[摘 要] 珠海电厂240 m烟囱钢内筒施工采用常规吊具组装好钢内筒顶段,装上密封头,内底座等构件,以压缩空气为动力,顶升起组装好的钢内筒自身段,在逐步接高中逐步上升,直到设计高度,既安全又经济。
[关键词] 烟囱 钢内筒 气压顶升 外保温 拉杆
1 工程概况
珠海电厂一期工程2×600 mw,烟囱总高度240 m,为双套筒式结构。它由2个直径6.2 m,高240 m的圆柱形钢内筒(排烟管)和1个底部内径为23 m,出口内径为15.7 m,高235 m的钢筋混凝土外筒组成。内筒采用进口钢材,其材质符合美国astma36或日本jis400规范要求,壁厚和高度由下至上分别为δ=10 mm,h=20 m;δ=8 mm,h=213 m;筒顶部采用不锈钢以抗大气腐蚀,壁厚为δ=6 mm,高度为h=6.2 m。钢内筒外壁刷耐热耐酸油漆四度,并设δ=80 mm矿棉板保温层,以防止内壁结露腐蚀。钢筋混凝土外筒与双钢内筒之间设置4层钢平台,标高分别为85 m、165 m、235 m、240 m。此外,外筒与钢内筒之间每隔40 m左右设置1道止晃装置(由624 mm高强拉杆组成),以增加钢内筒稳定性。烟囱基础采用圆板式整体基础,基础承台上设有2个直径为4.2 m的圆柱状钢筒基础以支承全部钢内筒重量,双钢内筒总重645 t,外壁保温765 m3。
2 施工方案
本烟囱为自承重式钢内筒,在施工前拟定了液压顶升倒装法和气顶倒装法2种施工工艺,最后经过认真分析和比较,选用了气顶倒装施工工艺。
3 工艺原理
气顶倒装施工工艺的原理如同“气缸与活塞”的关系(见图1)。用常规的吊具组装好适当高度的钢内筒顶段(约10.8 m),在接近顶口处装上1个密封用的封头,这样构成了一个敝口的“气缸体”,把它套在粗细圆柱构成的“内底座”外周。内底座的底部钢板固定在钢内筒基础上,内底座外圈与钢内筒相接处设密封圈,这样在密封圈以上,封头以下,筒壁所包围的范围内构成了一个密闭腔。外部气源通过管道由底部向密闭腔通入压缩空气,当作用于封头的空气压力超过已组对的上筒段(包括封头在内)的重量,并足以克服密封环对筒内壁的磨擦力时,钢内筒便开始上升。当气压顶升使上筒段的下口超过后续节的钢板宽度以后,把已卷制好的弧形钢板(3块围成一个整圆),在“内底座”的周围合拢、组焊成后续筒节,再以适当的排气使上筒徐徐下降,并与后续筒节对接相焊,上筒段便接长了一节。再气顶上升,合围组焊后一新筒节,上筒段与新筒节对焊,如此一节复一节,使筒段累计接长到设计高度。
(1)该工艺以压缩空气为动力,把组装好的钢内筒自身作为顶升工具,因而大量节约了起重机具装备费用,而气源装置仅需2~3台空气压缩机,1台罗茨鼓风机和1台贮气罐,设备、工艺筒单。
(2)气顶时压缩空气的压强与筒身增高的重量成正比,所以压强是逐步增加的,经计算,到顶时的气体压强为0.163 mpa,此时,最薄筒段的材料许用应力为实际应力的2.39倍,所以在正常施工气顶时不会发生泄漏或爆炸,筒体是安全的。这已为北仑港电厂、扬州第二发电厂、河北三河电厂的工程实践所证实。
(3)该工艺对筒体以外的构筑物不发生施工荷载,可以避免钢平台的承重受力,对多管式烟囱可以交叉顶升,加快了施工进度。
(4)钢内筒的安装工期由组对和焊接时间决定,因此,辅助装置的完善及操作工人的熟练程度对工期有着直接的影响。
5 施工平面布置
钢内筒加工平台布置在正对烟囱临时预留孔洞之外侧,并布置10 t门式吊车1台、卷板机1台、剪板机1台以及喷砂房等设施,加工钢平台与烟囱预留孔之间布置轨道平板车1台,以作为钢内筒基本节运送之用。
6 钢内筒预制
6.1 排板放样
根据施工图要求,高强度拉杆与钢内筒的水平焊缝间距应大于或等于300 mm,烟道的开口处与水平环缝大于或等于100 mm;钢内筒基本节由3块组成一整圈,竖缝每2块之间错开60°;原材料由日本三菱公司提供,材料尺寸为1.8 m(宽)×6.55 m(长),根据以上要求和材料尺寸进行合理排板。
6.2 下料坡口
钢内筒内直径为6.2 m,根据不同的板厚,确定展开周长。6 200 mm×8 mm展开周长为19 503 mm,6 200 mm×10 mm展开周长为19 509 mm,焊缝型式为坡口焊。根据以上要求,确定8 mm、10 mm板的下料长度分别为6.5 m和6.502 m。用半自动火焰切割机落料,下料后在钢板的角端用钢印和油漆作好编号。
6.3 铲头卷圈
利用三棍卷板机进行铲头和卷圈,卷制时用弦长1.5 m的内卡样板检查曲率,其间隙应小于或等于3 mm,卷制后,应按编号依次安放,便于以后安装吊运。
7 气顶装置安装
7.1 支承梁安装
利用外筒滑模平台在钢筋混凝土外筒顶部安放支承梁,其作用是牵引钢内筒上升。支承梁设置在南北轴线上,与双钢内筒中心轴线相对应,跨度为14.196 m。支承梁上设置4个定滑轮、2个动滑轮和30 mm钢丝绳,钢丝绳一端通过动滑轮连接钢内筒顶端,一端沿外筒身连接至地面10 t卷扬机。此外,每个钢内筒两侧装设2个导向滑轮,并沿导向滑轮设置2根张紧钢丝绳以辅助导向(见图2)。
7.2 密封内底座安装
密封内底座设在钢内筒内底面,高约8 m,其状似“活塞”,由底板、“活塞”杆、“活塞”头、密封圈组成 (“活塞”杆小于钢内筒直径约1.2 m)。在钢筋混凝土筒内设置2套临时起重扒杆(60t/40 m),先将密封内底座运至烟囱洞口,然后利用扒杆将其吊入钢内筒基础内,找正、就位、固定,然后安装地面组焊平台,安装供气设备,顶升控制柜及气体管路。
7.3 组装筒体顶段
顶段的组装是在预制场地上先组焊若干整圆的筒体,逐个进入筒体基础附近,利用支承梁及40 t的滑轮组从筒首而下逐节组对焊接至10.8 m,并在筒首下3 m处安装好封头,随后把已组装好的顶段分别吊至密封底座上面适中的位置,使其下口套向密封底座的外周,徐徐放下,注意不要碰伤密封环,直至顶段下口接触组焊平台。
7.4 组装螺旋轨道
根据钢内筒的位置,将预制好的螺旋轨道安装
好,便于筒体钢板的运输。
8 钢内筒安装
8.1 安装步骤
(1)将钢内筒的筒板依次用运输小车送至洞口,利用螺旋轨道上的电动葫芦将筒板吊起,推至预定位置,将它们合围在顶段的外围,把相邻筒片间的3条纵缝中的2条焊固,在相邻两板上焊上索具眼板,用2只手拉葫芦把相邻的两板收紧,并点焊固定;
(2)打开通向筒体的进气阀,当气压室的压力达到预定的压力时,开启20 t卷场机在顶端牵引,使筒段徐徐上升;
(3)当顶段顶升到高度已超过合围在外圈的后续节筒片上边约50~200 mm时,关停卷扬机,关闭
进气阀,稳定住顶段;
(4)把2只手拉葫芦同步收紧,使后续筒节的最后一条纵缝靠拢,并组对焊固,拆除手拉葫芦,割去索具眼板,打磨光滑;
(5)徐徐打开排气阀,并同时松开卷扬机,使顶段缓缓下降,与后续节相靠拢,最后组焊对接环缝;
(6)重复(1)~(5)的过程,使第2个后续节接上,这样由上而下一节接一节逐步接长,直到设计高度,气顶结束;
(7)划出烟道口位置,先补强,后开口,拆除顶部封头,从烟道口吊出筒体外,拆除气顶装置,分段从烟道口吊出筒体外。
8.2 质量控制
8.2.1 中心控制
安装气顶底座前,在支承梁上弦上标示出钢内筒中心位置,然后从该两点挂线锤至气顶底座的中心,以此控制钢内筒中心偏差,要求中心偏差值小于或等于h/2 000,且小于或等于30 mm。
8.2.2 焊接质量控制
美国的astma36钢材与国产q235材质接近,故采用j422焊条,为确保焊缝质量,采用坡口焊接,每条焊缝分3层完成,6个焊工对称布置同步焊接,每焊完一层后,经检查确认无缺陷后,再焊下一层。
9 外保温及拉杆安装
2只内筒的外保温安装,采用由上而下在各层平台之间组焊环形外保温吊篮,用吊篮将加劲筋运至指定位置,再用手拉葫芦将加劲筋吊至规定标高,施工人员在外保温吊篮中组焊加劲筋,同时将保温用的矿棉板及铝板围在筒体外壁,用不锈钢带固定。当吊篮下至各层止晃装置位置时,安装止晃拉杆。
10 结束语
本工程采用气顶倒装施工工艺,仅用55天便完成了2个钢内筒的安装工作,既安全、速度快,又经济。当然,该工艺也存在一些问题,例如卷扬机牵引与气压顶升的同步问题,顶升中钢内筒的稳定性问题,尚需在今后工程实践中予以改进和完善。电力行业电网运行与控制标准化技术委员会成立
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