黃友強 王林寶
提要:本文給出懸掛式鋼內(nèi)筒煙囪膨脹節(jié)的設計方法,并對兩種膨脹節(jié)作法進行對比分析,提出推薦意見;同時,對鈦鋼復合板的拼接作法提出推薦意見。供有關工程技術(shù)人員參考。
關鍵詞:鋼內(nèi)筒,膨脹節(jié),豎向變形,水平相對錯位變形,焊縫
1. 工程概況
華電國際山東某電廠一期2x1000MW機組工程,采用一座雙管式煙囪,煙氣采用石灰石濕法脫硫,不設GGH煙氣加熱系統(tǒng)。煙囪高度240m,每臺爐分別設置一個排煙筒,出口內(nèi)徑7.5m,外筒壁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)筒采用鈦鋼復合板結(jié)構(gòu),為分段懸掛式,于標高77.0m、137.0m、197.0m處共設置3個膨脹節(jié)。
煙囪煙氣采用石灰石濕法脫硫處理,當不設GGH煙氣加熱系統(tǒng)時,脫硫后排入煙囪的煙氣溫度一般在40℃~50℃,濕度很大處于飽和狀態(tài),容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象,結(jié)露后形成腐蝕性的液滴,沿內(nèi)筒內(nèi)壁流下,對內(nèi)排煙筒造成腐蝕。
2. 鋼內(nèi)筒膨脹節(jié)設計
煙囪的膨脹節(jié)的設計,主要考慮兩個方面因素:在自重、溫度等荷載作用下,膨脹節(jié)處鋼內(nèi)筒應能自由變形,避免上段和下段鋼內(nèi)筒擠壓碰撞;在地震、風等水平荷載作用,膨脹節(jié)上下端將橫向相對錯位,要保證內(nèi)筒氣密性,不能導致膨脹節(jié)出現(xiàn)開裂滲漏。
(1)溫度荷載作用下,鋼內(nèi)筒豎向變形分析
本工程夏季極端最高氣溫Tmax=38.9℃,冬季極端最低氣溫Tmin=-17.0℃,事故狀態(tài)下煙氣最高溫度T1=111.0℃,正常運行時的煙氣溫度T2=49.22℃,煙囪施工期間筒壁的平均溫度T3=20℃。
夏季內(nèi)外筒夾層溫度:Ts= Tmax+15℃=38.9++15=53.9℃
冬季內(nèi)外筒夾層溫度:Tw= Tmax+30℃=-17+30=13.0℃
根據(jù)《煙囪設計規(guī)范》(GB50051—2002),按平壁法求得:
夏季事故狀態(tài)下內(nèi)筒鋼板溫度T=110.2℃
冬季正常運行狀態(tài)下內(nèi)筒鋼板溫度T=48.73℃
則煙囪鋼內(nèi)筒膨脹量:
夏季△u1=αS?(T-T3) ?L=1.2x10-5x(110.2-20)x60=0.076m
冬季△u2=αS?(T-T3) ?L=1.2x10-5x(48.73-20)x60=0.024m
(2)自重作用下,鋼內(nèi)筒豎向變形分析
鋼內(nèi)筒自重標準值pk=26.0 Kn/m長度L=60m凈截面積A=0.1887m2
單位自重變形△x=△pk / (ES?A) ?x
自重變形X=∫0L△x? dx=∫06000026/ (206000?188700)?600002=1.2mm
(3)地震、風荷載作用下,鋼內(nèi)筒水平相對錯位變形分析
采用煙囪計算程序《Multi—flue Chimney V4.0》,結(jié)果如下:
煙囪水平變形和膨脹節(jié)水平相對錯位變形
膨脹節(jié)標高位置(m) 77.0 137.0 197.0
煙囪最大變形(m) 0.276 0.783 1.487
膨脹節(jié)水平錯位變形(m) 0.042 0.021 0.023
(4)煙囪膨脹節(jié)作法
作法一,在《大型火電廠懸掛式鋼內(nèi)筒設計研究》(特種結(jié)構(gòu),2008(2))中,給出以下作法:煙囪上下段內(nèi)筒采用8mm厚改性硅橡膠帶內(nèi)側(cè)包1.2mm厚鈦板封閉,該封閉材料位于鋼內(nèi)筒內(nèi)部,然后外面再以彈性密封膏填充。
此方案伸縮節(jié)鈦板需壓制成定形尺寸,外部粘貼耐酸耐熱改性硅橡膠帶,膨脹節(jié)一般先進行1~1.5m分片,再進行現(xiàn)場拼接焊接組裝。根據(jù)對部分工程的調(diào)研,現(xiàn)場反映鈦板現(xiàn)場焊接拼接易發(fā) 生質(zhì)量問題,安裝過程中徑向晃動易出現(xiàn)撕裂情況,伸縮節(jié)安裝、更換需在內(nèi)筒內(nèi)部設置升降平臺,進入內(nèi)筒內(nèi)部施工,施工條件惡劣,施工難度大,難于操作。膨脹節(jié)由鈦鋼復合板廠配套供貨,費用約為7萬元/個。
作法二,本工程采用以下作法:煙囪上下段內(nèi)筒采用耐酸耐高溫氟橡膠封閉,該封閉材料位于鋼內(nèi)筒外部。
耐酸耐高溫氟橡膠的性能參數(shù)如下:
①使用溫度能夠滿足-30℃~250℃;
②在煙囪煙氣的腐蝕環(huán)境下使用年限達到15年;
③具有良好的密封性能,在煙氣作用下不發(fā)生滲漏;
④具有良好的化學穩(wěn)定性,氟橡膠含氟量不小于70%;
⑤扯斷伸長率不小于150%;抗撕裂強度不小于5kN/m.
此作法可于內(nèi)筒外部各層煙囪平臺上施工,便于安裝、檢修。膨脹節(jié)由廠家供貨,通常有兩種方式:
① 在工廠整體加工,一次成型,費用相對較高,約為30萬元/個。
② 在工廠分段加工,現(xiàn)場組裝,費用約為12萬元/個。
3. 鈦鋼板拼接焊縫選型
鈦和鋼熔焊的焊縫會產(chǎn)生脆裂,鈦在熔焊時時應避免與鋼融合,且應嚴格檢查焊點,避免漏焊等情況的發(fā)生,焊接質(zhì)量直接關系到鋼內(nèi)筒的耐腐蝕效果。
《鈦及鈦合金復合鋼板焊接技術(shù)要求》(GB/T13149-2009)給出了以下兩種焊接接頭型式:
焊縫一:為《鈦及鈦合金復合鋼板焊接技術(shù)要求》(GB/T13149-2009)表1之類別I。
焊縫二:為《鈦及鈦合金復合鋼板焊接技術(shù)要求》(GB/T13149-2009)表1之類別III。
焊縫一,鋼基對接板焊接時,施工工藝控制不當,形成的高溫易造成鈦復層的氧化剖壞,且易造成鈦與鋼相熔焊,對施工工藝控制要求高,焊接質(zhì)量控制要求高。
焊縫二,焊縫處鈦復層相對于基板每邊內(nèi)縮15mm,在焊縫處增設鈦填條,表面再設鈦蓋板與兩側(cè)焊接。按此作法,進行基板焊接時,可避免對鈦復層造成高溫氧化破壞,但相對于焊縫一,增加了一道鈦填條的施工工作量。根據(jù)調(diào)研,部分工程在現(xiàn)場施工過程中,為方便施工,取消了鈦填條。鈦填條取消后,將在焊縫相應位置處形成空腔,若鈦復層漏焊或焊縫損傷,易出現(xiàn)酸液沿空腔滲流造成基板沿焊縫腐蝕,在內(nèi)筒外表面設有保溫,此種類型腐蝕均不易被發(fā)現(xiàn),易產(chǎn)生安全隱患。
4. 結(jié)論
通過以上分析,得出以下幾點結(jié)論:
(1)膨脹節(jié)設計過程中,溫度變化引起的豎向變形起控制作用,自重引起的豎向變形很小,可以忽
略。對膨脹節(jié)的作法,推薦采用作法二之現(xiàn)場組裝方式,此作法費用適中,施工簡單易行,方
便后期檢查維護。
(2)鈦鋼板的拼接作法,建議采用作法二。不宜取消鈦填條,或?qū)θ∠顥l后的空腔采用玻璃膠填
充等特殊處理,避免萬一鈦面板焊縫出現(xiàn)問題,酸液沿空腔滲流造成內(nèi)筒鋼板腐蝕。
鑒于筆者水平有限,文中難免有考慮不道之處,本文旨在共享工程設計中的經(jīng)驗,為今后類似工程提供借鑒參考。
參考文獻
1. 《大型火電廠懸掛式鋼內(nèi)筒設計研究》(特種結(jié)構(gòu),2008(2))
2. 《煙囪設計規(guī)范》(GB 50051-2002)
3. 《鈦制焊接容器》(JB/T4745-2002)
4. 《鈦及鈦合金復合鋼板焊接技術(shù)要求》(GB/T13149-2009)