火力發電廠鍋爐鋼結構安裝控制重點分析

仝建利

（山西省工業設備安裝集團有限公司，山西 太原 030032）

1 鍋爐鋼結構的特點

在火力發電廠的建設施工過程中，鍋爐鋼結構的安裝容易出現問題會嚴重影響到安裝的質量，導致鍋爐性能的下降。在電能生產的過程中，產生的能耗過高，會嚴重影響到火電廠的運營成本，產生經濟損失。在火電廠鍋爐鋼結構的施工過程中，由于工程施工的工程量大，工程施工周期長，導致工程的整體施工難度較大。

1） 鍋爐鋼結構的施工會應用到很多的鋼結構桿件，使用的螺栓數量多，高空穿轉和緊固工作量大，導致工程施工的危險性相對較大；2） 鍋爐鋼架桿件單件重量大，立柱尺寸較長，需要安裝和調整的工作量較大；3） 鍋爐鋼結構是鍋爐最重要的承力部件，需要做好對鋼結構垂直度和框架尺寸的安裝，控制鍋爐安裝的質量。

2 發電廠鍋爐鋼架結構計算模型及安全評估標準

2.1 鍋爐鋼架結構計算模型

目前常用的發電廠鍋爐鋼架結構安全性計算模型為空間結構計算模型。以桁架式鍋爐鋼架結構為例。桁架式鍋爐鋼架結構的梁與柱結構采用高強度螺栓連接，連接節點一般為共用式。桁架式鍋爐鋼架結構安全性空間結構計算模型的搭建需要滿足如下條件：第一，縱向上，柱結構無間斷，柱腳與基礎鉸固定。第二，以鉸接方式連接平臺梁與鋼架柱。第三，以鉸接方式連接縱向支撐與柱、梁結構。第四，以鉸接方式連接水平支撐與柱、梁。第五，全部連接節點均為中心連接方式。結合有限元結構計算軟件，鍋爐鋼架結構受力情況進行分析。

2.2 鍋爐鋼架結構安全評估標準

安全評估對象包括鋼架結構及支撐系統兩部分。其中，一、二等級要求：鋼架結構合理、系統完善，荷載傳遞路徑清晰，連接方式符合國家標準，支撐系統完善合理，構造及結構參數均符合國家要求，且支撐系統不存在明顯損傷。

3 大跨度鋼結構安裝安全技術應用過程中的影響因素

3.1 工程機械設備

本次體育館工程建設工程規模較大，工程量大，施工周期長，同時機械化程度較高，因此應用大跨度鋼結構安裝安全技術的施工過程會用到大型的機械設備。工程建設過程中，機械設備質量的好壞，設備各項功能能否正常安全使用，操作手專業能力的高低，都會對工程質量產生嚴重影響。工程中的車吊、切割機、照明設備等不符合工程要求，工程質量就沒有保證。

3.2 鋼結構檢測

中南大學體育館是大型公共建筑。根據中南大學體育館設計文件，體育館屋面鋼結構桁架跨度92.1m，鋼結構桁架跨度大，受力情況復雜。因此，體育館屋面鋼結構桁架在施工階段和運營階段進的監測，對掌握各個階段的安全狀況和結構的安全性評價非常重要。大跨度鋼結構安裝安全技術監測工程是對中南大學體育館屋面鋼結構桁架在施工階段、使用階段，對安裝施工偏差或溫度等可能引起結構作用變化的情況進監測，本次監測的工作內容為桁架撓度監測。

3.3 施工現場的安全生產措施

影響大跨度鋼結構安裝安全技術應用質量的因素是多種多樣的，工程機械設備的技術環境、工程管理環境、安全生產措施的設置都會對工程質量造成影響。本次體育館大跨度鋼結構安裝安全技術應用的安全生產措施主要有桁架安裝通道設置、高空操作吊籃設置以及地面安全措施等。

4 火力發電廠鍋爐鋼結構安裝控制重點

4.1 工程概況

儲料棚鋼屋蓋包含：管桁架、系桿及水平支撐、屋面檁條、桁架內馬道、吊掛馬道，鋼結構工程量約3200t，鋼結構模型圖如圖1 所示。

根據管桁架結構形式，以及盡量減少與土建專業之間互相干涉的影響，綜合考慮設置3 條滑移軌道。為保證倒三角管桁架在高空組榀時不發生傾翻，在分段的管桁架就位后吊機松鉤前，在混凝土柱頂上設置支撐塔（提供支撐力保證桁架不向南傾） 及纜風繩（提供拉力保證管桁架不向北傾），支撐塔頂起后，纜風繩再捆住混凝土結構柱兩邊的鋼筋混凝土連系梁，來臨時增強倒三角管桁架的穩定性，最后吊機方可松鉤。

4.2 鋼結構檢測工作

本次工程采用整體旋挖樁基礎，上部結構采用鋼筋混凝土框架結構體系，屋面鋼結構為管桁架承重，鋁鎂錳金屬板屋面。本工程主要有深基坑施工，高支模施工，大跨度預應力梁施工，鋼桁架吊裝與滑移施工等重點施工項目。由于體育館用于文體活動，其鋼結構桁架長度達92.1m，為確保體育館在施工期間和運營期間的安全，本次將對體育館的12榀桁架，設計整體的三維立體式自動化監測網絡，以便及時、全面掌控每一榀桁架的變形情況。擬建立以鋼結構桁架撓度變形為監測內容的自動化監測系統。鋼結構監測項可以全部進行自動化在線監測，以實現24 小時不間斷監測，數據采集時間間隔可根據需求進行自定義設置，通常每間隔30分鐘進行一次采集，鋼結構桁架卸荷、滑移、加載階段每間隔10s 進行一次采集。但是桁架撓度觀測頻次是正常情況下對鋼結構桁架的觀測，當桁架出現變形加快時，需要增加觀測頻次。在本次工程建設大跨度鋼結構安裝安全技術的應用過程中，鋼結構檢測工作應當充分重視起來，對于監測的硬件設備、軟件功能、監測系統的調試、應用和管理要保證高效有序進行。

4.3 鋼架結構抗震性能分析

1） 鋼架結構自振周期，采用兩組計算模型進行對比分析。在模型1 中，第一振型到第三振型鋼架結構的自振周期分別為1.67、1.66 和1.12s。在模型2 中，第一振型到第三振型鋼架結構的自振周期分別為1.91、1.79 和1.36s。模型1中，鋼架結構的第一、第二振型分別為水平彎剪振型和豎直彎剪振型。主要原因是由于鋼架結構在受力時表現出懸臂梁的特點。而第三振型因鋼架結構受到懸吊力作用，導致其剛度中心與質量中心錯位，表現為扭轉振型。模型2 中加入了鍋爐本身剛度及晃動外力的影響，在第一、第二振型上與模型1 恰好相反?？偟膩砜?，模型1 中鋼架結構的自振周期要小于模型2。從第一和第二振型的比例上看，兩個模型大致相同，說明改造后的鋼架結構相對規整，有利于抗震性能的提升。

2） 鋼架結構地震影響，利用模型計算鋼架結構在受地震影響時其基底反力的情況。模型1 中，X、Y 方向上的基底反力分別為620.5 和602.65t。模型2 中則為560.74 和507.98t。從結果中可以看出，模型1 表示鋼架結構的第8 層出現應力比過高的問題，作用力為Y 方向上的地震荷載。模型2 表示鋼架結構的第4 與第8 層添加模擬晃動力的部分出現應力比過高問題，作用力依然為Y 方向的地震荷載。對比模型1 和模型2 的結果，模型1 中得出的鋼架結構基底反力明顯更高，其原因是模型1 將整個鍋爐定義為剛塊結構，導致其剛度過高。但在模型2 中，發生應力比超限的結構層數較多，主要是由于外加晃動荷載的作用。

4.4 各層鋼結構的安裝

火電廠生產活動開展的過程中，與之相關的鍋爐鋼結構性能是否可靠，關系著火電廠的生產效率及經濟效益。因此，需要在切實有效的施工原則及說明書的指導下，對鍋爐各層鋼結構進行核銷安裝，規范操作行為，避免影響鋼結構安裝質量。同時，應對其安裝前上下鋪面的平整度是否良好加以分析，處理好加工過程中的毛刺，確保上下層端面接觸的緊實。在了解鍋爐鋼結構安裝施工要求及實際情況的基礎上，應設置相應的驗收程序，明確待檢點，促使相應的驗收工作開展更加科學、合理，避免引發鋼結構安裝質量問題。除此之外，應在自檢工作的支持下，實施好螺栓初緊操作，并在綜合素質良好的質檢人員支持下，了解火電廠鍋爐安裝施工質量狀況，確保鋼結構的合格率可以達到100%。

4.5 對高強螺栓連接的施工

為了實現對高強螺栓的高效利用，提高其連接施工質量，則需要在相應的固定要求下進行施工作業。這方面施工前需要對相關的質量證明書進行核算，還需要按照批次對螺栓連接的抗滑系數進行復檢試驗，如果試驗合格之后才能夠在工程中使用。在具體的施工過程中，應做好高強螺栓的發放管理工作，并對其緊固狀況是否良好加以分析。同時，應強化螺栓應用過程中的個規范化管理意，充分考慮相應的圖紙要求，按照“先中間后兩邊”的順序，增強螺栓緊固效果，全面提升構件的潛在應用價值，為火力發電廠鍋爐的高效運行提供科學保障，滿足其結構安裝質量可靠性要求。

5 結語

綜上所述，隨著國家城市現代化建設進程的不斷加快，在大跨度鋼結構安裝安全技術的應用過程中，為了確保技術應用的質量與安全，工程建設過程中必須規避影響質量的因素帶來的風險，做到規范施工、文明施工。在實際的施工中需要始終理清工序，明確標準，做好科學測量，確保鋼結構的施工能夠有效達到標準，提高火力發電廠的施工效益。