火電廠網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚安全性探討

周 滔

摘要:文章通過對(duì)某火電廠網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚坍塌事故原因的分析,提出了相應(yīng)的預(yù)防措施,希望能引起采用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作為干煤棚的火電廠的重視,避免此類事故的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚;網(wǎng)架安裝;網(wǎng)殼構(gòu)件

中圖分類號(hào):TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)36-0249-02

一、問題的提出

隨著大型火力發(fā)電廠的不斷涌現(xiàn),網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚的數(shù)量隨之迅速增加,其規(guī)模也愈建愈大。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚的使用時(shí)間雖不長(zhǎng),但已暴露出一些較為嚴(yán)重的問題,不得不引起有關(guān)部門的特別關(guān)注。

2000年4月15日中午,某廠一座寬72米、長(zhǎng)120米的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚突然一聲巨響,整體坍塌在煤堆上。干煤棚內(nèi)的大型堆取料機(jī)(斗輪機(jī))及輸煤皮帶等設(shè)備被砸得支離破碎,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自南往北兩分三裂,節(jié)點(diǎn)球、連接桿件、高強(qiáng)螺栓斷裂,有的彎折扭曲,有的沖破頂殼似刺猬;網(wǎng)殼北側(cè)邊緣外移4.5米,南側(cè)邊緣就地倒下。所幸的是坍塌時(shí)間為中午,煤棚內(nèi)無(wú)人,未造成人員傷亡。

該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚建于1994年,1995年投入使用。該電廠當(dāng)時(shí)裝機(jī)容量為2×200MW,干煤棚內(nèi)存煤并不很滿。干煤棚坍塌之前當(dāng)?shù)貧夂蚧菊?無(wú)大風(fēng)大雨,更無(wú)大雪、冰凍、地震等自然災(zāi)害。該干煤棚投入使用僅5年,為何會(huì)突然整體坍塌?是一個(gè)發(fā)人深省的現(xiàn)實(shí)問題。從該型干煤棚設(shè)計(jì)和使用的現(xiàn)狀看,無(wú)疑存在一些令人關(guān)注的問題:網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)用于建造干煤棚,其設(shè)計(jì)、計(jì)算方面應(yīng)有哪些特殊考慮?其合理性、安全性如何?使用壽命以多長(zhǎng)為宜?網(wǎng)架、網(wǎng)殼應(yīng)采用何種材質(zhì)?火電廠在使用該干煤棚時(shí),應(yīng)如何維護(hù)和管理等等。

二、問題的分析

1.坍塌的網(wǎng)殼式干煤棚的結(jié)構(gòu)情況。該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)采用三心圓柱面正放四角錐網(wǎng)架型式,下弦支承在縱向兩對(duì)邊的混凝土連梁上,支座間距6米,兩側(cè)支座南高北低,高差為8.68米,支座采用橡膠支座節(jié)點(diǎn),網(wǎng)殼厚度2.3米,屋面采用GRC板。網(wǎng)架桿件用鋼球連接,連接球有2種規(guī)格,每球上鉆有8個(gè)孔,每孔與一根鋼桿連接。連接桿有三種規(guī)格,即Φ114*4、Φ89*4和Φ76*4。

2.網(wǎng)架的安裝。網(wǎng)架安裝采用分條累積滑移方法。為減少水平張力,安裝中設(shè)立臨時(shí)水平拉桿。網(wǎng)架于1994年12月12日安裝結(jié)束,在安裝工作結(jié)束后即進(jìn)行拆除臨時(shí)實(shí)施,在未固定支座情況下,松掉拉桿,此時(shí)突然發(fā)生部分基腳螺栓斷裂、部分桿件彎曲變形、網(wǎng)殼部分外移,南側(cè)最大位移達(dá)1.4米,北側(cè)外移最大達(dá)0.9米。這說明網(wǎng)殼支架水平部位有著過大的外張應(yīng)力。為了修復(fù),安裝單位采用強(qiáng)制支座復(fù)位措施,花了很大的勁,費(fèi)了幾天時(shí)間修復(fù)或更換了損壞的部件,將網(wǎng)架全部恢復(fù)到原支座位置,使之安裝工作竣工。在修復(fù)時(shí)采用強(qiáng)力復(fù)位,致使網(wǎng)殼構(gòu)件某些部位產(chǎn)生應(yīng)力集中,這給網(wǎng)殼整體坍塌留下了嚴(yán)重的隱患。

3.在倒塌的網(wǎng)架上檢查發(fā)現(xiàn),網(wǎng)架在安裝時(shí),有部分螺栓擰入不到位、松緊不一,使其受力不均,造成應(yīng)力集中,這是安裝質(zhì)量不良造成坍塌不可忽視的重要原因之一。

4.網(wǎng)殼構(gòu)件連接球和連接桿的焊接也存在不少問題,有的焊縫高度不夠,未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,使部分焊縫強(qiáng)度達(dá)不到要求,這是制造單位質(zhì)量管理不嚴(yán),制造質(zhì)量不良,造成網(wǎng)架坍塌的原因之一。

5.網(wǎng)殼構(gòu)件有的強(qiáng)度裕量不足,如桿件的壁厚僅4毫米,桿件的剛性不夠,當(dāng)支座發(fā)生局部外移時(shí),必然發(fā)生彎曲變形。當(dāng)網(wǎng)殼倒塌時(shí),桿件多彎曲、扭折、斷裂、變形。這是強(qiáng)度計(jì)算方面致使網(wǎng)殼整體坍塌的重要原因之一。

6.支座采用了橡膠墊,但為單個(gè)橡膠墊,且橡膠墊未設(shè)鋼板,為不合格產(chǎn)品,這就使得橡膠墊強(qiáng)度不夠,難以起到穩(wěn)定和使應(yīng)力均勻的作用,如受到外力作用或應(yīng)力增大時(shí),易造成網(wǎng)殼整體滑移。

7.南、北側(cè)支座標(biāo)高因利用原地形而設(shè)計(jì)不一樣高,相差8米多,致使網(wǎng)殼重心偏離中心,兩側(cè)支座受力不一致,網(wǎng)殼穩(wěn)定性可能受到一定影響。

8.煤是含有一定硫分和水分的。硫和水化合是具有腐蝕性的,鋼材長(zhǎng)期在這種環(huán)境中,沒有采用嚴(yán)格的防腐措施,會(huì)受到較嚴(yán)重的腐蝕。腐蝕雖不是此次網(wǎng)殼整體坍塌的主要原因,但長(zhǎng)久下去,其后果是嚴(yán)重的。

三、問題的預(yù)防

1.從該電廠網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚整體坍塌的事故原因分析可知,干煤棚在設(shè)計(jì)、制造方面都存在一些嚴(yán)重問題,例如桿件的壁厚裕度小,長(zhǎng)細(xì)比偏大;兩側(cè)支承點(diǎn)標(biāo)高相差較大,對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響不可忽視?；痣姀S干煤棚雖屬輔助設(shè)備,但它是火電廠的“糧庫(kù)”重地,是關(guān)系火電廠能否正常發(fā)電的重要設(shè)施,所以干煤棚的設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證使用安全的先決條件,網(wǎng)架的每一個(gè)構(gòu)件均應(yīng)有足夠的安全裕量;在設(shè)計(jì)使用年限上應(yīng)有明確的標(biāo)準(zhǔn),其主要部件的使用壽命,本人認(rèn)為應(yīng)不低于30年。

2.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚的每個(gè)構(gòu)件的制造特別是支承件、連接球、連接構(gòu)件、螺栓等,都必須嚴(yán)格按規(guī)程、工序及工藝進(jìn)行;每個(gè)部件所用的材料必須嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)要求,嚴(yán)格按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行檢驗(yàn)合格,不得隨意變更。每個(gè)部件的制作應(yīng)在專門的胎具上進(jìn)行;管件的切割、連接球的制作均應(yīng)用機(jī)械下料,嚴(yán)格控制偏差值在允許范圍內(nèi)。每個(gè)制作的部件都要嚴(yán)格進(jìn)行檢驗(yàn),從外觀、材質(zhì)到熱處理、探傷等。構(gòu)件的焊接必須經(jīng)過專門培訓(xùn)并考核合格的焊工擔(dān)任施焊,焊前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,焊接坡口、焊縫高度都必須符合設(shè)計(jì)要求,焊后經(jīng)檢驗(yàn)應(yīng)符合《剛結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。制作質(zhì)量是保證干煤棚使用安全的關(guān)鍵所在。

3.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)干煤棚的現(xiàn)場(chǎng)安裝是保證使用安全的極為重要的一環(huán)。安裝隊(duì)伍必須由有資質(zhì)有經(jīng)驗(yàn)的人員組成。安裝應(yīng)實(shí)行監(jiān)理制,安裝和質(zhì)檢要同步進(jìn)行,每道工序都必須嚴(yán)格把關(guān)。桿件對(duì)口不能強(qiáng)力進(jìn)行,螺栓必須擰到位,應(yīng)使用專用扳手,避免過緊或過松。施焊時(shí)必須嚴(yán)格按工藝要求進(jìn)行,焊工必須持證上崗,焊后必須經(jīng)檢驗(yàn)合格。安裝結(jié)束,必須組織設(shè)計(jì)、制作、施工、建設(shè)、監(jiān)理等方面技術(shù)人員對(duì)安裝質(zhì)量進(jìn)行全面驗(yàn)收。

4.安裝竣工前應(yīng)對(duì)網(wǎng)架的縱橫邊長(zhǎng)偏差、支承點(diǎn)中心偏移和高度測(cè)量,嚴(yán)格控制偏差值在允許范圍內(nèi)。一般要求縱橫向邊長(zhǎng)偏差允許值為長(zhǎng)度的1/2000,且不大于30mm,支承點(diǎn)中心點(diǎn)偏移允許值為網(wǎng)架跨度的1/3000,且不大于30mm;高度偏差允許值為相鄰支座間距的1/800,且不大于30mm;還應(yīng)測(cè)量網(wǎng)架的撓度值,使其在合格的范圍之內(nèi)。

5.干煤棚投用中的運(yùn)行、維護(hù)及管理十分重要,必須做到

(1)根據(jù)干煤棚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、煤質(zhì)情況及本地氣候等,制定詳細(xì)的切實(shí)的管理規(guī)定或運(yùn)行規(guī)程,以確保干煤棚的使用安全。

(2)煤棚內(nèi)所有機(jī)械作業(yè)時(shí),不得觸及網(wǎng)架及支座的任何部位,并應(yīng)保持足夠的安全距離。

(3)嚴(yán)格控制煤棚內(nèi)存煤量不超過設(shè)計(jì)值。煤堆得過高時(shí),易將煤棚支座埋沒,甚至將干煤棚下部桿件埋沒,不僅易造成桿件的腐蝕,還會(huì)對(duì)支座及桿件產(chǎn)生一個(gè)附加的作用力,影響煤棚的安全。

(4)及時(shí)組織對(duì)網(wǎng)架構(gòu)件的定期檢查,重點(diǎn)檢查其銹蝕情況。網(wǎng)架構(gòu)件應(yīng)視具體情況每隔3～5年全面刷一次防銹漆,刷漆時(shí)應(yīng)重視刷漆工藝,必須將原銹去除干凈,再內(nèi)刷兩次紅丹,外刷一次蓋面漆。定期檢查對(duì)南方電廠及多酸雨的地區(qū)尤為重要。

(5)煤棚中不同煤質(zhì),應(yīng)分區(qū)堆放;對(duì)易發(fā)生自燃的煤質(zhì),應(yīng)經(jīng)常檢查和采取必要的措施,防止煤自燃,引起火災(zāi)。

四、結(jié)語(yǔ)

干煤棚是火電廠發(fā)電的“糧庫(kù)”,必須安全可靠,“糧庫(kù)”出了問題或發(fā)生坍塌,會(huì)給發(fā)電帶來嚴(yán)重的影響,甚至使電廠癱瘓,所以干煤棚的安全可靠性,對(duì)電廠來說是至關(guān)重要的大事。

作者簡(jiǎn)介:周滔(1968-),男,湖南長(zhǎng)沙人,長(zhǎng)沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,研究方向:火電廠熱力設(shè)備安全性評(píng)估。