240m砼烟囱设计和施工技术

240 米砼烟囱设计和施工技术

一 烟囱设计

江苏某电厂一期工程安装3台660 米W机组,其烟囱为总高度240 米的双套筒式结构,它由二个直径6.3 米、高245 米的圆柱形钢制排烟管和一个出口内径为15.8米、高240 米的钢筋砼外筒组成。砼外筒底部外半径为24.2 米,壁厚550毫米,顶部外半径为16.4 米,壁厚300 毫米,筒身坡度150 米以下为0.1%~3.53%, 150 米以上为0。双内筒钢材采用进口钢材,其材质符合美国AST米A36或日本JIS400规范要求,壁厚为十毫米及八 毫米 二种。筒顶部

6.3 米范围内用六 毫米厚不锈钢作内壁,以抗大气腐蚀,钢内筒外壁刷耐热耐酸油漆四度,并设85 毫米厚矿棉板保温层,以防止内壁结露腐蚀。

外筒与双钢内筒之间设置三个平台,标高分别为80, 160, 230 米。筒身顶240 米标高处设钢平台,然后浇筑255 毫米厚砼封顶。筒身内沿筒壁设螺旋爬梯一座和垂直电梯一台,以供检修用。此外,外筒与钢内筒之间每隔四十 米左石设置一道拉杆,以增加钢内筒稳定性。烟囱基础采用圆板式整体基础,下设 000毫米冲孔灌柱桩138条,烟囱基础直径46 米,厚度1.6~3.5 米,承台上设有二个直径为4.3 米的圆柱状钢筒基础。

二 烟囱基础大体积砼的施工

2.1 施工方案的确定

烟囱基础直径46 米,高1.6~3.5 米,砼总方量4 069 立方米,属典型的大体积砼,初步设想有三个施工方案:(1)一次施工,不留任何施工缝;(2)基础中间留横向施工缝一条,分为上下二块;(3)留互相垂直施工缝二条,将基础均分为四块,分二次对称浇筑,先浇①部分,然后至少停留8天后,再浇②部分。方案比较:

(1)若采用斜面分层法一次性整体浇筑,取圆板基础平均厚度2.8 米,砼坡度1∶

6.5,每层覆盖砼厚度40 厘米,初凝时间三 小时,则每小时需要砼量为100 立方米,而现场拌和站生产能力为65 立方米/小时,砼供应能力不足。

(2)若采用水平分缝,分上下二块的施工方案,存在以下难点:一是在浇筑上层砼时,上层钢筋易遭污染,难以清理;二是下层砼浇筑后,对上层砼产生较大的约束作用,经计算此约束应力约为5.2 MPa,大于砼的抗拉强度2.0 MPa,因而可能产生温度裂缝。

(3)采用分块跳仓施工,则可以克服以上缺点,经总承包商英国某某公司及业主同意,我们采取了第(3)方案。

2.2 保证砼质量的措施

垂直施工缝处的处理:为了保证施工缝处砼的质量,采用了台阶形施工缝。为防止大体积砼的温度裂缝,采取了以下措施:(1)为减少垫层对底板砼的约束,在垫层上设置二层油毡作为滑动层。(2)砼表面至少抹面三次,以防止砼早期沉缩裂缝。

(3)砼抹面完毕后,即采用一层薄膜加二层草袋的办法蓄温养护。此外,基础外模采用砖砌外模,并在砼浇筑前予以回填,以保证砼内外温差不大于24℃,降温速率小于1.6℃/天。(4)在基础内埋没钢管,监测砼的温度。实测平均气温21℃,中心最高温度71℃,表面温度46℃,满足温控要求。

采取以上措施取得了十分显著的效果,砼浇筑至今,未发现任何裂缝。

三 外筒无井架液压滑模施工

3.1 滑模平台设计

滑模平台由辐射梁、下弦拉杆、环梁、鼓圈等组成。烟囱底部外半径为12.1米,组装平台半径取14.1 米。经平台设计计算,取40对20号槽钢作为辐射梁,辐射梁与鼓圈采用螺栓连接;设40根毫米钢筋作为下弦拉杆,下弦拉杆用花篮螺栓联接在鼓圈的下钢圈上;鼓圈内径4.5 米,高度3.5 米,由上下钢圈通过腹杆组合而成;井架高九 米,平面尺寸2.9米×2.9 米,井架用四根 毫米钢丝绳与平台拉接。本结构千斤顶布置采用单双相间布置,共布置GYD-60 (额定承载力为3 t)千斤顶60台,相应配置40根 毫米×3.5 毫米钢管作为支承爬杆,刚度(EI)是 毫米圆钢的6.47倍,承载力为圆钢的4.0倍,而其重量却比圆钢略小,因而更经济。

烟囱的半径随高度的增加逐渐缩小,在150 米处,拆除部分千斤顶,由原来单双间隔布置改为全双布置,千斤顶减少为40台。滑模装置在地面按施工设计图制作完成后,为确保在高空滑升中的安全,必须对滑模平台进行试压。试压荷载取1.3倍施工荷载,试压时将平台分为二个受荷区,分三次进行加荷。试压结果显示:鼓圈下沉量61. 0 毫米,略大于设计要求L/400=60毫米,辐射梁挠度40.0 毫米,略小于设计要求L/250=40 毫米,均符合使用要求。

3.2 滑模偏差控制

筒身中心的测量用线锤测定,锤重16 kg,用22号钢丝绕在摇线滚筒上,摇线架固定于井架上,钢丝线从滚筒上经过井架中心放下,每提升一次,对中检查一次。此外,每日早晚进行一次平台扭转观察,在扭转增大时则增加观察次数。本工程采用钢管作为支承爬杆,大大增加了滑升平台的稳定性。施工中测量显示:筒身中心最大偏差28 毫米,平台最大扭转50 毫米,满足了设计要求。

四 平台及爬梯安装

滑模到顶后,利用滑模平台在砼外筒顶端立起支承架,然后利用支承架将滑模平台降至地面并拆除,紧接着在烟囱内地面组装好安装平台、爬梯、电梯、照明系统、航标灯及避雷系统。工作吊篮是一种网式反撑活动钢平台,其中间留有吊装孔,吊篮的升降由地面20 t卷扬机牵引,可以在外筒内垂直升降,由于外筒直径上小下大,所以吊篮还应在16 米~3 米之间作径向变幅。平台及爬梯安装按照由上至下,先平台后爬梯顺序进行。首先安装顶层平台,将工作吊篮升至平台底,利用支承架,通过吊篮中间的吊装孔,将大梁吊装就位。然后安装环形边梁、次梁,铺设压型板,完成平台安装。此后吊篮适当下降,采用相同的方法安装以下的平台及爬梯。当吊篮降至180 米高度以下时,外筒直径开始逐步增大时,此时吊篮的直径根据外筒直径变化也相应增大。

五 钢内筒的安装

待上述工作完成后,即可开始钢内筒的安装,本工程采用了气顶倒装法进行安装。

5.1 施工工艺

气顶倒装法工艺的原理如同“气缸与活塞”的关系。用常规的吊具组装好适当高度的钢内筒顶段(约10.9 米),在接近顶口处装上一个密封用的封头,这样构成一个敞口的“气缸体”,把它套在粗细圆柱构成的“内底座”外周。内底座的底部钢板固定在钢内筒基础上,这样在密封圈以上,封头以下,筒壁所包围的范围内构成了一个密闭腔。外部气源通过管道由底部向密闭腔通入压缩空气,当作用于封头空气压力超过已组对的上筒段(包括封头在内)的重量,并足以克服密封圈对简内壁的摩擦力时,钢内筒便开始上升。当气压顶升使上筒段的下口超过后续节的钢板宽

度以后,便把已卷制好的弧形钢板(三块围成一个整圆)在“内底座”的周围合拢、组焊成后续筒节,再以适当的排气使上筒徐徐下降,并与后续筒节对接相焊,上筒节便接长了一节。再气顶上升,合围组焊后一新筒节,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。

5.2 主要技术要求

5.2.1 气顶时压缩空气的压强与筒身增高的重量成正比,所以压强是逐步增加的,到顶时的气体压强为0.164米Pa。经计算,此时最薄筒段的材料许用应力超过实际应力一倍以上,因而不会发生泄漏或爆炸可能,筒体是安全的。

5.2.2 内底座安装时垂直度控制在1/2 000以内,钢内筒中心偏差应控制在≤小时/2 000且≤30 毫米。

5.2.3 美国AST米A36钢材与国产钢材Q235接近,故采用J422焊条。为确保焊缝质量,采用坡口焊接,每条焊缝分三层完成,六个焊工对称布置同步焊接,每焊完一层后,经检查确认无缺陷后,再焊下一层。

六 结束语

6.1 江苏某某电厂烟囱基础大体积砼的施工经验表明:只要周密部署、措施得力,垂直分缝并无问题,同时也能有效地防止大体积砼温度裂缝的出现。

6.2 滑模中采用 毫米×3.5 毫米钢管作为支承爬杆,增加了平台稳定性,加快了滑升速度,减少了平台扭转和漂移。同时从经济上而言, 比二十五 毫米钢筋略有节余。

6.3 内筒顶升采用了气顶倒装法,即用常规的吊具组装好适当高度的钢内筒项段,加密封头、内底座等构件,以压缩空气为动力,把组装过程中的钢内筒自身化为顶升工具,在逐步接高中逐步上升。该法具有安全可靠、速度快且经济的特点。

4.9 反渗透处理装置的厂房跨度为13 米,仪表控制盘布置在过滤器的后面,运行操作十分不便。为了给仪表控制盘让位,汽机车间不得不改动过滤器出口管道的位置。建议今后在设计反渗透处理装置厂房时,把跨度改为16 米,将仪表控制盘移至厂房中部(即通道两侧),这样既美观又操作方便。

4.10 在废水处理工程设备控制方面,设计极为简单,都是就地控制。但是反渗透装置的二台高压水泵和外排泵房六台水泵控制都在配电室控制启停,现场只有事故按钮,运行操作十分不便,后来就地又增加了启停按钮。建议今后提高控制等级,改为集中程控。

4.11 反渗透系统从生水泵房至机械搅拌澄清池及无阀滤池的管道布置方式,均为地表上铺设,影响交通,且极易损坏。建议改为高架式结构,既不影响交通又美观合理。

4.12 调试方面,设计单位应事先与调试单位沟通。调试时发现,变送器与表计连接漏设;生水流量偏低,没有考虑水压问题;同时取样管位置设计不太合理;管道内水压很低,而仪表管很细,小管内几乎没有水。今后在设计时应事先加以论证。 5 施工工艺

5.1 零排放系统中的室外管道需要与电厂补给水管道过渡(在电厂正常运行时连接);还要与A列外工业系统及炉后除灰系统过渡。因此需要将系统解列出来,创造出管道内没有水的施工条件,以便顺利实现过渡。由于系统内的阀门关闭不严,造成过渡管道内有积水现象,对该管道焊接不利。补给水管道为50 毫米预应力砼管,垂直交叉过渡零排放系统补水管,钢管要与砼管连接。施工中,在砼管外包10 毫米厚钢板,对接后焊接,两端放2毫米圆钢,形成22 毫米厚的间隙,二

次浇灌密实。待电厂系列解列出来以后,在10 毫米厚钢板上割圆孔,用电钻在砼管上打孔,凿除孔洞范围内的砼,然后用钢管与带孔钢板焊接。将过渡后的“丁”字区域用砼浇灌基础,完成过渡任务。笔者认为管道施工时,在每个分支上应尽量多设阀门,对以后的过渡和检修十分有利。

5.2 为了提高工艺水平及降低成本,尝试应用新材料、新工艺,经协商后决定采用国外广为流行的环氧石英砂厚层自流平地面新工艺。工艺要求:地面厚度

3.5 毫米,颜色浅灰;墙裙厚度0.55 毫米,颜色苹果绿;踢脚线厚度1.1 毫米,颜色艳绿。化学要求:25%硫(盐)酸,浸泡11天无变化;25%碱(NaO小时)液,浸泡11天无变化;光洁度91%;当承受367 N/米冲击时,无损坏;耐压强度

2 730 N/厘米2时,无损坏;耐磨性0.044 g/平方米。施工后经检查验收,各项指标均满足要求。这种地面施工操作简单方便,颜色一致,造价低廉,防腐、耐磨、耐冲击性能好,是目前国内防腐地面的新型材料,也是将来地面的发展趋势。

5.3 零排放安装工作量主要是汽机设备、管道和水泵等以形成水循环,另外还有电气、仪表和调试等方面的工作量。首先要解决交叉施工问题,在车间结构吊装的同时,进行过滤器的就位。土建砌筑同管道安装及埋设同时进行,这样有利于装饰工程的开展和汽机小管的施工。笔者认为,施工前的策划工作,尤其是土建与安装交叉施工前的策划极为重要。如:土建图与安装图纸应事先审查相符,设备地线安装,管道衬胶等工作应事先进行,以免造成二次返工,影响施工进度。零排放是河北某电厂废水治理后重新利用的一项重要工程,于1999年7月开工,2000年11月全部投入运行。由于是在全国火电建设中首次进行废水零排放的设计与施工,出现一些问题在所难免。河北某电厂废水零排放工程的运行,将给电厂带来巨大的社会效益和经济效益。