劉 偉

(國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100095)

火電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

劉 偉

(國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100095)

結(jié)合火力發(fā)電廠的特殊任務(wù)，分析了火電廠廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循的原則，并介紹了衡量廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計形式的標準，著重對火電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點和技術(shù)進行了研究，最后給出了幾點確定結(jié)構(gòu)設(shè)計安全程度的建議。

火電廠，結(jié)構(gòu)設(shè)計，形式，安全

火力發(fā)電廠的主要任務(wù)是發(fā)電和供熱，火電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計對于完成發(fā)電和供熱的生產(chǎn)任務(wù)具有重要的影響?；痣姀S的結(jié)構(gòu)設(shè)計首先就要與生產(chǎn)的實際情況相符合，在設(shè)備安置、管道設(shè)計、工具布置等方面，與生產(chǎn)過程相適應(yīng)?；痣姀S的結(jié)構(gòu)設(shè)計與民用結(jié)構(gòu)有區(qū)別，主廠房為電力生產(chǎn)車間，在生產(chǎn)車間的設(shè)置上，具有明顯的不規(guī)則性。火電廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是為電力生產(chǎn)服務(wù)的，既要保證安全穩(wěn)固性能，又要實現(xiàn)生產(chǎn)活動的高效率。特別是近幾年火電生產(chǎn)新技術(shù)的發(fā)展，對廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。

1 火電廠廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該遵循的原則

火電廠的主廠房結(jié)構(gòu)在布置設(shè)計過程中，需要以火電生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)要求。可以按照四點原則進行布置。第一，設(shè)計需要滿足工藝布置的要求，也就是說根據(jù)設(shè)計要求，廠房的各個部位能夠順利安裝，在工藝正常運行的前提下，能夠為檢修工作提供方便。第二，結(jié)構(gòu)要具有穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性依靠的是材料和設(shè)計的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要在設(shè)計過程中，充分考慮到結(jié)構(gòu)使用的長久性，在生產(chǎn)效率提升上，促進結(jié)構(gòu)的推進作用。使生產(chǎn)過程中使用的各種原料，能夠順利進入生產(chǎn)渠道。第三，結(jié)構(gòu)具有兼容性能。隨著火電生產(chǎn)的技術(shù)進步，火力發(fā)電生產(chǎn)中使用的材料不斷升級，材料升級就要求生產(chǎn)過程高效能，火電廠設(shè)計結(jié)構(gòu)不僅要適應(yīng)傳統(tǒng)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，更要適應(yīng)新項目的試用。近年來火電生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝、新材料應(yīng)用廣泛，在原有的設(shè)計結(jié)構(gòu)上，能夠進行新工藝的實施，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計延伸性的表現(xiàn)。第四，優(yōu)化設(shè)計，減少投入?；痣姀S的結(jié)構(gòu)設(shè)計一定要體現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和節(jié)約生產(chǎn)成本上。只有優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能夠從根本上提高效率，縮短工期。在投入使用后，能夠在短時期進行大規(guī)模生產(chǎn)，保證材料應(yīng)用的良好效果。

2 衡量廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計型式的標準

火電廠廠房結(jié)構(gòu)的型式選擇，需要在掌握布置原則的前提下，要求配件使用標準化，材料使用通用化，在工廠化的大生產(chǎn)前提下，能夠在生產(chǎn)需要的范圍內(nèi)，增加作業(yè)范圍，使大規(guī)模生產(chǎn)與結(jié)構(gòu)設(shè)計相適應(yīng)。火電廠的廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計驗收標準要以進入鍋爐安裝為首要條件，之后的土建安裝有專門的通道，能夠?qū)崿F(xiàn)分段流水作業(yè)，在很大程度上，實施生產(chǎn)過程的連續(xù)作業(yè)。在部分機組投入使用后，施工與生產(chǎn)要有足夠的隔離與屏蔽，這樣就會使施工過程與生產(chǎn)過程保持同步進行，保證提早進入生產(chǎn)程序，而與施工不會形成阻礙?，F(xiàn)代大型火電廠在工期要求和施工文明程度上都有明確的要求，能否建立一個良好的設(shè)計體系和施工計劃，對于火電廠的整體建設(shè)具有重要意義。

3 火電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點和技術(shù)分析

1)前煤倉與側(cè)煤倉的設(shè)計方案。前煤倉設(shè)計方案中廠房結(jié)構(gòu)布置與側(cè)煤倉有較大差別。前煤倉設(shè)計中按照機組大小可以分為三列式和四列式。三列式一般從廠前到廠后，可以按照汽機房、煤倉間、鍋爐房進行布置。四列式一般從廠前到廠后布置為汽機房、除氧間、煤倉間和鍋爐房。從經(jīng)濟效益角度考慮，三列式優(yōu)于四列式，這是由于三列式中將除氧器及加熱器布置在汽機房中，縮短了廠房布置的距離。前煤倉主廠房布置主要設(shè)計為A-B排汽機房，前煤倉方案布置比較成熟，實際應(yīng)用的工廠很多，這對于設(shè)計者有明確的參考價值。前煤倉結(jié)構(gòu)也存在一定的缺點，如豎向結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)錯層，造成短柱出現(xiàn)，平面布置中的大平臺容易出現(xiàn)樓板開洞，結(jié)構(gòu)剛度差異大等缺點。工業(yè)的快速發(fā)展，使工廠更加密集，為了節(jié)約用地，火力發(fā)電廠的建設(shè)倡導(dǎo)密集型創(chuàng)建。側(cè)煤倉方案就是為了迎合這樣設(shè)計要求。側(cè)煤倉的布置方式主要可以體現(xiàn)為集中側(cè)煤倉布置，也就是在兩臺爐之間，形成獨立的純框架。這種結(jié)構(gòu)只需要占據(jù)前煤倉的集控樓位置，這樣一來側(cè)煤倉與鍋爐房之間形成并列關(guān)系。側(cè)煤倉的前面設(shè)置為汽機房，這與傳統(tǒng)的布置有明顯的區(qū)別。側(cè)煤倉方案主要分為汽機房和煤倉間兩個結(jié)構(gòu)，這個方案中汽機房的布置為A-B排為汽機房，汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)為縱向布置的方式，在A-B排之間，汽機房運轉(zhuǎn)層中間布置為發(fā)電機和基座。側(cè)煤倉的優(yōu)點為將傳統(tǒng)的機房與煤倉間分開，各自形成單獨的體系，這樣兩個部分不存在先后關(guān)系。側(cè)煤倉的缺點就是無法對汽機房提高橫向的支撐關(guān)系，排柱之間的間距較小，排柱基礎(chǔ)容易形成不良連接。在高烈度區(qū)域難以形成動態(tài)穩(wěn)定性，給設(shè)計帶來一定難度。汽機房剖面圖見圖1。

2)主廠房的結(jié)構(gòu)型式。在現(xiàn)階段的火力發(fā)電廠的主廠房設(shè)計中，使用較多的就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中體現(xiàn)出很強的優(yōu)越性。主廠房的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在汽機房與煤倉之間構(gòu)成現(xiàn)澆鋼筋混凝土多框架結(jié)構(gòu)形式。主廠房這樣的設(shè)計已經(jīng)經(jīng)歷了一定的時期，技術(shù)趨于成熟。單框架和雙框架的承載能力是衡量技術(shù)實施的一個標準。單框架和多框架的類型選擇，要根據(jù)主廠房的結(jié)構(gòu)確定。框架承受力不同，使用的部位也不同。多框架具有一定優(yōu)勢，承載力高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定?；痣姀S的多層設(shè)計，更適宜用多框架結(jié)構(gòu)。單框架承載能力較差，多框架體系具有一定的優(yōu)勢。火力發(fā)電廠的多層設(shè)計不適宜采用單框架結(jié)構(gòu)，在一定條件下，采用了單層框架，就應(yīng)該用相關(guān)輔助措施提高結(jié)構(gòu)的安全可靠程度。特別是如果火力發(fā)電廠處于地震活動帶上，在主體框架的使用上，尤其要注意結(jié)構(gòu)的選擇?；鹆Πl(fā)電的工藝設(shè)計決定了工程的主體設(shè)計，但是，在設(shè)計過程中，也可以創(chuàng)新一些設(shè)計理念，值得注意就是所有的設(shè)計理念，都有遵循生產(chǎn)的規(guī)程。鋼結(jié)構(gòu)底部平面圖見圖2。

3)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防腐防火設(shè)計?；痣姀S采用的鋼結(jié)構(gòu)在重量上、強度上、施工速度上都有明顯優(yōu)勢，而且能夠提高建筑內(nèi)部的凈空間。在火電廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對構(gòu)件的選擇是一項重要標準?；鹆Πl(fā)電生產(chǎn)過程具有一定腐蝕性，長期的生產(chǎn)運作容易造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的老化，在生產(chǎn)中高強度的過程，要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須要具有防腐設(shè)計。鋼材的腐蝕容易使結(jié)構(gòu)被破壞，因此，防腐蝕在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要進行新材料的應(yīng)用?？梢圆捎眉尤敕栏牧系膽?yīng)用，使結(jié)構(gòu)降低腐蝕性。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防腐工作要以基礎(chǔ)環(huán)境為標準，例如沿海與內(nèi)陸存在差別，氣候變化存在差異，環(huán)境腐蝕條件不同，維護條件和使用壽命都不同，在施工成本和造價上都有明顯區(qū)別。在混凝土的保護層中，增加保護層的厚度，在材料使用上，明確化學(xué)原理，避免產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。同時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火設(shè)計更加重要，選擇的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要以鋼質(zhì)材料為主，鋼結(jié)構(gòu)具有防火的良好效果。

4)結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震標準。無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，抗震設(shè)計都是建筑結(jié)構(gòu)的重點內(nèi)容。工業(yè)設(shè)計的抗震性比民用設(shè)計的抗震性更加重要?？拐鹪O(shè)計要以主廠房的工藝布置為首要條件，在結(jié)構(gòu)的選擇和部件的配比上滿足強度要求，剛度要求和變形等因素，在設(shè)計時運用空間結(jié)構(gòu)計算的方法，結(jié)合地震分析，反復(fù)驗算復(fù)核，使結(jié)構(gòu)中的抗震不利因素降到最低?？拐鹪O(shè)計要注意結(jié)構(gòu)之間的高度，盡量減少結(jié)構(gòu)設(shè)計之間形成的相互壓力。通過合理的箍筋方式再配合對角斜筋以提高結(jié)構(gòu)的韌性和彈性。結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震標準需要采用成熟的技術(shù)，在良好施工條件下進行，抗震設(shè)計需要根據(jù)建筑物的整體結(jié)構(gòu)進行考量，在設(shè)計上保證工期和材料使用的標準，使結(jié)構(gòu)更有利于抗震承載力。

4 確定結(jié)構(gòu)設(shè)計安全程度的建議

1)生產(chǎn)工藝與設(shè)計需要前期溝通協(xié)調(diào)?；痣姀S的主廠房是設(shè)備較為集中的地區(qū)，在設(shè)備管道布置方面，容易出現(xiàn)短柱、錯層、剛性節(jié)點等情況，避免這樣的情況，就需要在設(shè)計的過程中，首要任務(wù)就是做好火電生產(chǎn)工藝的充分認知，把生產(chǎn)工藝的優(yōu)點和缺點形成規(guī)范性報告，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，盡量避免不利因素。在重點部位提高混凝土柱的延性，設(shè)計上考慮到延展空間，增加整體框架的韌性。

2)合理控制梁柱之間的高度?；痣姀S的內(nèi)部空間具有不規(guī)則性，在不同的生產(chǎn)區(qū)域具有明顯的差異。在設(shè)計過程中，由于受生產(chǎn)工藝的控制，縱向與橫向設(shè)計有不同的需要。在這個方面，需要合理確定梁柱的斷面，柱軸壓比控制在合理的范圍內(nèi)，太高容易造成結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。各個階層如果高度差異大，就會形成各個階層之間的薄弱層，這些薄弱部位在大功率作業(yè)時容易造成結(jié)構(gòu)的坍塌。豎向結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中需要進行連續(xù)布置，使縱向結(jié)構(gòu)中沒有出現(xiàn)空洞地區(qū)。

3)提高整體結(jié)構(gòu)的橫向剛度。建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中，縱向穩(wěn)定性受到關(guān)注，但是，橫向穩(wěn)定性尤為重要。橫向穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)設(shè)計的高標準。火電廠的整體結(jié)構(gòu)的橫向連接很多，在梁與柱的銜接上，應(yīng)該采用高度連接技術(shù)，在高烈度區(qū)域，可以采用屋體的整體結(jié)構(gòu)架構(gòu)方式，這樣就會使屋體的整體結(jié)構(gòu)在任何環(huán)節(jié)下都具有充分的穩(wěn)定性，同時，可以增強屋體結(jié)構(gòu)整體的橫向剛度，能夠承載不同程度的抗力。同時，可以增強屋體結(jié)構(gòu)整體的橫向剛度。

5 結(jié)語

火力發(fā)電是我國電力生產(chǎn)的一個標志，火力發(fā)電具有明顯的優(yōu)勢，在經(jīng)濟發(fā)展中，給予了電力生產(chǎn)很高的經(jīng)濟效益。我國的火電廠在各個城市各個區(qū)域都存在著并且在不斷建設(shè)中，火電廠的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對于生產(chǎn)活動具有重要的影響。研究火電廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是從理論角度分析了火電廠結(jié)構(gòu)對于生產(chǎn)活動的促進作用，以此推動火電技術(shù)的不斷進步?；痣姀S的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析，需要以生產(chǎn)實際為基礎(chǔ)條件，以新技術(shù)與生產(chǎn)的相適應(yīng)為發(fā)展要求，在技術(shù)更新過程中，實現(xiàn)基礎(chǔ)建設(shè)的升級，實現(xiàn)火電生產(chǎn)的經(jīng)濟效益與科技效益雙重提高。

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Analysis on design key points of thermal power plant structure

Liu Wei

(StateNuclearElectricPowerPlanningDesignandResearchInstitute,Beijing100095,China)

Combining with the special task of thermal power plant, this paper analyzed the principle of thermal power plant structure design, and introduced the standard measurement of plant structure design form, emphatically researched the structure design key and technology of thermal power plant, finally gave some proposal to determine the structure design safety.

thermal power plant, structure design, form, safety

2015-01-23

劉 偉(1982- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)10-0032-02

TU318

A