重油电厂结构设计降本增效的思考

重油电厂结构设计降本增效的思考

王辉[1] 王敏1 朱柄臣1 宋九选1

（1．湖北省电力勘测设计院有限公司  武汉  430040）

摘要  在确保安全和质量的前提下，为控制造价和缩短工期创造条件。本文将从重油电厂的烟囱塔架，其他结构方案，地基处理及基础防腐等四个方面的优化设计展开探讨设计方案优化的控制点，以供相关设计者参考。

关键词重油电厂；结构设计；降本增效；控制点

Consideration on Reducing Cost and Increasing Efficiency in Structural Design of Heavy Oil Power Plant

Wang Hui1,  Wang Min1

（1. Powerchina Hubei Electric Engineering Corporation Limited.  Wuhan  430040）

Abstract: On the premise of ensuring safe and quality, it creates conditions for controlling the cost and shortening the construction period. This article will explore the optimization design of chimney tower, other structural schemes, foundation treatment and foundation anticorrosion in four aspects of heavy oil power plant to discuss the control points of the design scheme optimization for the reference of relevant designers.

Key words: Heavy Oil Power Plant; Civil Design; Design Optimization; Control Point

1前言

为积极响应国家“共建一带一路，共创美好未来”的宏伟倡议，越来越多的中国工程承包商进入国际工程承包市场。为确保投标阶段土建工程量的准确性，大大提高项目中标的概率，同时也为我院降本增效，缩减工程造价成本，提升核心竞争力，走向海外市场，实现跨越式发展战略提供强有力的技术支撑。优化设计是提升勘测设计质量，形成新的竞争优势和可持续发展能力的必由之路，日渐成为各勘察设计企业的重要战略举措。机遇与挑战并存，这也对设计人员提出了更高的要求，设计过程中必须将设计理念由粗放型向集约型转变，依靠技术进步，不断总结经验，因地制宜地采用成熟的新材料、新设备、新工艺、新布置、新结构；从实际出发努力提高机械化、自动化水平，降本增效，保护环境；提高电厂的可靠性、经济性、劳动生产率和文明生产水平；在确保质量的前提下，为控制造价和缩短工期创造条件。本文将从重油电厂土建设计的五个方面，展开探讨设计方案优化的控制点，以供相关设计者参考。

2烟囱塔架基础方案优化设计

图1 烟囱基础优化方案                      图2 烟囱平面优化方案

以某海滨重油电厂项目烟囱塔架为例，风压很大，柱基础的上拔力起控制作用，设计时采用四柱整板承台基础，基础埋深至-3.5m以增加配重优化桩数，同时考虑到四角基桩反力最大（斜交风荷载工况下），做切角处理后，不仅优化下来四根桩，而且使基桩反力重分布后更为均匀，承台混凝土量也相应减少。对于烟囱上部塔架结构，我们在老厂的烟囱设计方案基础上，进行设计优化，由原来的八根钢管柱调整为四根H型钢柱，将原来的平面内的钢管支撑调整为斜钢梁布置，显著增加塔架平面内的刚度。对比下来，钢结构工程量相比优化12%。

3其他结构方案优化设计

下面以某重油电厂为例，针对电厂中，其他各建构筑物的结构设计优化方案总结如下：

（1）根据单桩承台构造规定，桩身外边缘至承台边缘最小150mm。单桩承台设计时，桩中心到承台边的距离无需满足1倍桩径取值，边长采用800mm即可。该方案优化单桩承台混凝土量36%，效果显著；

（2）油罐基础及工业水箱，属于多桩承台，上部罐体作用为均布荷载，荷载数值明确。因此可以根据实际的基桩净反力对承台厚度进行合理优化，承台厚度减小后，上部荷载减小，又可以在满足合理桩间距的前提下，进一步减少桩数。对于重油电厂，油罐基础较多，综合考虑优化基桩数量和承台混凝土量约15%，效果显著；

（3）地面中小型设备均采用地梁支撑方式，可有效减少设备基桩数量。230kV配电装置区地面设备基础，相邻三排设备基础采用隔一打桩拉梁方式，部分采用地梁外挑支撑方式，总体减少桩基数量13%。230kV配电装置上部钢结构，在满足长细比和强度前提下，减小钢管厚度，达到优化钢结构工程量的目的。

（4）综合管架等支架结构，柱间距小，采用隔一个支架打桩，中间支架通过地梁支撑钢柱的结构形式，可以减少桩基桩数量30%。综合水泵房及油泵房等小跨门式刚架结构、通过增大钢柱间距，虽然檩条量有一定增加，但可以减少刚架工程量和基桩数量，综合比较总体工程量得以优化。

（5）空冷器设备支架采用中心支撑钢框架结构，双向支撑布置均匀合理，柱下采用单桩承台，结合设备资料，外部荷载小，且柱脚均为铰接，基桩反力以竖向力为主，单桩水平力满足设计要求。因此设计时，创新性尝试单桩承台之间不拉地梁将承台地梁工程量全部优化掉，该方案已经在加济布尔和米尔萨莱项目得到应用，经济指标优化特别明显。

4地基处理优化设计

结合某滨海重油电厂的场地和外部运输条件，就灌注桩与高强预应力混凝土管桩（PHC管桩）在本工程中的应用情况进行对比。

（1）技术可行性而言，初步判断两种桩型均可适用于本工程；但灌注桩在孟加拉国工程中有广泛应用，技术相对成熟。灌注桩不受地层限制，可根据上部结构需要，对桩长、桩径等参数进行调整，能够满足工程不同建构筑物要求。施工时应采取严格的质量保持措施，以保证施工质量。

（2）经济性而言，综合考虑进口、运输和施工成本，PHC500(100)高强预应力管桩与直径500mm灌注桩成本要高10%；同时尚应考虑厂区周围道路情况及运输可行性。

（3）根据荷载特点及重要性程度，基桩采用29m长度，抗压桩配筋长度调整为22m，经过与业主工程师沟通解释，顺利得到业主认可。本工程全厂共1300根抗压桩基，共减少配筋长度9100m，仅钢筋造价就节省费用约90万。

（4）依据JGJ 94-2008建筑桩基技术规范，PHC500（100）型管桩的最小桩间距4d=2m，直径500mm灌注桩的最小桩间距3d=1.5m。预制桩会导致承台尺寸加大。综合考虑，最终确定选择采用直径为500mm的泥浆护壁旋挖成孔灌注桩。

5基础防腐优化设计

对于厂址地下水中具有腐蚀性的情况，基础防腐的优化设计也是不容忽视的一环。对于滨海建构筑物的基础防腐做法，孟加拉当地常用的做法是采用环氧涂层钢筋。虽然环氧涂层钢筋的防腐性能较好，但是造价相对较高，而且查阅相关研究成果发现，与普通混凝土梁相比，环氧树脂涂层钢筋梁总裂缝和裂缝宽度的平均数量较高，裂缝的开展对于有腐蚀性地下水环境不利。《GB 50010-2010 混凝土结构设计规范》中规定，环氧涂层钢筋搭接长度比普通钢筋高出25％，会增加钢筋用量。

《JG/T 502-2016环氧树脂涂层钢筋》对施工也有一系列的要求：在混凝土浇筑前，应检查涂层钢筋的涂层连续性，尤其是切割端头处和钢筋连接处。如有损伤，应及时修补。混凝土的浇筑过程应待环氧涂层和修补材料完全固化后进行。采用插人式振捣棒振捣混凝土时，应在金属振捣棒外套以橡胶套或采用非金属振捣棒，并尽量避免振捣棒与钢筋直接碰撞。这样对施工工艺要求高，同时对工期也会造成一定的影响。

以某滨海重油电厂为例，结合地勘报告中的相关参数和《GB 50046-2008工业建筑防腐蚀规范》相关规定，最终采用提高混凝土强度，掺入阻锈剂，增大混凝土保护层厚度，提高混凝土中水泥用量，基础外表面涂刷环氧沥青等一系列措施，最终达到预期防腐要求，同时施工方便，节省造价。所有零米以下混凝土结构施工应符合以下要求：

(1) 依据地勘报告中提供的厂址水质报告显示，硫酸根离子的浓度3.48mg/L，硫酸根离子对混凝土腐蚀性评价为微腐蚀。因此，拌制混凝土所用水泥可采用复合硅酸盐水泥（不得采用其他材料代替水泥）；正式施工前，承包商应将所使用的水泥化学成分分析报告提交给业主，业主审查通过后方可用于拌制混凝土；

(2) 混凝土圆柱体28天抗压强度f'c =4000psi，水胶比不大于0.4，最小水泥用量340kg/m3，最大氯离子含量0.08%，最大碱含量3.0kg/m3；

(3) 依据地勘报告中提供的厂址水质报告显示，氯离子的浓度503.84mg/L，氯离子对混凝土腐蚀性评价为中腐蚀。因此，地下结构混凝土中应掺入钢筋阻锈剂；

(4) 垫层顶面，基础及地面以下梁、柱、板外表面应涂环氧沥青或聚氨酯沥青两遍，垫层顶面及基础表面厚度≥500μm，地梁表面厚度≥1mm；

(5) 基础垫层均采用100mm厚混凝土，混凝土圆柱体28天抗压强度f'c =2500psi；

6结语

结构设计降本增效，首先要明确目标，即在满足使用功能及规范要求的情况下最大限度的降低工程造价，节约工程投资；其次优化设计要注重过程控制，力求在设计的每一个阶段做到最优。对于结构专业而言，过程控制主要在以下两个阶段实现：一是在结构的布置方案阶段，二是在结构具体计算和细部构造设计阶段。设计优化成果，无论巨细，只要勤于思考，敢于创新，优化成果必然会汇迳流以成江河，最终会对整个工程造价优化起到显著效果。

参考文献

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[7] 张相庭. 结构风工程：理论规范实践[M].北京：中国建筑工业出版社.

[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部，烟囱设计规范(GB 50051-2013)[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2013

[1]作者简介：王辉（1987-），男，湖北黄冈人，工程师，硕士研究生，主要从事电厂结构设计与研究。

通信地址：湖北省武汉市东西湖区新桥四路1号湖北省电力勘测设计院；13971024095；277499730@qq.com