1、钢管烟囱气压顶升倒装施工工艺【摘要】*厂240m高、直径为6.9m的双管烟囱钢内筒为底部自承重式钢内筒。施工中采用气压顶升倒装施工工艺，即先组装适当高度的钢内筒顶段，并加上密封头、内底座、橡胶密封胎等构件，施工中给筒体内充入压缩空气，以压缩空气为动力，将组装过程中的钢内筒自身化为顶升工具，在筒体上升过程中逐步接高筒体并补充压缩空气使筒体逐步上升，取得了安全又经济的效果。 【关键词】 烟囱 钢内筒 气压顶升 倒装施工工艺*厂一期工程为2台600MW机组。烟囱为240/2 6.9m套筒式双管烟囱。烟囱外筒为钢筋砼结构，其底部内径为24.30米，顶部出口内径为17.4米，高233米；烟囱内筒为两个内2、壁直径为6.9米，高240米的圆柱形钢制排烟管。烟囱基础采用圆板式整体砼基础承台，以支承全部钢内筒重量。一、烟囱钢内筒概况钢内筒为全钢结构，筒体高度在0229.4米之间的筒壁板材为厚度=12mm和=15mm的耐硫酸露点腐蚀钢板（上钢TNSI钢板）；钢内筒顶部为高H=10.6米，厚度为=12mm的不锈钢钢板（0Cr18Ni9），以抗大气腐蚀。钢内筒采用喷砂除锈。外壁刷氯磺化聚乙烯底柒及面柒，包裹100mm厚的玻璃棉毡保温层，以防止外壁结露腐蚀；内壁刷“MC”或“OM”型烟囱防腐涂料，并做50mm厚的钾水玻璃耐酸砂浆（耐水耐渗）防护层。钢内筒外壁每间隔5米左右设有型钢卷制的加固圈；每一个钢内筒设有3、三层拉紧装置，分别布置在标高为61.9米、141.9米、226.9米处；单个钢内筒重量为600吨（注：筒身重528.8吨，筒身外壁加固圈重27.6吨，其它43.3吨）。烟囱砼筒壁与钢内筒之间共设有七层平台。在标高25.0m、60.0m、100.0m、140.0m、180.0m共有5层钢梁-格栅板检修平台；在225.0m处设一层钢梁钢筋砼板组合平台，用于钢内管的吊装检修；在外筒顶部232.5m处设有封顶砼平台。烟囱钢内筒伸出顶部砼平台7.5m，顶标高为240米。烟囱砼外筒壁与烟道接口的留洞尺寸米7m13.3m（宽高），烟道口顶标高21.65m；与之对应钢内筒排烟管的烟道口尺寸为5m12m（宽高）4、；烟囱砼外筒壁底部前后各设有一个5m5m门洞，以供施工使用。二、气压顶升倒装施工工艺原理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FPS），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封头，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。内底座的底部钢板固定在钢内筒基础上，内底座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，当作用于封头5、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。三、施工机械的选用及场地布置3.1施工所需的机械及工器具序号名称规格型号单位数量备注1三辊卷板机CDW11-252000B台1用于卷制筒体钢板及106、010的角钢加固圈2压力机（千斤顶）YT-500T台1用于14#工字钢及16014的角钢加固圈的顶弯3空气压缩机L-10/8-I（10m3/min）台1配1m3贮气罐一个，用于钢板喷砂除锈及喷柒。4空气压缩机L-10/8-I（10m3/min）台1配10m3贮气罐一个，用于现场烟囱钢内筒顶升供气。5空气压缩机S150-2S/7（1.4m3/min）台1现场钢内筒顶升备用空压机。6拖拉机东风-250台1用于构件运输7龙门式起重机MQ642台18空气等离子切割机KLG-60台1用于不锈钢板的下料及开焊缝坡口9卷扬机10T台1用于钢内筒顶升。10电动葫芦CD12-9D台1用于钢内筒顶升。11半自动火7、焰切割机CG1-100台2用于钢板的下料及开焊缝坡口12交流弧焊机BX1-300-A台8用于现场筒体焊接13倒链（手拉葫芦）10T个214倒链（手拉葫芦）5T个415倒链（手拉葫芦）2T个416螺旋式千斤顶10T个417角磨机把10用于焊缝、焊疤的打磨18炭弧气刨台1用于焊缝清根处理19轴流风机FT35-11台1用于现场焊接排烟通风20钢带打包机普通式1216把3用于保温层施工四、钢内筒预制4.1 钢内筒制作的施工工序流程：下料-打坡口-压头、卷制-喷砂除锈-筒壁刷柒4.2 钢内筒制作的主要施工方法： 下料及打坡口：对于耐硫酸露点腐蚀钢板（上钢-TNSI钢板）采用半自动火焰气割机进行下料；钢板8、四周边沿用半自动火焰气割机按焊接要求开单边300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300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。 卷制：钢板采用CDW11-252000B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（-2000100030）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10010的卷9、制，采用CDW11-252000B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16014和工字钢I14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。 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0.60.7MPa，石英砂粒径控制在24mm。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。 刷柒：在加10、工场内对卷制好的弧形钢板进行刷柒。刷柒时，预留钢板四周边沿50mm宽范围暂不刷柒，以便现场焊缝焊接。五、气压顶升装置的组装5.1 顶部提升支承梁的作用及安装方法：支承梁设置在烟囱#1、#2钢内筒的中心轴线上，跨度为19米，由2根I45a的工字钢作为支承横梁；在其两端及中部共设有3处“人”字形立柱。支承梁比第七层砼平台高出约8米；支承梁上设置两个定滑轮。地面布置一台10吨卷扬机，钢丝绳直径为32.5mm，钢丝绳端头经过两个定滑轮及一个动滑轮后固定在支承横梁上。支承横梁的主要作用是：在前期组装阶段用于附助吊运内底座、密封头；在钢内筒顶升阶段用于牵引钢内筒上升；向第七层平台，吊运钢内筒顶部不锈钢段筒11、体的钢板及加固圈材料等；后期拆除阶段作为拆除密封头、内底座及安装导流板的起吊设备；用于钢内筒内壁钾水玻璃耐酸砂浆层施工时的起重设备。支承梁的安装方法及步骤是：先用卷扬机将支承梁的立柱（钢管2198）及横梁（工字钢I45a）分段吊运至烟囱顶部第七层砼平台上并组对拼焊；将两端头的人字形立柱钢管移至各自起吊位置正下方，在第七层砼平台上搭设脚手架，并在架子上部挂倒链将钢管提升、就位并焊接；在第七层砼平台上将支承横梁制作成通长整体并移到起吊位置正下方，在其两端头处搭设脚手架，并在架子上部挂倒链（2个3T的手拉葫芦）将其提升、就位并焊接；安装正中间的人字形钢管立柱，方法同第二步；支承梁安装完毕后，最后穿112、0吨卷扬机的钢丝绳及动滑轮组。5.2 内底座及密封头吊装：预先在烟囱砼筒壁内侧靠近烟道口正对位置，搭设施工脚手架。架顶标高与烟道口下口标高一致，在架顶满铺脚手板，从而形成一个吊装过渡平台。吊装方法是：TG-500E型汽车吊站位于砼烟囱筒壁外正对烟道口处，将构件吊起从烟道口处送入，并平放在用脚手架管搭设的吊装过渡平台上。用50T吊车和从烟囱顶部下来的10T卷扬机吊钩采取双机抬吊方式，将构件垂直吊离平台顶面，水平平移至安装位置正上方，再缓慢落吊钩，将构件吊装到位。5.3 安装气压管路系统：按照气压顶升供气管路系统流程图，安装地面的组焊平台，顶升操作仪表控制柜及气压顶升供气管道、阀门、仪表等。5.413、 组装环形轨道：环形轨道的作用是：用于在烟囱内吊运钢内筒的筒体钢板及加固圈等。将环形单轨吊的轨道及立柱预先在加工场内下料制作、卷制成型，分段运至组装现场。安装步骤是：安装立柱；吊装环形轨道；安装电动葫芦；接通电动葫芦的电源进行上升、下降、前进、后退、限位器、负荷试验等调试。5.5 通风排烟系统作用是：排除钢内筒与内底座之间焊接过程中产生的烟气，防止焊接人员发生锰中毒。在靠近地面砼烟囱外筒壁的窗洞口，安装一台轴流风机，在地下沟道内布置一条通风管道，一头与轴流风机相连，另一头通进钢内筒与内底座之间，绕内底座外圈布置两个抽风口。通过轴流风机将密闭空间内产生的焊接烟气抽排出去，使新鲜空气补充进来。5.14、6 纠偏止晃装置：顶升过程中，筒体因重心偏上，头重脚轻，会发生竖向垂直度偏斜，筒体的安全稳定性存在问题。施工中解决办法是：在前期的顶升阶段，即筒体顶部高度低与第一层平台（标高25米层）之前，为防止筒体顶升过程中竖向垂直度发生偏斜，我们在筒体密封头顶部与第一层平台之间，按对角方向斜拉布置四个倒链。顶升过程中一旦发生倾斜可通过收拉对应方向的倒链从而将筒体垂直度校正过来。当筒体上部顶升高度超过各层钢平台时，在钢平台上靠近筒体外壁均匀设置八个止晃顶轮，顶轮紧贴筒体外壁随筒体顶升滚动，通过转动顶轮后部的螺栓丝杆来调节顶轮的前后伸缩，从而实现校正或限制筒体顶升过程中出现的倾斜。六、钢内筒安装6.1 钢内筒15、顶升施工（标高0229.4米）（1）打开通向烟囱钢内筒气室的进气阀，在气室的压力达到预定压力时，开启10t卷扬机在顶端牵引，使筒段徐徐上升，同时不断向气室内补气。（2）当筒体顶端段顶升高度超过待续节筒体钢板上边沿30100mm时，关闭卷扬机和进气阀，保持筒体内气室压力稳定不变，使已顶升起的筒体高度稳定不动。（3）利用环形轨道上的2吨电动葫芦将待续筒体的三块弧形钢板吊运至预定位置，将其三条竖向焊缝对接点焊拼对成一节圆柱形筒体，将三条竖向对接焊缝焊接。（4）该节筒体三条竖向焊缝焊接完毕后，用撬杠下压抬升法或倒链提升法将组对好的下段筒体顶起，使它与上方烟囱钢内筒下环口对接点焊，最后将对接的水平环向焊16、缝焊接。重复以上（1）（4）项的施工步骤，使第2个后续筒节接上，顶端段由上而下又接上一节，照此逐步接长并不断向上顶升筒体。6.2 安装顶部不锈钢筒体段（标高229.4240米）顶部不锈钢段筒体安装是在顶升工作结束，密封头与内底座拆除完开始进行。施工前，在钢内筒靠地面处筒身上切割开一个3米3米的洞口作为进料口。将每节筒体的三张弧形不锈钢板依次从洞口吊运进钢内筒，拼对成一节圆柱形筒体，将其中的两条竖向立焊缝对焊，用烟囱顶部支撑桁架梁上下来的10吨卷扬机吊钩，将该节筒体从钢内筒内部垂直吊运到顶，与钢内筒上口对接并焊接。按此方法重复进行，直至将顶部不锈钢段筒体接长到顶。6.3 钢内筒焊接 筒体钢板焊缝17、拼对要求：为了保证筒体钢板环向、竖向焊缝都能熔透焊，筒体的对口（环焊缝、立焊缝）间隙必须控制在23mm，板边对口错边量不得大于1mm，钢板坡口钝边尺寸控制在12mm。 焊条选用：对于钢内筒的材质为耐硫酸露点腐蚀的NSI钢板，焊接时选用E4303CrCu焊条；不锈钢钢板的焊接和不锈钢钢板与NSI钢板的焊接，选用E309-16焊条；不锈钢钢板与NSI钢板焊接时先在NSI钢板的坡口上用E309-16焊条堆焊一层，然后再进行焊接；钢内筒加固圈的焊接，采用E4303焊条。6.4 筒体外壁加固圈安装钢内筒外侧筒壁上的加固圈安装，分三类。顶升起初前45米高的筒体段（标高在184.4229.4米之间）外壁上的18、加固圈，前期顶升时暂不安装，留待筒首顶升高度超过烟囱第五层钢平台后，由施工人员站在第五层钢平台上，随上部筒体的顶升逐个进行同步安装并焊接。位于标高180米（即第五层平台）以下筒体上的加固圈，由施工人员在零米地面随筒体顶升进行同步安装。注意：每个加固圈，在地面安装时，先临时点焊加固牢靠，待加固圈随筒体顶升距地面高度超过环形单轨道顶部平台（标高8米）后，由电焊工站在环形轨道顶部的环形操作平台上，进行焊接。（目的是：避免加固圈处的筒体焊接收缩变形对密封圈处形成较大阻力，不利于筒体的顶升。）顶部不锈钢段筒体（标高在229.4米240米之间）外筒壁上的加固圈（注：共有角钢加固圈10010 9道）安装，由19、施工人员站在第七层砼平台上随不锈钢筒体的拼对，同步进行安装。6.5 筒体外壁保温层施工从筒体顶升高度达到标高60米时开始，每次顶升安装一节筒体后，保温作业人员开始坐施工电梯上下，在烟囱第一层平台上，对钢内筒筒体外壁各施工一节保温层（每节高度为2米）；当筒体顶升高度超过第五层钢平台顶面时，在零米地面、第一层钢平台（标高25米）、第五层钢平台上安排施工人员，随筒体顶升同步进行保温层施工；这样当筒体顶升到顶（即筒体上口到达标高229.4米）时，钢内筒在标高为229.4米以下部分的筒体外壁保温工程就同步施工完毕。（注：在地面做保温的施工人员应将筒壁烟道口处的保温层予留不做。）对于标高229.4米以上部20、分筒体的保温层施工，应待钢内筒上部不锈钢筒体段全部组对安装完毕后，通过在第六层和第七层平台上搭设施工脚手架，施工人员站在架子上进行保温层施工。6.6 烟道口加固及切割拆除在钢内筒外侧靠烟道口竖向两侧边沿搭设施工脚手架。架顶标高为22米，施工人员站在架子上作业。安装烟道口两侧竖向洞口加劲立柱及角钢法兰进行补强；烟道洞口四周加固完毕，即可按尺寸划线，将烟道口筒壁钢板切割开；用50吨汽车吊站位在砼烟囱外，正对烟道口处，从烟道口将其吊出。七、顶升装置系统的拆除7.1 顶升供气管路系统拆除拆除前先打开顶升供气管路系统上的排气阀进行放气减压，待筒体内部的气压降到与外界空气气压相同时，再进行切割拆除。7.221、 密封头拆除及平移施工方法将密封头部分从标高229.4米处沿筒体水平环向焊缝位置用氧乙炔火焰割炬切割开；用顶部支撑梁上的卷扬机将密封头垂直起吊提升至下口高出烟囱第七层砼平台顶面0.5米；在密封头正下方设置两条水平平行的型钢轨道（说明：利用烟囱砼筒壁施工时原有的两根辐射梁， 每根辐射梁长度为L=11.3米，由2根槽钢（22a背靠背拼接而成）；落卷扬机吊钩，将密封头落在辐射梁轨道上，在水平方向用两个5T倒链进行水平拖拉，将密封头水平平移至#2烟囱钢内筒的孔洞正上方；将烟囱顶部支撑横梁上的卷扬机吊索及定滑轮移至#2烟囱钢内筒孔洞正上方支撑横梁上，最后通过此10T卷扬机吊钩将密封头垂直吊离轨道，撤掉其22、正下方的两根辐射梁轨道，用卷扬机吊钩将密封头吊放至零米地面；7.3 内底座拆除顶升结束后，靠地面处在钢内筒筒身上切割-3米3米的洞口作为出料口，（注：切割前，沿待开洞口四周焊加固板，将洞口筒身加强处理）。将内底座沿水平环向和竖向切割，将其分成四块，用倒链或卷扬机将其依次从出料口拖出。八、结论与体会气压顶升倒装施工工艺适用于自承重式钢内筒的施工；该工艺的技术关键在于解决好密封胎的气密性；钢内筒的气压顶升速度快，一般顶升一节筒体（高H=2米）需515min；但钢内筒整体施工进度主要取决于现场筒体组对焊接的快慢，正常速度为一天2节（4米/天）或两天三节（3米/天）。气压顶升施工工艺技术上安全可靠，经济效益明显，不足之处是对于不同直径的烟囱钢内筒来说，顶升装置（密封头、内底座、密封胎）的通用性差。九、需改进完善之处筒体弧形钢板现场拼对时，筒体的椭圆度须严格控制。密封胎与钢圈以及筒体之间三者的尺寸配合有待进一步完善；顶升过程中，卷扬机牵引与充气顶升的协调性需控制好；筒体顶升高度低于第一层平台之前，筒体自身的止晃稳定性有待进一步完善；本次顶升未将筒首不锈钢段随筒体一起顶升，今后在安全技术可靠的前提下，最好能将顶部不锈钢段随筒体一起顶升，从而减少后期高空作业的难度。