大型空冷凝汽器自組式高空懸掛平臺(tái)的研究及應(yīng)用

徐吉軍 李天鵬 馬小斌 陳耀武

【摘要】隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，在火力發(fā)電廠中現(xiàn)代空冷系統(tǒng)（即風(fēng)冷系統(tǒng)）和傳統(tǒng)的水冷塔相比，因其節(jié)水性能的優(yōu)勢(shì)，正得到逐步應(yīng)用?？绽湓硎瞧啓C(jī)做功后的乏汽經(jīng)低壓缸下部的排汽裝置進(jìn)入主排汽管道輸送至空冷凝汽器（以下簡(jiǎn)稱空冷島）蒸汽分配管，由空冷風(fēng)機(jī)將散熱管束內(nèi)的熱量帶走，乏汽冷凝為凝結(jié)水，后進(jìn)入排氣裝置，通過(guò)凝結(jié)水泵送入熱力系統(tǒng)。其中空冷島的風(fēng)筒及風(fēng)機(jī)網(wǎng)罩的安裝以高空安裝為主，其常規(guī)安裝方法為：1）搭設(shè)腳手架后安裝；2）地面整體拼裝完成后安裝。鑒于這兩種方法存在著耗費(fèi)大量人力和物力、施工過(guò)中不安全因素多及施工工期長(zhǎng)等缺陷，我公司對(duì)“大型空冷凝汽器自組式高空懸掛平臺(tái)”進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】空冷電站；平臺(tái)結(jié)構(gòu)；材料；升降方式；懸掛方式

1、研究背景

1.1空冷電站概述

由于空冷電站的耗水量?jī)H為水冷電站的三分之一，適合我國(guó)缺少水而煤炭資源豐富的三北及國(guó)外干旱缺水地區(qū)，特別中亞地區(qū)火力及燃?xì)怆娬?。?guó)務(wù)院《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十一五”規(guī)劃任務(wù)分工》將大型空冷電站列為能源工業(yè)重點(diǎn)工程；國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于燃煤電站項(xiàng)目規(guī)劃和建設(shè)的有關(guān)要求的通知》明確要求，在煤炭資源豐富的地區(qū)，規(guī)劃建設(shè)煤礦坑口或礦區(qū)電站項(xiàng)目；在北方缺水地區(qū)，新建、擴(kuò)建電廠禁止取用地下水，嚴(yán)格控制使用地表水，原則上應(yīng)建設(shè)大型空冷機(jī)組。在政府的強(qiáng)力節(jié)水政策下，空冷幾乎成了中國(guó)北方火力電站冷卻方式的唯一選擇。即便在水資源相對(duì)豐富的我國(guó)南部地區(qū)，隨著生活和工業(yè)用水費(fèi)用的不斷提高，目前空冷電站經(jīng)濟(jì)性略遜于水冷電站的局面也會(huì)發(fā)生重大改變?？绽潆娬驹谀戏降貐^(qū)的推廣同樣也是可以期待?！笆濉睍r(shí)期，我國(guó)發(fā)展仍處于可以大有作為的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。為確保實(shí)現(xiàn)“十二五”規(guī)劃《綱要》提出的節(jié)能減排約束性指標(biāo)，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》，以便空冷凝汽器的推廣。

1.2空冷島概述

空冷電站相比于水冷電站，主要區(qū)別在于空冷電站通過(guò)空冷凝汽器（以下簡(jiǎn)稱空冷島）對(duì)蒸汽進(jìn)行凝結(jié)回收。其工作原理是：汽輪機(jī)做功后的乏汽經(jīng)低壓缸下部的排汽裝置進(jìn)入主排汽管道輸送至空冷凝汽器（以下簡(jiǎn)稱空冷島）蒸汽分配管，由空冷風(fēng)機(jī)將散熱管束內(nèi)的熱量帶走，乏汽冷凝為凝結(jié)水，后進(jìn)入排氣裝置，通過(guò)凝結(jié)水泵送入熱力系統(tǒng)。

現(xiàn)我公司正在施工的CNPC45號(hào)自備電站擴(kuò)建工程中所安裝的空冷島設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)高：19.1m。從縮短工期、節(jié)約成本、提高安全角度出發(fā)，我公司項(xiàng)目小組成員經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察研究，自行制作“大型空冷凝汽器自組式高空懸掛平臺(tái)”。在保證安全的前提下，順利完成空冷島風(fēng)筒及風(fēng)室底板安裝任務(wù)，目前國(guó)內(nèi)外均無(wú)此做法。此工法還能還能推廣應(yīng)用于其他類型高空作業(yè)，提升高空作業(yè)的安全性及施工功效。

2.平臺(tái)結(jié)構(gòu)

2.1 根據(jù)目前所施工項(xiàng)目，確定作業(yè)區(qū)域。

我方在開始對(duì)空冷凝汽器開始施工時(shí)，兩臺(tái)空冷凝汽器均安置在標(biāo)高+18.480m的混凝土立柱上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量及風(fēng)筒及風(fēng)室底板螺栓安裝位置，確定作業(yè)區(qū)域。

2.1.1 制定平臺(tái)結(jié)構(gòu)及拼裝形式。

從圖紙可知作業(yè)區(qū)域每個(gè)單元長(zhǎng)12.4m；寬11.61m，風(fēng)筒最下方直徑：10.844m，高：1.875m，根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及便利作業(yè)人員施工的原則（組裝風(fēng)筒及風(fēng)室底板共需6個(gè)作業(yè)人員），我方確定作業(yè)平臺(tái)尺寸：兩個(gè)11400×3055的長(zhǎng)框架和兩個(gè)4950×2874的短框架組成長(zhǎng)寬為11400×11060的矩形平臺(tái)，中間部分采用圓管做梁，敷設(shè)木板。

但由于24套風(fēng)筒作業(yè)區(qū)域不同，為便于移動(dòng)，平臺(tái)初步設(shè)置為拼裝模式，但是經(jīng)四川省電力設(shè)計(jì)院工程師建模計(jì)算，此平臺(tái)首先桿件長(zhǎng)度和截面面積的比值就不滿足要求。后期經(jīng)我方與設(shè)計(jì)院計(jì)算人員共同修改后，平臺(tái)改為剛性連接（即焊接），確保平臺(tái)能滿足載荷要求。

根據(jù)我方200t吊車距最遠(yuǎn)一臺(tái)風(fēng)筒距離為20m，最大起重量為：10t，來(lái)確定平臺(tái)的整體重量最大不能超過(guò)9噸（作業(yè)人員6人重量及懸掛卡扣重量另算），為此，為減輕作業(yè)平臺(tái)重量，我方將作業(yè)區(qū)域以外的部分采用圓管做梁，木板敷設(shè)。矩形平臺(tái)一組對(duì)邊為長(zhǎng)框架，另一組對(duì)邊為短框架，長(zhǎng)框架與短框架采用焊接連接，框架表面用2cm厚鏡面模板敷設(shè)，并用Ф6.9*32mm自攻螺絲錨固于平臺(tái)上；中間預(yù)留的5700×4950的進(jìn)行區(qū)域即為作業(yè)區(qū)域以為的部分，待平臺(tái)懸掛于作業(yè)區(qū)域后，布置D32×2.5圓管作為梁，并用鐵絲將圓管與框架捆扎后用木板敷設(shè)。

3.載荷及承重研究

平臺(tái)尺寸為11060mm×11400mm×1200mm，平臺(tái)拼裝后總重量為8.5t，安裝高度17.5m。

平臺(tái)總重G1=8.5t；

平臺(tái)每次6人同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，每人重100kg，即 G2=600kg；

平臺(tái)安裝所使用索具G3=200kg；

不平衡系數(shù)K1=1.3；

吊裝載荷G′=（G1+G3）=87KN

計(jì)算載荷G=（G1+G2+G3）×k1=120.9KN

安裝作業(yè)過(guò)程中，平臺(tái)活動(dòng)載荷P=400Kg/㎡

此平臺(tái)通過(guò)四川省電力設(shè)計(jì)院工程師建模計(jì)算，滿足400kg/㎡活荷載作業(yè)要求。

4.升降方式研究

4.1吊裝概述

一.升降特點(diǎn)

自組式高空懸掛平臺(tái)吊裝存在以下特點(diǎn)：

1）45號(hào)自備電站擴(kuò)建工程空冷島，為室外部分中最后進(jìn)行的施工的工作。故周圍構(gòu)建筑物等障礙較多，給施工來(lái)一定局限性。

2）平臺(tái)起升工作中，需要多方合作進(jìn)行，工作期間需要大量人員配合。

3）平臺(tái)吊裝時(shí)需要多方協(xié)調(diào)合作進(jìn)行工作量較大，施工中需要統(tǒng)籌考慮，盡量減少吊車移動(dòng)次數(shù)。

4）吊裝、移位和平臺(tái)擺放占用場(chǎng)地較大。

二.四套吊裝方案

方案一：200t履帶吊單車對(duì)平臺(tái)整體吊裝

計(jì)算載荷G=（G1+G3）×k2=95.7KN；（動(dòng)載系數(shù)K2=1.1）

平臺(tái)4吊點(diǎn)均勻分布，吊點(diǎn)受力P1×a = P2×b；

吊車參數(shù)：L=70.5+19（副臂10°偏角）；R=38m ；Q=157KN；

吊車負(fù)載率= G / Q =95.7/157= 61%<80%，滿足吊裝要求。

各系統(tǒng)檢查正常后進(jìn)行試吊，試吊中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。確認(rèn)試吊無(wú)誤后，進(jìn)行正式吊裝，待平臺(tái)起升到安裝高度后，停止起升并派專人進(jìn)行檢查，確認(rèn)安全后，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行固定連接。

方案二： 70t汽車吊單車對(duì)平臺(tái)整體吊裝

計(jì)算載荷G=（G1+G3）×k2=95.7KN；（動(dòng)載系數(shù)K2=1.1）

平臺(tái)4吊點(diǎn)均勻分布，吊點(diǎn)受力P1×a = P2×b

吊車參數(shù)：L=32.15；R=12m ；Q=120KN

吊車負(fù)載率= G / Q =95.7/120= 79.8%<80 %，滿足吊裝要求。

各系統(tǒng)檢查正常后進(jìn)行試吊，試吊中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。確認(rèn)試吊無(wú)誤后，進(jìn)行正式吊裝，待平臺(tái)起升到安裝高度后，停止起升派專人進(jìn)行檢查，確認(rèn)安全后，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行固定連接。

方案三：兩臺(tái)25t汽車吊雙車整體抬吊

計(jì)算載荷G=（G1+G3）×k2×k2=105.27 KN； （動(dòng)載系數(shù)K2=1.1）

平臺(tái)4吊點(diǎn)均勻分布，吊點(diǎn)受力P1×a = P2×b；

吊車參數(shù)：L=24m；R=8m ；Q=85KN；

吊車負(fù)載率= G / （Q 1+ Q 2）×0.75= 82.5 %，滿足吊裝要求。

各系統(tǒng)檢查正常后進(jìn)行試吊，試吊中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。確認(rèn)試吊無(wú)誤后，進(jìn)行正式吊裝，起升過(guò)程中指揮人員要保證兩臺(tái)起重機(jī)的起升速度一致，待平臺(tái)起升到安裝高度后，停止起升派專人進(jìn)行檢查，確認(rèn)安全后，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行固定連接。

方案四：采用起重葫蘆，同時(shí)拉升進(jìn)行起升

計(jì)算載荷G=（G1+G3）×k2^4=127.3KN；

平臺(tái)總重G1=8.5t

平臺(tái)每次4人同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，每人重100kg ，G2=400kg；

不平衡系數(shù)K1=1.3，動(dòng)載系數(shù)K2=1.1；

平臺(tái)4吊點(diǎn)均勻分布，吊點(diǎn)受力P1×a = P2×b

故確定起吊方式為：

1）在平臺(tái)懸掛吊耳四個(gè)對(duì)角方向各增加一組吊耳。

2）在混凝土基礎(chǔ)上四個(gè)對(duì)角方向各增加一組平臺(tái)卡扣。

3）在4個(gè)單元四個(gè)角的方向各采用兩組10t倒鏈，每組采用三個(gè)倒鏈?zhǔn)孜蚕噙B進(jìn)行懸掛，在平臺(tái)4條邊的方向各采用一組5t倒鏈，每組同樣采用三個(gè)倒鏈?zhǔn)孜蚕噙B進(jìn)行懸掛。

各系統(tǒng)檢查正常后進(jìn)行起吊。起吊中四人同時(shí)操作，每人控制一個(gè)角方向的兩組倒鏈。兩組倒鏈交替起升，起升要平穩(wěn)，高度要統(tǒng)一，速度要一致。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。待平臺(tái)起升到安裝高度后，用12臺(tái)倒鏈將平臺(tái)調(diào)整平穩(wěn)后，用鋼絲繩進(jìn)行固定連接。

鑒于人工起升過(guò)程中存在著太多的不確定性和不安全性因素，在有機(jī)械設(shè)備的情況下，不建議使用此方案。

在施工現(xiàn)場(chǎng)，施工方可根據(jù)平臺(tái)參數(shù)及本單位現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，采用以上四套吊裝方案中的第一種，將平臺(tái)安裝在使用的高度。

5.懸掛方式研究

此平臺(tái)完全依靠空冷凝汽器標(biāo)高+17.75m框架梁（1000×300）進(jìn)行懸掛。研究小組自行設(shè)計(jì)平臺(tái)與混凝土梁連接卡扣，根據(jù)平臺(tái)重量8.5噸及框架結(jié)構(gòu)形式，研究小組最終確定卡扣形式。

平臺(tái)尺寸為11060mm×11400mm×1200mm，平臺(tái)完成后總重量為8.5t，使用起重設(shè)備起升到工作要求高度后，使用平臺(tái)卡扣8個(gè)和8臺(tái)10t倒鏈固定在合適高度位置，使用倒鏈進(jìn)行固定可便于對(duì)平臺(tái)進(jìn)行小幅度調(diào)整。

6.安全性研究

6.1 高空作業(yè)防護(hù)措施

1）在鏡面模板上鋪設(shè)毛氈，并對(duì)毛氈進(jìn)行固定，以增大平臺(tái)表面的摩擦力，防止作業(yè)人員摔倒；

2）按照J(rèn)GJ80-91規(guī)定要就設(shè)置平臺(tái)欄桿，欄桿高度1m，2道橫桿，擋腳板高度200mm，立柱間距小于2m；

3）我方在平臺(tái)下部6m層，利用空冷凝汽器框架梁，搭設(shè)防護(hù)網(wǎng)；

4）在19.1m層平臺(tái)上及混凝土立柱四周設(shè)置生命線，作業(yè)人員進(jìn)入平臺(tái)施工時(shí)始終保持安全帶有系掛點(diǎn)；

6.2 防倒鏈?zhǔn)О踩b置

平臺(tái)采用8臺(tái)10t倒鏈懸掛于框架梁上，以便于對(duì)平臺(tái)進(jìn)行微調(diào)。為防止倒鏈發(fā)生損壞或者其他意外導(dǎo)致?lián)p害，我方設(shè)置防平臺(tái)墜落雙保險(xiǎn)，即：除倒鏈懸掛外，增加鋼絲繩懸掛。

懸掛的鋼絲繩選擇 ?22-1670-6×37+1。平臺(tái)固定采用8根?22-1670-6×37+1鋼絲繩時(shí)安全系數(shù)K=（267×8）/ 120.9 = 17.67>14（載人升降機(jī)安全系數(shù)），滿足安全要求。