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氣壓頂升法在煙囪鋼內(nèi)筒施工中的應(yīng)用論文
摘 要：文章介紹了氣壓頂升法首次在山西省大型火電廠煙囪鋼內(nèi)筒施工中的應(yīng)用，闡述了氣壓頂升法施工的原理、工藝流程及頂升的施工技術(shù)。
關(guān)鍵詞：煙囪鋼內(nèi)筒；氣壓頂升倒裝法；內(nèi)密封環(huán)
武鄉(xiāng)電廠2×600 MW亞臨界機(jī)組配備一座套筒式煙囪，煙囪由內(nèi)筒和外筒兩部分組成。外筒為變坡度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高233 m，內(nèi)筒為內(nèi)徑9.5 m的單管鋼筒體，高240 m。鋼內(nèi)筒材料采用爆炸—軋制方法使金屬鈦（復(fù)材）與普通Q235—B鋼（基材）達(dá)到冶金結(jié)合的鈦/鋼復(fù)合板，復(fù)合板厚度從下至上分別采用了（20+1.2）mm、（18+1.2）mm、（16+1.2）mm、（12+1.2）mm 4種規(guī)格。將復(fù)合板卷制成弧板后，分不同定尺的4塊板組成一圈，每圈的高度均為2 m，擬采用氣頂?shù)寡b法在煙囪內(nèi)組焊成鋼內(nèi)筒，鈦/鋼復(fù)合板內(nèi)筒的總重量為1097t。在鋼內(nèi)筒與外筒壁之間設(shè)計(jì)有7層鋼制平臺(tái)，各層平臺(tái)之間有鋼扶梯上下。
1、氣頂?shù)寡b法施工原理及工程應(yīng)用
氣頂?shù)寡b法施工工藝原理如同“氣缸與活塞”的關(guān)系，先用常規(guī)吊裝工具在筒體基礎(chǔ)上將內(nèi)筒頂部組裝到一定高度（15 m～20 m）后，再將內(nèi)筒上口焊上專用的錐形上封蓋，構(gòu)成一個(gè)下端敞口的“氣缸體”，將其套在預(yù)先用鋼板加工好的直徑8 m、高8.75 m的圓柱體“內(nèi)底座”外周，內(nèi)底座擱置在內(nèi)筒基礎(chǔ)底板上，下口采用鋼板焊接密封，上口與鋼內(nèi)筒相接處設(shè)內(nèi)密封環(huán)，內(nèi)密封環(huán)猶如一個(gè)超大直徑的汽車輪胎，固定在內(nèi)底座外圈，密封環(huán)內(nèi)胎充氣后使得L形外胎與鋼內(nèi)筒內(nèi)壁貼緊。這樣，在內(nèi)密封環(huán)以上、鋼內(nèi)筒上封頭以下筒段所包圍的范圍內(nèi)構(gòu)成一個(gè)密閉腔。外部氣源通過(guò)管道由底部向密閉腔內(nèi)通入壓縮空氣，當(dāng)作用于上封頭的空氣壓力超過(guò)已組對(duì)的上筒段（包括錐形封頭重量在內(nèi)）的重量，并足以克服內(nèi)密封環(huán)對(duì)內(nèi)筒壁的摩擦力時(shí)，鋼內(nèi)筒便向上滑移，滑移上升使筒段底口高度超過(guò)后續(xù)節(jié)的鋼板高度（2 m）后，便將卷制的弧形復(fù)合板（4塊圍成一個(gè)整圈）在內(nèi)底座的周圍合攏，組焊成后續(xù)筒節(jié)，再適量放氣使上段筒體徐徐下降與后續(xù)筒節(jié)對(duì)接相焊，如此反復(fù)，使鋼內(nèi)筒接長(zhǎng)到頂。
2、工藝流程
煙囪外筒壁及內(nèi)部各層鋼平臺(tái)施工完畢→制作錐形上封蓋及內(nèi)底座→煙囪外筒頂部臨時(shí)承重鋼梁及導(dǎo)向滑輪系統(tǒng)安裝→卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)安裝→內(nèi)密封底座（帶可密封的人孔）安裝就位→組焊平臺(tái)及吊裝運(yùn)輸復(fù)合板的弧形軌道安裝→鋼內(nèi)筒首段（約15 m）安裝組焊→錐形上封蓋安裝→內(nèi)密封環(huán)及導(dǎo)向輪安裝→空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐及管路系統(tǒng)安裝→氣頂操作柜（帶氣壓表）安裝→調(diào)試→逐層氣壓頂升→逐層止晃點(diǎn)安裝→拆除鋼內(nèi)筒組裝底座→鋼內(nèi)筒就位固定→煙道口開(kāi)孔→分片拆除頂升裝置。
3、關(guān)鍵施工技術(shù)措施
3.1 內(nèi)密封底座設(shè)置
內(nèi)底座設(shè)置于筒體基礎(chǔ)上，底部圓形鋼板延伸出底座筒體300 mm左右，為防止氣壓頂升過(guò)程中氣壓對(duì)底板的作用而導(dǎo)致不均勻變形，底板基礎(chǔ)面應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)，并在基礎(chǔ)面上鋪墊25 mm左右中砂，以利底板對(duì)基礎(chǔ)面的傳力均勻。底座筒體內(nèi)部每隔1m高度設(shè)置幅狀型鋼拉條一層，以防筒體變形。
3.2 鈦/鋼復(fù)合板內(nèi)筒組裝底座平臺(tái)
復(fù)合板內(nèi)筒頂升期間應(yīng)擱置在0.6 m高的鋼制底座上，底座為環(huán)形結(jié)構(gòu)，中心直徑同鋼內(nèi)筒，做法為沿周長(zhǎng)固定間距750 mm的鋼短柱，上焊20 mm厚環(huán)形鋼板，以便在兩短柱之間人員出入設(shè)置進(jìn)出氣管道以及空氣流通，從而保證鋼內(nèi)筒與內(nèi)密封底座之間的環(huán)形操作空間內(nèi)的環(huán)境良好。為保證安裝質(zhì)量，底座水平環(huán)形鋼板面的平整度偏差不應(yīng)大于3 mm。鋼內(nèi)筒頂升完畢后，拆除該底座，并放氣使內(nèi)筒徐徐降下，按設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)預(yù)埋件緊固連接。
3.3 內(nèi)密封環(huán)
密封環(huán)材料與結(jié)構(gòu)必須符合耐磨性和密封可靠性的要求，由專業(yè)橡膠制品廠定做。耐磨性是保證整座鋼內(nèi)筒氣頂完成前不必進(jìn)行更換密封環(huán)。密封可靠性是在整個(gè)氣頂工序完成前在最高氣壓條件下無(wú)明顯漏氣，采取的措施：首先，在每節(jié)鋼內(nèi)筒組對(duì)焊接完成后，筒內(nèi)壁焊口做清根處理保證筒體內(nèi)表面的光滑度；其次，密封環(huán)在施工前做嚴(yán)密性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定出補(bǔ)氣量和內(nèi)胎的氣壓；再次，在鋼內(nèi)筒制作時(shí)，橢圓度允許偏差，用弦長(zhǎng)1。5 m的弧板檢查，不超過(guò)±2 mm。
3.4 氣頂壓力
施工前，根據(jù)每節(jié)頂升的上部?jī)?nèi)筒和錐形上封蓋重量之和，列表計(jì)算出每節(jié)頂升所需的充氣壓強(qiáng)，作為氣頂時(shí)氣壓表顯示的理論值。密封環(huán)對(duì)鋼內(nèi)筒壁的靜摩擦力則采用10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)導(dǎo)向滑輪牽引錐形上封蓋克服。摩擦力的大小與密封環(huán)材料、內(nèi)胎充氣壓強(qiáng)及內(nèi)筒內(nèi)表面平整度等因素有關(guān)，可在調(diào)試中確定，一般為8 t左右。內(nèi)胎的充氣壓強(qiáng)要大于氣頂容器內(nèi)的壓強(qiáng)，但不得超過(guò)其出廠預(yù)定的最大充氣量和壓強(qiáng)。如在氣頂過(guò)程中內(nèi)胎爆裂，由于氣頂裝置內(nèi)超過(guò)外界的空氣壓力，使得L形外胎與內(nèi)筒壁貼壓緊，鋼內(nèi)筒不至于大量漏氣下滑，故采用此法設(shè)置的氣頂裝置是安全的。
3.5 控制半徑的技術(shù)
在鋼內(nèi)筒組裝底座上精確放線定位后，焊上控制內(nèi)筒曲率半徑的小槽，用氣頂裝置的弧形軌道吊將卷制的弧形鈦/鋼復(fù)合板大體就位，焊接3片后逐步在半徑槽內(nèi)就位，最后一道垂直縫的焊接組對(duì)，采用兩只5 t的手拉葫蘆把相鄰的兩張板收緊。
3.6 控制鋼內(nèi)筒中心點(diǎn)及垂直度的技術(shù)
在煙囪頂部固定承重鋼梁時(shí)就把提升鋼內(nèi)筒的鋼絲繩定位為中心點(diǎn)，其次在煙囪每層平臺(tái)上設(shè)置4個(gè)止晃裝置，在內(nèi)密封底座上固定兩層導(dǎo)向輪，每層8個(gè)對(duì)稱設(shè)置，以保證鋼內(nèi)筒垂直上升。首段鋼內(nèi)筒安裝則采用相互垂直的4個(gè)方向攬風(fēng)鋼絲繩及手拉葫蘆調(diào)節(jié)垂直度。
4、檢驗(yàn)
嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量四級(jí)檢查驗(yàn)收制度，貫徹自檢與專檢相結(jié)合方式。加工構(gòu)件事先放樣，焊縫質(zhì)量符合焊接規(guī)范。卷好的復(fù)合板，在拉運(yùn)、吊裝時(shí)，應(yīng)采取措施，防止鋼板變形影響拼裝。氣壓頂升裝置屬于密閉容器，使用和加工中嚴(yán)格按照壓力密閉容器的有關(guān)規(guī)程進(jìn)行操作。
5、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)該工程的應(yīng)用，采用氣壓頂升法施工鋼內(nèi)筒可靠、安全、經(jīng)濟(jì)，比起以往采用的液壓提升法施工，不僅節(jié)省了液壓提升裝置的采購(gòu)費(fèi)用，在設(shè)計(jì)外筒壁時(shí)，因氣壓頂升的負(fù)荷不加載在外筒壁上，使得外筒壁厚度及含鋼量減小，降低了工程投資。
氣壓頂升并非是一項(xiàng)非常復(fù)雜的施工過(guò)程，掌握其工藝本質(zhì)、不忽視每個(gè)細(xì)節(jié)，作精心準(zhǔn)備和施工設(shè)施的完善是其關(guān)鍵。本例中采用了L形外胎內(nèi)密封環(huán)，大大提高了其安全性能，施工進(jìn)程得以保障，1 097 t結(jié)構(gòu)在4個(gè)月內(nèi)完成，竣工后榮獲了“山西省電力建設(shè)工程優(yōu)質(zhì)施工項(xiàng)目”獎(jiǎng)。通過(guò)成功的實(shí)踐，進(jìn)一步推動(dòng)了氣壓頂升在工程中的應(yīng)用。
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