脱硝改造项目中已有结构的加固改造研究

冯 震 坤

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)



脱硝改造项目中已有结构的加固改造研究

冯 震 坤

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

以南方某火电厂SCR烟气脱硝改造工程为例，从基础、框架柱、钢支撑、框架梁等方面，提出了从整体上进行结构加固改造的方法和思路，通过对原结构和新增上部结构的分析比选，择优选定了具体的加固改造方案，经实践证明，该改造方案取得了良好的加固效果。

脱硝改造，送风机，混凝土支架，加固改造

1 概述

目前国内运行的部分电厂由于建成时间早，运行时间长，其中一些钢筋混凝土结构由于先天缺陷、后天损害和设计标准提高、设计规范的修订、使用功能改变等原因，导致不能满足结构的强度、刚度、稳定性和耐久性要求；同时为控制大气污染排放物浓度，响应国家节能减排政策号召，不满足排放要求的现役火电厂均对现役机组开始进行脱硝改造。

下文以南方某火电厂3，4号机组的脱硝改造为例，通过对该工程的送风机混凝土框架结构的加固技术流程进行阐述，分析了送风机框架结构的加固设计方案。

本次脱硝改造涉及的原送风机支架建于1998年，为钢筋混凝土框架结构，柱下采用独立基础及联合基础。框架、基础均采用C25混凝土，垫层采用C10混凝土；纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。本工程抗震设防烈度：7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，场地土类别：Ⅱ 类，结构抗震等级为三级，抗震类别为丙类，后续使用年限为33年。原送风机支架尺寸为48 m×26 m，柱顶标高18.740 m，基底标高为-3.000 m。现场见图1，原设计轴线布置见图2。

2 脱硝支架选型分析及方案布置

本期烟气脱硝改造采用选择性催化还原法(SCR)工艺，需在送风机支架顶部增设SCR烟气脱硝装置。脱硝支架通常作为新建结构架设在原有混凝土支架结构顶部，但存在结构体系不规则、荷载重心高、荷载分布不均匀等不利因素。由于钢框架相对于钢筋混凝土框架具有以下优点：自重轻，柱脚荷载增幅相对较小，基础底面尺寸小，地基处理费用低；材料强度高，构件截面小，延性好，具有良好的抗震性能；构件工厂制作，现场拼装，连接方便，施工工期短，综上，钢结构方案在结构性能方面具有明显优势，更适用于加固改造工程。因此，脱硝支架采用钢结构方案。为合理地充分利用原支架结构，在满足工艺设备的布置及运行要求前提下，上部新增的钢框架柱网与原送风机支架的柱网一一对应，脱硝钢架采用铰接柱脚，生根于混凝土框架柱柱顶，在此基础上优化了结构布置，以保证荷载传递路径清晰明确。方案布置图见图3。

3 加固方案的选择及设计

经鉴定检测：框架梁的配筋和构造要求符合《构筑物抗震鉴定标准》的规定，部分框架柱的箍筋不符合要求。根据收集得到的原荷载资料，建模复核，原结构已不能满足强度、刚度、位移等的要求。

根据检测结果，送风机支架结构可靠性等级评定为三级，不符合国家现行标准规范的可靠性要求，影响整体安全，目标使用年限内明显影响整体正常使用。

综上，原送风机支架必须进行必要的加固改造后方可进行脱硝改造的施工。

3.1 基础加固

原送风机支架基础无明显缺陷，基础范围内沟道、埋管相对较少，地基承载力较高，从经济性及施工便利性等方面比较，适宜采用加大截面加固法。基础加固采用C35混凝土，垫层采用C15混凝土；钢筋采用HRB335及HRB400级热轧带肋钢筋；加固用的型钢、钢板等均采用Q345级钢材。基础加固详图见图4。

3.2 框架柱加固

因加固施工时机组仍正常运行，部分框架柱周边设置有送风机烟道、管道、电缆桥架等无法移动拆除的设施，导致框架柱加固范围受到较大影响，因此考虑脱硝改造对框架柱承载力以及刚度的要求、现场施工工艺布置、施工可行性及工期限制，采用无需显著增大截面尺寸而能有效提高框架柱承载力的外包型钢加固法。

根据STAAD计算结果，进行加固设计计算，框架柱采用四角包角钢140×14，缀板采用60×6，间距250(加密区200)的加固方案。

采用外包型钢加固之后，框架柱承载力有显著提高，加固前后框架柱轴压比如表1所示，以P轴为例(加固前计算结果未考虑保护层碳化等影响，仍采用原设计截面尺寸进行计算)。

表1 加固前后轴压比对比表

表2 增设钢支撑前后柱顶位移对比表 mm

3.3 新增钢支撑加固

在加固构件满足承载力要求的前提下，为加强送风机支架整体抗震性能和变形能力，在支架横向布置必要的柱间钢支撑。钢支撑与原构件之间需有可靠连接，钢支撑的节点板采用化学锚栓进行锚固，同时采用对穿钢筋保证其实现可靠连接。

采用钢支撑加固后，结构抗变形能力有了显著提高，增设钢支撑前后柱顶位移对比见表2。

3.4 框架梁加固

根据结构可靠性检测报告，大部分框架梁及次梁需要进行修复，凿去表面风化酥松层、碳化锈裂层以及严重油污层，直至完全露出坚实基层，将结合面凿毛，采用高强聚合物砂浆或者高强水泥胶进行修复、整平即可，锈蚀的钢筋应除锈并且进行防腐处理。但4号机有两根梁截面尺寸(400×1 200)与原设计(400×1 400)不符合，另外有小部分梁受拉钢筋配筋偏小，需要进行加固。考虑部分梁上布置有设备、支架等无法拆移的设施，施工空间受限，因此对框架梁选用相对经济、工艺简单的粘贴钢板加固法。

4 结语

本文以南方某火电厂3,4号机组脱硝改造工程为实例，对结构加固设计及加固方法的选用，加固后的结构分析验算进行了研究和讨论。由该工程加固改造的过程，可以得出以下结论：

1)现有结构由于材料老化、设计标准提高等问题，基本无法适用于新增结构的承载力要求，必须进行加固，而加固结构的建筑类别判定是进行抗震鉴定的重要依据，需要明确后续使用年限；

2)原结构构件加固方案的选择是设计的重点，需根据工程实际情况合理选用；

3)对于新增结构，需要与工艺专业及厂家进行深入交流和配合，尽量减小对原结构的影响。

综上所述，结构的加固改造是个相对复杂的过程，需要充分考虑各项因素，既要保证安全可靠，又要做到经济合理，同时还要有高效可行性，这都是设计需要关注的问题。本期脱硝改造工程是相对典型的案例，根据现场反馈，加固效果显著，机组运行状态良好，达到了预期目的，可以作为后续类似工程的参考。

[1] GB 50367—2013，混凝土结构加固设计规范[S].

[2] GB 50117—2014，构筑物抗震鉴定标准[S].

[3] GB 50144—2008，工业建筑可靠性鉴定标准[S].

[4] 卜良桃，周 靖，叶 蓁.混凝土结构加固设计规范算例[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[5] 信 任，唐如意.某火电厂混凝土框架结构改造与加固[J].施工技术，2014(15)：62-65.

[6] 陈婷婷.现有建筑结构抗震鉴定及加固设计研究[D].北京：北京工业大学，2014.

Study of strengthening of existing structure in denitration transformation project

Feng Zhenkun

(StateNuclearElectricPowerPlanningDesignandResearchInstitute，Beijing100095,China)

Taking the SCR denitration transformation engineering of south a thermal power plant as an example, from the foundation, frame column, steel support, frame beam and other aspects, proposed the ideas and methods from the overall structural reinforcement and reconstruction, through the analysis and comparison selection of original structure and new superstructure, selection for specific reinforcement and reconstruction scheme, through the practice proved, the reconstruction scheme achieved good reinforcement effect.

denitration transformation, fan, concrete support, reinforcement and reconstruction

1009-6825(2016)24-0039-02

2016-06-15

冯震坤(1982- ),男，工程师

TU318

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