火电厂网壳结构干煤棚安全性探讨

周 滔

摘要:文章通过对某火电厂网壳结构干煤棚坍塌事故原因的分析,提出了相应的预防措施,希望能引起采用网壳结构作为干煤棚的火电厂的重视,避免此类事故的再次发生。

关键词:网壳结构干煤棚;网架安装;网壳构件

中图分类号:TM621 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)36-0249-02

一、问题的提出

随着大型火力发电厂的不断涌现,网壳结构干煤棚的数量随之迅速增加,其规模也愈建愈大。网壳结构干煤棚的使用时间虽不长,但已暴露出一些较为严重的问题,不得不引起有关部门的特别关注。

2000年4月15日中午,某厂一座宽72米、长120米的网壳结构干煤棚突然一声巨响,整体坍塌在煤堆上。干煤棚内的大型堆取料机(斗轮机)及输煤皮带等设备被砸得支离破碎,网架结构自南往北两分三裂,节点球、连接杆件、高强螺栓断裂,有的弯折扭曲,有的冲破顶壳似刺猬;网壳北侧边缘外移4.5米,南侧边缘就地倒下。所幸的是坍塌时间为中午,煤棚内无人,未造成人员伤亡。

该网壳结构干煤棚建于1994年,1995年投入使用。该电厂当时装机容量为2×200MW,干煤棚内存煤并不很满。干煤棚坍塌之前当地气候基本正常,无大风大雨,更无大雪、冰冻、地震等自然灾害。该干煤棚投入使用仅5年,为何会突然整体坍塌?是一个发人深省的现实问题。从该型干煤棚设计和使用的现状看,无疑存在一些令人关注的问题:网壳结构用于建造干煤棚,其设计、计算方面应有哪些特殊考虑?其合理性、安全性如何?使用寿命以多长为宜?网架、网壳应采用何种材质?火电厂在使用该干煤棚时,应如何维护和管理等等。

二、问题的分析

1.坍塌的网壳式干煤棚的结构情况。该网壳结构采用三心圆柱面正放四角锥网架型式,下弦支承在纵向两对边的混凝土连梁上,支座间距6米,两侧支座南高北低,高差为8.68米,支座采用橡胶支座节点,网壳厚度2.3米,屋面采用GRC板。网架杆件用钢球连接,连接球有2种规格,每球上钻有8个孔,每孔与一根钢杆连接。连接杆有三种规格,即Φ114*4、Φ89*4和Φ76*4。

2.网架的安装。网架安装采用分条累积滑移方法。为减少水平张力,安装中设立临时水平拉杆。网架于1994年12月12日安装结束,在安装工作结束后即进行拆除临时实施,在未固定支座情况下,松掉拉杆,此时突然发生部分基脚螺栓断裂、部分杆件弯曲变形、网壳部分外移,南侧最大位移达1.4米,北侧外移最大达0.9米。这说明网壳支架水平部位有着过大的外张应力。为了修复,安装单位采用强制支座复位措施,花了很大的劲,费了几天时间修复或更换了损坏的部件,将网架全部恢复到原支座位置,使之安装工作竣工。在修复时采用强力复位,致使网壳构件某些部位产生应力集中,这给网壳整体坍塌留下了严重的隐患。

3.在倒塌的网架上检查发现,网架在安装时,有部分螺栓拧入不到位、松紧不一,使其受力不均,造成应力集中,这是安装质量不良造成坍塌不可忽视的重要原因之一。

4.网壳构件连接球和连接杆的焊接也存在不少问题,有的焊缝高度不够,未达到设计要求,使部分焊缝强度达不到要求,这是制造单位质量管理不严,制造质量不良,造成网架坍塌的原因之一。

5.网壳构件有的强度裕量不足,如杆件的壁厚仅4毫米,杆件的刚性不够,当支座发生局部外移时,必然发生弯曲变形。当网壳倒塌时,杆件多弯曲、扭折、断裂、变形。这是强度计算方面致使网壳整体坍塌的重要原因之一。

6.支座采用了橡胶垫,但为单个橡胶垫,且橡胶垫未设钢板,为不合格产品,这就使得橡胶垫强度不够,难以起到稳定和使应力均匀的作用,如受到外力作用或应力增大时,易造成网壳整体滑移。

7.南、北侧支座标高因利用原地形而设计不一样高,相差8米多,致使网壳重心偏离中心,两侧支座受力不一致,网壳稳定性可能受到一定影响。

8.煤是含有一定硫分和水分的。硫和水化合是具有腐蚀性的,钢材长期在这种环境中,没有采用严格的防腐措施,会受到较严重的腐蚀。腐蚀虽不是此次网壳整体坍塌的主要原因,但长久下去,其后果是严重的。

三、问题的预防

1.从该电厂网壳结构干煤棚整体坍塌的事故原因分析可知,干煤棚在设计、制造方面都存在一些严重问题,例如杆件的壁厚裕度小,长细比偏大;两侧支承点标高相差较大,对结构的稳定性影响不可忽视。火电厂干煤棚虽属辅助设备,但它是火电厂的“粮库”重地,是关系火电厂能否正常发电的重要设施,所以干煤棚的设计质量是保证使用安全的先决条件,网架的每一个构件均应有足够的安全裕量;在设计使用年限上应有明确的标准,其主要部件的使用寿命,本人认为应不低于30年。

2.网壳结构干煤棚的每个构件的制造特别是支承件、连接球、连接构件、螺栓等,都必须严格按规程、工序及工艺进行;每个部件所用的材料必须严格符合设计要求,严格按《钢结构工程施工及验收规范》进行检验合格,不得随意变更。每个部件的制作应在专门的胎具上进行;管件的切割、连接球的制作均应用机械下料,严格控制偏差值在允许范围内。每个制作的部件都要严格进行检验,从外观、材质到热处理、探伤等。构件的焊接必须经过专门培训并考核合格的焊工担任施焊,焊前应进行焊接工艺评定,焊接坡口、焊缝高度都必须符合设计要求,焊后经检验应符合《刚结构工程施工及验收规范》的有关规定。制作质量是保证干煤棚使用安全的关键所在。

3.网壳结构干煤棚的现场安装是保证使用安全的极为重要的一环。安装队伍必须由有资质有经验的人员组成。安装应实行监理制,安装和质检要同步进行,每道工序都必须严格把关。杆件对口不能强力进行,螺栓必须拧到位,应使用专用扳手,避免过紧或过松。施焊时必须严格按工艺要求进行,焊工必须持证上岗,焊后必须经检验合格。安装结束,必须组织设计、制作、施工、建设、监理等方面技术人员对安装质量进行全面验收。

4.安装竣工前应对网架的纵横边长偏差、支承点中心偏移和高度测量,严格控制偏差值在允许范围内。一般要求纵横向边长偏差允许值为长度的1/2000,且不大于30mm,支承点中心点偏移允许值为网架跨度的1/3000,且不大于30mm;高度偏差允许值为相邻支座间距的1/800,且不大于30mm;还应测量网架的挠度值,使其在合格的范围之内。

5.干煤棚投用中的运行、维护及管理十分重要,必须做到

(1)根据干煤棚的结构特点、煤质情况及本地气候等,制定详细的切实的管理规定或运行规程,以确保干煤棚的使用安全。

(2)煤棚内所有机械作业时,不得触及网架及支座的任何部位,并应保持足够的安全距离。

(3)严格控制煤棚内存煤量不超过设计值。煤堆得过高时,易将煤棚支座埋没,甚至将干煤棚下部杆件埋没,不仅易造成杆件的腐蚀,还会对支座及杆件产生一个附加的作用力,影响煤棚的安全。

(4)及时组织对网架构件的定期检查,重点检查其锈蚀情况。网架构件应视具体情况每隔3～5年全面刷一次防锈漆,刷漆时应重视刷漆工艺,必须将原锈去除干净,再内刷两次红丹,外刷一次盖面漆。定期检查对南方电厂及多酸雨的地区尤为重要。

(5)煤棚中不同煤质,应分区堆放;对易发生自燃的煤质,应经常检查和采取必要的措施,防止煤自燃,引起火灾。

四、结语

干煤棚是火电厂发电的“粮库”,必须安全可靠,“粮库”出了问题或发生坍塌,会给发电带来严重的影响,甚至使电厂瘫痪,所以干煤棚的安全可靠性,对电厂来说是至关重要的大事。

作者简介:周滔(1968-),男,湖南长沙人,长沙电力职业技术学院副教授,研究方向:火电厂热力设备安全性评估。