1、中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 云南昆明 650051；2、天津大学建筑工程学院 天津 300072
摘要：随着国内外大型火力发电厂烟囱设计理念的进步，以及环评对湿烟囱脱硫防腐要求的提高，业界已出现较多的悬挂式钢内筒套筒式烟囱形式。本文根据具体工程经验，集中对悬挂式钢内筒分类及结构选型、悬挂式钢内筒结构设计方案与计算模型及施工方案的协调等问题展开分析论述，以期达到结构设计方案经济合理、施工安全可靠之目标。
关键词：悬挂式钢内筒；设计计算；施工方案；协调性分析
中图分类号：TU398 文献标志码：A 文献编号：
0引言
悬挂式套筒式烟囱由于结构受力更合理、材料用量省以及建造技术的日臻成熟，近年来得到长足发展。我们相继在广东肇庆、云南东源及贵州和山西等工程中使用悬挂式钢内筒烟囱，并针对不同工程特点，本着“安全、可靠、经济、合理”的设计原则，择优选择最适合的悬挂式钢内筒结构方案。
1、悬挂式钢内筒分类及结构选型
悬挂式钢内筒烟囱，充分利用钢质排烟筒抗拉性能好，规避局部受压和整体失稳风险（施工期间尚需要注意内筒的局部压屈验算），可以充分发挥钢材抗拉性能优于抗压性能的优势，节省钢材，这种优势在底部因烟道口开大洞（主要是水平向开孔尺寸较大）时尤为明显。
1.1 根据悬挂方式不同分类
根据悬挂方式不同，可分为整体悬挂、分段悬挂以及混合式悬挂。整体悬挂式可避免分段悬挂时每段间伸缩节复杂的节点处理，以及预防冷凝水渗漏的问题。但是，整体悬挂式钢排烟筒与水平烟道处需设置非金属补偿器。
1.2根据防腐类型分类
悬挂式钢内筒，防腐材料分为防腐金属面层及防腐涂层。防腐金属面层主要是钛钢复合板及镍合金复合板，防腐效果好。但由于在施焊及转角处使用了较多的钛贴条，施工质量是影响衬板防腐效果的重要因素。
防腐涂层主要是指钢内筒衬防腐涂料或玻璃鳞片，由于涂料成本较低，施工较容易，各方面性能较均衡，近年来得到了广泛应用。我院设计的云南某烟囱即采用悬挂钢内筒衬APC防腐涂料防腐方案。
2、悬挂式钢内筒烟囱设计方案与计算模型的协调
2.1 设计工况
悬挂式钢内筒烟囱根据其设计理念、受力特点及施工工序，考虑三种工况的验算：
（1）、外筒刚施工结束工况；（2）、施工提升最上面两端钢内筒工况（针对分段悬挂式）；（3）、正常使用工况。
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2.2 周期与振型
为探讨不同的内筒布置对烟囱地震反应和抗震性能的影响，有学者采用建立多个外筒相同，而内筒布置不同的悬挂式钢内筒烟囱模型，得出的结论是：有无悬挂内筒对烟囱结构的基本自振周期影响不大，即基本周期可依据常用烟囱计算公式计算；悬挂式钢内筒烟囱前两阶振型均为整体振型且前6阶整体振型均为平动，未出现扭转，局部振型出现在第3阶之后，局部振型居多，这是由于钢内筒与承重平台牛腿出约束较少引起的；选择合理足够的计算振型数，以使结构振型参与质量不小于总质量的90%；内筒悬挂点处强度直接影响悬挂内筒地震安全，设计时应重点考虑悬挂处应力，根据考虑地震作用综合考虑内筒的布置方式[1]。综合考虑不同内筒悬挂长度及位置对内外筒的影响，建议设计200~250m高的悬挂式钢内筒烟囱时，排烟内筒分为三段悬挂较为合理，在地震作用下抗震性能较好。
对此，《烟囱设计规范》GB50051-2013第8.4.1条文说明给出，“针对悬挂式钢内筒的计算研究分析表明，分段数增加，钢内筒节省的用钢量不明显；而由此带来的膨胀伸缩节烟气渗漏腐蚀隐患弊端要大于用钢量节省的效益。因此，分段悬挂式钢内筒的悬挂段数量不宜过多，以1段为宜，最多不超过2段；膨胀伸缩节的设置标高位置应尽量降低。”
2.3 支座类型
根据不同的支撑形式，悬挂式排烟筒结构还应细分为悬挂式及悬吊式两种[2]。悬挂式一般采用在加强环处焊接倒置的钢牛腿，支撑在钢平台上。悬吊式一般采用销钉连接，吊在钢平台上。为了叙述方便，本文中统一将悬挂式及悬吊式合成为悬挂式钢内筒烟囱。
悬吊式结构对安装精度要求更高，后期调平校位比较困难，建议采用悬挂式倒置牛腿支撑于钢平台上。
3悬挂式钢内筒设计方案与施工方案之协调
悬挂式钢内筒囱设计方案与施工方案务必协调一致。前期以设计为主，进入施工阶段，由于施工工期或者施工机具等因素，难免会出现与设计工况不一致的情况，需要针对性进行验算，保证设计施工协调配合[3]。以我院设计的广东某电厂烟囱为例：
3.1 工程概况
分段悬挂式钢内筒套筒烟囱，内筒顶标高210.0m，外筒顶标高203.0m。共设四段钢内筒，五层钢平台，上面三段钢内筒悬挂于钢平台上，最下面一段钢内筒支撑于第一层钢平台上，第二层钢平台并不悬挂支承钢筒，对钢内筒仅起止晃作用。
3.2 施工荷载计算
钢内筒本体荷载：第四段总长：45.22m；荷重777.467kN；第三段总长：47.00m；荷重785.2351kN；第二段总长：48.50m；荷重838.2135kN；第一段总长：37.26m；荷重686.7711kN钢烟道荷载：59312.34kN。
施工荷载：顶层平台上施工机具（液压千斤顶、卷扬机、钢绞线等）以及人员、电气设备荷重，共计321kN。
3.3 施工工序及荷载工况
顶层平台和吊装箱梁安装就位，施工机具吊、安装就位：在地面分段焊接成第四段钢内筒，在第四段的中上部设置加强环，利用加强环吊耳起吊。顶层钢平台则承受第四段钢内筒的吊装荷载以及施工荷载；钢箱梁四个吊点，在验算钢箱梁时四个吊点，仅考虑三个吊点受力。所有悬吊荷载均考虑1.15的动力放大系数。
焊接顶层钢平台的支撑钢牛腿（钢牛腿倒置）。在地面分段焊接成第三段钢内筒，起吊。顶层钢平台则承受第四段钢内筒静荷载、第三段钢内筒的吊装荷载以及施工荷载。焊接第四层钢平台的支撑钢牛腿（钢牛腿倒置）。在地面分段焊接成第二段钢内筒，起吊。顶层钢平台则承受第四段钢内筒静荷载、第二段钢内筒的吊装荷载以及施工荷载；（此时为受力最大工况）（1）焊接第三层钢平台的支撑钢牛腿（钢牛腿倒置）（2）在地面分段焊接成第一段钢内筒，起吊。顶层钢平台则承受第四段钢内筒静荷载、第一段钢内筒的吊装荷载以及施工荷载；待第一段钢内筒就位后，焊接组装第一层支撑平台，第一段钢内筒支撑于首层钢平台上。以上步骤见图3.2。（3）吊装完毕，拆除吊装箱梁，补焊第四段钢内筒首加劲环（包括加劲肋）。
4结语
悬挂式烟囱具有用料省、受力合理等优点。针对国内外相关工程，还有节省钢内筒烟囱基础、节省用地（有在烟囱零米布置栈桥或空压机房的实例）和节省钢平台用钢量等外缘实际效益，故悬挂式烟囱在我国发展前景广阔。只要解决悬挂点优化设计，解决好伸缩节的可靠性设计，并在实践中摸索设计施工经验，就一定能形成安全、可靠、经济、合理的湿烟囱防腐方案。
参考文献
[1]廖洁，孙景江，于澎涛．火电厂悬挂式钢内筒烟囱地震反应分析．土木工程学报增刊，2010，第43卷：173-176．
[2]张凌伟，杨小兵，王勇强．全悬挂式钢内筒烟囱计算模型研究．武汉大学学报（工学版）增刊，2012，7（45）：243-246．
[3]杨小兵，何丽婷，等．大型火电厂悬挂式钢内筒烟囱设计研究．特种结构，2008，2（25）：72-75．
作者简介：周丰（1980~），男，高级工程师，一级注册结构工程师。
论文作者:周丰1,王斯伟1，2,赵振源1
论文发表刊物:《电力技术》2016年第10期
论文发表时间:2017/1/9
标签：烟囱论文; 荷载论文; 工况论文; 结构论文; 平台论文; 荷重论文; 总长论文; 《电力技术》2016年第10期论文;