地震荷载对烟风道加固肋选型的影响

冯道显

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

1 概述

在火力发电厂中，矩形烟风道通常要设置加固肋。目前国内工程的矩形烟风道加固肋的计算与选型，一般是采用《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(DL/T5121-2000)(下文简称《六道技规》)及《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法(下文简称《六道技规配套计算方法》)中给出的方法，上述方法中未考虑地震荷载对加固肋选型的影响。地震荷载对烟风道加固肋选型的影响程度究竟如何，需要针对具体情况进行分析。

2 现行的加固肋计算选型方法

根据《六道技规》及《六道技规配套计算方法》的规定，矩形烟风道加固肋采用的是道体横向加固肋，纵向加固肋仅作为负压道体横向加固肋防失稳用。横向加固肋应同时满足强度、刚度和防振(频率)的要求。以强度和频率条件作为控制依据，刚度条件作为校核依据，按防止共振频率的差异分为振动设计和常规设计两种。实际工程设计时，可采用公式法或图表法进行加固肋的选型。

公式法是先把加固肋所承受的各种荷载按照《六道技规》及《六道技规配套计算方法》的规定进行组合，再把组合后的荷载带入有关的计算公式，确定加固肋最大间距，然后对初步选定的加固肋进行校核计算的一种方法。图表法是根据组合后的荷载，在相应的图表中查得加固肋最大间距，再计算出加固肋设计荷载，然后在相应图表中直接查得加固肋型号的一种方法。

无论采用上述哪种加固肋选型方法，首先都必须进行荷载组合的工作。根据《六道技规》及《六道技规配套计算方法》的规定，荷载组合时需考虑以下各项荷载：

q0：烟风道介质设计内压力荷载(简称内压)

q1：烟风道道体面板、加固肋自重产生的当量荷载(简称自重)

q2：烟风道保温材料重量产生的当量荷载(简称保温荷载)

q3：烟风道内部积灰产生的当量荷载(简称积灰荷载)

q4：露天烟风道积雪产生的当量荷载(简称积雪荷载)

q5：露天烟风道风荷载产生的当量荷载(简称风荷载)

组合设计荷载Σq为以上各项荷载的代数和。

可以看出，以上各项荷载中并未包括地震荷载，也就是说加固肋计算选型时并未考虑地震荷载的影响。

对于烟风道加固肋计算选型时是否考虑地震荷载，国外公司也有各自不同的做法。例如，法国阿尔斯通公司在350MW等级循环流化床锅炉烟风道设计导则中规定，由于地震荷载与烟风道内压相比并不显著，因此在烟风道设计中一般忽略地震荷载。英国巴布科克公司在荷载组合时，则要把地震荷载参与组合，地震荷载的大小按照死荷载乘以地震荷载系数来确定，其中死荷载包括道体面板荷载、加固肋自重荷载、保温材料荷载和积灰荷载(如风道内无积灰则不考虑此项)，系数取地震加速度与重力加速度的比值，例如地震加速度为0.1g，则地震荷载系数取0.1，依此类推。

3 地震荷载对加固肋选型的影响分析

《六道技规》及《六道技规配套计算方法》中的加固肋计算选型方法没有考虑地震荷载的影响，所以也没有给出加固肋选型计算时地震荷载的计算方法。但是《六道技规配套计算方法》给出了作用于烟风道支吊架上的地震荷载的计算公式，该公式如下：

式中：Fdx(y)为地震引起的作用于烟风道支吊架上水平方向X或Y的水平力，当计及垂直力时可取为水平力的1/2；Fg为工作荷重；Z为地震烈度系数。

地震烈度与地震烈度系数的对应关系见表1。

表1 地震烈度与地震烈度系数的对应关系

笔者认为，当烟风道加固肋选型需要考虑地震荷载的影响时，参与组合的各项荷载除了前文中提及的q0～q5外，还应加上地震荷载q6，其大小可参照作用于烟风道支吊架上的地震荷载的计算公式进行计算。计算时可把工作荷载Fg替换为前文所述的自重q1与保温荷载q2之和。下面以某工程的一段冷风道为例，对地震荷载对加固肋计算选型的影响进行分析。

该工程厂址位于土耳其地中海沿岸，厂址所在地属于土耳其地震1区，地震水平加速度0.4g，相当于我国9度地震区。由于当地地震烈度非常高，因此土方业主要求在烟风道设计时考虑地震荷载。该工程冷风道为水平布置，风道截面尺寸为4600(水平边)×3800(垂直边)，壁厚为4mm，在风道内设置有十字形支撑，送风机BMCR工况风压为3915Pa。根据以上原始条件，按照《六道技规》及《六道技规配套计算方法》规定的计算方法，可计算出q0～q5各项荷载分别见下文中的表2。

因该冷风道为水平布置，因此在加固肋选型计算时，其侧板仅考虑水平方向的地震荷载，顶板与底板仅考虑垂直方向的地震荷载。按照《六道技规配套计算方法》中给出的地震荷载的计算公式，侧板承受的水平方向的地震荷载为：0.3×1×(0.464+0)=0.139kPa；顶板与底板承受的垂直方向的地震荷载为0.139×1/2 =0.07kPa。

把q0～q5各项荷载及地震荷载q6按照《六道技规配套计算方法》中的规定进行组合、计算，得出计算结果见表2。然后根据计算结果，由图表查出该冷风道加固肋型号为L63×63×6。计算时，q0～q6各项荷载的正负取值原则为由风道内向外为“+”、由风道外向内为“-”，其中q5、q6的正负按照加固肋受力最不利情况考虑。

如果不考虑地震荷载的影响，仅把q0～q5各项荷载按照《六道技规配套计算方法》中的规定进行组合、计算，得出计算结果见表3。然后根据计算结果，同样可由图表查出该冷风道加固肋型号为L63×63×6。计算时，q0～q5各项荷载的正负取值原则与考虑地震荷载时一致。

表2 考虑地震荷载的加固肋选型计算表

表3 考虑地震荷载的加固肋选型计算表

从以上两个加固肋选型结果可以看出，考虑地震荷载和不考虑地震荷载两种情况下，上述冷风道的加固肋选型结果是一致的。其原因主要是虽然地震荷载使加固肋的组合设计荷载Σq及设计荷载Q比不考虑地震荷载时略大，但是因为地震荷载远小于其它各项荷载，其在荷载组合中所占比重很小，并不足以改变加固肋的选型结果。对于上述工程而言，厂址所在地的地震水平加速度为0.4g，相当于我国9度地震区。如果工程厂址所在地的地震烈度小于9度，则地震荷载对加固肋计算荷载的影响就更小。

4 结语

目前国内采用的《六道技规》及《六道技规配套计算方法》中的矩形烟风道加固肋选型计算方法没有计及地震荷载，这主要是因为地震荷载远小于其它各项荷载，其在荷载组合中所占比重很小，并不足以改变加固肋的选型结果。但如果电厂厂址位于高地震烈度地区，或者业主有特殊要求，需要在加固肋选型计算时考虑地震荷载，则可参照作用于烟风道支吊架上的地震荷载的计算公式，来计算作用于加固肋上的地震荷载并以此荷载参与荷载组合，进行加固肋的选型。

[1]钱成绪.火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]DL/T 5121-2000，火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程[S].