气压顶升法在钢内筒中的应用

气压顶升法在钢内筒中的应用气压顶升法在钢内筒中的应用 作者 张汝 史光辉 摘要摘要 大唐西固电厂热电联产以大代小改扩建 2 300MW 级 工程机组烟囱钢内筒采用气压 顶升工艺施工 钢内筒为单筒结构 钢内筒高度 210 米 本文针对钢内筒气压顶升过程 中的施工工艺 工序 注意事项进行详细的说明讲解 关键词 钢内筒 气压顶升 施工工艺 工序 引言 大唐西固热电 2 330MW 改扩建工程烟囱钢内筒高 210m 内直径为 6 5m 有效直 径 6 4m 为套筒式钢内筒 钢内筒筒体材料采用 Q235B 钢板 厚度取四种 即厚度 18 16 14 和 12 钢板接长采用焊接接长 每段按 2m 安装 每段由三块板组成 焊 缝连接采用 CO2 气体保护焊打底和手工电弧焊盖面焊接方案 钢内筒共布置 7 层平台 分 别为 25 米 60 米 97 5 米 135 米 167 米 195 米和 205 米层布置 其中 195 米层为 检修平台 在 60 米 135 米和 195 米层平台安装止晃装置 钢内筒内壁喷砂防腐 采用 国产内衬玻璃砖 玻化转 外壁及导流板底部部分采用氯磺化聚乙烯底漆面漆 总厚为 150um 单筒重约 560 吨 施工采用气压顶升倒装法 使用 3 台 12m3空气压缩机和与之配 套的储气罐 控制系统顶升施工 1 1 目前国内钢内筒施工工艺概况 目前国内钢内筒施工工艺概况 目前国内外施工钢内筒一般有以下两种方法 液压顶升倒装法 气压顶升倒装法 液 压顶升法一次性投资大 但工期短 气压顶升法投资少 工期相对较长 目前国内两种方 法应用均较多 2 施工工艺 施工工艺 烟囱钢内筒气压顶升倒装法的施工工艺原理如同 气缸与活塞 的关系 主要是以 压缩空气为动力 利用密闭空间内作用在顶部密封头的气压产生的向上推力 推力 F P S 克服钢内筒筒体的重力 使其向上徐徐上升 施工前 先用常规的吊具组装好适当高度的钢内筒顶端段 约 9 米 在接近顶口处 装一个密封用的 帽子 构成一个敞口的 气缸体 将其套在由粗细圆柱体构成的 内 底座 外周 内胆的底部钢板固定在钢内筒基础上 内胆外圈与钢内筒密封头以下筒壁所 包围的范围内构成了一个密闭腔 用空压机通过管道由底部向密闭腔通入压缩空气 当作 用于帽子的空气压力超过已组对的上段筒体 包括密封头在内 的重量 并足以克服密 封圈对筒体内壁的摩擦力时 钢内筒便开始上升 待气压顶升使上筒段的下口超过后续节 的钢板高度以后 再将卷制好的弧形钢板 三块围成一个整圆 在内底座的周围合龙 对接三条竖向焊缝并焊接 将组装好的后续圆柱形筒体上口与顶升起的烟囱上筒段水平环 向下口对接相焊 使上筒段接长一节 再给筒体内补充压缩空气进行顶升 合围组焊后续 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 3 施工机械的选用及场地布置 施工机械的选用及场地布置 3 1 施工机械选用施工机械选用 序 号 设备名称型号数量用途备注 1 空气压缩机 12m3 3 台顶升钢内筒 其中一台备用 台数视内筒重量 高度确定 2 空气等离子切割机 80A 1 台切割不锈钢板 3 三筒卷板机1 台卷制钢内筒用 4 逆变焊机8 台焊接钢内筒用 5 气割工具 2 4 套打坡口用带半自动切割机 6 CO2 气体保护电焊机 XGB 500 4 台焊接钢内筒打底及填充 7 焊接陶瓷衬垫 AQ 1 米 2860视焊缝长短确定 8 单轨吊 3t 1 部水平运输吊装 9 双滚筒卷扬机或单滚 筒卷扬机 5t 1 台 垂直运输人 材 料专用 10 卷扬机 10t 1 台起重用 吊装层间梁及配 合顶升用 11 钢丝绳 19 51200m 钢内筒导向用 绳子长短视烟囱 高度决定 12 钢丝绳 19 51000m 5t 卷扬机用 绳子长短视烟囱 高度决定 13 汽车吊 16 50t 1 辆 制作场用 安装 气顶装置用 可以安装 10 吨卷 扬机及吊装烟道 14 吊笼 0 8 1m 1 只上人卷扬机用带断绳保护器 15 单轨吊钢梁 I25a30m 水平运输 3 2 场地布置场地布置 钢内筒卷制 打坡口及喷砂除锈防腐场地布置在 30 吨龙门吊下制作场 方便施工 空气 压缩机布置在烟囱北侧 紧靠烟囱处 操作系统布置在烟囱内部靠砼筒壁处 卷扬机布置 在电除尘室内 4 4 施工流程 施工流程 起吊设施制作安装 气顶装置制作安装 内外安装平台制作安装 操作系统安装及调试 钢内筒顶升 气顶装置拆除 4 1 起吊设施制作安装起吊设施制作安装 1 横担制作 安装 横担采用工字钢 36A 两根 组合成横梁 11 米长 长度根据烟囱的上部直径决定 16 吨滑轮 3 个 端部导向滑轮一个 横梁中心滑轮组两个 钢丝绳采用直径 19 5 根据绳子的 长短可以设为三股绳或四股绳 钢梁的承重能达到 60 吨以上 钢丝绳的允许拉力能达到 12 吨至 16 吨左右 支承梁作为安装平台用的承重梁 其强度和刚性必须在施工前进行校 核 支承梁的横梁结构可直接焊固在砼烟囱筒首的预埋件上 从而省略了原气顶工艺的高 空组对支承梁的工作 支承梁的另一作用就是作为钢内筒顶升过程中的牵引机构 这样即 可保证钢烟囱的中心度和垂直度 又能克服气顶的摩擦阻力 降低气顶的气压 加快施工 进度 降低施工难度 增加安全性 钢梁安装过程中注意烟囱中心线的找正工作 钢梁必 须在内筒的正上方 以及导向滑轮的方向找正 导向轮顺着卷扬机的方向 以避免绳子受 力不允 造成滑轮及钢丝绳磨损严重 2 零米单轨吊制作安装 a 单轨吊钢梁采用 I25a b 单轨吊高度计算 单轨吊高度计算 钢内筒一节钢板的高度 钢内筒支墩高度 单轨吊机械高度 动力轮至吊钩 的最小距离 300 500mm c 单轨吊轨道的圆弧度及长度 根据烟囱的直径及钢内筒的数量及直径决定 4 2 气顶装置制作安装气顶装置制作安装 4 2 1 内胆制作 安装内胆制作 安装 顶升内胆底座设在钢内筒内的底面 高约 9 米 其状象发动机的 活塞 它由底板 活塞 杆 活塞 头 密封圈组成 并在 活塞 杆上设置三层内作业平台 活塞 杆直径小于钢内筒约 1 5 米 平台的作用为在内部焊口清根 补焊及磨光焊瘤 内胆采用 直径 12 的钢板 材质为 Q235 制作时控制好圆弧率 加工精细 保证对口加工时内胆的圆 弧度 周长误差控制在 3mm 内 内胆分 7 小节制作 1 5 米 5 节 0 7 米一节 0 9 米一节 1 5 米 5 节在煙囪外组合成两节 0 7 米的变径节一节和 0 9 米的一节组合在一块 内胆的 下节在外面制作厂组合成型 做成 3 米和 4 5 米两节 内部加固好 由拖车运至烟囱口 由 汽车吊吊至门口 吊进门口一半再由烟囱顶部滑轮组吊进烟囱开始就位 内胆的中心就位尺 寸严格控制好 中心偏差控制在 5 毫米以内 因为各层钢梁边缘距离钢内筒加劲肋的最小距 离只有 50 毫米 內胆偏差大了影响以后的钢内筒顶升 即偏差大了以后钢内筒挂大梁 密 封圈下部托板制作椭圆度控制在 2mm 内 密封圈安装处的圆弧板应水平 即垂直于立板 其偏差不应大于 3mm 密封圈托板外边波纹度不大于 2mm 外波纹可以用磨光机打磨光滑以 控制圆弧度 4 2 2 密封圈导向轮制作 安装密封圈导向轮制作 安装 密封圈 内胎 导向轮安装 密封环材料与结构必须符合耐磨性和密封可靠性的要求 耐磨性是保证整座钢筒气顶完成前不必进行更换密封环 密封可靠性是在整个气顶工序完 成前在最高压强条件下无明显漏气 仍能在筒内壁可以进行正常的焊接 密封圈安装严格 控制尺寸直径为 6490 密封圈四周均匀探出托板 5 毫米 导向轮直径 400 机器加工成型 导向轮的安装必须注意上面的四个导向轮及下部的四个必须在一条垂直线上 以保证钢内 筒的垂直度 导向轮的尺寸以钢内筒的周长均分 导向轮的外尺寸为 6500 与密封圈的距 离均匀的保证在 5 毫米 密封圈安装完后里面与内胆立板间有 25 毫米的间隙 可用二次灌 浆料灌密实 保证在顶升过程中受外力挤压时密封圈尺寸不变动 减少内胆的漏气 密封 圈安装好后上面铺设橡胶皮 减少对内胆的磨损 内胆的上面也铺设一层橡胶皮 最后安 装压板 密封系统安装完 外导向轮制作安装 外部导向轮安装在各层钢梁上 四周卡住钢内筒起到找正垂直度的 作用 保证内筒垂直上升 钢内筒顶升到第一层上一米时安装导向轮 导向轮安装在第一层 的钢梁上 钢内筒达到第二层时安装第二层导向轮 随即割掉第一层的导向轮 如此循环 使用 钢内筒外 部的加劲肋安装时需要在导向轮的位置留出缺口 高度视层间梁的高度决 定 缺口宽度可控制在 2 米以内 待钢内筒帽子达到倒数第二层时 开始补齐缺口 导向 轮图纸在盘里 帽顶的组装 在加工厂把锥形帽子加工成型下部直径为 6400 毫米 上部帽顶直径为 600 毫米 筒帽与不锈钢板筒体一节加固在一块 不锈钢板上部加高 400 的普通板帽檐 筒帽 下 300 毫米安装一圈钢平托板 帽子焊接在此托板上 焊接保证密封性 制作好后由拖车 运至烟囱门口 由卷扬机组吊至内胆顶部 内胆上横上两根工字钢担在内胆上 当以上工序安装完后 即可安装平台的支墩 钢 内筒应当用 0 6m 高的方形钢支墩垫起 以便此段空间设置进出人孔和进出气管孔 支墩上 面铺设 10 毫米钢板 做成平台 钢内筒片的所有组装即再此平台上组合 装好后 围着内筒支架一圈做平台架子 由 20 的工字钢当站柱 100 的角铁联接 一共四 层 方便以后钢内筒各节的焊接及加劲圈的安装作业 在第一层平台的下部安装上圆弧形单轨吊 所有的钢板均由此电动葫芦吊进平台上 进行 组装 4 3操作系统制作安装操作系统制作安装 在施工现场无压缩空气管线的情况下 施工单位设置临时压缩空气站 由储气罐临时 储存气体 顶升时开动空压机 一般情况下采用空气压缩机 1 2MPa 12m3 min 或者 1 7MPa 17m3 min 空压机的数量取决于钢内筒的重量 对它们开动 停机及对送气的控制 操作 决定钢内筒的起升 降落 操作位置应当放在便于观察到筒体的顶升情况的位置 4 44 4筒体顶端 帽子 的组装筒体顶端 帽子 的组装 顶端段的组装是在现场先用单轨吊单片运进烟囱平台上 组焊成 1 节钢筒 由捣链提起 后 再组合下节 下节组合好后 与上节对口 焊接 直至高度组合至密封圈处 利用前 述支承梁及滑轮组 随后把已组焊好的筒帽吊起至密封圈处底座上面的位置 徐徐放下 避免碰伤密封环 直至顶端段下口接触密封圈下部的内筒 然后用捣链对口 焊接 操作 系统安 装好后 即达到顶升条件 4 54 5钢内筒制作钢内筒制作 4 5 14 5 1 下料及打坡口 对于普通 Q235B 钢板直接采用半自动火焰气割机进行下料 钢板四周 边沿用半自动火焰气割机按焊接要求开单边 10 焊缝坡口 不锈钢板采用 KLG 60 型空气 等离子切割机进行下料切割 钢板四周边沿用空气等离子切割机按焊接要求开单边 10 焊 缝坡口 并用角磨机打磨光滑 型钢加固圈及管材用火焰割炬手工切割下料 并将切割 断面用磨光机打磨光滑 4 5 24 5 2 卷制 钢板采用 CDW11 25 2000B 型三辊卷板机进行卷板 为消除钢板卷制后两端 头处的直线段 卷板前用自制的弧形胎具 2000 1000 30 将钢板两端头塞进卷板机 上下辊之间 进行压头处理 然后进行卷制 卷制时用 1 5m 长的弧形内卡样板随时检查 钢板卷制的曲率 其间隙应不大于 2mm 以防卷制曲率过大或过小 加固圈角钢 100 10 的卷制 采用 CDW11 25 2000B 型三辊卷板机进行卷制 卷 制前先将每两根角钢背靠背点焊成一组 再将拼对好的角钢竖肢朝上放进卷板机上下滚筒 之间进行卷制 卷制完毕将其取出后用火焰割炬将点焊的焊缝切开 并将切割处缺陷进行 补焊 打磨修复 加固圈角钢 160 14 和槽钢 20a 的卷制 采用压力机 千斤顶 YT 500T 并配套 的相应 自制 胎具进行顶弯卷制 4 5 34 5 3 喷砂除锈 所有钢板及加固圈 在加工场内喷石英砂除锈 喷砂机械选用 L 10 8 1 型空气压缩机 工作气压控制在 0 6 0 7MPa 石英砂粒径控制在 2 4mm 喷砂时 枪 口距构件表面保持一米左右的间距 并使枪口与构件表面成 450 角度进行射流喷砂 4 5 44 5 4 刷漆 在加工场内对卷制好的弧形钢板进行刷柒 刷漆时 预留钢板四周边沿 50mm 宽范围暂不刷漆 以便现场焊缝焊接 4 5 54 5 5 钢内筒段制作 在钢平台上组装好的钢内筒管段为防止搬运时产生变形 考虑制作与钢内筒同直径的吊装 工具进行吊装搬运 4 5 5 14 5 5 1 钢内筒片组装采用固定模具进行组装 施工时参照下图 施工时制作固定的组装工具进行组装 钢筒内支架用型钢加工 利用外侧加减丝进行钢内筒 管段组装就位 4 5 5 24 5 5 2 组装完毕后将加减丝放松 利用专用吊装工具将钢管段吊起 存放于场地 然后 进行下一管段组装 4 64 6钢内筒顶升钢内筒顶升 4 6 14 6 1 把后续节的弧形筒片运入 以三片为一节 将它们合围在初始顶端段的外圈 把相 邻筒片间的三条纵缝中的二条焊固 留下最后一条纵缝 因围在已组装筒节的外圈尚有相当 间距 在此间距的两侧适当位置上分别焊上两对钢板制的吊鼻 用两只 2t 的手拉葫芦把相 邻的二板收紧 4 6 24 6 2 开动空压机 使贮气罐内充气并达到该罐所许可达到的气压 4 6 34 6 3 检查筒体的周围 清除可能影响其顶升的障碍物 4 6 44 6 4 打开通向筒体的进气阀 在严密的监视与控制下 配合卷扬机提升装置 使顶端段徐 徐上升 顶升过程中内胎压力随着内筒的提升而加大 即内筒重量加大 密封圈压力随之 加大 压力变化见施工记录 4 6 54 6 5 当顶端段顶升到高度已超过合围在外圈的后续筒片上约 50 200mm 时 关上进气阀 稳定住顶端段的位置 4 6 64 6 6 把两只手拉葫芦同步收紧 使后续筒节的最后一长纵缝靠拢 并组对焊固 拆除手 拉葫芦 割去素具眼板 打磨光滑 4 6 74 6 7 徐徐打开排气阀 使顶端段缓缓下降 使它与后续节相靠拢 最后组焊二者的对接 环缝 也可以把组合的一节用捣链提升至上一节处 对口直至点焊完 期间压力的保证由专 人监护仪表 操作压力系统 对口完后再围外面下一节板 围好后达到顶升条件 4 6 84 6 8 根据设计要求对焊缝进行检验 4 6 94 6 9 重复 4 6 1 4 6 8 的过程 使第 2 个后续节接上 顶端段由上而下又接上一节 由 支架垫板 加减丝用于钢 管对口 加减丝支架 钢内筒组装 于它的逐步接长 顶端段应称为已组装的筒段 4 6 104 6 10 不断重复 4 6 1 4 6 8 的过程 已组装筒段不断接长 由于已组装筒段的接长而 使筒体自重增加 气顶所需气体压强也逐步提高 当一台空压机机无法满足此压强时 再 加空压机增压 顶升到位后通常最多只开动两台空压机保证使用压力 避免漏气造成钢内 筒下落 造成危险的情况发生 4 74 7 钢内筒焊接及安装施工工艺流程钢内筒焊接及安装施工工艺流程 4 7 14 7 1 施工前的准备 4 7 1 14 7 1 1 计划性材料和措施性材料提供到位 4 7 1 4 7 1 2 2 施工机械器具 组织进行检查和维修 施工量具校核符合使用要求 吊笼制作 完毕经安监部 机械部检查验收后方可使用 4 7 1 34 7 1 3 熟悉图纸和变更 把现场实际情况和图纸结合起来 找出异同 4 7 1 44 7 1 4 组织人员进行技术交底 使所有参加施工的人员都了解施工方法 4 7 24 7 2 钢板焊接前成品验收 4 7 2 14 7 2 1 原材料的进场后 核查物证是否相符 分类 平整堆放在钢材库房 标志入库 标志内容为 工程名称 材质 厚度 受检状态 入库时间 规格数量等 4 7 2 24 7 2 2 公司质检工程师接到钢材材质证明书等资料后 组织人员对进场材料按批次取样 进 行复检验收 合格后方可使用 4 7 2 34 7 2 3 不合格材料由器材部标识后单独堆放 4 7 2 44 7 2 4 下料后做好标识移植 实行追溯性材料管理 4 7 2 54 7 2 5 为了减少对接接头 保证结构质量 主材尽量采购定尺钢材 钢材的发放以任务 单为准 不得擅自串用 4 7 2 64 7 2 6 根据设计提供的焊材要求采购焊材 验收并入库 首次使用的焊材必须经过焊接 工艺试验合格后才允许批量使用 4 7 2 74 7 2 7 焊材的领用应填具焊材领用单 钢内筒筒体板的对接接头 坡口尺寸要求参照下 图实施 板 4 边均要求预留 60 度坡口 每边误差 2 4 7 2 84 7 2 8 板的运输过程中应采取有效措施注意板的保护 避免破损和污染 4 7 34 7 3 施工顺序 按此流程循环往复进行钢管段组装施工 5 5 施工注意事项施工注意事项 5 5 1 1 钢板焊接及组装 5 5 1 1 1 1 焊接接口处理 为防止金属层焊接时对接头强度提高 塑性降低 耐腐蚀性 下降的情况 要求在施工前将板进行下述边缘处理 5 5 1 1 2 2 构件下料 钢板下料时采用氧气 乙炔火焰切割 切割是保证外侧背向火焰 板与地面 必须有足够高度 切口的氧化层焊前必须清除 5 5 1 1 3 3 接头形式 按下图参考施工 确切坡口形式按工艺评定结果确定 5 5 1 1 4 4 焊前清理 为防止装配好的工件坡口遭受污染 保持坡口清洁 采用防水胶带粘贴的方法 进行封闭 施焊前 坡口区没有污物 如加工的坡口被污染 必须进行清洗或 用机械方法 刮刀 不锈钢丝刷 加以清理干净 其范围离焊边不小于 15mm 5 5 2 2 焊接方法及设备 组装 焊接 检测 焊接 防腐 接口处理 注意钢板变形 基层焊接采用气体保护焊焊 焊接坡口角度 60 焊口检测采用射线探伤检测 检测比例按国家规范执行 手工电弧焊封面 焊缝温度降至常温后 进行焊口防腐 内侧进行焊口处处理 焊接坡口形式 衬里焊接连接结构 钢板焊接时边缘找平 正确 背面 机加工 本工程基层采用气体 二氧化碳气 保护焊 面层采用手工电弧焊 板焊接材 料及焊接工艺参数按焊接工艺评定确定 5 5 3 3 焊接程序 5 3 15 3 1 先打底焊接 在质量经检验合格后进行面层焊接 5 3 25 3 2 焊前检查坡口尺寸及装配质量 5 5 4 4 焊接环境 施工时场地环境应清洁明亮 环境相对湿度应小于90 用干湿温度计 检测 5 5 5 5 焊接工艺评定 5 5 15 5 1 焊接方法的选择 钢板之间的焊接采用气体保护焊焊接 选择直径为 1 2mm 的焊缝为主焊丝 焊接工艺具体规范参数见下表 焊接工艺参数 接头 形式 焊丝直径 mm 电流 A 电压 V 气流量