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        某脫硫塔火災(zāi)后檢測鑒定及加固處理

        2019-03-06 07:49:42王艷平李書奇
        工程質(zhì)量 2019年11期
        關(guān)鍵詞:錨栓環(huán)向濕式

        王艷平,李書奇,封 云

        (中國建筑科學(xué)研究院有限公司,北京 100013)

        0 引 言

        隨著社會和經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展,能源的需求量越來越大,環(huán)境保護(hù)的投入力度不斷加強,龐大的脫硫產(chǎn)業(yè)應(yīng)運而生,脫硫吸收塔則是脫硫產(chǎn)業(yè)中的核心設(shè)備,是電力系統(tǒng)中必不可少的部分。近些年來,生產(chǎn)過程中脫硫塔火災(zāi)事故多有發(fā)生,脫硫塔作為大型薄壁鋼制圓筒形結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)形式特殊而復(fù)雜,火災(zāi)后通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測鑒定來確定脫硫塔受損情況,從而制定出適合的加固方案[1]。

        1 某脫硫塔工程概況

        煅燒脫硫塔總高 70.3 m,共分為 3 段,基礎(chǔ)至標(biāo)高 32.0 m 為直徑 5 m 的脫硫塔筒,標(biāo)高 32.0 m 至標(biāo)高 49.0 m 為直徑 8.5 m 濕式電除塵除霧器,標(biāo)高 49.0 m 至標(biāo)高 70.0 m 為直徑 2.4 m 的小煙囪。塔筒底部為 32 根 M42 的均布螺栓,碳鋼橫向焊縫約 30 道,塔筒外側(cè)有支撐框架結(jié)構(gòu),梁柱截面為 H 型鋼,四面交叉支撐為圓管,有支撐處框架結(jié)構(gòu)平面尺寸為 8.5 m×8.5 m,共 5 層,每層高度為 6.4 m,頂部標(biāo)高約 32.0 m,外包式剛接柱腳。鋼柱和部分框架梁材質(zhì)為 Q345B,部分鋼梁和柱間支撐材質(zhì)為 Q235。濕電+脫硫塔總圖如圖1 所示。

        圖1 濕式電除塵脫硫塔外立面圖

        由于塔內(nèi)失火,塔體部分出現(xiàn)變形,受該建筑主管單位委托,筆者單位對火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測鑒定并給出了處理意見,并依據(jù)檢測鑒定報告對該工程提出結(jié)構(gòu)加固方案。

        2 現(xiàn)場檢測情況

        2.1 外觀損傷檢測

        對具備檢測條件的部位進(jìn)行外觀損傷檢測,檢測結(jié)果如下。

        1)高度方向上,脫硫塔鋼筒壁在第一道焊縫和第二道焊縫之間破壞嚴(yán)重,特別是第一道環(huán)形鋼箍與第一道焊縫之間;

        2)環(huán)向方向上,西側(cè)和北側(cè)破壞最嚴(yán)重,東側(cè)次之,南側(cè)最輕;從正東方向地腳螺栓逆時針方向到正南方向偏西第 2 個地腳螺栓,接近 3/4 個圓周都有肉眼可見嚴(yán)重破壞;

        3)脫硫塔破壞主要特征是鋼筒壁受壓屈曲,大部分向外凸出,最大凸出約 8 cm,局部向內(nèi)凹陷,最大凹陷約 12 cm;

        4)從下到上,第 2 道鋼箍局部已與筒壁脫開,焊縫破壞;

        5)其他區(qū)域局部也有鋼板輕微凹陷或凸出的情況。

        2.2 鋼材厚度檢測

        依據(jù) GB/T 50621-2010《鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[2],采用超聲測厚儀對鋼材厚度進(jìn)行檢測。根據(jù) GB 709-2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》[3]的規(guī)定,該工程鋼板的尺寸偏差要求為 ±0.9 mm。所抽檢 21 處鋼材的厚度均滿足設(shè)計及規(guī)范要求,檢測結(jié)果如表1 所示。

        2.3 鋼材力學(xué)性能檢測

        現(xiàn)場取樣對鋼材力學(xué)性能進(jìn)行檢測,其中 5# 樣品與 6# 樣品在塔底明顯變形處截取。根據(jù)委托方提供的資料,該工程采用的鋼材牌號為 Q235。根據(jù) GB/T 700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》[4]的規(guī)定,牌號 Q235 的鋼材,厚度≤16 mm 時,屈服強度≥235 N/mm2,抗拉強度范圍為370~500 N/mm2,斷后伸長率不小于 26 %;試樣方向為橫向時,冷彎試驗 180°彎心直徑應(yīng)為 1.5 倍鋼材厚度(21 mm)。所抽檢 6 件樣品的鋼材力學(xué)性能均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。檢測結(jié)果如表2 所示。

        表1 鋼材厚度檢測結(jié)果 mm

        表2 鋼材力學(xué)性能檢測結(jié)果

        2.4 焊縫外觀檢測

        依據(jù) GB/T 50621-2010《鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,對焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果為焊縫均有不同程度的錯邊、焊瘤、表面不平整等狀況;局部環(huán)形箍與筒壁間焊縫有未滿焊、脫開、開裂狀況,檢測結(jié)果如表3 所示。

        2.5 焊縫缺陷檢測

        依據(jù) GB/T 50621-2010《鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 11345-2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術(shù)、檢測等級和評定》[5]相關(guān)要求,對鋼結(jié)構(gòu)焊縫缺陷進(jìn)行超聲波探傷檢測。根據(jù)委托方提供的設(shè)計圖紙,該工程焊縫超聲波探傷 Ⅱ 級為合格。所抽檢 13 條焊縫的質(zhì)量等級均為 Ⅳ 級,均不滿足設(shè)計要求,檢測結(jié)果如表4 所示。

        表3 焊縫外觀檢測

        表4 焊縫缺陷檢測結(jié)果

        2.6 構(gòu)件變形檢測

        依據(jù) JGJ 8-2016《建筑變形測量規(guī)范》[6],采用經(jīng)緯儀對結(jié)構(gòu)垂直度進(jìn)行檢測。所測脫硫塔最大傾斜值為 H/289,所測剛架最大傾斜值為 H/483,所測細(xì)煙囪最大傾斜值為 H/214,所測粗煙囪最大傾斜值為 H/2140。該構(gòu)筑物鋼板變形嚴(yán)重,結(jié)構(gòu)傾斜變形有可能繼續(xù)發(fā)展,不符合 GB 50144-2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[7]安全性要求。檢測結(jié)果如表5 所示。

        表5 結(jié)構(gòu)垂直度檢測結(jié)果 mm

        3 結(jié)構(gòu)安全性鑒定

        該脫硫塔受火以后,現(xiàn)狀如下所述。

        1)底部大部分鋼筒壁已被壓屈,出現(xiàn)明顯變形破壞、結(jié)構(gòu)失效的情況;

        2)塔身出現(xiàn)較大傾斜變形,且可能繼續(xù)發(fā)展;

        3)局部環(huán)形箍與塔體已脫開,局部焊縫破壞;

        4)焊縫內(nèi)部質(zhì)量現(xiàn)狀均未達(dá)到設(shè)計要求,焊縫缺陷較大;

        5)焊縫外觀存在錯邊、焊瘤、表面不平整等狀況。

        目前塔體結(jié)構(gòu)已失效,安全性不滿足規(guī)范 GB 50144-2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》要求,存在較大安全隱患。

        4 結(jié)構(gòu)加固處理

        4.1 脫硫塔結(jié)構(gòu)受力體系分析

        脫硫塔的施工順序和結(jié)構(gòu)組成,影響圓形塔筒的受力特征,因此,掌握塔筒施工過程順序是必要的。經(jīng)與業(yè)主單位及施工單位溝通,塔筒的施工順序如下所述。

        1)外側(cè)有支撐鋼框架結(jié)構(gòu)施工,施工至脫硫塔標(biāo)高;

        2)在有支撐鋼框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的直徑 5 000 mm 鋼塔筒施工;

        3)濕式電除塵除霧器安裝,脫硫裝置荷載由外側(cè)格構(gòu)塔架承擔(dān);

        4)鋼塔筒底部的濕式電除塵除霧器裝置以上直徑 2 400 mm 細(xì)塔筒施工;

        5)焊接直徑 5 000 mm 鋼塔筒的頂部與濕式電除塵除霧器的底部,連接成整體。

        根據(jù)上述對塔筒施工過程和結(jié)構(gòu)組成的體系分析,可知,脫硫塔下方的鋼塔筒為自承重塔筒,故其鋼板的豎向應(yīng)力水平較低,豎向應(yīng)力為自重應(yīng)力。

        4.2 脫硫塔加固方案

        結(jié)構(gòu)加固設(shè)計強調(diào)概念設(shè)計,以構(gòu)造為主,計算為輔,火災(zāi)后結(jié)構(gòu)受損情況復(fù)雜,其計算模型、計算公式均應(yīng)視不同情況而定,且這方面的研究試驗資料較少。因此,計算理論的不成熟只有采取構(gòu)造措施來彌補。計算與構(gòu)造,兩者相輔相成。依照各部位受損傷的情況制定該脫硫塔加固方案。

        4.2.1 底部壓屈鋼筒壁加固措施

        對于底部鋼筒壁壓屈問題,采取在塔筒外側(cè),沿塔筒周邊布置豎向加勁肋(100×10@490),沿直徑 5.0 m 脫硫塔周邊均勻布置 32 個,在柱腳錨栓之間,豎向肋高至第二道焊縫;在塔筒外側(cè),沿塔筒高度方向水平加勁肋(100×5@600),至第二道焊縫。對變形較小的塔筒鋼板一般不割除;對變形較大的塔筒鋼板割除,采用對接焊縫(焊縫質(zhì)量等級一級)補同厚鋼板。新增加固用的鋼板材質(zhì)均為 Q345D。焊條型號 E50XX型。加勁肋示意圖如圖2 所示。

        圖2 加勁肋示意圖(單位:mm)

        4.2.2 塔身出現(xiàn)較大傾斜變形的不作特殊加固處理

        考慮到塔體頂部的關(guān)鍵脫硫裝置的荷載由外側(cè)附加的有支撐鋼框架承擔(dān),塔筒以自承重受力為主。待對結(jié)構(gòu)底部局部變形處理或加固后,既有脫硫塔身的傾斜對自承重結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響較小,故不對塔筒本身作傾斜加固處理。

        4.2.3 環(huán)向鋼板箍局部焊縫加固措施

        對于環(huán)向鋼板箍局部焊縫開裂問題,采取局部拆除此處環(huán)向鋼板箍,重新打磨原有焊縫,重新采用 Q345D 的同厚同寬鋼板焊接。

        4.2.4 焊縫內(nèi)部質(zhì)量現(xiàn)狀均未達(dá)到設(shè)計要求加固措施

        對于脫硫塔及濕電除塵除霧器殼體的水平環(huán)向焊縫質(zhì)量不合格問題,采取在塔筒鋼板焊縫處的雙側(cè)貼補 t=8 mm 厚鋼板,或單側(cè)貼 t=10 mm 厚環(huán)向鋼板,鋼板寬度均為 150 mm。新增鋼板與原塔筒鋼板采用連續(xù)角焊縫焊接。鋼板材質(zhì)同原結(jié)構(gòu),塔筒壁單側(cè)或雙側(cè)新增環(huán)向箍版加固節(jié)點如圖3 所示。

        圖3 塔筒壁新增環(huán)向箍版加固節(jié)點(單位:mm)

        4.2.5 局部柱腳錨栓破壞的加固措施

        對于已破壞的柱腳錨栓問題,采取直接拆除已破壞的錨栓及底板,在其相近位置采用無機植筋膠,增補錨栓 2M25(材質(zhì) Q345D)及底板 t=30 mm(Q345D)灌補償收縮灌漿料 C40,錨深 600 mm,并在錨栓之間增加設(shè)置豎向加勁肋板。新增加固用的鋼板材質(zhì)均為 Q345D,新增錨栓的加固節(jié)點如圖4 所示。加固用的錨栓的局部布置尺寸視現(xiàn)場尺寸條件情況,可適當(dāng)調(diào)整。

        圖4 塔筒底新增錨栓節(jié)點詳圖(單位:mm)

        4.2.6 局部防腐涂層破壞的修復(fù)措施

        對于局部涂層損傷或破壞問題,采取重新手工打磨鋼板表面進(jìn)行手工除銹,除銹等級 St2.5。打磨表面至金屬色,再重新涂防腐漆,漆膜厚度≥ 150μm。

        4.3 脫硫塔加固施工順序

        加固施工應(yīng)制定嚴(yán)格的施工順序和施工方案設(shè)計,具體加固施工順序及要求如下。

        1)拆除濕式電除塵除霧器頂部的直徑2 400 mm 煙囪;

        2)進(jìn)行脫硫塔筒根部新增錨栓的加固施工;

        3)進(jìn)行脫硫塔筒底部豎向加勁肋的焊接施工;

        4)進(jìn)行脫硫塔筒底部水平加勁肋的焊接施工;

        5)進(jìn)行脫硫塔筒環(huán)向箍版的修復(fù)或補強施工;

        6)重新安裝濕式電除塵除霧器頂部的直徑2 400 mm 煙囪;

        7)防腐涂層的修復(fù)或噴涂施工。

        5 結(jié) 語

        根據(jù)對檢測結(jié)果的分析,對火災(zāi)后的某脫硫塔結(jié)構(gòu)的底部鋼筒壁外側(cè)采用新增豎向加勁肋及水平環(huán)向加勁肋,以解決壓屈變形問題;采取局部拆除開裂處環(huán)向鋼板箍,重新打磨原有焊縫,用同厚同寬鋼板焊接;對于殼體上焊縫內(nèi)部質(zhì)量現(xiàn)狀未達(dá)到設(shè)計要求的部位,采取在塔筒鋼板焊縫處雙側(cè)貼補或單側(cè)貼補鋼板;對于已破壞的柱腳錨栓問題,采取直接拆除已破壞的錨栓及底板,新增錨栓和底板;對于局部涂層損傷或破壞問題,采取重新手工打磨鋼板表面進(jìn)行鋼板表面手工除銹,再重新涂防腐漆。本加固設(shè)計方案是基于業(yè)主單位及施工單位所述的結(jié)構(gòu)施工順序及結(jié)構(gòu)體系,滿足塔筒自承重的結(jié)構(gòu)受力特征,若實際施工狀態(tài)或節(jié)點構(gòu)造連接不符合上述要求,則本方案不適用,需另行對結(jié)構(gòu)加固設(shè)計。

        火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)情況復(fù)雜,其檢測鑒定、加固設(shè)計及加固施工是一項系統(tǒng)工程,加固的施工質(zhì)量乃是加固成敗的關(guān)鍵。在施工期間,各方人員必須深入現(xiàn)場,對每個構(gòu)件的每道加固工序共同驗收及確認(rèn),驗收合格后方可進(jìn)行下道工序。另外,設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)構(gòu)件實際燒傷狀況隨時調(diào)整和改進(jìn)原加固設(shè)計構(gòu)造細(xì)節(jié),確保結(jié)構(gòu)在使用期限內(nèi)的安全性、適用性及耐久性。

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