主廠房壓型鋼板屋面調研及技術改造

徐永貴 王鳳珍 康建強

(中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西 太原 030001)

1 壓型鋼板在電力工程中的應用

進入20世紀80年代，改革開放初期新技術、新材料的引進和開發也為電力工程的設計提供了先進的平臺。山西作為重要的能源基地，電力建設處于全國同行業的前列，在20世紀80年代期間先后有大同第二發電廠(6×200 MW)、神頭電廠三期擴建工程(4×200 MW),漳澤電廠二期擴建工程(4×210 MW)等大型火力發電廠建成投運。當時設計中對新技術、新材料的應用是在綜合經濟效益優先的前提下予以考慮，這與現階段對壓型鋼板的應用是完全不同的設計概念。

山西省電力勘測設計院早在1974年就開始探索壓型鋼板在電廠建設中應用的可行性，并會同冶金部建筑研究總院進行了一系列試驗，在神頭三期工程汽機房屋面、鍋爐頂蓋、主控樓屋面、輸煤棧橋屋面等結構中將壓型鋼板作為承重構件使用；此后，又把“壓型鋼板—混凝土”組合樓板作為專題研究，實現了在漳澤電廠二期工程汽機加熱器平臺、鍋爐平臺、汽機房屋面、鍋爐頂蓋中的推廣使用。

國內早期組合結構的設計主要是通過設計單位與科研單位合作經有限的試驗歸納出的經驗公式并參考國外的有關設計理論進行的，這在當時無疑是一種大膽的嘗試。漳澤電廠二期工程汽機加熱器平臺、鍋爐平臺采用壓型鋼板—混凝土組合板，鋼梁—壓型鋼板—混凝土組合梁；神頭三期工程汽機房屋面、鍋爐頂蓋、主控樓屋面、輸煤棧橋屋面和漳澤電廠二期擴建工程汽機房屋面、鍋爐頂蓋、爐前屋面封閉中將壓型鋼板作為承重構件使用。由于受當時材料性能和施工技術以及運行維護等因素的影響，從2000年起陸續發現有壓型鋼板腐蝕嚴重、變形過大、屋面漏水等問題，有的已嚴重影響到機組安全運行而不得不進行改造。

目前，壓型鋼板在火電廠主廠房屋面(一般為汽機房屋面)的應用主要有以下幾種情況:一種是以壓型鋼板做底模，上澆鋼筋混凝土板，通過設置剪力件，形成鋼梁—現澆鋼筋混凝土板組合結構。這類結構對壓型鋼板材料的要求不高，一般選用普通U200鍍鋅壓型鋼板，厚度1.2 mm，如內蒙古包頭第二熱電廠2×300 MW空冷供熱機組擴建等工程采用此方案，該方案可有效保障屋面結構的耐久性滿足規范要求的使用年限，但不足是屋面結構自重偏大，作為承重構件的檁條及鋼屋架耗鋼量大，經濟性能差；一種是采用壓型鋼板夾芯板，對壓型鋼板及其連接件性能有特定要求的輕型屋面結構，2000年以來大量采用鋼屋架+檁條承重系統的工程普遍采用此方案，并在設計中為提高屋面結構的耐久性提出對材料性能指標的嚴格要求。

現階段，壓型鋼板已被廣泛應用于大、中型火力發電廠中，并在構造上有配套的國標圖集《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構造》。作為一種日趨普及并不斷改進和發展的建筑材料，壓型鋼板必將會在我國電力建設中發揮重要的作用。

2 工程應用實例調研

由于篇幅所限，本文僅以漳澤電廠二期工程(4×210 MW)為例展開敘述。

2.1 屋面結構的設計

漳澤電廠二期施工圖設計始于1987年。壓型鋼板這種新型的建筑材料在汽機房屋面、汽機加熱器平臺、鍋爐運轉層平臺、鍋爐爐頂屋面、爐前、爐后屋面以及鍋爐緊身封閉的墻面中得到應用。

目前出現銹蝕的屋面結構設計型式為:1 mm～1.2 mm厚的單層壓型鋼板搭放在鋼梁或鋼檁條上，屋面保溫材料為水泥珍珠巖，其上為水泥找平層和二氈三油防水層，壓型鋼板的原板為防腐能力較強的合金化鍍鋅板。

在當時的條件下，為了能夠提高防腐的標準，盡可能地延長壓型鋼板的使用壽命，設計選用了較先進的防腐材料，即化工部涂料研究所研制的MAPP底漆和醇酸改性氯化橡膠面漆。對壓型鋼板的要求為兩道底漆和兩道面漆。同時對維護提出了一定的要求，需每隔一年要認真檢查一次，每隔5年～7年復涂一次面漆。

2.2 屋面結構的施工安裝與使用維護

據了解當時的施工管理與驗收等均存在不足，質量檢查不夠嚴格，也沒有監理等重要的質量控制環節。如壓型鋼板的開孔與切割斷面和焊口處防腐漆面損傷后的處理，補足防腐部分的要求很高，而實際施工中卻十分粗糙；設計要求壓型鋼板的防腐工作應該在地面完成，這樣既可以保證涂漆的完整和均勻性，又可以保證油漆的涂刷質量。但是為了滿足進度，施工中卻將一部分鋼板采用了先安裝就位，然后才涂漆的施工程序，使這些板面的搭接部分刷不上漆，壓型鋼板直接裸露在較差的環境下，缺少了一道重要的防腐屏障，使鋼材的銹蝕速度加快，留下了隱患。此外，屋面防水體系的設計與施工質量對照現行國家標準也是一項薄弱環節。

在運行使用期間，汽機房屋面、鍋爐爐頂及送風機屋頂是處在高溫和具有一定濕度的環境下，由于屋面處于較高的部位，一般運行人員不易發現結構的銹蝕，設計要求對鋼結構進行防腐維護，一般也不容易引起重視。

3 屋面壓型鋼板的腐蝕問題與分析

從現場的實地調研看，漳澤二期工程已被腐蝕的壓型鋼板的嚴重程度依次為送風機屋面，鍋爐爐前屋面，鍋爐爐頂屋面以及汽機房屋面。以送風機房屋頂的腐蝕情況看，已到了非常危險的狀況，超過了危房鑒定標準規定的最大限值，如板面涂漆龜裂、起皮；銹蝕滲透嚴重，銹蝕截面遠超過允許的10%，板的變形值從目測看達20 cm～30 cm，也遠超規范限值。

分析現場大面積屋面壓型鋼板腐蝕變形的原因，我們認為主要有以下幾個方面:

1)廠房的壓型板屋面到了使用年限。漳澤二期工程已運行近30年，當今成熟的壓型板防腐標準根據外表涂層的不同，一般耐腐年限在15年～20年，有的甚至更高，而當時壓型鋼板基料為普通A3鋼，尚無鍍鋁鋅工藝，我們認為目前的廠房壓型板屋面已達到了使用壽命期。

2)由于壓型鋼板是當時的一項新技術，施工經驗缺乏，特別是對鋼板的防腐涂漆工序控制不嚴，使得原本就不厚的壓型鋼板的防腐壽命大為折減。

3)廠房的環境要遠差于標準的工作環境，廠房內的溫度、濕度、內部粉塵污染都是加速壓型板腐蝕的重要原因，特別是送風機房在高溫條件下運行，氧化腐蝕比較嚴重。

4)運行期間的維護條件困難。按設計要求壓型板屋面必須經常性的檢查，對屋面排水系統是否通暢，是否有積水和積塵進行清理，是否需進行復涂的防腐處理等，一般很難引起重視，導致屋面維護、防腐工作很難正常的進行。

5)屋面防水層和坡度的影響。廠房采用的屋面防水卷材的選型及防水措施是按當時屋面防水的質量標準執行的，材料質量標準落后，排水坡度偏小，原廠房屋面防水做法與現行規范標準在技術要求上存在很大差距。

4 技術改造的初步探討

通過上述工程實例不難發現，以壓型鋼板作為承重構件的屋面在機組運行中一旦疏于維護，作為屋面承重構件主體的壓型鋼板在高溫、潮濕環境中容易產生銹蝕以及由于銹蝕導致的強度和剛度的降低，甚至是直觀可見的顯著變形。我們認為采取補強加固以及復涂防護等措施都不是長久之計，很難保障屋面結構的安全、耐久性，只有采取屋面結構體系的更換翻新，才能真正達到消除隱患的目的，在具體的實施過程中，要考慮到電廠運行環境的特殊性，采取合理可行的技術方案，將改造工程對電廠正常運行的影響降到最小程度。建議采取如下主要措施:

1)根據壓型鋼板的銹蝕嚴重程度，分階段、分部位對已銹蝕的屋面進行更換。如漳澤電廠二期工程，根據現狀，基本順序可依次按鍋爐送風機屋面、鍋爐爐前屋面、鍋爐爐頂屋面、汽機房屋面。

2)為了確保在屋面更新的施工過程中，能夠安全文明施工，避免已銹蝕的廢板和保溫材料散落到廠房內，應制定切實可行的施工安全防護措施。

3)充分考慮原結構體系的設計承載能力，基本原則是施工階段和新換屋面的結構荷重不得超過原設計荷載。盡可能的遵循現行規程、規范的規定。

4)新更換的屋面構造形式以及板型、保溫、防水材料和排水坡度等既要結合原有的結構體系，又要充分考慮經濟合理、安裝方便、耐久適用。

以漳澤電廠二期工程在送風機房頂壓型鋼板承重屋面部分改造的設計方案為例，可供同類工程參考:

1)送風機房頂改造是按1號～4號進行設計，按業主計劃，先對3號,4號送風機房頂進行改造。改造后屋面自重經復核應不得超過80 kg/m2。

2)在拆除原屋面壓型鋼板及其上部保溫防水材料前，應在原屋面的正下方承重結構鋼梁下懸掛安全網和施工布，保障所拆除部分材料不散落到下部而影響工藝設備正常運行。

3)鑒于目前壓型鋼板種類繁多，不同規格和類型的壓型鋼板在施工工藝和節點構造方面差別較大，所以，設計中僅提出具體的設計原則和要求，待業主確定廠家后再進行配合設計，廠家的方案需經設計院認可。

4)為了保障屋面結構的耐久性，需對檁條和壓型鋼板的性能和指標進行嚴格要求，具體為:

a.依據原屋面結構布置情況，應采用不低于150高的高強冷彎薄壁檁條，間距按1 500～2 000現場布置;檁條屈服強度要求達到450 MPa，雙面熱浸鍍鋅量需保證275 g/m2。

b.通過在鋼梁上固定連接件來調節檁條的高差以滿足不小于3%的屋面排水坡度。

c.屋面板建議采用雙層鍍鋁鋅鋼板中間夾玻璃絲保溫棉;鍍鋁鋅合金為:55%鋁，43.5%鋅，1.5%硅鍍層。上下層面板的屈服強度要求達到550 MPa，雙面鍍鋁鋅量需保證150 g/m2。

d.自防水上層面板與檁條建議采用暗扣式連接方式，來保證暴露在大氣環境中的外層壓型鋼板連接可靠、密實、光潔、平整，無任何局部連接缺陷。

e.要求上層屋面板0.53 mm，保溫層采用100～厚超細玻璃保溫棉單側加貼氯箔，下層屋面吊頂板0.4 mm。

f.本設計所采用屋面改造方案具有輕質高強、安全使用年限在30年以上。

[1] GBJ 17—88,鋼結構設計規范[S].

[2] GB 50017—2003,鋼結構設計規范[S].

[3] GB 50010—2011,混凝土結構設計規范[S].