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】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、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3.1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12m33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80A1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#24套打坡口用带半自动切割机6CO2气体保护电焊机XGB-5004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3t1部水平运输吊装9双滚筒卷扬机或单滚筒卷扬机5t1台垂直运输人、材料专用10卷扬机10t1台起重用吊装层间梁及配合顶升用11钢丝绳Ф19.51200m钢内筒导向用绳子长短视烟囱高度决定12钢丝绳Ф19.51000m5t卷扬机用绳子长短视烟囱高度决定13汽车吊16-50t1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0.8×1m1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、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1）横担制作、安装横担采用工字钢Ⅰ36A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I25ab.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）+300~500mmc.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4.2.1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，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。4.4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4.5钢内筒制作4.5.1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。4.5.2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。4.5.3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。4.5.4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。4.5.5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。4.5.5.1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。4.5.5.2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。4.6钢内筒顶升4.6.1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