Các thành phần kết cấu thép của nhà máy than: Loại, vai trò & thông số kỹ thuật

A kết cấu thép nhà máy than là một khung chịu lực được thiết kế để hỗ trợ các thân máy nghiền quay, cơ cấu mài, hệ thống truyền động và thiết bị phụ trợ chịu áp lực động và nhiệt liên tục. Kết cấu thép không phải là một khung thụ động - nó là một tổ hợp được thiết kế chính xác trong đó mỗi bộ phận đóng một vai trò kết cấu xác định và hỏng hóc ở bất kỳ bộ phận nào có thể khiến quá trình sản xuất bị ngừng lại hoặc gây ra tổn thất nghiêm trọng về thiết bị. Hiểu chi tiết các thành phần này là điều cần thiết cho việc mua sắm, lập kế hoạch bảo trì và kiểm tra kết cấu.

Cấu trúc thép của nhà máy than thực sự làm được gì

Máy nghiền than - cho dù là máy nghiền bi, máy nghiền con lăn đứng (VRM) hay máy nghiền bát - đều hoạt động trong các điều kiện cơ học khắc nghiệt. Kết cấu thép phải đồng thời xử lý tĩnh tải vượt quá 200–500 tấn tùy thuộc vào kích thước máy nghiền, tải trọng động từ rung động nghiền, giãn nở nhiệt từ dòng khí nóng và tải trọng tác động từ sự thay đổi của nguồn cấp than.

Cấu trúc tích hợp nhà máy vào tòa nhà nhà máy, kết nối nó với bộ truyền động và cung cấp các điểm neo để bịt kín bụi, vỏ máy phân loại và hệ thống ống dẫn. Nếu không có kết cấu thép được thiết kế phù hợp, dung sai căn chỉnh - thường chặt chẽ như ± 0,5 mm trên vỏ ổ trục - không thể duy trì trong quá trình vận hành.

Các thành phần kết cấu thép lõi của nhà máy than

Khung móng và tấm đế Mill

Khung móng là tầng thấp nhất của kết cấu thép, được neo trực tiếp vào móng bê tông thông qua bu lông neo và tấm vữa. Nó phân phối trọng lượng máy nghiền và tải trọng vận hành vào kết cấu dân dụng. Tấm đế thường được chế tạo từ thép Q345B hoặc S355JR , với độ dày từ 40 mm đến 100 mm tùy theo tải trọng tác dụng. Các bề mặt được gia công chính xác đảm bảo thân máy nghiền nằm ở mức dung sai trong khoảng 0,1 mm/m.

Cấu trúc hỗ trợ ổ trục chính

Trong máy nghiền bi nằm ngang, bệ đỡ chính là các mối hàn thép chắc chắn chịu được toàn bộ trọng lượng trống quay - có thể đạt tới 80–300 tấn cho nhà máy ống lớn . Những bệ này được gia công để chấp nhận các vòng bi kim loại trắng hoặc ổ lăn và phải chịu được cả tải trọng hướng tâm từ trọng lượng máy nghiền và tải trọng dọc trục do giãn nở nhiệt.

Trong các máy nghiền đứng, cấu trúc tương đương là khung đỡ hộp số, khung này cũng phải hấp thụ phản ứng mô-men xoắn từ hộp số hành tinh hoặc hộp số xoắn ốc - giá trị mô-men xoắn trong VRM lớn có thể vượt quá 3.000 kN·m .

Phân đoạn vỏ và vỏ máy nghiền

Vỏ hoặc vỏ máy nghiền là thành phần ranh giới áp suất cũng như thành phần cấu trúc. Đối với máy nghiền bi, vỏ hình trụ được chế tạo từ tấm thép cán, thường dày 20–50 mm, có thành cuối được hàn. Các đoạn vỏ thường được cung cấp theo từng phần của Chiều dài 2–6 mét để vận chuyển, bắt vít hoặc hàn lại với nhau tại chỗ. Các lớp lót bên trong bảo vệ lớp vỏ khỏi bị mài mòn, nhưng bản thân lớp vỏ thép phải chống lại ứng suất vòng do chênh lệch áp suất bên trong và ứng suất uốn do trọng lượng hỗ trợ.

Nền tảng truy cập và cấu trúc lưới lối đi

Nền tảng truy cập vận hành và bảo trì bao quanh thân máy nghiền ở nhiều độ cao. Đây là những cấu trúc lưới thép mạ kẽm nhúng nóng được hỗ trợ bởi khung thép hàn hoặc bắt vít. Xếp hạng tải trực tiếp của nền tảng thường tuân thủ Tiêu chuẩn OSHA 1910.22 hoặc EN 1991-1-1, yêu cầu khả năng tải phân phối tối thiểu 2,0 kN/m2 . Trụ lan can thường được hàn từ ống Schedule 40 48 mm với khoảng cách 1.500 mm.

Hỗ trợ truyền động và cấu trúc bảo vệ bánh răng chu vi

Việc bố trí bộ truyền động - dù là bộ truyền động trung tâm, bộ truyền động bên với bánh răng hay bộ truyền động trực tiếp - đều yêu cầu các kết cấu đỡ bằng thép chuyên dụng. Vỏ ổ trục bánh răng bắt vít vào các cột thép được căn chỉnh chính xác. Bánh răng chu vi bao quanh vỏ máy nghiền và có thể Đường kính 6–12 mét , được bảo vệ bằng cụm bảo vệ bằng thép bắt vít được chế tạo từ thép tấm 4–6 mm có cửa sổ kiểm tra.

Khung vỏ phân loại và phân tách

Đặc biệt trong các nhà máy than thẳng đứng, vỏ máy phân loại nằm phía trên bàn nghiền và cần có kết cấu đỡ riêng - một khung thép hàn gắn vào thân máy nghiền chính hoặc cột tòa nhà. Những khung này chịu cả trọng lượng của cụm rôto phân loại và tải trọng khí động học từ các dòng than không khí tốc độ cao thường chạy ở tốc độ 20–35 m/s qua vùng phân loại.

Giá đỡ ống và ống đỡ

Các ống dẫn khí nóng, ống thoát than, máng thải và đường tuần hoàn đều được neo vào kết cấu thép thông qua các cụm khung hàn hoặc kẹp. Những giá đỡ này phải tính đến sự giãn nở nhiệt - một ống thép dài 10 mét hoạt động ở 300°C sẽ giãn nở khoảng 36 mm theo chiều dọc - yêu cầu hỗ trợ kiểu trượt hoặc lò xo tại các vị trí chiến lược.

Các loại vật liệu thường được sử dụng trong kết cấu thép của nhà máy than

Lựa chọn vật liệu không đồng nhất trên tất cả các thành phần. Khung kết cấu sử dụng thép kết cấu tiêu chuẩn, trong khi các bộ phận dễ bị mài mòn hoặc chịu ứng suất cao yêu cầu cấp độ nâng cấp.

Các dạng hư hỏng thường gặp trong các bộ phận kết cấu thép của nhà máy than

Hiểu được nơi xảy ra lỗi sẽ giúp ưu tiên ngân sách kiểm tra và bảo trì. Các dạng hư hỏng sau đây được ghi nhận ở các nhà máy than đang hoạt động trên toàn thế giới:

• Vết nứt do mỏi mối hàn tại điểm nối giữa tấm đế và bệ, gây ra bởi rung động theo chu kỳ - có thể được phát hiện thông qua thử nghiệm thẩm thấu hạt từ hoặc thuốc nhuộm trong quá trình tắt máy theo kế hoạch.
• Ăn mòn và rỗ trên các bề mặt vỏ bên trong không được bao phủ bởi lớp lót, đặc biệt ở những vùng hình thành hơi nước khi khởi động nguội. Thành bị mất 2–4 mm mỗi năm được ghi nhận ở các nhà máy được bảo trì kém.
• Nới lỏng bu lông neo trong khung móng do tải trọng động và mô-men xoắn không đúng trong quá trình lắp đặt - nguyên nhân chính khiến tấm đế bị lệch theo thời gian.
• Biến dạng nhiệt trong các giá đỡ ống dẫn hoạt động ở nhiệt độ trên 250°C mà không có đủ độ giãn nở cho phép, dẫn đến nứt giá đỡ hoặc rò rỉ mặt bích ống dẫn.
• Ăn mòn nền và cầu thang khỏi bụi than và tiếp xúc với hơi ẩm - mạ kẽm nhúng nóng với mức tối thiểu Lớp phủ kẽm 85 µm kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng so với các hệ thống chỉ sơn.

Tiêu chuẩn chế tạo và kích thước cho các thành phần chính

Các cấu kiện kết cấu thép cho nhà máy than được chế tạo theo tiêu chuẩn được kiểm soát chặt chẽ. Sau đây là các yêu cầu về dung sai điển hình và các mã áp dụng:

• Dung sai độ tròn của vỏ: Độ lệch 3 mm so với đường kính danh nghĩa, được đo ở khoảng cách 1 mét dọc theo chiều dài vỏ.
• Chất lượng mối hàn: Các mối hàn giáp mép thấu hoàn toàn trên vỏ máy nghiền phải được kiểm tra siêu âm (UT) 100% theo tiêu chuẩn AWS D1.1 hoặc EN ISO 17638.
• Bề mặt ổ trục được gia công: Bề mặt hoàn thiện Ra ≤ 1,6 µm, độ phẳng trong khoảng 0,02 mm trên vùng tiếp xúc ổ trục.
• Căn chỉnh khung kết cấu: Độ thẳng đứng của cột trong phạm vi 1/1000 chiều cao cột, theo tiêu chuẩn lắp dựng GB50205 hoặc AISC 303.
• San lấp mặt bằng tấm đế: Các tấm đế được phun vữa phải đạt được dung sai độ cao ± 0,5 mm trên toàn bộ khung trước khi bắt đầu lắp đặt thiết bị.

Ưu tiên kiểm tra và bảo trì theo thành phần

Chế độ kiểm tra có cấu trúc giúp kéo dài đáng kể thời gian sử dụng và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Dưới đây là khung tần suất kiểm tra được đề xuất dựa trên thông lệ của ngành:

Những cân nhắc chính khi tìm nguồn cung ứng hoặc thay thế linh kiện

Cho dù chỉ định các thành phần mới cho một dự án mới hay mua sắm thay thế cho một nhà máy hiện có, một số yếu tố kỹ thuật là không thể thương lượng:

1. Khả năng tương thích kiểu Mill: Khung cơ sở được thiết kế cho máy nghiền bi không thể được điều chỉnh cho phù hợp với VRM nếu không tái thiết kế hoàn chỉnh. Luôn tham khảo số bản vẽ của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM).
2. Chứng nhận vật liệu: Chứng chỉ nhà máy theo yêu cầu (tối thiểu EN 10204 Loại 3.1) cho tất cả các loại thép kết cấu chịu lực. Thép thông thường không có khả năng truy xuất nguồn gốc là rủi ro về an toàn và tuân thủ quy tắc.
3. Đặc điểm xử lý bề mặt: Chỉ định phương pháp làm sạch bằng phun nổ đạt Sa 2.5 (ISO 8501-1) trước khi sơn hoặc mạ kẽm. Việc chuẩn bị bề mặt không đầy đủ là nguyên nhân hàng đầu gây ra hư hỏng lớp phủ sớm trong môi trường nhà máy than.
4. Kiểm tra kích thước trước khi lắp dựng: Tất cả các bề mặt tiếp giáp được gia công phải được kiểm tra kích thước so với khảo sát hoàn công trước khi lắp đặt - đặc biệt là sau khi vận chuyển đường dài, điều này có thể gây biến dạng trong các mối hàn lớn.
5. Chiến lược dự trữ phụ tùng: Các bộ phận có độ tới hạn cao như bệ ổ trục và các phần phân đoạn vỏ phải được giữ làm phụ tùng tại chỗ hoặc gần công trường cho các nhà máy hoạt động liên tục 24/7, với thời gian sản xuất điển hình của 8–20 tuần cho các chế tạo tùy chỉnh.