重大电力安全隐患之建构筑物典型问题

近年来，多起电力行业建构筑物发生垮塌。2021年9月22日，某电厂4号机组除尘器1、2通道发生整体垮塌，造成4人死亡、2人重伤、1人轻伤；2022年2月15日，某电厂2号机组布袋除尘器（A侧）发生坍塌，导致6人死亡；2023年，某电厂在建锅炉钢架发生较大坍塌事故，造成3人死亡、1人重伤。以上电力行业建构筑物垮塌事故造成了重大的人员伤亡、经济损失和社会影响，建构筑物安全管理工作的重要性日益凸显。为强化重大电力安全隐患排查治理和监督管理有关工作，2022年至今，国家能源局多次发文要求电力企业加强对工业建构筑物的安全隐患排查工作。图1国家能源局发文摘要通过对以上文件进行梳理，文件对于燃煤电厂锅炉烟风道、除尘器、脱销催化剂装置、渣仓、料仓料斗（含灰斗）、输煤栈桥等重点设备设施的安全隐患排查工作提出相关要求。根据中冶检测工业建筑诊治团队常年对电力建构筑物的安全运维经验，下文将介绍电力建构筑物的典型问题及案例。

一、除尘器典型问题及案例1.除尘器结构典型问题：（1）设计与供货方面①早期建设的除尘器缺少针对性设计规范；②部分除尘器结构设计冗余度低，支承体系不完整，抗侧能力弱；③部分支架结构由厂家设计，结构设计缺少经验。（2）施工与安装方面①主要受力构件等强焊缝存在焊接缺陷，连接强度大大降低；②焊缝高度不足或本应为连续焊，实际为点焊或断续焊；③承载灰斗的关键焊缝存在缺焊、漏焊等。（3）改造方面①历经多个时期环保排放要求升级，较多的除尘器经历改扩建；②改造前未按国家强制标准进行可靠性鉴定；③改造未经正规的设计、施工，同时给原结构带来损伤。（4）使用维护方面①除尘器常年经受高温、磨损的环境，灰斗、壳体被保温严密包裹，日常检查很少关注被包裹的受力结构，腐蚀、磨损、连接未曾得到检查；②燃煤煤种的变化，使实际用煤灰分增高（有时可达50%及以上），输灰量增大，远远超过输灰系统原设计能力，造成输灰不畅；③灰斗料位计配置不当，料位计经常失灵；④随意增加管道等，增加设计之外的荷载。2.除尘器结构检测鉴定典型案例：（1）案例一：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2跨度较大图3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）案例二：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4二层框架梁端部斜向开裂图5混凝土支架梁承载力不满足该除尘器的主要问题为：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。（3）案例三：用错钢材牌号某机组为容量630MW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6典型电除尘结构俯视图图7典型电除尘说明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。（4）案例四：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8底梁拼接错位图9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。（5）案例五：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10钢支架根部锈穿图11钢支架柱间支撑根部锈穿图12钢支架横撑锈蚀图13底梁严重锈蚀该除尘器支架结构主要存在以下问题：🔹

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。二、输煤栈桥典型问题及案例1.输煤栈桥结构典型问题：（1）施工缺陷①支座连接缺陷通廊（输煤栈桥）支架柱顶与纵向桁架立柱间的连接部位对施工的精度要求较高。实际施工过程中，存在安装偏差及施工缺陷，造成该部位达不到规范的要求，存在安全隐患。②节点连接质量差钢通廊（输煤栈桥）节点连接处通常为螺栓连接或焊接。由于通廊（输煤栈桥）跨度较大，部分构件存在拼接部位。但施工过程中经常存在节点处、拼接处的连接质量不符合现行标准要求的情况，无法达到设计图纸的要求。（2）耐久性损伤受物料腐蚀及腐蚀性大气环境的影响，通廊（输煤栈桥）结构腐蚀损伤的情况尤为突出。通廊（输煤栈桥）的使用年限远远小于设计年限，通廊（输煤栈桥）在使用五至十年，便会出现耐久性损伤。混凝土通廊（输煤栈桥）表现为混凝土脱落，胀裂，钢筋锈蚀；钢结构通廊（输煤栈桥）表现为钢构件涂层脱落，锈蚀。若不及时进行处理或处理不当，随着使用年限增长，会影响通廊（输煤栈桥）结构的安全（3）改造不当统计以往的既有工业通廊（输煤栈桥）案例发现，通廊（输煤栈桥）在使用过程中，存在封闭改造、皮带机加宽、增设管道线缆或走道平台的需求。对通廊（输煤栈桥）的改造会造成结构上的作用发生变化。如不根据国家强制性标准规定的检测鉴定、加固设计、施工的流程进行改造，自行盲目施工改造，会造成通廊（输煤栈桥）处于不安全的状态。（4）使用维护不当既有工业通廊（输煤栈桥）在使用期间，对通廊（输煤栈桥）结构的维护不及时。①对钢构件未定期采取防腐措施，或涂装防腐层时未进行除锈；②对通廊（输煤栈桥）内部散落的物料和积灰不及时清理；③对通廊（输煤栈桥）区域清理时经常采用洒水等方式进行清洁，造成使用环境不利于结构长期安全使用。（5）振动异常既有工业通廊（输煤栈桥）通常为大跨度结构，质量轻，刚度小，对结构的激振力变得越发敏感，在动力荷载作用下容易发生振动故障，这些振动不仅影响舒适度，损害人体健康，严重时还会对设备及结构安全造成影响。2.输煤栈桥检测鉴定典型案例：（1）案例一：不均匀沉降某热电厂输煤栈桥结构于2006年设计建造完成，支架为混凝土结构，廊身纵向采用钢桁架。使用过程中支架梁柱节点开裂、桁架杆件变形，且持续发展近一个月时间。图14支架柱不均匀沉降图15支架柱基础下陷图16桁架斜腹杆平面外屈曲变形图17桁架上弦支撑杆件平面外屈曲变形该输煤栈桥结构主要存在以下问题：🔹支架柱基础存在不均匀沉降，沉降的原因为管道渗漏加上水井抽水导致地下水产生流动而带走基础下面的细砂，致使地基下细砂流失而使地基下沉；🔹支架柱基础不均匀沉降造成混凝土支架框架梁柱节点出现明显裂缝，混凝土支架不适于继续承载；🔹支架柱基础不均匀沉降造成上部的栈桥钢桁架斜杆平面外屈曲失稳破坏，经过内力重分布后，钢桁架部分杆件的承载能力不满足要求。（2）案例二：施工质量问题某炼钢有限公司炼铁厂通廊建于2004年左右，支架及廊身均为钢结构。廊身主要由纵向承重大梁承重。图18纵向支承大梁拼接处未焊接图19廊身刚架立柱与横梁连接构造存在缺陷图20支架柱间支撑切割图21檩条与檩托间无连接由于施工缺陷和损伤导致结构安全性极不符合国家现行标准规定，主要问题如下：🔹廊身纵梁连接处连接质量差，不满足等强连接要求；刚架立柱与屋面梁连接节点处构造与设计不一致，存在构造缺陷；🔹支架柱支撑缀条切断或缺失；🔹屋面檩条与檩托间未连接。（3）案例三：钢构件严重锈蚀某煤矿选煤厂栈桥建成于2006年。支架为混凝土结构，廊身采用螺栓球网架结构、走道板为混凝土板、屋面板及墙面板为保温夹芯压型钢板。图22通廊外景图23廊身杆件底部锈穿图24廊身杆件底部锈穿该通廊廊身桁架竖腹杆底部锈穿或锈断，共计32根；其余腹杆最大锈蚀量达到43%，造成廊身钢桁架承载力不满足现行国家标准的要求，严重影响结构安全。（4）案例四：改造不当、振动异常某厂皮带通廊廊身为敞开式，于2015年进行环保改造封闭。改造后结构出现明显振动异常情况。廊身倾斜，皮带和物料运行过程中倾斜偏移。图25栈桥内景图26杆件变形图27皮带运输物料偏移图28振动测试该通廊在改造加固前已存在明显缺陷损伤。未进行加固处理，因结构改造前未经加固处理，导致动力响应超出规范限值。三、钢筒仓典型问题及案例1.钢筒仓结构典型问题：（1）设计内容不全面未严格按照相关设计标准规范进行设计，例如：设计时风荷载取值与实际存在偏差、竖向肋与仓壁未顶紧、上下仓壁搭接长度不足、内侧环向焊缝焊脚尺寸不足、加固改造或验收前未经过结构现状安全评估等；（2）施工过程及监管制度不规范施工过程中材料不合格，加工、施工不规范等问题，例如：仓壁钢材材质不满足要求、仓壁外侧环向焊缝不饱满、环向肋与仓壁焊接点焊，环向肋拼接处漏焊焊缝开裂、竖向肋与仓壁未焊接、竖向焊缝未熔透、支座安装偏心等；（3）使用环境影响仓壁存在被切割后重新焊接的现像、不均匀输灰、出灰等极端荷载工况、钢筒仓周边建水池，贮料对仓壁的磨损问题等；（4）使用维护不当基础防水出现破损未及时修复，导致雨水渗入仓筒内部，仓壁根部及混凝土预埋板带锈蚀等。2.钢筒仓检测鉴定典型案例：（1）案例一：施工质量问题某电厂钢板仓建于2020年，同年1月1#钢板仓进行试压试验时，上部西南侧大面积凹陷变形；2020年3月，1#钢板仓底部两层钢板开裂，南侧1层对接焊缝拉开，2层母材开裂，裂缝长度约3m。图29钢板仓于2020年1月试压过程中曾发生上部局部大面积凹陷变形图30钢板仓于2020年3月底部2层钢板出现裂缝，裂缝长度约3m图31计算时按照部分熔透角焊缝，钢板仓8mm~14mm竖向焊缝强度严重不满足规范要求🔹基于钢板仓结构现状按照实测数据进行建模，综合考虑1#、2#钢板仓竖向焊缝局部未焊透等缺陷，对2座钢板仓进行分析与校核，结果表明，钢板仓8mm~14mm板竖向焊缝承载力严重不满足规范要求，已发现2处焊缝开裂；🔹仓壁环向焊缝质量不合格，连接构造不满足要求；🔹竖肋和环肋施工质量差，存在大量焊缝开裂、未焊接，未连接等缺陷损伤。（2）案例二：施工质量问题、使用环境影响某电厂原煤仓设计建造于1997年，1999年投产，使用过程中发现，仓壁多处磨穿，仓壁大面积凹陷变形；2023年对原煤仓增设环向肋、竖向肋、仓壁内部增设耐磨板加固。图32原煤仓支座腹板与梁加劲肋未对齐/原煤仓壁板局部磨穿图33环向肋与仓壁未贴紧/原煤仓竖向肋上端与环肋连接处未焊接图34原煤仓仓壁大面积凹陷/仓壁等效应力云图（最大值105.2MPa）其鉴定结果表明：🔹原煤仓上部筒仓外壁厚度均有不同程度磨损。其中，底部裙梁厚度基本未磨损，上部筒仓外壁因原煤摩擦筒仓内壁，导致壁厚减少在0.24mm~7.12mm之间，建模计算中按照真实壁厚进行分析；🔹后加固环向肋、竖向肋焊缝质量不合格，连接构造不满足要求；🔹原煤仓结构存在的主要损伤缺陷为：上部筒仓壁存在局部磨穿，壁板凹陷变形，后期加固焊接质量差等问题。

四、混凝土筒仓典型问题及案例1.混凝土筒仓结构典型问题：（1）施工质量问题施工过程及监管制度不规范，导致施工过程中材料不合格、不正规施工等问题，例如：混凝土强度不足，混凝土颗粒级配不对，混凝土振捣不均匀，钢筋保护层过薄，施工时存在较大偏差导致筒壁凹陷等。（2）使用性问题从结构环境中看，混凝土筒仓受储料的影响，物料本身的腐蚀性或者高温影响都会对结构使用性造成影响，导致结构的使用年限远远小于设计年限，混凝土筒仓在使用十年左右，便会出现严重的损伤问题。主要表现为混凝土脱落、坍塌、局部仓底坠落、胀裂，仓体裂缝。若不及时进行处理或处理不当，随着使用年限的增长，加速恶化，会严重影响结构的安全和使用。（3）使用管理维护问题长期以来，建筑使用单位或个人普遍存在只重视建设期而不重视日常运行期维护的现象。有的设计单位缺乏相关设计经验；施工单位施工技术和管理水平差，施工期间不重视维护、不重视全要素管理，每个过程都需要专业的单位来负责，任何一个单位的疏忽都可能导致筒仓的损坏。2.混凝土筒仓检测鉴定典型案例：（1）案例一：仓底漏斗坠落某粮食筒仓建于2012年，分为南北两个独立筒仓，每个设计最大储粮2000吨，本项目钢板筒仓为混合结构，仓壁和仓底漏斗为钢结构，仓底支承结构为钢筋混凝土框架结构。筒仓建成之初实际储粮量不大，随着后期生产需要，筒仓内实际储量逐渐增大，2013年4月初，当北侧筒仓实际储粮增大到1200吨时，其仓底漏斗突然脱落，粮食泄漏，仓下钢筋混凝土支承结构局部受到碰撞。图35仓底漏斗坠落现状图36仓底脱落，柱局部碰撞损伤图37柱局部碰撞导致混凝土破损经检测鉴定，存在如下问题：🔹仓底漏斗与混凝土环梁牛腿预埋件之间缺少焊缝，仓底漏斗直接浮搁在牛腿上，在荷载作用下，漏斗支承位置的稳定性远不能满足现行规范的规定，发生失稳破坏，造成漏斗脱落。🔹混凝土支承结构中，部分混凝土柱受漏斗碰撞而造成保护层脱落和钢筋外露，应予以修补，修补后，下部混凝土支承结构的安全性满足要求，可以继续使用。🔹脱落的漏斗变形损坏严重，不能再使用，应按原设计制作，新漏斗的安装严格安装原设计执行。（2）案例二：混凝土耐久性问题某电厂混凝土筒仓，设计建造于1991年，高约32m，外侧直径15m，壁厚400mm。图38板底钢筋和筒仓侧壁局部露筋锈蚀图39混凝土环梁底部露筋锈蚀经检测鉴定，存在如下问题：🔹混凝土筒仓环梁露筋锈蚀，混凝土剥落；🔹板底局部位置混凝土剥落、露筋；🔹筒身内壁混凝土剥落，钢筋锈蚀。（2）案例三：筒仓倾斜问题某公司矿渣粉库包括4个圆形钢筋混凝土筒仓，各筒仓外径9.35m，筒仓中心距20.5m，仓间净距1.8m，仓顶标高56m；