摘要 本文以三河电厂240/24.4烟囱钢内筒施工方案为例,简单介绍主要施工
原理、主要机具装备配置、筒体板制作加工、焊接施工工艺等内容,供设计、施工人员
参考。
关键词 构筑物 多管烟囱 施工
一、工程概况
1.构筑物情况
三河电厂位于河北省三河县燕郊镇内,一期工程为2台350mw锅炉汽轮发电机组。其中烟囱为双内筒形式,即在一钢筋混凝土外筒内竖立2根等直径钢内筒。混凝土外筒高235m,筒首外径13.8m,壁厚0.3m,底部外径25.7m,壁厚0.8m。在混凝土外筒内,以南北向对称布置2根等直径钢为内筒,内径为4.4m,高度为240m,壁厚分别为δ=10mm(内筒标高160~240m),δ=12mm(内筒标高80~160m),δ=14mm(内筒标高30~80m),δ=16mm(内筒标高0~30m)。钢内筒筒首7m为不锈钢,其余采用“耐硫酸露点腐蚀钢板(ns1)”,内筒外壁采用δ=80mm的带铝箔超细玻璃棉毡保温。
在外筒内壁与内筒之间,自±0.00m~233.5m共有9层平台,钢内筒在通过钢平台处均有4个止晃装置,钢内筒与基础用24只m30的地脚螺栓连接。
2.钢内筒工程量
二、主要施工原理简介
1.气顶倒装法实践
本工程钢内筒安装采用“等直径钢制高烟囱气顶倒装法”进行,“等直径钢制高烟囱气顶倒装法”在浙江北仑港电厂1#、2#机组中首先使用,之后又在扬州二电厂2台600mw机组中成功使用,取得了良好效益,证明其具有设备通用性好,安装速度快,安全可靠等优点。
2.气顶倒装法
原理气顶倒装法组装钢内筒,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,下设气顶底座,使在已组焊的内筒段与气顶底座构成一组可以伸缩的气缸体。在气顶底座的底部有从气源装置进来的管道,气源装置能提供气压顶升必须的压缩空气,当一定的参数的压缩空气通入后,根据密闭容器内气体对周壁压强相等的原理,作用在筒壁四周的压力相互平衡而稳定。而作用在上封头的气体压力形成对筒体的向上顶升,当此顶升力超过了包括上封头在内的筒体重量,并能克服钢筒内壁与密封环的摩擦力时,筒体便向上运行。当已焊筒体底口达到与后续筒节的连接处时,即关闭进气阀,使筒体稳定在此高度,在它的下面组焊上后续筒节,然后再充气顶升,不断重复,直到筒体达到设计高度,最后拆除封头和气顶底座等施工附件,钢内筒便组装完成。
3.气顶压力及安全性
(1)气顶压力
气顶时,钢内筒出于悬浮状态,气压顶升力与已组焊筒体的重量相等,本工程240m高单支钢内筒整体重q=350t,气顶压力应按下式计算:
q=pa=p(πd2i/4)
式中 q—气顶压力;
p—压缩空气应达到的压强值
(kg/cm2);
a—钢内筒内腔截面积(cm2);
di—钢内筒内径(cm)。
则:p=350000×4/(π4402)=2.3kg/cm2
=0.23mpa
(2)强度验算
强度验算分2步:板材强度验算及焊缝强度(包括水平焊缝、竖向焊缝)验算。
①板材验算
根据钢制压力容器(gb150-1998)中内压圆筒及内压球壳计算公式验算其安全性。
σt=pc(di+δe)/(2δe)≤[σ]t式中 σt—设计温度下的计算应力(mpa);
δe—钢板最小厚度10mm;
[σ]t—设计温度下材料的许用应力,
[σ]t= 113mpa(由于钢内筒顶部封头用q235-a钢板制作,厚度与筒首不锈钢一样,为此,应验算此部位钢板强度)。
—焊接接头系数,取= 0.95;
di—圆筒内直径(mm);
pc—筒内压力。
由σt=0.23×(4400+10)/(2×10)=
50.72mpa,[σ]t=113×0.95=107.35mpa由此可知,在安装最后一节筒体时,顶升气压达到最大,此时最薄筒段的材料许用应力仍超出实际应力的一倍,因此设计断面是足够安全的。
②焊缝验算
水平焊缝验算:单个钢内筒最大重量350t,即作用在一条水平焊缝上的拉力为3500kn,焊缝高10mm,焊缝长13.816m,σ=n/(lw×t)=3500×103/(13.816×103×10)=25.3n/mm2远远小于对接焊缝强度设计值215n/mm2,水平焊缝安全。竖向焊缝验算:取单位m竖向焊缝,作用在焊缝上拉力:f=pd/2=506000n,同水平焊缝计算,σ=f/(lw×t)=50.6n/mm2≤215n/mm2,所以竖向焊缝满足强度要求。
三、施工准备
施工准备主要是在电厂内进行预制加工,预制分2大部分。
1.工装设备预制
主要包括支撑梁、封头、气顶底座、螺旋轨道、组焊平台等。
(1)支撑梁
支撑梁采用桁架结构,横跨混凝土筒首,其下弦高出混凝土筒首6.5m,要求承重20t,为了安装、运输、拆除的方便,需分段制作(单件重量≤50kg)。主梁采用8.8级m20摩擦型高强螺栓(gb1228-84)连接,在其使用前需检查其是否有缺陷,若有缺陷不得使用。主梁制作完成后按gb50205-95进行验收,并以1.25p(p为设计荷载)进行地面承载实验。
(2)气顶底座
气顶底座设在钢内筒底面,高11.5m,其状似活塞,由底板、活塞杆、活塞头、密封圈组成,并在活塞杆上设置3层内作业平台。要求头部制作椭圆度控制在10mm内,周长误差控制在5mm内,密封下撑板应与杆垂直,垂直度偏差≤3mm,下撑板圆度偏差≤3mm,下撑板与底板平行度≤3mm,气顶底座安装时,垂直度控制在1/2000以内,中心偏差≤20mm。密封圈下撑板螺栓孔根据角型密封圈配钻,气顶管道进出口等气顶装置就位后割制。
2.筒体板预制
(1)材料检验
耐硫酸露点防腐蚀钢板(ns1钢)和不锈钢应符合有关的力学和化学成分要求。槽钢32a应符合gb700-79中的a3f甲类钢技术要求。以上材料必须要有与钢板表面标记的炉批号相符的原材报告,如有不符不得使用。
(2)排板放样
根据240m钢内筒施工图要求及板材的宽度、长度及止晃点的标高进行合理排板。
(3)下料坡口
用半自动火焰切割机下料,打坡口,一次成型,每一节筒体由两块板卷制而成,不锈钢分3块。筒体板下料尺寸允许偏差见表2。允许下料偏差表2检测部位允许偏差检测部位允许偏差检测部位允许偏差板宽±1mm宽度边直线度≤1mm两对角线长度差≤3mm板长±1.5mm长度边直线度≤2mm
(4)压头卷圆
利用四辊卷板机进行压头和卷圆,卷圆用1.5m的内卡样板检查曲率,其间隙应≤3mm,卷制后按位号依次放置,便于以后安装吊运。
四、现场施工
首先,由于要与土建衔接,而支承梁安装于混凝土筒首235.0m处,因此在混凝土筒身结顶时,要预埋4块用于安装支承梁支腿的预埋铁。螺旋轨道、焊接平台立柱需做基础。下面对施工顺序及方法进行介绍。施工前准备。根据基准坐标确定钢内筒底板及其螺栓位置,同时确定顶底座位置,钢内筒底板就位,底板螺栓进行一次灌浆。利用电动升模系统的吊笼和扒杆将支承梁部件提升至233.5m平台。拆除电动升模系统。在外筒的233.5m平台上搭设脚手架,利用5t倒链组装主梁及倒装支腿,并装上栏杆、滑轮组、临时避雷针、风速仪。然后穿好主跑绳,连接地面预先按设计位置对称布置的2台10t卷扬机,要求支撑梁轴线偏离烟囱轴线≤10mm,滑轮组中心偏离内筒中心≤20mm。利用支撑梁下来的2个20t滑子分别组对1#、2#钢内筒筒首约16m,由顶至下7.9m处设置封头。在50m平台的适当位置设置吊点,用19.5钢丝绳。穿滑轮,以便将来就位筒首。利用支撑梁的2个20t滑子和50m平台处滑轮组将1#、2#筒首段分7m、9m两段,分别吊于25m平台上。再利用此处滑轮组组装1#、2#气顶底座,找正、固定后安装地面组对平台及气顶管路、控制柜及供气设备。并分别将1#、2#筒首段套入1#、2#气顶底座。组装螺旋轨道,焊接平台。根据组装顺序,用运输小车按由上而下的编号分节运入内筒片板,通过螺旋轨道围靠在已组装筒段的下部外围,先点焊住一条纵缝,留下一条纵缝有一定的间距,用一只手拉葫芦挂住焊缝两边预先焊着的吊耳上。操作台由专人控制气阀及压力,从气源把压缩空气输入预设管道,再由1号筒的气顶底座底部输入压缩空气,使封头与气顶底座之间被筒段内壁所包围的压缩空气的压力逐步顶升。上升至此筒段顶升所预计好的压力时,点动1号10t卷扬机使其平稳间断上升,当此筒段超过后续筒节的高度时,关闭进气阀,随后把后续筒节最后一条未焊的纵缝用葫芦收紧,并点焊住,然后组对上筒段和后续筒节的环缝并间断焊接,然后打磨点焊,满焊纵缝。用上述相同的方法与顺序向2#内筒送气顶升,把后续筒节点焊或间断焊接。如此1#、2#交替地运入后续筒节,内围新筒节充
气顶升,与新筒节对节,并在焊接平台上进行环缝满焊,在内焊接平台上进行清根、补焊、打磨,如此2内筒不断升高,直至达到设计高度,顶升气压需预先计算编排。在内筒已顶升段超出平台时,装上施工用导轮一组,每个内筒4只。内筒顶升至最后一节时,拆除地面组对平台,最后一节预留一处让气顶管道通过。气顶结束后,拆除螺旋轨道,焊接平台。焊接烟道口加强板,割开烟道口。利用支撑梁和50m平台处滑轮组将封头和气顶底座分件从烟道口吊出。然后,拆除气顶管道,补完内筒最后一节预留孔;拆除支撑梁及吊索具;连接内筒与内筒底板;内筒底板螺栓2次灌浆;内筒检查,测试和验收。两个钢内筒全部顶升完毕,并通过检查验收合格后才进行安装止晃点及保温工作。每层止晃点的槽钢在钢内筒正式顶升前,分别运至该层平台上,保温采用吊蓝,用2台5t卷扬机起吊,分层保温。上料采用预留孔用2t卷扬机上料。钢内筒顶升及保温阶段,烟囱里边比较暗,每层需做临时照明。
五、钢内筒焊接施工工艺
1.ns1钢的焊接性
ns1钢是一种耐硫酸露点腐蚀钢,其抗腐蚀性能好。ns1钢中cu、cr含量不高,适量的cu对ns1钢韧性影响不大,又能提高ns1钢的耐蚀性,cr含量不高,形成c-cr化合物的可能性小,其余化学元素对焊接影响不大,ti和稀土金属sb还能改善钢板的可焊性。因此,ns1钢的焊接性与强度较低的低合金钢相似(σs=343~390mpa)。
2.焊接方法选择
由于ns1钢有良好的焊接性,所以可运用多种焊接方法,为了保证工程质量,提高焊接工艺,决定采用co2气体保护焊,co2气体保护焊是一种节能高效的焊接方法,焊后抗腐蚀性能强,焊缝h含量低。
3.工艺规范参数确定
由于ns1钢是一种新钢种,具体的、合理的规范参数有待工艺实验后确定。焊条、焊丝(co2保护焊用)由厂家配套供应,厂家必须对焊材的质量、性能负责。
4.焊接现场环境布置
由于co2气体保护焊受外界环境影响较大,电厂又处多风地区,为此需制作若干个co2气体保护焊防风小棚,筒体气顶时,应将烟道口及施工预留孔用钢板密封。焊环缝时,把环缝分成4段,4个焊工对称布置,焊接方向为逆时针,焊工应保持相同或相近的距离,避免人为因素造成的焊接变形,焊机的设置应就近分布,焊机与焊工距离不超过20m,避免导线过长引起焊接参数不稳。
5.接头形式设计
为便于筒体板下料坡口及组对焊接,接头选择图3形式。 接头适用于环缝接头适用于纵缝
6.焊后按有关的规范进行检查验收[1]~[4]。
六、施工现场布置
施工现场要求:道路平整畅通;用水及消防水源必须接通;用电:380v、800kva系数为0.6,建设单位如需停电或检修,要提前通知。施工用o2、c2h2、co2气体应提前就近联系,要保证气纯、量足,且能长期供应。
七、结束语
三河电厂烟囱高度较大,其钢内筒的安装采用了分段气顶的施工方法。该施工方法较新,国内使用不多,本次实际工程的应用是成功的,希望本文的内容能对相似的工程施工提供参考。
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