[摘 要] 湛江奥里油电厂一期工程210 m烟囱钢内筒施工采用气顶升倒装法施工工艺。气顶升倒装法施工工艺是根据钢内筒等直径的特点,在筒内设置临时封头和密封内底座形成1个可伸缩的套筒,在其内充入压缩空气后,形成向上的顶升力来提升钢内筒。在烟囱混凝土筒首安装支承梁,配合钢平台来安装和钢内筒气顶升助吊。在施工过程中,根据工艺流程,制定科学合理的关键工序和技术要求来指导施工。
[关键词] 烟囱 钢内筒 气顶升倒装法 支承梁 悬吊平台
1 烟囱钢内筒的结构和施工特点
1.1 湛江奥里油电厂烟囱钢内筒的结构湛江奥里油电厂一期2×600 mw机组外烟囱为钢筋混凝土结构、内设2根钢内筒的双筒烟囱。其外筒高205. 0 m,出口外径15. 14 m。烟囱中心设2个钢内筒,高210. 0 m,每个出口外径6. 5 m,直筒段直径5. 7 m,钢内筒及钢附件约948 t。在高35~203 m间设置6层钢结构检修平台,各层平台处每个内筒均设置4个止晃点,平台、扶梯、栏杆约326t。在高0~203 m间设置之字形钢爬梯,钢内筒内壁砌宾高德防腐砖。烟囱内有不锈钢结构52 t。烟囱钢内筒除顶部10 m为不锈钢外,其余为q235钢。烟囱内钢平台的钢构件为300~1 000mm的bh梁与烟囱外筒的牛腿连接,平台面上满铺钢格栅。0~35 m处钢内筒的钢板厚16 mm; 35~141m处钢板厚14 mm; 141~171 m处钢板厚12 mm,171~210 m处钢板厚10 mm。
1.2 湛江奥里油电厂烟囱的施工特点
该电厂烟囱的施工特点是:烟囱钢结构施工高度高、钢板厚、焊接量大;平台多、平台梁单根重量大、吊装困难;超高空作业、操作面狭小、施工工种和工序多、施工要求连续作业、工期短、循环快、施工技术和配合复杂、施工难度大。
2 烟囱钢内筒的施工方案
气顶升倒装法施工工艺是参考油罐钢筒结构的施工工艺,结合钢内筒烟囱的结构和和施工条件,自行研究开发的钢内筒气顶升倒装法施工工艺。
2.1 气顶升倒装法施工工艺的原理与方法
2.1.1 气顶升倒装法施工工艺的原理
气顶升倒装法组装钢内筒,就是利用钢内筒等直径的特点,按倒装顺序,先组焊内筒顶端,把顶端段组装到一定高度,上设临时封头,下设密封内底座,使在已组焊的内筒段与密封内底座构成一组可以伸缩的套筒(见图1)。在密封内底座的底部有从气源来的进气管道,气源装置能提供气压顶升必需压力和气量的压缩空气。通入压缩空气后,作用在上封头的气体压力的合力构成向上顶升力,此顶升力的数值应大于上封头重、筒段重量和各摩擦力大小。当该筒段向上滑移使筒段底口超过后续筒节高度后,关闭进气阀,使筒段稳定在此高度。在它的下方组焊下一段待装筒节,按上述过程不断重复,直到筒体达到设计高度。最后拆除上封头和密封内底座等施工附件,钢内筒即组装完成。
2.1.2 气顶升倒装法施工的气顶压力及安全系数
2.1.2.1 气顶升压力的计算
气顶升时,钢内筒处于悬浮状态。由力的平衡可知,气顶升力f应大于等于最大重力q与各摩擦力之和。本装置的q为445 801 kg;钢内筒充气腔截面积a1为255 046 cm2;筒体内压缩空气的压力p可根据f=a1×p+f(各摩擦力之和)算出。计算时,各摩擦力之和可在留有一定裕量下计算出。由p=q /a1得p=0. 175mpa。然后,由钢内筒内径d(d=5 700 mm)、筒壁有效厚度δ0(δ0min=10 mm),根据σx=pd/(2δ0),计算气顶升时钢内筒的应力σx。因为q235钢的允许应力[σ]=215 mpa,取焊缝系数ψ=0. 9,得钢内筒的应力σx=49. 9mpa。
图1 气顶升原理图
2.1.2.2 自重应力的计算
由自重q和最薄段筒壁截面积a2=1 793. 8cm2,根据σy=q /a2计算得:σy=24. 9mpa。2.1.2.3 安全系数的计算由σ合=(σx2+σy2)1/2=55. 8mpa,得安全系数k=[σ]ψ/σ合=3. 5。由上可知,当受最大压力时,气顶升系统是足够安全的。
2.2 气顶升倒装法施工辅助起重提升系统
为满足烟囱内钢平台和钢内筒的安装工艺要求,在烟囱混凝土外筒施工到顶后,在混凝土筒首顶安装1根支承梁,支承梁上装有滑轮组。在地面布置2台10 t卷扬机提升系统,由滑轮组来提升悬吊操作平台,以供各层钢平台安装和在钢内筒气顶升时助吊用。见图2所示。
2.3 气顶升倒装法施工顺序
气顶升倒装法施工顺序为:混凝土外筒施工到顶→支承梁安装→滑模平台拆除→悬吊平台安装→钢平台及爬梯安装→悬吊平台拆除→气顶升装置安装→钢内筒气顶升→止晃点及钢附件安装→气顶升装置拆除→烟道口及导流板安装→宾高德防腐内衬施工→支承梁拆除。
3 施工关键工序及相关技术要求
3.1 支承梁的设计要求
根据具体的钢平台安装及气顶升施工荷载,支承梁设计成缀式桁架结构梁。支承梁高6. 7m,横跨混凝土外筒首顶,要求承重25 t。为方便安装和拆除,各构件分段制作(重量不大于0. 5 t/件),分段之间用螺栓连接。单件焊接接头应符合gb985—80标准,主梁采用高强螺栓连接,支承梁在烟囱筒首安装前,需在地面预装并进行1. 2p(p为额定载荷)加载试验,合格后方可使用。
3.2 悬吊平台的结构与要求
悬吊平台是一圆形、网式、反撑圆形、活动式钢结构操作平台(见图3),主要承担钢平台、钢梯的安装。它分2层,下层放机具,上层放待装工件。悬吊平台上升、下降靠滑轮组、支承梁、钢丝绳、地面10 t卷扬机完成,可在0~205 m做垂直升降运动。由于混凝土外筒上小下大,故操作平台应在14 000~22 600 mm间做径向变幅。悬吊平台最大自重限制在12 t以内,悬吊平台径向变幅应灵活、方便。制造、组装按gb50205—2001验收,并进行1. 2p(p为额定载荷)加载试验,合格后方可使用。
3.3 钢平台、钢梯的安装
安装钢平台、钢梯时,悬吊平台降至烟囱内地面上。将203. 0m平台上用的h型梁及其他钢构件由烟囱外吊至悬吊平台上,将施工机具随悬吊平台由卷扬机提升到203. 0 m钢平台处。清除筒壁预埋件上的杂物,检查预埋件的偏差。利用205. 0 m上的烟囱的轴线,用线锤挂至203. 0 m上。先安装钢牛腿,然后用葫芦将2根bh主梁吊至规定位置,用水平仪测平,大梁各间距间的水平度控制在10 mm内,然后安装其他次梁,铺设压型板。将悬吊平台降至199. 0 m钢梯平台,安装199. 0 m体息平台及爬梯,同时安装好栏杆。悬吊平台下降,逐步安装至170. 9 m平台。同理,安装0~170. 9 mm的各钢平台及爬梯,同时安装各层平台的格栅板、栏杆。
3.4 钢内筒气顶升装置的安装
3.4.1 钢内筒的预制
3.4.1.1 排版放样
钢内筒钢板预制按每节1. 8 m,每节内筒沿圆周方向每圈由3片钢板围成,根据钢内筒施工图及
图2 钢内筒安装示意图
材料的宽度及长度进行合理排版。
3.4.1.2 下料坡口
钢内筒内直径为5. 7 m,厚度分别为10 mm(39m处); 12 mm(30 m处); 14 mm(106 m处), 16 mm(35 m处)。根据钢内筒直径算出每节的展开长度,并按周长进行3等分,切割下料。用半自动火焰切割机下料、坡口,坡口应符合图纸要求。下料后,必须复核并做记录。在钢板的角端用钢印和油漆标出位号、标号,如:a-n-m(a为烟囱位号;n为第n节;m为第m块)。
3.4.1.3 压头卷圆
利用三棍卷板机进行铲头和卷圆,卷制过程中用弦长1. 5m的内卡样板检查曲率,其间隙不大于3mm。卷制后应按位号依次放置,便于以后吊运、安装。
3.4.2 对钢内筒顶端段的组装
顶端段的组装是在预制场地上先组焊成若干整圆的筒体,逐个吊入内筒基础附近。利用支承梁及25 t滑轮组,从筒首往下逐节组对焊接至15 m高,并在预定位置安装上封头。将1, 2号气顶升底座就位在1, 2号钢内筒基础内,并安装地面组焊平台及气顶升管路。随后把组焊好的顶端段分别吊至密封内底座上,使顶端段的下口套在内密封底座的外周,徐徐放下,应避免碰伤密封环,直至下口接触组焊平台,然后安装组焊平台。
3.4.3 组装螺旋轨道
为方便钢内筒组合板分片就位,在组焊平台下面布置环形螺旋轨道。根据钢内筒钢板的安装位
置,将预制好的螺旋轨道安装完毕,并在螺旋轨道上安装6个可移动的锚头吊,以供钢板组对就位。
3.4.4 钢内筒3片组对
将钢内筒的筒体板依次用运输小车送至烟囱内,利用螺旋轨道上的锚头吊将筒体板吊起,送至预定位置(每块板至少用2只锚头吊)。将它们合围在初始顶端段的外围,把相邻筒体板间的3条纵缝中的2条焊固,留下最后1条纵缝圈围在已组装筒节的外圈,并留有适当的间距。在此间距两侧的适当位置上,分别焊上由2对钢板制造的索具眼板,用手动葫芦把相邻两板收紧,并点固周围卡板。检查筒体周围,清除可能影响其顶升的障碍物。启动空压机,并开启进气阀,当气压室的压力达到额定顶升压力时,启动10 t卷扬机在顶端牵引,使筒段缓慢上升。当顶端段顶升到高于后续筒节50~200 mm时,关停卷扬机,关闭进气阀。将顶端段稳住在确定的位置,用2支手动葫芦同步收紧,使后续筒的最后1条纵缝靠拢,并组对焊固。然后,拆除手拉葫芦,割去索具眼板,将其打磨光滑。缓慢开启排气阀,并同时松开卷扬机,使顶端段缓缓下降,使它与后续节靠拢,最后组焊两者的对接环缝。
3.5 钢平台和钢内筒的焊接管理
3.5.1 焊接施工工艺
钢平台和钢内筒的主材大部分选用q235 b钢,q235b钢具有良好的焊接性,几乎所有的焊接方法都可采用。钢内筒板厚10~16 mm,焊接工作量大,施工现场的环境复杂,故选用co2气体保护焊和手工焊。co2气体保护焊具有变形小、焊接速度快等优点,所以,除不锈钢的焊接外,其他都采用co2气体保护焊。
3.5.2 焊接过程中焊工位置的布置
焊环缝时,可把环缝分成6小段, 6个焊工对称分布。开始施焊时,应以6等分点为起点,逆时针方向焊接。焊接时,对称2人应保持相同或相近的焊接规范,避免因人为因素造成焊接变形。焊机的设置应就近分布,焊机与焊工距离不超过20 m,避免导线过长引起焊接参数不稳。
3.5.3 现场施工环境的布置
因为co2气体保护焊受外界影响大,而施工现场环境条件差,时有风、雨,为此,设计、制造了8个co2气体保护焊防风小棚。组焊筒体时,应将烟道口及施工预留孔用蓬布密封。
图3 烟囱钢平台示吊篮平面布置示意图
3.6 宾高德防腐内衬的施工
在2个钢内筒内,各制作1个施工吊篮。施工吊篮受力由支承梁支撑,通过装在支承梁上的滑轮组,可在0~205. 0 m距离内垂直升降。施工人员在吊篮内,由下而上进行宾高德防腐内衬施工。为运料方便,在吊篮上设置1台1 t的卷扬机,以垂直运输内衬材料。
3.7 支承梁的拆除
在205. 0 m的混凝土外筒顶部安装1根起重量为0. 5 t的扒杆,并用安全网封闭钢内筒的出口,将拆除了的支承梁散件,由扒杆吊至地面。
4 结论
烟囱钢内筒气顶升倒装施工工艺是目前国内该结构的一种先进施工工艺。该工艺用于珠海电厂一期240 m烟囱钢内筒和湛江奥里油电厂一期210 m烟囱钢内筒的施工结果表明:该工艺与液压顶升和拔升等钢内筒施工工艺相比,具有机械设备投入少、工期短的优点,是一种值得推广的施工工艺。运用该工艺时,混凝土外筒筒身不受力,不会因钢内筒的施工要求而对外筒混凝土结构产生任何影响。
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