锅炉钢结构设计

浅谈锅炉钢结构的设计

　　[摘 要]锅炉钢结构的设计影响着锅炉的安全稳定运行。本文就锅炉钢结构的布置形式、材料选择和节点连接形式、参数计算、截面尺寸选择、钢结构图的绘制与施工设计等问题进行探讨。

　　[关键词]锅炉钢；结构；设计

　　中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0053-01

　　一、前言

　　锅炉在便利人们的生产生活的时候，不断朝大容量、高参数发展，锅炉钢结构方面的新材料和新技术也不断涌现，促进了锅炉钢结构设计技术的提高。从钢结构的布置、材料选用、节点连接方式、各参数的计算到钢结构的总体设计等相关技术都不断更新。锅炉应用要求的提高和自身规范与标准的优化，对锅炉钢结构的设计提出了更高的要求，确保锅炉安全运行。

　　锅炉钢结构主要有悬吊式、半悬吊式和支承式，为锅炉设备中最为重要的组成部分。构架的组成元件包含柱、梁、护板、顶板、平台、盖板、冷灰外壳、楼梯等，柱和梁为主要的承重部件。锅炉钢结构的载荷主要有两个部分，由构架自重、锅筒、燃烧器、平台楼梯、管道、刚性梁、阀门、集箱、炉墙等自身设备形成的本体载荷；还有由地震、雪、风、温度影响、炉内爆炸、安全阀反冲力等因素引起的其他附加载荷。

　　锅炉钢结构的设计主要有初步、技术、施工这三个设计阶段，分析如下。

　　二、确定钢结构布置形式

　　锅炉根据应用场景的不同而分为余热炉、CFB锅炉、煤粉炉等锅炉，锅炉种类不一样其钢结构的布置形式也是有很大差别的，其作用是在确保安全承载和稳定的情形下，并满足其需要的特殊要求，如膨胀中点的设置与否、管道的走向等因素的考虑。结构的布置也受锅炉钢结构的柱接头位置和节点的连接方式等因素的影响。因此，需要按不同的应用要求来选择钢结构的布置方式。

　　除了最基本的明确锅炉自身的特点和要求、考虑设计院所的管道布置方式等前提，还应充分考虑大板梁、垂直支撑和刚性平台层数等因素的影响，具体要求如下：

　　（1）大板梁布置。作为锅炉钢结构中最为重要的受力元件，需要确保结构稳定和传力明确的同时还应满足容易安装的要求。运输限制了板梁长度的设计，使其不能超过4m，在长度超过4m时可将其做成叠梁以分段运输。然而，叠梁在很多方面存在安全隐患，如生产、安装和结构处理时。所以，在大板梁布置时应综合考虑这些方面的因素以确定其截面形式，选择安全、合理、经济的断面。

　　（2）垂直支撑的布置。也称为抗剪平面，为了避免和温度探针、吹灰器、管道（传送汽水和烟风煤粉等管道）间的碰撞，最好将其设置于锅炉外跨。这种布置方式时锅炉主柱传力明确，水平载荷小，使截面减小。

　　（3）确定刚性平台层数。在达到结构要求的前提下，刚性平台层数越少越好。对于超临界这类大容量机组来说，平台层数常为8～10层左右。

　　三、选择钢结构材料及节点连接形式

　　锅炉钢结构材料的选择是确保锅炉安全、可靠运行的重要措施。选用原则是兼顾安全可靠和经济合理两方面，良好选择钢材钢号，并充分考虑其力学性能和化学成分。材料强度和钢材受力特性是确保钢结构强度的前提，但也应避免过度关注强度与质量等级，避免资源浪费。因此材料选择时应考虑以下几点：

　　（1）合理选择钢种。钢种应根据具体要求选择，构架可选用沸腾刚、镇静或半镇静钢。柱和板梁应选用强度高的合金钢（Q345），而平台、护板和顶板选择一般的低碳钢（Q235）即可。（2）合理选择刚度和强度。强度和刚度的选择要结合工作环境的温度，构架钢材的选择以室温为标准即可，无需满足高温的要求。（3）合理的脆性转变温度。当构架工作在温度较低的环境中时，应选择脆性转变温度较低的材料，最好低于所处工作地的最低环境温度。（4）焊接工艺。构架由焊接加工而成，因此需要选择焊接性能良好的钢材。选择时应正确选择钢进货渠道，钢材质量符合行业标准，在压力、温度、钢板厚度等方面满足要求。

　　节点连接方式对钢结构的布置形式影响较大，其连接方式有焊接和高强度螺栓这两种。通常，200MW及以下机组选取焊接的方式，而200MW以上机组则选取螺栓连接，这种连接方式易于安装与拆卸。螺栓连接时对钢材、构件摩擦面、螺栓拉力和抗滑移系数等方面有一定的要求，因此设计与施工时应该明确这些指标要求。同时，对钢结构中的化学成分如碳、硫、磷含量的要求也不容忽视。

　　四、选取合理截面尺寸

　　截面尺寸的大小对锅炉钢结构的重量影响较大。梁、柱、水平和垂直支撑元件受力情况不同，应尽最大能力减小腹板与翼缘厚度，以使各杆件截面得以充分发挥其力学性能。柱的截面选取应考虑其受力情况的同时调整截面尺寸，如使用拉开的断面而不是宽翼缘的断面。梁的断面尺寸应灵活调整，如对于轴力大而集中力小的梁，应选择较宽的翼缘宽度，反之亦反之。垂直支撑存在轴力过大的情况，若仍然使用从前的W型系列的工字型截面，而导致一些截面钢板厚度达50mm左右。根据垂直支撑的受力特点（大多为垂直受力），可将钢板厚度超过20mm的截面替换为箱型截面。为了确保节点连接方式的不变，可逐渐过渡以使端部仍然为工字型。

　　五、计算各个参数

　　锅炉钢结构的设计中涉及到很多参数的计算，如载荷统计、柱脚计算、节点结算和计算分析等部分。

　　（1）荷载统计及计算简图

　　钢结构的设计中，载荷统计至关重要。通过分析软件和结构简化模型得到载荷统计形式，按照设计规范的要求选取载荷计算方法与取值。

　　（2）柱脚计算

　　为了确定柱脚结构尺寸，以确保柱和基础结构的良好连接为进行的计算。柱脚尺寸的计算方式主要有靴梁式和分离式这两种，同时需确保柱底板厚度小于100mm，以利于材料采购与减轻重量。

　　（3）节点计算

　　为了实现结构良好连接，确定节点连接形式中必不可少的计算。以结合编制通用节点和计算的方式进行，如螺栓连接的节点，编制了垂直支撑，水平支撑，柱接头这三个节点标准和梁端连接角钢等标准，辅以经验判断。

　　（4）计算分析

　　结构分析常使用专门的结构分析软件进行，关键是按照相应规范、标准和经验确定载荷组合工况。选取刚度、挠度、应力和结构侧移等取值界限，合理选则截面，并结合计算分析选择最经济的截面，最后打印出位移、轴力、应力、弯矩剪力和基础负荷等计算结果。

　　六、绘制钢结构总图和施工设计

　　以上所有步骤完成后，可以着手设计钢结构总图和基础负荷。图中应包含材料、截面、节点连接方式、杆件布置和编号和结构要求等。

　　施工设计为详细设计图，为钢结构的制造图。施工图应使用CAD绘制，包括梁、柱、水平和垂直支撑、支吊梁、支承梁、大板梁、柱底板和小罩支撑等9个部件的参数化施工图绘制，还应列出零件清单和材料的消耗。施工图中还应有零件尺寸、明细表、图像师徒和螺栓汇总等部分。

　　七、总结

　　锅炉钢结构的设计繁琐而复杂，如何设计一个安全可靠、功能良好的锅炉钢结构，需要遵守各种标准规范，且需加大锅炉钢结构设计的研究。尽管设计步骤大体相同，但是不同的设计、计算方式，设计者自身水平和经验的差异也会导致不同的而设计结果。总之，钢结构的设计应不断经济合理、安全可靠的设计目标靠拢。

　　参考文献

　　[1] 罗邦富.钢结构设计手[M].北京：中国建筑工业出版社，1989.

　　[2] GB/T22395-2008锅炉钢结构设计规范.

　　[3] 孟宪国，任振业，李大生.电站锅炉构架设计中的荷载及其效应组合.电站系统工程.1996.12.

　　[4] 林彬.王毅.简述振型分解反应谱法在锅炉钢结构地震分析中的应用.

浅谈电站锅炉钢结构施工图设计

浅谈电站锅炉钢结构施工图设计

摘 要：在电站锅炉钢结构设计中，施工图CAD 系统起到了极大的仿真及图形处理的作用，并能实现电站锅炉钢结构施工图参数的设计和优化，及材料定额汇总表、零件清单的自动生成，本文中点介绍了钢结构施工图CAD 系统结构，并介绍了其软件包设计中的一些关键技术，后对CAD 系统软件包的使用范围和效益进行分析。

关键词：电站锅炉；钢结构；施工图；CAD 系统

引言

利用计算机进行图形处理已是今年来的一大设计趋势，像机械设计等这些重视零部件施工图的绘制及其总体外观的计算机辅助设计，几乎没有能完成材料额及零件清单汇总表编制、零部件施工图绘制的功能的施工图CAD 系统。在电站锅炉钢结构设计过程中，最耗时的便是设计图、施工提的绘制，且形状结构类似的部件重复的绘制，使得绘图过程枯燥而乏味且容易出错和浪费时间。但CAD 绘图技术能很大程度降低这些重复劳动，为设计人员减轻了负担，使得他们能花费更多经力在创造性工作上而不是浪费时间在简单的绘图工作上。其次，材料汇总、零部件清单等工作繁多，虽为简单重复劳动但不可缺少。

1 钢结构施工图CAD 系统结构概述

电站锅炉钢结构施工图与材料定额汇总表及零件清单关系密切，而施工图CAD 系统能很好的完成这几步操作，能够在施工图的绘制工作完成后，材料定额汇总表、零件清单能够自动生成，节省了大量编制材料定额汇总表、零件清单的时间。CAD 系统由硬件、软件、施工图CAD 系统软件包组成。本文所研究CAD 系统硬件要求为外存40MB 以上，且能在286、386、486及其兼容机上运行。软件要求为AutoCAD 10.0及以上版本。

1.1 施工图CAD 系统软件包

尽管AutoCAD10.0基本图元绘制功能使用非常方便，但是单利用这些绘制操作，还不如手工绘制图来的快，就算是能非常熟练使用AutoCAD 的设计人员，也只能勉强达到手工绘制施工图的速度。AutoCAD 具有Autolisp 编程语言，能够进行参数的优化设计，但是由于其为解释性语言而使得其执行速度太慢无法满足钢结构设计的要求，进而使得CAD 系统无法推广使用。因此一个能够利用AutoCAD 进行观察、修改，然后采用国际标准的DXF 文件格式接口技术及C 语言编程的锅炉钢结构施工图CAD 系统软件包。常由许多能完成特有功能的、相对独立的一些专用CAD 系统构成。这种系统设计易扩充，从而使系统的发展能满足业务设计的要求。

1.2CAD 系统软件包的功能

锅炉钢结构设计的步骤及特点

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锅炉钢结构设计的步骤及特点

作者：董云霏

来源：《建材发展导向》2014年第05期

摘 要：锅炉钢结构在锅炉设备中起到十分重要的作用，虽然其对整个锅炉的性能并没有什么影响，但是却是整个锅炉的安全的重要保障和控制成本的利器。因为随着锅炉市场的竞争日渐激烈，锅炉厂的成本随着价格的降低而相应的增大，这就对锅炉钢的设计提出了更高的要求。

关键词：锅炉；钢结构；设计

随着经济的发展，我国的各行各业都产生了竞争加剧的情况，锅炉行业也是如此。各个厂家为了在竞争中保持销售量上的优势不得不以降价为手段，降价就意味着成本上升。而锅炉钢结构为厂家节省成本找到了一个新的出路，因此其设计问题受到了相关的重视。

1 相关的设计步骤

1.1 初步设计

1.1.1 确定整体架构

钢柱间距和根数。确定主柱间距要对多种因素进行兼顾，比如炉膛和最后部分的大小等；主副跨的相隔距离需要根据平台楼梯的布局情况和吹灰器的型号等来确定。另外，紧身封闭的因素不得不考虑。

相关的水平面的设计。这个水平面首先具有刚性，而且其层数多少对钢材耗费量有巨大的影响，仅就理论层面来讲，其层数越多耗费的钢材的数量也就越大。但是在节省钢材的同时也要考虑如果使用的钢材过少就会使得整个结构失去其应有的作用。正常情况下，这个具有刚性的水平面的距离以低于12米为宜。其标准高度应该和相关的检修平台达到一致。

承重设计。这种设计一般遵循两种形式，一种是以副跨的形式进行布置，另一种是以主跨的形式进行布置。当然，正常情况下都是以副跨的形式进行布置，因为这样的设计可以使得其不与相关的管道发生摩擦。

1.1.2 相关的节点如何布置

在进行锅炉设计的时候，都会有一份具有参考意义的技术协议，可以按照其中的要求和整个结构布置的形式对节点的设计进行相应的选择。正常情况下，容量比较大的锅炉应该用螺栓，且这种螺栓一定要在强度方面表现出色。对于容量相对较小的锅炉来说，对于节点的布置就可以用焊接的形式进行。

锅炉钢结构设计的步骤及特点

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锅炉钢结构设计的步骤及特点

作者：金洁婷

来源：《城市建设理论研究》2013年第16期

摘要：锅炉钢结构设计是一个复杂的过程，需要对它的特点和设计步骤进行研究，以达到其设计合理、经济的目的。

关键词：锅炉钢结构；原则；设计步骤

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

前言

锅炉钢结构钢结构工程具有自重小、刚度大、基础造价低、抗震性能好等优点，通常用于高层（超高层）、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。

一、锅炉钢结构设计原则

近年来，在钢结构设计中经常出现失稳事故，造成严重的人员伤亡与经济损失，主要原因是由于以下两方面造成：由于空间网架、网壳结构等新型钢结构的不断出现，造成相关设计者没有足够的时间去了解掌握这些新型结构的设计；由于钢结构设计者缺乏相关设计经验，关于钢结构和构件的整体稳定性概念理解不够清晰，成为钢结构设计中经常出现的薄弱环节。因此，稳定性成为钢结构设计中一个突出的问题，如果处理不好此类问题，将会造成不可估计的损失。所以根据稳定性问题在实际的钢结构设计中的特点，以及未来更好的保证钢结构设计中构件不会丧失稳定性，设计过程中应严格遵守以下三条基本原则：保证整体结构的细部构造和构件的稳定计算，二者必须相互配合，相互统一；在进行结构布置时，必须从整个体系和组成部分的稳定性要求出发，进行全面考虑；必须保证结构计算简图和实际计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算起着相当关键的作用。

二、锅炉钢结构设计步骤

1、方案设计

广泛开展国内外的文献、资料调研，根据设计输入文件提出的具体要求，明确设计目标，提出总体设计方案。明确工作原理、结构形式、几何尺寸等主要设计参数。 对可能影响总体性能的关键部件设计参数的提出要有依据，如借鉴国内外的设计参数、已有的实验结果、近似计算结果或经验值等。对设计方案在可靠性、可行性、维修性、有效性、适应性、经济性等方面加以分析、比较、开展综合评价，确定最终方案。

锅炉钢结构焊接

钢架焊接施工方案报审表

工程名称：绵阳市生活垃圾焚烧发电项目安装工程 编号：DF887-HN-SGFA-004

本表一式份, 由承包单位填报, 建设单位、项目监理机构、承包单位各一份。特殊施工技术方案由承包单位总工程师批准，并附验算结果。

绵阳市生活垃圾焚烧发电项目安装工程

钢架焊接施工方案

编制：

审核：

批准：

江苏华能建设工程集团有限公司绵阳项目部

2016.3月

目录

1．适用范围 . ............................................................................................................................. 4 2．编制依据 . ............................................................................................................................. 4 3．工程概况及主要焊接工程量 . ............................................................................................. 4 4．作业人员资格要求 . ............................................................................................................. 4 5．主要工具、机具要求 . ......................................................................................................... 4 6．施工准备 . ............................................................................................................................. 5 7．焊接施工程序 . ..................................................................................................................... 6 8．质量要求 . ............................................................................................................................. 7 9．安全和文明施工措施 . ......................................................................................................... 7 10．技术记录 . ........................................................................................................................... 9

锅炉钢架焊接施工方案

1．适用范围

本作业指导书适用于绵阳市垃圾焚烧炉发电项目锅炉安装项目。 2．编制依据

2.1华西能源工业股份有限公司提供的锅炉图纸及技术资料 2.2《蒸汽锅炉安全技术监察规程》劳动部[1996]276号

2.3《电力建设施工及验收技术规范》（锅炉机组篇）DL/T5120-2012 2.4《电力建设施工及验收技术规范》（焊接篇）DL/ T5120-2012 2.5《 火力发电厂焊接技术规程》DLT869-2012 3．工程概况及主要焊接工程量

本工程主要包括锅炉本体钢架、顶板的安装焊接。

主要工作量为本体钢架中材质为Q345B 壁厚δ=18mm的K1～K6柱上、中、下部间的对接焊缝, 以及顶板和各钢架中柱、梁、支撑等零件间节点上焊脚高度为16mm 、18mm 、8mm 、10mm 等的Q345B 角接焊缝若干，。 4．作业人员资格要求及管理

4．1焊工应按相关规定要求经考试合格取得各地方住房和城乡建设局或质量技术监督局相应项目的焊工合格证，并在有效期范围内。

4．2施工人员在施工前必须进行安全交底，登高前必须进行身体状态检查，身体有恙者禁止登高作业。

4．3焊工应有良好的工艺作风，严格按照给定的焊接工艺进行施焊，并认真实行质量自检，及时填写自检单交焊接质检员复验。

4．4焊工在施焊前须经技术人员交底，熟悉作业指导书及图纸对焊缝的质量要求。焊接前必须进行焊前练习以熟悉焊接材料性能和操作技能，方可正式施焊。

4．5技术人员应负责焊接全过程的技术交底、技术指导，同时协助班组长和质检员对焊接全过程进行跟踪监督、检验和验收评定工作。

4．6焊接外观质量检验人员应持有效的焊接质检员证书。负责焊接工作的检查、监督和验收评定工作。 5．主要工具、机具要求

5．1焊机必须运行完好且性能可靠。

5．2焊工所用的焊条保温筒、砂轮机、凿子、榔头、钢丝刷、锋钢锯条等应配备齐全。 5．3焊条烘箱必须运行完好且性能可靠，控制仪表在校准周期内。 5．4施工主要机具、工具及劳动力计划（以一台机组计）

6．1材料要求

6．1．1焊材必须具有质量证明书或材质合格证。当对焊材质量有疑问时应进行抽样复查，并出具体复查合格的报告后方可使用。

6．1．2焊接材料库应配置焊条烘箱。并由专人负责，严格执行有关规定，做好原始资料与日常记录的管理工作。

6．1．3所用J506焊条烘燥温度为350℃，烘燥时间为1h ，未按此要求烘燥的焊条不允许发放使用。 6．2环境条件

6．2．1环境条件应符合下列要求: 1) 风速:手工电弧焊小于8m/s（风力5级）。

2) 相对湿度小于90％，环境温度：A-1类为－10℃；A-II 、A-III 、B-I 类为0℃；B-II 、B-III 为5℃；C 类不做规定。 3) 非下雨、下雪天气。

6．2．2当环境条件不符合上述要求时，必须采取挡风、防雨等有效防护措施。 6．3焊接方法

锅炉钢架全部采用Ds 方法焊接。

7．焊接施工程序

7．1焊前准备

7．1．1坡口形式应按设计图纸的要求或符合规程规定的要求，无要求时按下图。

坡口形式简图：（如构件厚度≤16mm ，可采用双“V ”型坡口）

7．1．2组装前应打磨焊口表面及附近母材10-15mm 范围内油污、铁锈等。 7．1．3焊口的局部间隙过大时, 应设法修整到规定尺寸, 严禁在间隙内加填塞物。 7．2焊接材料选用（见下表）

7．3点固焊

7．3．1点焊工艺与正式焊接工艺相同，并由同一焊工施焊。 7．3．2严禁在被焊工件表面引弧、试验电流或随意焊接临时支撑物。 7．3．3去除点固物时，不应损伤母材，并将其残留焊疤清除干净。 7．5焊接工艺要点

7．5．1钢Q345B 对接焊接规范参数如下：

7．5．2 柱的对接焊时应确保根部熔透和坡口边缘熔合良好。

7．5．3应确保起弧与收弧的质量，收弧应将弧坑填满。层间焊接接头应错开，层间清渣要彻底，发现缺陷及时处理。

7．5．4为防止变形过大，柱的对接焊宜由二人对称施焊，并且尽量采用相同的焊接规范，保持同步，同时焊接、同时停止。

7．5．5焊接完成后，应及时清理焊缝表面，并进行焊缝外观自检。 8．质量控制检查

8． 1焊口的质量要求应严格按照三级验收制度进行检查验收。

8．2焊缝外观质量标准执行《电力建设施工验收技术规范》火力发电厂焊接篇（DL/T869-2012）及《 火力发电厂焊接技术规程》DLT869-2012。具体要求如下：

8. 3焊接质量检查应包括焊接前、焊接过程中和焊接结束后三个阶段。质量检查项目按照《 火力发电厂焊接技术规程》DLT869-2012标准执行。焊接接头的质量检查按照先外观检查后内部检查的原则进行。

8. 4 焊接前检查应符合下列规定：焊件表面的清理符合DLT869-2012标准的规定；坡口加工符合图纸要求；组对尺寸、焊接预热符合DLT869-2012标准的规定。

8. 5 焊接过程中的检查应符合下列规定：焊接工艺参数应符合工艺指导书的要求；焊道表露缺陷已消除；外观检查不合格的焊缝，不允许进行其他项目检验；对容易产生延迟裂纹和再热裂纹的钢材应在焊接热处理后进行无损检测。

8. 6焊接结束后按照《 火力发电厂焊接技术规程》DLT869-2012标准进行质量检查验收。 9．安全和文明施工措施

9. 1危险因素：1、焊机用电，2、现场防火、3、氧气、乙炔等易燃易爆品，4、风、雨等恶劣天气，5高空作业。

9．1电焊机要做好设备的例行保养和安全检查。焊机外壳接地应良好，移动电源或检查线路时须切断电源。焊接电缆有破损的地方应及时用绝缘胶布包好。

9．2焊接工作必须遵守安全、防火等规程的有关规定，所有作业人员应遵守各项安全操作规程，班组应认真做好“三交”、“三查”工作。

9．3进入施工现场必须戴好安全帽，高空作业系牢安全带，作业人员穿专用工作服、绝缘鞋，戴专用手套。凡参加施焊的焊工必须经体检合格后方可上岗。

9．4工作完毕后必须切断电源、气源，检查现场，确认无起火危险方可离开。 9．5脚手架及脚手板必须由专人绑扎牢固，安全可靠。

9．6高空作业应备好工具包，施工所用工具尽可能置于其中，不准乱掷焊条头等杂物。

9．7夜间作业须有充足照明，遇到六级或以上大风、大雨、大雪应停止露天高空作业。 9．8焊接电缆和热处理电缆线走向应有条理，作业完成后，及时清理现场焊条头、保温材料等杂物，做到“工完、料尽、场地清”。 10．技术记录

10．1焊接过程中做好焊口自检记录，关键部位由质检员检查记录。