Лоянская электростанция Солнечный свет

Детали стальной конструкции электростанции

Стальные конструкции являются основой электростанций, обеспечивая каркас и поддержку всего сооружения и его тяжёлого оборудования. Они широко используются на электростанциях различных типов, в том числе на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, атомной энергии или возобновляемых источниках энергии, таких как ветровая и солнечная.

Почему сталь — предпочтительный материал для электростанций

Сталь выбирают по сравнению с другими материалами, такими как железобетон, по нескольким важным причинам:

Высокое соотношение прочности к массе: сталь обеспечивает огромную прочность при относительно небольшом весе. Это позволяет создавать длинные пролеты (что особенно важно для машинных залов), меньшие по размеру фундаменты и выдерживать очень тяжелое оборудование, такое как котлы, турбины и генераторы.

Скорость строительства: стальные компоненты изготавливаются заранее вне строительной площадки в контролируемых заводских условиях. Это позволяет вести параллельные строительные работы (закладка фундамента на месте во время возведения конструкции) и обеспечивает более быстрый и предсказуемый монтаж на месте, сокращая сроки проекта.

Гибкость проектирования и большие пролеты: сталь позволяет архитекторам и инженерам проектировать обширные пространства без колонн. Это критически важно для машинного зала и котельной, где необходимо разместить массивное оборудование и обеспечить пространство для мостовых кранов, используемых для монтажа и обслуживания.

Долговечность и устойчивость: Стальные конструкции при правильном проектировании и защите способны выдерживать значительные воздействия окружающей среды, включая сильные ветры, сейсмическую активность и рабочие вибрации от тяжёлой техники.

Модификации и адаптируемость: Электростанции часто требуют модернизации или замены оборудования в течение срока службы. Стальные конструкции легче модифицировать, усиливать или расширять по сравнению с бетонными.

Устойчивость: Сталь — один из наиболее перерабатываемых материалов в мире. По окончании срока службы электростанции стальную конструкцию можно демонтировать и полностью переработать.

Основные области применения стальных конструкций на электростанциях

Электростанция — это не одно здание, а комплекс взаимосвязанных конструкций. Практически во всех из них используется сталь.

1. Главный энергоблок

Это сердце электростанции.

Котельная/Здание парогенератора: Часто это самое высокое сооружение на площадке, в котором размещается массивный котел, подвешенный на сложной стальной опорной решетке наверху.

Конструкция должна выдерживать огромный вес и тепловое расширение.

Машинный зал: Длинное, широкопролетное здание, в котором размещается турбогенератор. Основная стальная рама поддерживает ограждающие конструкции здания и, что самое важное, мощные мостовые краны (часто грузоподъемностью более 100 тонн), используемые для подъема и обслуживания компонентов турбины.

Деаэраторное отделение: Многоуровневая стальная конструкция, поддерживающая деаэратор и другое оборудование для подогрева питательной воды, часто расположенная между котлом и турбиной.

2. Транспортировка и хранение материалов

Конвейерные системы: Большепролетные стальные фермы поддерживают конвейерные ленты, транспортирующие топливо (например, уголь, биомассу или нефтяной кокс) из хранилищ в котел.

Бункеры и силосы: Стальные конструкции, поддерживаемые массивной стальной рамой, используемые для хранения топлива перед его подачей в котел.

Стакеры-реклаймеры: Массивные подвижные стальные машины, используемые на угольном складе.

3. Опорная инфраструктура

Трубные эстакады: «артерии» завода. Это обширные многоуровневые стальные рамы, поддерживающие тысячи труб, по которым проходит пар, вода, топливо и химикаты, а также лотки для электрических кабелей. Они должны быть спроектированы с учетом веса, теплового расширения и ветровых нагрузок.

Градирни: Хотя во многих крупных градирнях используется бетонная гиперболическая оболочка, внутренние компоненты (ороситель и система распределения воды) часто поддерживаются стальной или нержавеющей конструкцией. Воздушно-охлаждаемые конденсаторы (ВКО) представляют собой массивные стальные конструкции, напоминающие здания на сваях.

Конструкции распределительного устройства: Оцинкованные стальные порталы и башни, на которых размещены высоковольтные шины, изоляторы и автоматические выключатели для подачи вырабатываемой электроэнергии в распределительную сеть.

4. Системы защиты окружающей среды и вспомогательные системы

Установки десульфуризации дымовых газов (ДДГ) / Скрубберы: Крупногабаритные, сложные стальные конструкции и воздуховоды, используемые для очистки выбросов перед их выбросом.

Электрофильтры и рукавные фильтры: Стальные каркасные конструкции, удаляющие твердые частицы (летучую золу) из дымовых газов.

Дымовая труба/дымоход: Внешняя оболочка может быть бетонной, но внутренние дымоходы часто представляют собой стальные облицовки, поддерживаемые стальным решетчатым каркасом внутри основной конструкции.

Проектные и инженерные соображения

Проектирование стальных конструкций для электростанции – это узкоспециализированный процесс, выходящий за рамки стандартного проектирования зданий.

Высокие нагрузки: Конструкции должны выдерживать огромные постоянные нагрузки (вес оборудования), временные нагрузки (техническое обслуживание), вибрационные нагрузки от вращающихся механизмов и тепловые нагрузки от высокотемпературных трубопроводов и оборудования.

Сейсмостойкость и ветроустойчивость: Электростанции являются критически важной инфраструктурой, поэтому они проектируются с учётом самых сильных землетрясений и ветровых явлений, ожидаемых в районе их расположения.

Защита от коррозии: Промышленная и часто прибрежная среда электростанции отличается высокой коррозионной активностью. Сталь защищается следующими способами:

Горячее цинкование: Для более лёгких конструкций, таких как перила, решётки и элементы распределительного устройства.

Высокоэффективные промышленные покрытия: Многослойные системы окраски, наносимые на основные стальные конструкции.

Пожарная защита: Хотя электростанция в основном негорючая, противопожарная защита критически важна для определённых зон, чтобы предотвратить обрушение конструкции во время пожара, обеспечивая безопасное отключение и эвакуацию. Это часто достигается с помощью вспучивающихся покрытий или бетонной оболочки.

Конструкция соединений: Соединения (болтовые или сварные) имеют решающее значение. Они должны быть рассчитаны на воздействие сложных нагрузок, включая усталость от вибраций.

Будущие тенденции в строительстве электростанций со стальными конструкциями

Модульное строительство: Всё чаще целые секции электростанций, такие как крупногабаритные модули трубных эстакад или рамы для оборудования, полностью собираются, испытываются и предварительно обустраиваются вне площадки. Затем эти модули транспортируются и устанавливаются на место, что значительно сокращает время строительства на площадке и повышает безопасность.

Современные материалы: Использование высокопрочных низколегированных (HSLA) и коррозионно-стойких сталей для снижения веса и увеличения срока службы конструкции.

Цифровизация (BIM): Информационное моделирование зданий (BIM) теперь является стандартом. Создаётся подробная трёхмерная цифровая модель всей станции (включая сталь, бетон, оборудование и трубопроводы). Это позволяет выявлять коллизии, оптимизировать последовательность строительства и служит «цифровым двойником» для управления активами на протяжении всего срока службы станции.

Электростанции на основе возобновляемых источников энергии: Сталь является основным материалом для башен ветряных турбин, монтажных конструкций крупных солнечных электростанций, а также структурного каркаса геотермальных и биомассовых электростанций.