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液压提升工艺在钢内筒烟囱施工中的应用

日期：2015-9-2 14:44:21　来源：本站原创　浏览数：
　

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随着环保法规越来越严格，特别是对火力发电厂所排的烟气要求提高，最近几年火力发电厂为了环保达标，大部分采用湿法烟气脱硫的方式。这种方式对排烟筒的防腐要求较高，现阶段大部分烟囱内筒的设计采用了钢内筒，使得液压提升装置在烟囱钢内筒的施工中有了广泛的应用。
    钢内筒烟囱的施工在目前主要有充气顶升法、钢索提升法和液压提升法。通过比较，液压提升法的高空作业量小，安全系数高，且混凝土外筒不承受额外载荷，是钢内筒施工的首选方法。在近期完工的一个热电项目中，两座烟囱均为钢筋混凝土外筒内套钢内筒的结构形式，内筒为等直径自立式烟囱，钢内筒高度为150m，直径4. 1m，混凝土外筒高145m，底部直径13. 2m。我们在此钢内筒烟囱的施工采用了自制提升装置、设置垂直导向装置和设计专用围板装置等有针对性的工艺措施，不但保证了安全和质量，也大大的降低了工程成本。
    1 烟囱主体结构
    此项目的钢筋混凝土内套钢内筒烟囱，外筒为钢筋混凝土结构，底部直径13. 2m，顶部直径7. 3m，高145m；钢内筒直径4. 1m，高150m，由Q235B 和不锈钢材料组成，在底部有两个烟道连接口，钢内筒总重301t，通过底部裙座的地脚螺栓与基础固定。共计设置4 层检修平台，平台和爬梯均附着在混凝土外筒的内壁上，烟囱主体结构（见图1）。

    2 钢内筒施工工艺流程
    施工准备→基部支撑平台安装→提升装置安装→围板装置安装→筒壁提升带板组对→导向装置安装→工装拆除→底部加强柱安装。
    3 提升方案确定
    钢内筒烟囱提升方法目前使用的主要有充气顶升法、钢索提升法和液压提升法，这几种方法各有优缺点和使用范围。针对本工程特点，混凝土外筒设计未考虑钢内筒的施工载荷，可利用现有的钢内筒底部加强柱来制作提升支架。为减少高空作业，经综合考虑，采用液压提升倒装法施工工艺，能有效降低工装设备及措施用料的投入，保证安全和质量。
    4 施工工艺
    4. 1 基部支撑平台安装
    基部支撑平台主要是用来支撑钢内筒本体的施工载荷，当液压提升系统卸载时，钢内筒载荷全部由支撑平台来承担。
    支撑平台由裙座底板、地脚螺栓、钢管支撑柱组成，按照设计先将地脚螺栓和裙座底板安装就位，裙座底板进行找平后，对地脚螺栓孔和底板使用灌浆料灌浆，待强度达到75%以上时，对称紧固其中16 条地脚螺栓，将裙座底板与基础连成整体。在裙座底板上均布16 根无缝钢管Φ219*8（20# ）制作的支撑柱，柱高0. 5m，钢柱顶部用20mm 厚钢板封口，钢柱底部与裙座底板焊接固定，除预留出施工通道外，其他钢柱之间均采用槽钢[8 相互连接，增加稳定性。基部支撑平台布置(见图2)。

    4. 2 提升装置安装
    提升装置由支架底部支撑柱、提升支架及胀圈组成，是完成液压提升的关键设备。在钢烟囱内部均布6 个提升支架，利用提升支架上松卡式千斤顶SQD- 160- 100S. F 完成提升。
    4. 2. 1 支架底部支撑柱
    在钢内筒环墙基础到筏板基础有3. 2m 的高差，为使得提升支架受力点落在筏板基础上，必须增设支架底部支柱。为节约钢材消耗量，降低工程成本，底部支柱使用钢内筒烟囱内的加强柱来代替，钢内筒加强柱为500X500mm 的箱型柱，Q235 钢板厚度为δ=52mm。底部支撑柱安装就位后，在支撑柱顶部铺设20mm 厚钢板与支撑柱顶焊接成整体，作为操作平台。
    4. 2. 2 提升支架系统
    提升支架系统由6 根提升架连接组成，提升支架均布在钢内筒内壁，尽量靠近壁板，以减少支架的弯距。为降低钢材消耗量，结合钢内筒加强柱的做法，提升架是由钢板δ=52mm 和δ=30mm 拼装组成，中间留有滑道，滑道里装有托板式托架。提升架上端焊有安装松卡式液压千斤顶的支座，支座分两层，上层装千斤顶，下层装下夹头。提升架中一根直径为70mm 的提升杆，用于提升托架，从而带动钢内筒的提升。中央控制台置于钢内筒中心，由高压橡胶软管连接各油缸的上下油孔。
    提升时千斤顶拉动提升杆，提升杆拉动托架，托架托动胀圈，胀圈带动钢内筒。为保证提升支架在工作时的稳定性，提升支架顶部使用槽钢[18 成星型连接，提升支架构造(见图3)，提升支架布置(见图4)。

    4. 2. 3 提升胀圈
    提升胀圈采用槽钢[25a，滚压成型，弧度和钢内筒的内壁弧度相同，一根槽钢正面滚压，一根槽钢反面滚压，然后对扣，焊接成弧度与钢内筒内径弧度相同的箱型截面构件。为保证胀圈与筒壁接触紧密、增强筒节的刚度和提升的稳定性，在胀圈端部开口部位设置1 台100t 螺旋千斤顶，利用千斤顶的推力使得胀圈胀紧。
    4. 3 围板小车装置安装
    在混凝土外筒的内部安装钢内筒，施工面狭小，起重机械无法进入内部展开作业，需要设计一套能在狭小空间围板作业的装置，此装置由运输小车和围板机构组成。
    根据土建施工预留洞口尺寸5. 2×4. 85m，每带板宽度为2m，运输小车轨道选用18kg/ m 轻型钢轨，轨道间距1. 5m，由预留洞口向外延伸12m，运输小车利用2t 卷扬机滑轮组作牵引完成小车的进出。围板机构由弧形轨道、轨道支撑架、电动倒链组成，弧形轨道环绕钢内筒外沿，距离钢内筒外壁300mm，轨道选用工字钢I25，使用两台3t 电动倒链作为围板垂直起吊装置，轨道支架立柱选用Φ219*6 无缝钢管共计5 根环向均布，支柱顶部使用槽钢[16 卷弧后将柱顶连接成整体，柱顶与混凝土外筒埋件使用[16 与之连接，增加其稳定性，支柱底部满铺24mm 厚钢板以增强地基承载力。
    运输小车将卷制完毕的弧形板运输到洞口，利用电动倒链将弧形板垂直起吊到安装标高，再将弧形板沿围板机构弧形轨道移动到合适位置，完成围板作业。围板小车装置结构（见图5）。

    4. 4 提升组对工艺
    在钢内筒提升前要对松卡式液压千斤顶、围板机构电动倒链、运输小车的卷扬机滑轮组进行调试，保证工作正常。
    4. 4. 1 第一节筒节安装
    每节钢内筒由2 块钢板组成，筒节高度为2m，安装前在基部支撑平台顶上画出壁板定位线，并设置限位块，增强壁板就位后的稳定性，壁板就位后，将其中一道纵焊接完毕后，在另一道纵缝侧安装2 台2t 手动倒链将焊缝合拢，合拢过程中测量筒节周长和直径偏差，符合要求后再进行正式焊接。
    为保证筒节外形尺寸符合设计要求，在带板下料时将周长放大20mm，预留出焊接收缩和对口修边的余量，为减小纵缝焊接角变形，采用单面坡口，先焊接外焊缝，清根后焊接内焊缝，同时在纵缝处间隔500mm 设横向加劲板控制焊接变形。两道纵缝焊接完毕后，检查单节筒节圆度、直径等数据，合格后方可安装胀圈，准备提升作业。
    4. 4. 2 第二节及其它筒节安装
    第一节筒节安装完毕后暂不进行提升作业，待第二节筒节围板完成，并完成其中一道纵缝外焊道的焊接后，在第二节筒节收口之前，对第一节筒节进行提升作业，将第一节筒节提升到对口高度后停止，完成第二筒节的收口以及纵缝环缝焊接工作。焊接完毕后，拆除胀圈，同时下降液压千斤顶，将胀圈安装于第二筒节处，重复第一筒节工作程序，直至所有筒节安装就位。提升装置应由专人操作，提升过程中注意各千斤顶是否同步、运行平稳，提升200mm 时暂停，检查支撑架、胀圈等关键受力部位是否有异响变形等不正常状况发生，确保安全前提下方可继续作业。
    每圈壁板的收口应相互对称错开90°，提升前应将上节壁板上的焊疤打磨清理干净，钢内筒的环向焊缝由4 名焊工均匀对称分布，采用分段退焊法，沿同一方向同时施焊。
    4. 4. 3 钢内筒垂直度控制
    钢内筒的垂直度在施工过程中是控制的一个重点，为便于垂直度的测量，设置在标高30m、70m、110m、145m 处的钢平台和爬梯必须安装完毕，随着钢内筒高度的提升，在以上标高的各层平台处，在钢内筒外壁0°和90°方向划出定位点，采用紧线器张拉钢丝绳的方法分段测量直线度，每两端筒节直线度控制在3mm 以内，利用5kg 的线坠分段测量烟囱垂直度，整体垂直度不大于30mm。
    钢内筒每段筒节的环缝焊接前和焊接后均需要测量单筒节垂直度，单节筒节垂直度偏差控制在2mm 范围内。随着提升高度的增加，底部提升装置一个微小的动作，都会造成顶部较大的摆动，给垂直度控制带来困难，此时需要在各层平台的环梁上设置4 个导向轮，导向轮与钢内筒外壁接触，在提升中沿着外壁滑动，有效防止顶部晃动过大发生筒身倾斜事故发生，增加安全系数。
    4. 5 工装拆除
    在钢内筒筒身提升完毕后，其内部需要拆除的工件较多，内部操作空间有限，拆除时需要合理安排拆除程序，来保证拆除工作正常进行。
    在钢内筒最后一段筒节安装完毕后，复测整体垂直度及几何尺寸，满足设计及规范要求后，将钢内筒烟囱整体再次提升200mm，首先拆除基部支撑平台的钢管柱和连接支撑，并将裙座底板上焊缝部位打磨平整，然后将提升支架千斤顶缓慢下落，直到钢内筒与裙座底板完全接触且提升支架及千斤顶完全卸载时为止，再次复测垂直度，符合要求后，将裙座底板和钢内筒之间的角接焊缝焊接完毕并完成裙座的安装和所有地脚螺栓的紧固，最后在底圈筒节带板朝出口方向划出1. 7m×2m 的方形框，使用工字钢25a 对边框进行加强，加强型钢焊接完毕后进行开孔，作为运输通道。待内部构件拆除完毕后，安装钢内筒底部加强柱，最后完成运输通道的封闭。
    采用本工艺进行施工，通过实践验证，无论从质量、安全和成本多方面都取得了预期效果，特别采用了钢内筒底部加强柱改装成提升支架，节约钢材使用量16. 6t，设计专用运输小车和围板机构提高了在狭小空间的作业效率，合理利用外筒混凝土壁的检修平台设置导向轮，保证了提升的安全性和垂直度测量的准确性，在诸多方面有所创新，优化施工工艺，取得了良好的效果。