主厂房压型钢板屋面调研及技术改造

2017-04-06徐永贵王凤珍康建强

山西建筑 2017年36期

徐永贵王凤珍康建强

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西太原 030001)

1 压型钢板在电力工程中的应用

进入20世纪80年代，改革开放初期新技术、新材料的引进和开发也为电力工程的设计提供了先进的平台。山西作为重要的能源基地，电力建设处于全国同行业的前列，在20世纪80年代期间先后有大同第二发电厂(6×200 MW)、神头电厂三期扩建工程(4×200 MW),漳泽电厂二期扩建工程(4×210 MW)等大型火力发电厂建成投运。当时设计中对新技术、新材料的应用是在综合经济效益优先的前提下予以考虑，这与现阶段对压型钢板的应用是完全不同的设计概念。

山西省电力勘测设计院早在1974年就开始探索压型钢板在电厂建设中应用的可行性，并会同冶金部建筑研究总院进行了一系列试验，在神头三期工程汽机房屋面、锅炉顶盖、主控楼屋面、输煤栈桥屋面等结构中将压型钢板作为承重构件使用；此后，又把“压型钢板—混凝土”组合楼板作为专题研究，实现了在漳泽电厂二期工程汽机加热器平台、锅炉平台、汽机房屋面、锅炉顶盖中的推广使用。

国内早期组合结构的设计主要是通过设计单位与科研单位合作经有限的试验归纳出的经验公式并参考国外的有关设计理论进行的，这在当时无疑是一种大胆的尝试。漳泽电厂二期工程汽机加热器平台、锅炉平台采用压型钢板—混凝土组合板，钢梁—压型钢板—混凝土组合梁；神头三期工程汽机房屋面、锅炉顶盖、主控楼屋面、输煤栈桥屋面和漳泽电厂二期扩建工程汽机房屋面、锅炉顶盖、炉前屋面封闭中将压型钢板作为承重构件使用。由于受当时材料性能和施工技术以及运行维护等因素的影响，从2000年起陆续发现有压型钢板腐蚀严重、变形过大、屋面漏水等问题，有的已严重影响到机组安全运行而不得不进行改造。

目前，压型钢板在火电厂主厂房屋面(一般为汽机房屋面)的应用主要有以下几种情况:一种是以压型钢板做底模，上浇钢筋混凝土板，通过设置剪力件，形成钢梁—现浇钢筋混凝土板组合结构。这类结构对压型钢板材料的要求不高，一般选用普通U200镀锌压型钢板，厚度1.2 mm，如内蒙古包头第二热电厂2×300 MW空冷供热机组扩建等工程采用此方案，该方案可有效保障屋面结构的耐久性满足规范要求的使用年限，但不足是屋面结构自重偏大，作为承重构件的檩条及钢屋架耗钢量大，经济性能差；一种是采用压型钢板夹芯板，对压型钢板及其连接件性能有特定要求的轻型屋面结构，2000年以来大量采用钢屋架+檩条承重系统的工程普遍采用此方案，并在设计中为提高屋面结构的耐久性提出对材料性能指标的严格要求。

现阶段，压型钢板已被广泛应用于大、中型火力发电厂中，并在构造上有配套的国标图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》。作为一种日趋普及并不断改进和发展的建筑材料，压型钢板必将会在我国电力建设中发挥重要的作用。

2 工程应用实例调研

由于篇幅所限，本文仅以漳泽电厂二期工程(4×210 MW)为例展开叙述。

2.1 屋面结构的设计

漳泽电厂二期施工图设计始于1987年。压型钢板这种新型的建筑材料在汽机房屋面、汽机加热器平台、锅炉运转层平台、锅炉炉顶屋面、炉前、炉后屋面以及锅炉紧身封闭的墙面中得到应用。

目前出现锈蚀的屋面结构设计型式为:1 mm～1.2 mm厚的单层压型钢板搭放在钢梁或钢檩条上，屋面保温材料为水泥珍珠岩，其上为水泥找平层和二毡三油防水层，压型钢板的原板为防腐能力较强的合金化镀锌板。

在当时的条件下，为了能够提高防腐的标准，尽可能地延长压型钢板的使用寿命，设计选用了较先进的防腐材料，即化工部涂料研究所研制的MAPP底漆和醇酸改性氯化橡胶面漆。对压型钢板的要求为两道底漆和两道面漆。同时对维护提出了一定的要求，需每隔一年要认真检查一次，每隔5年～7年复涂一次面漆。

2.2 屋面结构的施工安装与使用维护

据了解当时的施工管理与验收等均存在不足，质量检查不够严格，也没有监理等重要的质量控制环节。如压型钢板的开孔与切割断面和焊口处防腐漆面损伤后的处理，补足防腐部分的要求很高，而实际施工中却十分粗糙；设计要求压型钢板的防腐工作应该在地面完成，这样既可以保证涂漆的完整和均匀性，又可以保证油漆的涂刷质量。但是为了满足进度，施工中却将一部分钢板采用了先安装就位，然后才涂漆的施工程序，使这些板面的搭接部分刷不上漆，压型钢板直接裸露在较差的环境下，缺少了一道重要的防腐屏障，使钢材的锈蚀速度加快，留下了隐患。此外，屋面防水体系的设计与施工质量对照现行国家标准也是一项薄弱环节。

在运行使用期间，汽机房屋面、锅炉炉顶及送风机屋顶是处在高温和具有一定湿度的环境下，由于屋面处于较高的部位，一般运行人员不易发现结构的锈蚀，设计要求对钢结构进行防腐维护，一般也不容易引起重视。

3 屋面压型钢板的腐蚀问题与分析

从现场的实地调研看，漳泽二期工程已被腐蚀的压型钢板的严重程度依次为送风机屋面，锅炉炉前屋面，锅炉炉顶屋面以及汽机房屋面。以送风机房屋顶的腐蚀情况看，已到了非常危险的状况，超过了危房鉴定标准规定的最大限值，如板面涂漆龟裂、起皮；锈蚀渗透严重，锈蚀截面远超过允许的10%，板的变形值从目测看达20 cm～30 cm，也远超规范限值。

分析现场大面积屋面压型钢板腐蚀变形的原因，我们认为主要有以下几个方面:

1)厂房的压型板屋面到了使用年限。漳泽二期工程已运行近30年，当今成熟的压型板防腐标准根据外表涂层的不同，一般耐腐年限在15年～20年，有的甚至更高，而当时压型钢板基料为普通A3钢，尚无镀铝锌工艺，我们认为目前的厂房压型板屋面已达到了使用寿命期。

2)由于压型钢板是当时的一项新技术，施工经验缺乏，特别是对钢板的防腐涂漆工序控制不严，使得原本就不厚的压型钢板的防腐寿命大为折减。

3)厂房的环境要远差于标准的工作环境，厂房内的温度、湿度、内部粉尘污染都是加速压型板腐蚀的重要原因，特别是送风机房在高温条件下运行，氧化腐蚀比较严重。

4)运行期间的维护条件困难。按设计要求压型板屋面必须经常性的检查，对屋面排水系统是否通畅，是否有积水和积尘进行清理，是否需进行复涂的防腐处理等，一般很难引起重视，导致屋面维护、防腐工作很难正常的进行。

5)屋面防水层和坡度的影响。厂房采用的屋面防水卷材的选型及防水措施是按当时屋面防水的质量标准执行的，材料质量标准落后，排水坡度偏小，原厂房屋面防水做法与现行规范标准在技术要求上存在很大差距。

4 技术改造的初步探讨

通过上述工程实例不难发现，以压型钢板作为承重构件的屋面在机组运行中一旦疏于维护，作为屋面承重构件主体的压型钢板在高温、潮湿环境中容易产生锈蚀以及由于锈蚀导致的强度和刚度的降低，甚至是直观可见的显著变形。我们认为采取补强加固以及复涂防护等措施都不是长久之计，很难保障屋面结构的安全、耐久性，只有采取屋面结构体系的更换翻新，才能真正达到消除隐患的目的，在具体的实施过程中，要考虑到电厂运行环境的特殊性，采取合理可行的技术方案，将改造工程对电厂正常运行的影响降到最小程度。建议采取如下主要措施:

1)根据压型钢板的锈蚀严重程度，分阶段、分部位对已锈蚀的屋面进行更换。如漳泽电厂二期工程，根据现状，基本顺序可依次按锅炉送风机屋面、锅炉炉前屋面、锅炉炉顶屋面、汽机房屋面。

2)为了确保在屋面更新的施工过程中，能够安全文明施工，避免已锈蚀的废板和保温材料散落到厂房内，应制定切实可行的施工安全防护措施。

3)充分考虑原结构体系的设计承载能力，基本原则是施工阶段和新换屋面的结构荷重不得超过原设计荷载。尽可能的遵循现行规程、规范的规定。

4)新更换的屋面构造形式以及板型、保温、防水材料和排水坡度等既要结合原有的结构体系，又要充分考虑经济合理、安装方便、耐久适用。

以漳泽电厂二期工程在送风机房顶压型钢板承重屋面部分改造的设计方案为例，可供同类工程参考:

1)送风机房顶改造是按1号～4号进行设计，按业主计划，先对3号,4号送风机房顶进行改造。改造后屋面自重经复核应不得超过80 kg/m2。

2)在拆除原屋面压型钢板及其上部保温防水材料前，应在原屋面的正下方承重结构钢梁下悬挂安全网和施工布，保障所拆除部分材料不散落到下部而影响工艺设备正常运行。

3)鉴于目前压型钢板种类繁多，不同规格和类型的压型钢板在施工工艺和节点构造方面差别较大，所以，设计中仅提出具体的设计原则和要求，待业主确定厂家后再进行配合设计，厂家的方案需经设计院认可。

4)为了保障屋面结构的耐久性，需对檩条和压型钢板的性能和指标进行严格要求，具体为:

a.依据原屋面结构布置情况，应采用不低于150高的高强冷弯薄壁檩条，间距按1 500～2 000现场布置;檩条屈服强度要求达到450 MPa，双面热浸镀锌量需保证275 g/m2。

b.通过在钢梁上固定连接件来调节檩条的高差以满足不小于3%的屋面排水坡度。

c.屋面板建议采用双层镀铝锌钢板中间夹玻璃丝保温棉;镀铝锌合金为:55%铝，43.5%锌，1.5%硅镀层。上下层面板的屈服强度要求达到550 MPa，双面镀铝锌量需保证150 g/m2。