火电厂结构设计要点分析

刘 伟

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

火电厂结构设计要点分析

刘 伟

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

结合火力发电厂的特殊任务，分析了火电厂厂房结构设计应遵循的原则，并介绍了衡量厂房结构设计形式的标准，着重对火电厂结构设计的重点和技术进行了研究，最后给出了几点确定结构设计安全程度的建议。

火电厂，结构设计，形式，安全

火力发电厂的主要任务是发电和供热，火电厂结构设计对于完成发电和供热的生产任务具有重要的影响。火电厂的结构设计首先就要与生产的实际情况相符合，在设备安置、管道设计、工具布置等方面，与生产过程相适应。火电厂的结构设计与民用结构有区别，主厂房为电力生产车间，在生产车间的设置上，具有明显的不规则性。火电厂的结构设计主要是为电力生产服务的，既要保证安全稳固性能，又要实现生产活动的高效率。特别是近几年火电生产新技术的发展，对厂房结构设计提出了更高的要求。

1 火电厂厂房结构设计应该遵循的原则

火电厂的主厂房结构在布置设计过程中，需要以火电生产的所有环节为基础要求。可以按照四点原则进行布置。第一，设计需要满足工艺布置的要求，也就是说根据设计要求，厂房的各个部位能够顺利安装，在工艺正常运行的前提下，能够为检修工作提供方便。第二，结构要具有稳定性。结构稳定性依靠的是材料和设计的统一协调。结构稳定性需要在设计过程中，充分考虑到结构使用的长久性，在生产效率提升上，促进结构的推进作用。使生产过程中使用的各种原料，能够顺利进入生产渠道。第三，结构具有兼容性能。随着火电生产的技术进步，火力发电生产中使用的材料不断升级，材料升级就要求生产过程高效能，火电厂设计结构不仅要适应传统的生产结构，更要适应新项目的试用。近年来火电生产的新技术、新工艺、新材料应用广泛，在原有的设计结构上，能够进行新工艺的实施，这是结构设计延伸性的表现。第四，优化设计，减少投入。火电厂的结构设计一定要体现提高生产效率和节约生产成本上。只有优化结构设计，才能够从根本上提高效率，缩短工期。在投入使用后，能够在短时期进行大规模生产，保证材料应用的良好效果。

2 衡量厂房结构设计型式的标准

火电厂厂房结构的型式选择，需要在掌握布置原则的前提下，要求配件使用标准化，材料使用通用化，在工厂化的大生产前提下，能够在生产需要的范围内，增加作业范围，使大规模生产与结构设计相适应。火电厂的厂房结构设计验收标准要以进入锅炉安装为首要条件，之后的土建安装有专门的通道，能够实现分段流水作业，在很大程度上，实施生产过程的连续作业。在部分机组投入使用后，施工与生产要有足够的隔离与屏蔽，这样就会使施工过程与生产过程保持同步进行，保证提早进入生产程序，而与施工不会形成阻碍。现代大型火电厂在工期要求和施工文明程度上都有明确的要求，能否建立一个良好的设计体系和施工计划，对于火电厂的整体建设具有重要意义。

3 火电厂结构设计的重点和技术分析

1)前煤仓与侧煤仓的设计方案。前煤仓设计方案中厂房结构布置与侧煤仓有较大差别。前煤仓设计中按照机组大小可以分为三列式和四列式。三列式一般从厂前到厂后，可以按照汽机房、煤仓间、锅炉房进行布置。四列式一般从厂前到厂后布置为汽机房、除氧间、煤仓间和锅炉房。从经济效益角度考虑，三列式优于四列式，这是由于三列式中将除氧器及加热器布置在汽机房中，缩短了厂房布置的距离。前煤仓主厂房布置主要设计为A-B排汽机房，前煤仓方案布置比较成熟，实际应用的工厂很多，这对于设计者有明确的参考价值。前煤仓结构也存在一定的缺点，如竖向结构容易出现错层，造成短柱出现，平面布置中的大平台容易出现楼板开洞，结构刚度差异大等缺点。工业的快速发展，使工厂更加密集，为了节约用地，火力发电厂的建设倡导密集型创建。侧煤仓方案就是为了迎合这样设计要求。侧煤仓的布置方式主要可以体现为集中侧煤仓布置，也就是在两台炉之间，形成独立的纯框架。这种结构只需要占据前煤仓的集控楼位置，这样一来侧煤仓与锅炉房之间形成并列关系。侧煤仓的前面设置为汽机房，这与传统的布置有明显的区别。侧煤仓方案主要分为汽机房和煤仓间两个结构，这个方案中汽机房的布置为A-B排为汽机房，汽轮发电机结构为纵向布置的方式，在A-B排之间，汽机房运转层中间布置为发电机和基座。侧煤仓的优点为将传统的机房与煤仓间分开，各自形成单独的体系，这样两个部分不存在先后关系。侧煤仓的缺点就是无法对汽机房提高横向的支撑关系，排柱之间的间距较小，排柱基础容易形成不良连接。在高烈度区域难以形成动态稳定性，给设计带来一定难度。汽机房剖面图见图1。

2)主厂房的结构型式。在现阶段的火力发电厂的主厂房设计中，使用较多的就是钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构在实际应用中体现出很强的优越性。主厂房的钢筋混凝土结构主要体现在汽机房与煤仓之间构成现浇钢筋混凝土多框架结构形式。主厂房这样的设计已经经历了一定的时期，技术趋于成熟。单框架和双框架的承载能力是衡量技术实施的一个标准。单框架和多框架的类型选择，要根据主厂房的结构确定。框架承受力不同，使用的部位也不同。多框架具有一定优势，承载力高，结构稳定。火电厂的多层设计，更适宜用多框架结构。单框架承载能力较差，多框架体系具有一定的优势。火力发电厂的多层设计不适宜采用单框架结构，在一定条件下，采用了单层框架，就应该用相关辅助措施提高结构的安全可靠程度。特别是如果火力发电厂处于地震活动带上，在主体框架的使用上，尤其要注意结构的选择。火力发电的工艺设计决定了工程的主体设计，但是，在设计过程中，也可以创新一些设计理念，值得注意就是所有的设计理念，都有遵循生产的规程。钢结构底部平面图见图2。

3)结构构件的防腐防火设计。火电厂采用的钢结构在重量上、强度上、施工速度上都有明显优势，而且能够提高建筑内部的净空间。在火电厂的结构设计过程中，对构件的选择是一项重要标准。火力发电生产过程具有一定腐蚀性，长期的生产运作容易造成结构构件的老化，在生产中高强度的过程，要求结构构件必须要具有防腐设计。钢材的腐蚀容易使结构被破坏，因此，防腐蚀在结构设计中需要进行新材料的应用。可以采用加入防腐材料的应用，使结构降低腐蚀性。结构构件的防腐工作要以基础环境为标准，例如沿海与内陆存在差别，气候变化存在差异，环境腐蚀条件不同，维护条件和使用寿命都不同，在施工成本和造价上都有明显区别。在混凝土的保护层中，增加保护层的厚度，在材料使用上，明确化学原理，避免产生化学反应。同时，结构构件的防火设计更加重要，选择的结构构件要以钢质材料为主，钢结构具有防火的良好效果。

4)结构设计的抗震标准。无论是工业建筑还是民用建筑，抗震设计都是建筑结构的重点内容。工业设计的抗震性比民用设计的抗震性更加重要。抗震设计要以主厂房的工艺布置为首要条件，在结构的选择和部件的配比上满足强度要求，刚度要求和变形等因素，在设计时运用空间结构计算的方法，结合地震分析，反复验算复核，使结构中的抗震不利因素降到最低。抗震设计要注意结构之间的高度，尽量减少结构设计之间形成的相互压力。通过合理的箍筋方式再配合对角斜筋以提高结构的韧性和弹性。结构设计的抗震标准需要采用成熟的技术，在良好施工条件下进行，抗震设计需要根据建筑物的整体结构进行考量，在设计上保证工期和材料使用的标准，使结构更有利于抗震承载力。

4 确定结构设计安全程度的建议

1)生产工艺与设计需要前期沟通协调。火电厂的主厂房是设备较为集中的地区，在设备管道布置方面，容易出现短柱、错层、刚性节点等情况，避免这样的情况，就需要在设计的过程中，首要任务就是做好火电生产工艺的充分认知，把生产工艺的优点和缺点形成规范性报告，在结构设计中，尽量避免不利因素。在重点部位提高混凝土柱的延性，设计上考虑到延展空间，增加整体框架的韧性。

2)合理控制梁柱之间的高度。火电厂的内部空间具有不规则性，在不同的生产区域具有明显的差异。在设计过程中，由于受生产工艺的控制，纵向与横向设计有不同的需要。在这个方面，需要合理确定梁柱的断面，柱轴压比控制在合理的范围内，太高容易造成结构的不稳定。各个阶层如果高度差异大，就会形成各个阶层之间的薄弱层，这些薄弱部位在大功率作业时容易造成结构的坍塌。竖向结构在设计过程中需要进行连续布置，使纵向结构中没有出现空洞地区。

3)提高整体结构的横向刚度。建筑结构在设计过程中，纵向稳定性受到关注，但是，横向稳定性尤为重要。横向稳定性是结构设计的高标准。火电厂的整体结构的横向连接很多，在梁与柱的衔接上，应该采用高度连接技术，在高烈度区域，可以采用屋体的整体结构架构方式，这样就会使屋体的整体结构在任何环节下都具有充分的稳定性，同时，可以增强屋体结构整体的横向刚度，能够承载不同程度的抗力。同时，可以增强屋体结构整体的横向刚度。

5 结语

火力发电是我国电力生产的一个标志，火力发电具有明显的优势，在经济发展中，给予了电力生产很高的经济效益。我国的火电厂在各个城市各个区域都存在着并且在不断建设中，火电厂的基础结构对于生产活动具有重要的影响。研究火电厂的结构设计就是从理论角度分析了火电厂结构对于生产活动的促进作用，以此推动火电技术的不断进步。火电厂的结构设计要点分析，需要以生产实际为基础条件，以新技术与生产的相适应为发展要求，在技术更新过程中，实现基础建设的升级，实现火电生产的经济效益与科技效益双重提高。

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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

刘 伟(1982- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)10-0032-02

TU318

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