淺析鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的材料選用

陳銳良

阿美科福斯特惠勒動(dòng)力機(jī)械有限公司 廣東江門 529141

1 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鍋爐根據(jù)應(yīng)用的不同可分為余熱爐、CFB鍋爐、煤粉爐等鍋爐，鍋爐種類不一樣其鋼結(jié)構(gòu)的布置形式也是有很大差別的，但從功能上可以把鍋爐鋼結(jié)構(gòu)分為柱、梁、護(hù)板、頂板、平臺(tái)、蓋板、冷灰外殼、樓梯等，其中柱和梁為主要的承重部件。

目前，大型鍋爐鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件眾多，工程量大，施工周期長，管理難度大。螺栓數(shù)量多，高空穿著和緊固工作量大，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。主要部件均采用10.9級(jí)M22和M24六角法蘭扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接，少量的二次桿焊接。鍋爐鋼架重量大，柱長，安裝調(diào)試工作量大，作為鍋爐的主要軸承部件，調(diào)整鍋爐的鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)柱的垂直度和每個(gè)框架的尺寸是安裝工作的重點(diǎn)。在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制質(zhì)量。

2 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)材料選用遵循的原則

鍋爐架通常由Q235鋼和Q345鋼制成。如果有可靠的基礎(chǔ)，可以使用其他等級(jí)的鋼。實(shí)際上，來自美國，日本和德國等國家的鋼已被用于鍋爐框架。Q235鋼和Q345鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》的要求。承重結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度，伸長率，屈服強(qiáng)度和硫磷含量的資質(zhì)保證，焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有碳含量的資質(zhì)保證，由于A級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼不能保證碳含量，Q235-A鋼不能用于鍋爐架的主要焊接承重結(jié)構(gòu)。

鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材時(shí)需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)要點(diǎn)：其一要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的用途以及性能需求做好鋼種選擇，有沸騰鋼及鎮(zhèn)靜鋼等多種類選擇，不過通常在板梁與柱結(jié)構(gòu)上需要選用低合金結(jié)構(gòu)鋼，除此以外的元件一般使用普通的低碳鋼。其二由于在運(yùn)行中鍋爐構(gòu)架結(jié)構(gòu)通常不會(huì)接觸到高溫?zé)煔?，且運(yùn)行環(huán)境溫度不高，因此對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)以室溫作為條件，剛度設(shè)計(jì)計(jì)算也是如此。

3 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的材料選用的具體思路

根據(jù)前文所述的鍋爐鋼結(jié)構(gòu)選材原則分析，鋼結(jié)構(gòu)的所有承重構(gòu)件都必須根據(jù)情況選擇具有高強(qiáng)度特性的結(jié)構(gòu)低合金鋼材料，比如Q345，Q390等，而不能選擇強(qiáng)度性能較差的材料，特別是在一些相地震較為頻繁的地區(qū)，鍋爐鋼結(jié)構(gòu)必須確保其穩(wěn)固性，選用高強(qiáng)度鋼材料的同時(shí)還必須采用較為特殊的安裝與制作工藝來保證鋼結(jié)構(gòu)的性能。對(duì)一些非承重結(jié)構(gòu)，我們可選范圍相對(duì)寬泛得多。

在具體施工中由于所選鋼材料存在差異，對(duì)其進(jìn)行焊接施工時(shí)也應(yīng)根據(jù)其焊接性能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，如果針對(duì)Q235鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)就要盡量控制板厚，同時(shí)如果Q235鋼結(jié)構(gòu)中含有較高的硫碳元素，也容易對(duì)其焊接性能造成影響。所以我們?cè)谶M(jìn)行鍋爐鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)需選用質(zhì)量好且所含雜質(zhì)元素較少的鋼材。由于大型鍋爐的相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)都不適用焊接工藝，通常都用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行相應(yīng)的連接，就要求其螺栓與螺母以及其墊圈等結(jié)構(gòu)都應(yīng)該是保證強(qiáng)度足夠高的鋼材，并且這些構(gòu)件還應(yīng)該進(jìn)行熱處理其強(qiáng)化其強(qiáng)度性能。鍋爐鋼結(jié)構(gòu)所使用的材料復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)中不僅要綜合考量諸多影響因素，還要依照工程需要進(jìn)行材料選擇，對(duì)鍋爐鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的材料選擇有利于保證為鍋爐設(shè)備整體質(zhì)量。同時(shí)，我們?cè)谶M(jìn)行材料選擇時(shí)也不應(yīng)忘記其經(jīng)濟(jì)性要求。由于低合金鋼（Q345）不如碳鋼（Q235）穩(wěn)定，因此它具有高強(qiáng)度并且稍貴。通常，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在結(jié)構(gòu)上更加需要并且具有更大的剛度控制[1]。因此，碳鋼（Q235）具有成本效益；但是，低合金鋼（Q345）用于強(qiáng)度控制桿。它具有成本效益；同時(shí)，桿由剛度控制，但強(qiáng)度也很高。選擇使用哪一種是不經(jīng)濟(jì)的。在這種情況下，它應(yīng)該是混合的。混合原理：通常，它根據(jù)桿分或除以板厚。例如，根據(jù)柱，梁，垂直支撐，屋頂子梁等，可以使用碳鋼（Q235），但對(duì)于大型板梁和主柱，低合金鋼（Q345）應(yīng)該盡可能多地使用；對(duì)于薄板，可以使用碳鋼（Q235），對(duì)于厚板，應(yīng)使用低合金鋼（Q345）。如何合理減輕鋼結(jié)構(gòu)的重量也是其經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，對(duì)柱，梁，垂直支撐和水平支撐的不同應(yīng)力特性采取不同的措施，以最小化凸緣和腹板的厚度，從而可以充分利用構(gòu)件的橫截面的機(jī)械性能。對(duì)于柱子，應(yīng)根據(jù)力的實(shí)際情況調(diào)整截面尺寸。如果不使用原始的寬法蘭部分，則應(yīng)打開該部分。對(duì)于梁，應(yīng)靈活調(diào)整梁的截面尺寸。例如，軸向力大，集中力小的梁應(yīng)具有較寬的法蘭寬度，軸向力小，集中力大的梁應(yīng)具有較窄的法蘭寬度；對(duì)于垂直支撐，某些垂直支撐的軸向力太大。使用先前W系列的I形截面，部分截面的鋼板厚度為50mm。對(duì)于垂直支撐的垂直力，截面鋼板厚度大于20 mm的截面變?yōu)橄湫谓孛妫瞬窟^渡到I形，節(jié)點(diǎn)連接保持不變。另外，由于諸如焊接接頭的接合處和焊接部分的焊接接頭部分的局部結(jié)構(gòu)，形成了高約束，這容易引起層狀撕裂，因此避免了類似的問題。

4 電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)的注意內(nèi)容

4.1 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及剛度

在評(píng)估電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)性能的過程中，必須對(duì)其剛度和強(qiáng)度進(jìn)行必要的測(cè)試和評(píng)估，測(cè)試人員應(yīng)測(cè)試鋼結(jié)構(gòu)的相應(yīng)內(nèi)容，包括鋼結(jié)構(gòu)的抗壓能力，以確保鍋爐結(jié)構(gòu)能更好地抵抗外部壓力因素的干擾。

4.2 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也是性能評(píng)估過程中需要注意的內(nèi)容。穩(wěn)定性主要與鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)有關(guān)。同時(shí)，鋼材的質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)能的耐高溫性，因此在評(píng)價(jià)過程中，需要綜合分析結(jié)構(gòu)和鋼材的性能，以獲得更可靠和準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果。

5 結(jié)語

鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材的過程必須遵守相應(yīng)的原則，同時(shí)還需要考慮結(jié)構(gòu)環(huán)境與連接方法等。鍋爐鋼結(jié)構(gòu)雖然在材料選擇方面并不是特別廣，只有根據(jù)鍋爐運(yùn)行需要與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行材料選擇，才能最大化強(qiáng)化鍋爐結(jié)構(gòu)的可靠性，確保鍋爐設(shè)備安全有效運(yùn)行。