于這一前提，應當對隨機參數的變異性進行合理取值[2]。

2.4.2 可靠度分析

在對改造加固后的鍋爐鋼框架的可靠度進行分析時，應當以整體結構應力最大值所在位置處的構件作為評價標準。通過計算后得出應力值的最大部位出現在鍋爐17m標高的柱和梁上，在不同荷載組合下，經計算可以獲得其變形值。為簡化可靠度的分析過程，抗力變異系數取0.1，荷載效應變異系數取0.1和0.3，經計算可得到鍋爐17m標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，在考慮隨機影響因素及抗力變異性的基礎上，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 改造加固方案的實施

由可靠度分析結果可知，本次提出的改造加固方案具有良好的可行性，在具體實施的過程中，為確保加固質量，可以采用整體提升的技術工藝，這樣一方面能夠縮短工期，另一方面還能節約人財物力，經濟效益較高。在對鍋爐進行整體提升時，可在中部增加一節鋼構架，由于提升的荷載較大，高空作業時必須采取有效的安全防護措施，可以通過倒鏈將桅桿拉到位后，以焊接的方式進行固定，然后對剪刀撐進行加固，并對吊梁及固定框架進行焊接，最后用工字鋼進行加固。為避免工藝柱出現變形的情況，應當在加固方案實施時，對工藝柱進行加固。

3 結論

綜上所述，鋼結構作為電站鍋爐的支撐體，其穩定性至關重要，一旦鋼結構失穩或是承載力下降，都會對鍋爐的運行造成不利影響。因此，當鍋爐鋼結構出現缺陷時，必須及時進行改造加固。為確保改造加固方案的可行性，應當進行可靠度分析，這樣才能達到有效加固的目的。

【參考文獻】

【1】袁奮.關于電站鍋爐鋼結構焊接設計的幾點說明[J].科學技術創新，2018（12）：178-180.

【2】趙艷霞.淺談電站鍋爐鋼結構施工圖設計[J].中國設備工程，2017（11）：154-156.