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除尘器结构典型问题及案例

发布于:2023-06-08 10:43:08 来自:建筑结构/混凝土结构 [复制转发]


01 引言

近年发生过数起除尘器整体垮塌、灰斗掉落、壳体吸瘪等事故,一幕幕触目惊心的事故背后,企业付出了生产线停产或人员伤亡的惨重代价。为深入贯彻落实国家能源局、国资委关于环保设备设施风险隐患排查的要求,全面辨识安全风险,排查安全隐患,有效防范新疆金川“7.11”、株洲“9.22”、马鞍山“2.6”、上海外高桥“2.15”等同类事故发生,提升环保设备设施安全管理水平,确保安全环保局面稳定,根据相关文件和国家相关标准强制性条文的要求,需对除尘器结构进行安全性检测鉴定。

国家能源局自2022年至2023年连续发文,要求重点排查和解决除尘器等结构的安全隐患, 明确指出应对所有型式除尘器,按一定比例开展检测鉴定工作 根据国家标准规范强制性条文要求(必须执行) 除尘器改建、扩建、移位以及建筑用途或使用环境改变时或日常使用中发现安全隐患时,必须进行检测鉴定。中冶检测认证有限公司作为 国内唯一同时拥有工业建筑诊治领域国家质检中心和国家研究中心的单位 近年来承担了株洲“9.22”、外高桥“2.15”除尘器事故调查,参与了江西丰城电厂“11·24”冷却塔倒塌特大事故调查、泉州欣佳酒店“3.7”坍塌事故调查、深圳赛格大厦异常振动调查等大量项目。并完成了国能、国电投、大唐、浙能、粤能、华电等电力企业大量除尘器结构检测鉴定及加固设计项目,对除尘器结构检测鉴定和加固处理具有雄厚的专业技术能力和大量丰富的工程经验,得到相关合作单位的高度评价。

02  除尘器结构典型问题

除尘器结构一般分为底部支架、上部壳体、支座和底梁、灰斗。电力行业的除尘器类型一般有电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器。总结大量的工程实践,归纳 除尘器结构典型问题 如下:

1

设计与供货方面

除尘器本体的功能为过滤废气,底部支架的功能为支撑除尘器。底部支架通常是与除尘器本体一起由除尘器供应商作为产品设备同时提供,存在荷载考虑可能不全面;结构体系冗余度小,支撑体系不完整,抗侧能力弱;计算模型欠合理,未对支架、灰斗和壳体进行整体建模计算;设计对安装的考虑过于理想化;对局部节点设计未足够重视,柱头承载力远低于柱身稳定承载力等,从而造成底部支架安全裕度不够,虽能暂时支撑上部荷载,但不能满足土建行业的可靠性设计理念。当设备和基础的实际负荷增加时,将给机组带来安全隐患。

2

施工与安装方面

梁、柱的对接等强焊缝存在未熔透、夹渣、咬边,使得连接强度大大降低;角焊缝的焊缝高度不足或本应为连续焊,实际为点焊或断续焊,使得连接强度不足。对于灰斗而言,在长期负重情况下,焊接部位脱焊区域逐渐增多,承重能力逐渐下降,出现漏灰或掉斗的情况。

3

使用维护方面

除尘器结构内部工况较为复杂,存在高温、负压和落灰动态荷载。经过长期使用,可能存在腐蚀、变形等严重损伤。另外,由于灰分板结等原因,灰越积越厚,灰容重也大幅提高,不能得到及时有效的输灰;运行维护单位对积灰不畅及灰位越来越高的问题严重性认识不足,处置不果断,通常不会因为除尘器的灰位过高而停炉。一边输灰不畅,一边又有源源不断的灰尘产生,致使除尘器灰位越来越高,造成除尘器的承载力不足。


03 除尘器检测鉴定典型问题案例

(一)以设计与供货方面典型问题为主的案例

1

案例1 :钢支架柱、柱脚底板及柱间支撑的承载能力严重不足

某装机700MW燃煤发电机组除尘器结构,建于2000年,结构类型为钢结构支架支承结构, 2013年,将原电除尘器改造为电袋除尘器。一个柱距设置连续三个灰斗,跨度大。

       

图1 跨度较大

       


图2 钢支架柱稳定性验算不满足

该除尘器的主要问题为:

  • 钢支架柱、柱脚底板及柱间支撑的承载能力严重不满足国家现行标准的要求;

  • 灰斗跨度较大,灰斗传力体系上部第一道受压槽钢,灰斗下部受拉双槽钢的承载能力也不满足国家现行标准的要求;

  • 钢支架柱和其他主要承重构件存在较严重的锈蚀损伤,个别柱子底部锈穿。

2

案例2 :灰斗斜壁板、水平加强筋承载力不足

某300MW机组除尘器,于2003年竣工投产,原设计为五电场电除尘器,2012年进行电改布袋改造,保留1~2电场,拆除3~5电场改为布袋区,原钢支架、灰斗全部利旧没有改动。

       

图3袋区灰斗壁板向外鼓曲变形,水平加强筋弯曲变形

       

图4袋区灰斗壁顶部加强筋连接处焊缝开裂

该除尘器灰斗主要存在如下问题:

  • 袋区灰斗斜壁板、水平加强筋承载力不满足要求,

  • 个别灰斗壁板发生明显向外鼓起变形,

  • 水平加强筋发生明显弯曲变形,

  • 水平加强筋交接处连接焊缝开裂。

3

案例3 :支架梁抗剪承载力不足

某200MW机组除尘器建于1986年,原为电除尘器,底部支架为混凝土框架结构,为提高除尘器除尘能力,2010年对该除尘器进行扩容改造,保留原电除尘器本体、灰斗、混凝土框架,在原电除尘器东侧新增加一、二电场和钢支架,2014年,对该除尘器进行电袋复合除尘器改造。

       

图5 二层框架梁端部斜向开裂

       


图6 混凝土支架梁承载力不满足

该除尘器支架结构主要存在以下问题:除尘器底部混凝土支架梁端部出现斜向剪切裂缝,呈脆性破坏特征,存在较大安全隐患。

主要原因是由于壳体柱单肢支承于框架梁上,在除尘器壳体负压工况下,该梁在壳体单侧柱肢作用点处承受较大集中荷载作用,造成抗剪承载力不足,导致梁端部出现斜向剪切裂缝,严重影响结构承载安全。

4

案例4 :灰斗承载力不足

某600MW机组除尘器建于2006年,原为电除尘器,为提高除尘器除尘能力,2014年对该除尘器改造为电袋复合除尘器,2014年,对该除尘器进行电袋复合除尘器改造,三~五电场改造为布袋除尘。

       
       

图7灰斗承载力验算不满足

该除尘器支架结构主要存在以下问题:

  • 三~五电场灰斗的承载力不满足现行国家标准的要求;

  • 南北向灰斗槽钢底梁两侧对接焊缝多处存在漏焊和错边,焊接质量差;

  • 个别支架梁柱节点(二层6/D-E梁南侧)及支柱短柱斜撑管连接节点(A/6支座短柱斜杆)存在漏焊或夹渣的情况;

  • 壳体内存在2处柱间支撑端部连接处开裂。

5

案例5 :未进行整体建模计算分析

某300MW机组双室三电场的静电除尘器,建于2001年,结构计算分析时采用钢支架和除尘器本体分别单独设计的方法,钢支架单独设计时,柱所承受的荷载简单的按其受荷面积进行分配,没有考虑钢支架和除尘器本体之间的相互作用与影响,也没有考虑壳体、进出口烟箱和灰斗壁板的空间作用。

       

图8 钢支架单独计算模型

       

图9 整体计算模型

本项目对除尘器进行整体建模计算分析,整体模型中灰斗、壳体、进出口烟箱壁板采用壳单元模拟,钢支架和除尘器本体之间的连接采用节点耦合模拟;钢支架柱平板脚按其实际构造采用固定铰支座模拟。

       

图10 柱应力比计算结果对比

       

图11  X向柱顶水平变形

计算结果表明:钢支架 单独建模 计算得到的结构内力、变形和振动模态等 结果与结构实际受力存在较大偏差 ,导致一部分钢支架柱的设计结果偏于不安全,另一部分钢支架柱的设计结果则偏于保守。


(二)以施工与安装方面典型问题为主的案例

1

案例1 :用错钢材牌号

某机组为容量630 MW国产超临界燃煤发电机组电除尘器结构,建于2007年,自下而上分为钢支架、灰斗、底梁、壳体、净气室与烟道五部分。

       
       

图12  典型电除尘结构图

该除尘器的主要问题为:

  • 综合拉伸试验和表面硬度法的检测结果判断,支架柱的钢材屈服强度和抗拉强度不符合原设计Q345B钢的要求,支架柱的钢材按Q235考虑;

  • 抽测的钢支架柱的10条对接焊缝超声波探伤均不合格;

  • 底梁拼接焊缝质量差,灰斗水平加劲肋之间的三角形连接板搭接,不符合原设计要求等施工质量问题。

2

案例2 :焊接质量差

某700MW国产超临界燃煤发电机组电除尘器建于2013年,结构形式为钢结构支架支承除尘器结构。

       

图13 底梁拼接错位

       

图14柱牛腿焊接不当,未刚接

该除尘器支架结构主要存在以下问题:

  • 钢牛腿焊接不当,牛腿根部未形成刚性连接,影响承载能力;

  • 底梁拼接焊缝质量差,部分底梁对接焊缝拼接处存在一定错位;

  • 考虑高温对钢材抗拉强度的不利影响,部分壳体立柱的承载能力不满足要求。

3

案例3 :焊接质量差

某1000MW机组电袋除尘器建于2013年,结构形式均为钢结构支架支承除尘器结构。钢支架柱均采用热轧H型钢,支架上部为钢结构灰斗、壳体、进口封头、出口封头、净气室、保温室及顶部起吊装置等。

       

图15底梁拼接焊缝开裂

       

图16灰斗内部加劲肋与底梁未焊

该除尘器支架结构主要存在以下问题:

  • 个别底梁拼接焊缝开裂,底梁下部与底梁短柱连接处未满焊;

  • 灰斗内部加劲肋与底梁间断焊或未焊接、与灰斗未满焊;

  • 底梁上竖板与底梁、上部钢管横撑间断焊或未焊;

  • 考虑环境温度对钢材材料强度的不利影响,部分壳体立柱及底梁构件稳定性验算不满足国家现行标准规范的要求。


(三)以使用维护方面典型问题为主的案例

1

案例1 :钢支柱、底梁及支撑等锈蚀严重 

某装机300MW燃煤发电机组布袋除尘器结构,于1993年开工建造,1997年正式投入运行。由于环保要求提高,在2011年将原电除尘器改造为布袋除尘器(将原有机组双室三电场静电除尘器改造为双室三袋区纯布袋除尘器)。

       

图17  钢支架根部锈穿

       

图18  钢支架柱间支撑根部锈穿

       

图19  钢支架横撑锈蚀

       

图20 底梁严重锈蚀


该除尘器存在:

  • 钢支架边柱根部普遍锈穿;

  • 钢支架多根柱间支撑根部锈穿;

  • 钢支架横撑锈蚀;

  • 底梁严重锈蚀;

  • 花板锈穿漏灰;

  • 净气室墙板锈穿等使用维护方面的问题。

2

案例2 :混凝土结构钢筋严重锈蚀、混凝土保护层脱落

某机组为容量215MW除尘器,于1992年竣工投产,原设计为双室三电场电除尘器,底部支架为二层钢筋混凝土框架结构,2003年对其进行增容改造,改造为五电场静电除尘器,2013年改造为电袋复合除尘器。

       

图21支架柱保护层剥落、钢筋锈蚀严重,箍筋局部锈断,抗剪承载力不满足要求

       

图22支架梁保护层剥落、露筋锈蚀

该除尘器支架结构主要存在混凝土柱、梁构件保护层剥落、露筋锈蚀严重,甚至柱底部区域箍筋局部锈断等耐久性问题,严重影响支架柱抗剪承载力,影响结构安全。

主要原因是该除尘器从建成至2008年期间,除尘器输灰工艺采用海水湿法除灰,一层框架处于海水环境,现场对混凝土结构耐久性损伤较为严重的区域,进行氯离子含量检测,该除尘器框架柱中的氯离子含量为0.246%~0.248%,超出规范规定的氯离子含量0.15%的限值要求(环境类别二b类),由此可判断,氯盐超标是造成混凝土钢筋锈蚀的主要原因。


04 结语

无论是否发生改造,无论电除尘器、袋式除尘器或者电袋复合除尘器结构,大量的检测鉴定案例均表明,除尘器结构在设计、施工或使用维护方面均或多或少存在一些问题。除尘器本身工艺较为复杂,承受高温、负压和动态荷载,灰分板结、煤种变化也屡见不鲜。国家有关部门文件、国家强制性标准以及近期多个事故教训都提醒我们,一定要重视除尘器结构的安全。古人云:“病在腠理,汤熨之所及也;在肌肤,针石之所及也;在肠胃,火齐之所及也;在骨髓,司命之所属,无奈何也。”凡事预则立,不预则废,防患于未然,将隐患消除于萌芽状态,方为管理之道。

全部回复(2 )

只看楼主 我来说两句抢地板
  • yj蓝天
    yj蓝天 沙发

    好资料,对于学习除尘技术有很好的参考作用,谢谢楼主分享

    2024-04-14 07:18:14

    回复 举报
    赞同0
  • 天地不言
    天地不言 板凳

    除尘设备处于环境恶劣的情况下,加上未能有效防腐及维护补漆,容易导致结构体的损耗,有安全隐患,要专人维护保养,就像设备一样,增加其寿命。

    2023-06-08 12:49:08

    回复 举报
    赞同0
这个家伙什么也没有留下。。。

混凝土结构

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