电站锅炉钢结构改造加固可靠度探讨

白靖

【摘  要】在电站中，锅炉是非常重要的设备之一，它的运行稳定与否直接关系到电站的生产情况。钢结构是电站锅炉的支撑体，如果钢结构出现缺陷，则会对其支撑作用造成影响，不利于锅炉的安全运行。因此，当钢结构出现缺陷后，必须及时进行加固处理，以此来确保其整体稳定性。基于此，论文从电站锅炉钢结构改造加固的必要性分析入手，以某电站为对象，分析了锅炉钢结构改造加固的可靠度，期望能够对锅炉运行可靠性的提升有所帮助。

【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.

【关键词】电站锅炉;钢结构;改造加固;可靠度

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

【中图分类号】TU391                                 【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）03-0160-02

1 电站锅炉钢结构改造加固的必要性

锅炉是电站中不可或缺的重要设备之一，为了保证锅炉的运行稳定性，需要通过钢结构进行支撑。如果钢结构存在缺陷，则会对其支撑作用造成影响，这对于电站锅炉的安全运行尤为不利。电站锅炉钢结构常见的缺陷有以下几个方面：一是立柱翼板母材夹层，该缺陷的存在，会导致杆件的强度降低，从而造成钢结构本身的稳定性下降，极不利于锅炉机组的正常运行;二是腹板未焊透，这是锅炉电站钢结构较为常见的缺陷之一，由于腹板的厚度比较大，采用对接焊进行拼接时，容易出现未焊透的情况，因焊缝的强度不足，可能会造成钢结构突变;三是坡口未完全熔合，母材坡口若是未能完全熔合，则会对锅炉钢结构的焊接质量造成影响;四是焊缝质量不合格，如夹渣、焊瘤等。当锅炉钢结构出现上述缺陷时，钢结构的稳定性会大幅度降低，这对于锅炉的安全、可靠运行极为不利，所以当钢结构出现缺陷后必须及时进行改造加固，以此来确保电站锅炉的稳定运行。由此可见，对电站锅炉钢结构进行改造加固显得尤为必要[1]。

2 电站锅炉钢结构改造加固可靠度

为便于研究，下面以某电站为对象，对该电站锅炉钢结构改造加固的可靠度进行分析。

2.1 电站锅炉钢结构概况

该电站于2005年建成投用，电站锅炉布设在室内，采用钢框架进行支撑，以刚性焊接的方式进行连接，锅炉的全部荷载重量均由钢框架承担。该电站锅炉的重量约为1250t，支撑锅炉的钢框架按照高度分为三段，最下部的高度为0～7m，中部的高度为7～12m，顶部的高度为12～28m。在多年的运行过程中，中部的钢框架出现刚度突变的情况，是整个钢结构中最为薄弱的部分。该锅炉的钢框架处于保温和耐火墙体当中，受到高温等因素的影响，保温层和耐火层均出现大面积脱落的现象，从而导致锅炉钢框架的梁、柱及护板等部位，有将近1/3左右长期处于高温环境当中，实测的温度约为300℃。受到热效应的影响，使得梁、柱和护板都出现较为严重的变形，钢框架静载下层间侧向变形超过1/300，梁板层间侧向变形达到1/250，全部超过现行规范标准的规定要求。不仅如此，钢框架的局部位置还出现严重的扭曲现象，在热应力的作用下，钢框架呈现出“腰鼓”的形状。

2.2 锅炉钢结构加固要求

由于电站锅炉钢框架出现严重的变形，对锅炉的运行安全性造成影响，为此，必须及时对钢框架进行加固。经过计算之后，需要将钢架构在现有的基础上抬高2.7m，并增加10%左右的静荷载，即120t。具体的加固要求如下：原有钢框架的结构柱由3段组合而成，改造增容之后，上部结構柱的高度需要增加2.7m，对上部护板进行加固后，经计算分析，有两根柱的弯矩承载力无法达到要求;位于钢框架中部的结构柱，因燃烧器的布设要求，所以需要在原本4根柱的基础上增加4根，这样一来造成中段位置处的结构柱成为整个钢架构中最为薄弱的环节。通过计算分析可知，以护板进行加固后无法满足稳定性的要求，还需要对结构柱进行加固。位于钢框架下部的结构柱承载力和稳定性均能够满足改造后的要求，因此，不需要进行加固处理。由于锅炉钢框架中的梁和护板受到温度的影响比较大，侧向变形已经超出规范标准的允许范围，因此，需要进行加固。

2.3 锅炉钢结构改造方案

由于受到高温的影响，使锅炉钢框架中的梁和护板均出现严重的侧向变形，为有效解决这一问题，需要对局部的炉墙进行改造，具体的改造方案如下：增大钢框架中结构柱与炉墙之间的距离，并使结构柱完全暴露在空气当中，利用空气的流动性达到散热降温的目的，以此来解决炉墙所产生的高温对结构柱刚度的影响。对于梁和护板侧向变形较为严重的部位，更换绝热性能较高的材料，借此来降低梁和护板所承受的温度，从而使内表面的温度降至80℃以下。对于侧向变形超过1/500的护板，应在拆卸后重新制造安装，对于侧向变形在1/500以内的护板，可以保留原本的结构，并在4个角上通过拉筋进行加固，增加对结构柱的侧向支承。由于钢框架中存在部分侧向变形超过1/500且无法拆卸的梁，对此可以采取外侧粘贴工字钢加固的方法进行处理，阻止侧向变形继续发展。

2.4 随机抗力与可靠度分析

2.4.1 随机抗力

锅炉钢框架上段结构柱的承载力无法满足实际要求，对此决定在改造中通过刚性杆件进行加固。当杆件在荷载作用下达到承载极限且卸载会使杆件达到抗拉极限，这样能够增加弯矩平面外的承载力。该电站锅炉钢框架中的梁柱以及护板的材质均为Q235A，抗拉与抗弯的及抗剪设计强度分别为21MPa、215MPa和125MPa。因锅炉钢框架局部的温度在150℃以上，所以在对梁柱进行加固时，局部应力可以按照设计值的90%予以考虑。钢框架各层之间的水平位移与层高的比可以取1/500作为界限值，为满足地震作用对钢框架的影响，最终决定取1/450作为设计界限，同时所有构件的强度设计值均应当在原本的基础上提高25%。因钢框架的结构稳定性会受到随机因素的影响，基于这一前提，应当对随机参数的变异性进行合理取值[2]。

2.4.2 可靠度分析

在对改造加固后的锅炉钢框架的可靠度进行分析时，应当以整体结构应力最大值所在位置处的构件作为评价标准。通过计算后得出应力值的最大部位出现在锅炉17m标高的柱和梁上，在不同荷载组合下，经计算可以获得其变形值。为简化可靠度的分析过程，抗力变异系数取0.1，荷载效应变异系数取0.1和0.3，经计算可得到锅炉17m标高位置处的梁和柱的可靠度，其中梁的可靠度概率为1.00，柱的可靠度概率为0.99。由此可见，在考虑随机影响因素及抗力变异性的基础上，钢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进行加固能够使锅炉的钢框架具有足够的可靠性。

2.5 改造加固方案的实施

由可靠度分析结果可知，本次提出的改造加固方案具有良好的可行性，在具体实施的过程中，为确保加固质量，可以采用整体提升的技术工艺，这样一方面能够缩短工期，另一方面还能节约人财物力，经济效益较高。在对锅炉进行整体提升时，可在中部增加一节钢构架，由于提升的荷载较大，高空作业时必须采取有效的安全防护措施，可以通过倒链将桅杆拉到位后，以焊接的方式进行固定，然后对剪刀撑进行加固，并对吊梁及固定框架进行焊接，最后用工字钢进行加固。为避免工艺柱出现变形的情况，应当在加固方案实施时，对工艺柱进行加固。

3 结论

综上所述，钢结构作为电站锅炉的支撑体，其稳定性至关重要，一旦钢结构失稳或是承载力下降，都会对锅炉的运行造成不利影响。因此，当锅炉钢结构出现缺陷时，必须及时进行改造加固。为确保改造加固方案的可行性，应当进行可靠度分析，这样才能达到有效加固的目的。

【參考文献】

【1】袁奋.关于电站锅炉钢结构焊接设计的几点说明[J].科学技术创新，2018（12）：178-180.

【2】赵艳霞.浅谈电站锅炉钢结构施工图设计[J].中国设备工程，2017（11）：154-156.