馬鞍山電廠660MW超臨界機組鍋爐鋼結(jié)構(gòu)安裝

徐耀兵，高建平，潘 軍，李繼峰，李 兵

(中國電力建設(shè)工程咨詢公司，北京 100120)

1 概述

馬鞍山電廠“上大壓小”擴建工程2×660MW燃煤發(fā)電機組是由中國電力建設(shè)工程咨詢公司采用EPC總承包模式進行建設(shè)的。鍋爐設(shè)備是上海鍋爐廠生產(chǎn)的2010t/h超臨界變壓運行、螺旋管圈直流爐，一次再熱、單爐膛切圓燃燒、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)、全懸吊結(jié)構(gòu)π型布置。

鍋爐鋼結(jié)構(gòu)包括主鋼架、副鋼架、爐頂鋼架、空預(yù)器鋼架及平臺扶梯等，鋼結(jié)構(gòu)寬43m、深49.4m、高84.95m(大板梁頂標高)，基本結(jié)構(gòu)為7層8段，總重約4800t。J、K、L、N四根大板梁布置于鋼結(jié)構(gòu)頂部，其中K、L板梁為上下疊梁。鋼結(jié)構(gòu)中最重的部件是L上板梁，重72.6t。鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點使用10.9s級扭剪型高強螺栓連接。

馬鞍山電廠2×660MW鍋爐鋼結(jié)構(gòu)2010年9月28日開始吊裝，由于設(shè)備制造、施工工藝、施工方法等原因，在鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中出現(xiàn)一批影響鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的問題，如：立柱兩端頂緊面、連接板貼合面、斜撐安裝、高強螺栓終緊等。本文針對鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中出現(xiàn)的問題，進行了詳細的分析，制定了切實可行的方案，保證了鋼架構(gòu)的安裝質(zhì)量，為后續(xù)的受熱面安裝工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

問題及解決方案

2 鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝及分析

2.1 立柱頂緊面接觸面積不足

60萬機組鍋爐的鋼結(jié)構(gòu)主要采用H型鋼制作立柱，H型鋼兩端采用機銑工藝加工成具有較高水平度的平面，使得立柱安裝時有足夠的接觸面積，以保證受力性能。

但在設(shè)備的加工制作過程中，對立柱斷面的機銑工藝控制不足，導(dǎo)致現(xiàn)場安裝時立柱對接時，端面間存在0.5～2mm不等的間隙。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50205-2001)[1]和上海鍋爐廠《鋼結(jié)構(gòu)說明書》的要求，立柱端面的接觸面積必須達到70%以上。將立柱返回制造廠重新加工端銑面時間緊迫；同時，現(xiàn)場的加工設(shè)備不具備加工端銑面的條件，立柱頂緊面接觸面積的問題必須采取現(xiàn)場方案解決。

在保證安裝質(zhì)量的前提下，同時保證現(xiàn)場安裝進度。決定采用“先沉降、后加墊片”的方式解決立柱端面間隙問題。以第一層立柱和第二層立柱之間的間隙為例，H3.7柱連接處的間隙最大達到2mm，最小的為0.7mm。第二層立柱安裝完成后，先不處理此處的間隙。繼續(xù)向上安裝第三層，直至大板梁吊裝前，再次檢查H3.7柱一、二層之間的間隙，原來0.7mm間隙處已經(jīng)頂緊，最大2mm的間隙現(xiàn)在已減小至0.9mm。因為上方鋼結(jié)構(gòu)的重量，使第二層立柱產(chǎn)生一定的沉降，部分較小的間隙在立柱頂緊后消失。對于仍存在的間隙，使用厚度0.5、1、1.5mm的墊片，填充柱頭之間的間隙，保證立柱端部接觸面積在70%以上。加墊片時注意選擇墊片厚度，間隙在2mm以下時，宜加一片墊片。

采用“先沉降、后加墊片”的方式，減少了在立柱連接的同時加裝墊片方式對鋼結(jié)構(gòu)自身性能的影響。鋼結(jié)構(gòu)自然沉降后可以自行頂緊的位置，之前被人為的加入墊片，就導(dǎo)致該處無法正常沉降，產(chǎn)生附加應(yīng)力，對鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，先讓鋼結(jié)構(gòu)自由沉降，然后在仍存在間隙的地方加裝墊片，保證鋼結(jié)構(gòu)縱向傳力的連續(xù)性，是保證鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的一個關(guān)鍵點。

2.2 連接板與立柱間貼緊面問題

由于承載負荷不同，鋼結(jié)構(gòu)的立柱設(shè)計中，存在截面收縮的情況。截面不同的立柱在連接時，上部立柱的外側(cè)面與下部立柱的外側(cè)面不在同一平面上，需要在上部立柱的連接位置上加裝梳形板，保證連接板與兩立柱之間充分貼緊。

在制造過程中，立柱、梳形板、連接板是分開制作的，裝配過程中就會出現(xiàn)梳形板的厚度偏大或者偏小的現(xiàn)象。梳形板厚度偏小時，連接板與上部立柱不能貼緊，存在間隙；厚度偏大，與下部立柱間存在間隙。如果直接將高強螺栓終緊，立柱與連接板將形成空腔，摩擦面失效，對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重的影響。

馬鞍山電廠鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，梳形板厚度出現(xiàn)不同程度的偏差。廠家按照現(xiàn)場尺寸制作了厚度分別為0.5、1、1.5、2mm的專用墊片。經(jīng)過加裝專用墊片，保證了連接板與立柱之間充分貼緊。

2.3 多段斜撐安裝問題

考慮到省煤器和空預(yù)的附屬設(shè)備的安裝和支撐，將一層鋼結(jié)構(gòu)拆分為若干段，各段之間采用多段斜撐連接。以馬鞍山電廠鍋爐N列第三層(15.5～27m) 鋼結(jié)構(gòu)，見圖1，被分為三段，每段之間設(shè)置2～4根斜撐承力。

圖1 多段斜撐連接示意圖

中三根通長的橫梁跨度為21.5m，在安裝三根橫梁之間的斜撐時。如果事先沒有做充分考慮，就會出現(xiàn)橫梁間距過小或斜撐長度不夠的情況。但是經(jīng)過詳細的設(shè)備復(fù)查后發(fā)現(xiàn)，斜撐的尺寸偏差在規(guī)范要求范圍內(nèi)。究其原因，出現(xiàn)斜撐裝不進去或斜撐長度不夠，是因為橫梁在大跨度情況下出現(xiàn)上撓或下?lián)?。圖2中，最大撓度達到23mm。最下方一根橫梁上撓，第二根和第三根橫梁下?lián)希瑢?dǎo)致第二段斜撐裝不進去，第三段斜撐長度不足。

針對安裝過程中出現(xiàn)的這些問題，我們制作了專用抱箍，安裝在橫梁撓度最大的部位，用10t的葫蘆將橫梁的撓度校正至接近水平位置，保證橫梁撓度在±5mm之間，三段共9根斜撐實現(xiàn)順利安裝。

1.4 高強螺栓緊固問題

高強螺栓連接是目前鋼結(jié)構(gòu)較為常用的連接方式，安裝方便，現(xiàn)場適應(yīng)性強。但安裝高強螺栓時，緊固力必須達到設(shè)計要求，例如：M22的扭剪型高強螺栓的緊固力為590～680N﹒m，M30的大六角高強螺栓的緊固力為1120～1490N﹒m。

在高強螺栓復(fù)檢過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)部分高強螺栓終緊力不足的問題，終緊度差0.5-1個絲扣。這勢必會影響鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載性能。

造成高強螺栓終緊力矩不足的原因主要是施工方法和施工工藝不合理，不按順序、不分先后的擰緊，結(jié)果造成擰完后面的，發(fā)現(xiàn)前面的松了；擰完四周的發(fā)現(xiàn)中間的動了。每個節(jié)點上的高強螺栓最少為12顆，最多80顆，成矩形方陣布置，見圖2。

圖2 立柱頭部螺栓孔分部示意圖

高強螺栓終緊過程中，必須按照一定的順序，先中心后四周，且要對稱擰緊。這樣才能保證整個節(jié)點上的高強螺栓都達到規(guī)定的緊固扭矩。

高強螺栓終緊后必須對終緊扭矩進行抽檢，使用標準的扭力扳手檢查。出現(xiàn)扭力不合格的擴大抽檢分為，若再每一層鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)顆螺栓扭力不合格，則要求對整層的高強螺栓進行復(fù)核。

3 鋼結(jié)構(gòu)整體標高控制

鋼結(jié)構(gòu)的整體標高對受熱面的安裝、鍋爐運行都有著重要的作用。標高偏差，將引起受熱面安裝位置的改變，導(dǎo)致受熱面無法正常對口、定位；在運行中，受熱面沒有處在它的設(shè)計溫度區(qū)域內(nèi)，對傳熱和鍋爐性能都有較大影響。

在鋼結(jié)構(gòu)制造過程中，立柱的高度都有一定的偏差。從單根立柱來看，基本上都在規(guī)程規(guī)范要求范圍內(nèi)[2]，但是多層累計后，就容易導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)整體標高超標。以馬鞍山電廠的鍋爐鋼結(jié)構(gòu)為例，它的鋼結(jié)構(gòu)分為七層八段，如果每段鋼柱的高度都有-5mm的偏差，則鋼結(jié)構(gòu)的整體高度偏差將達到-40mm。鋼結(jié)構(gòu)的整體標高偏差嚴重超標。

通常的解決方法都是采用現(xiàn)場補救。大板梁就位前，測量板梁支座的標高。如果標高偏低，則采用加墊片的方式。在板梁支座上加墊片，將影響大板梁的穩(wěn)定性，存在較大隱患。如果標高偏高，對板梁支座上的卡槽進行車削，造成板梁支座強度降低，同樣存在安全隱患。同時，這種調(diào)整方式難度非常大，調(diào)節(jié)幅度也很小。

馬鞍山電廠鍋爐鋼架的立柱尺寸在制造過程中出現(xiàn)負偏差的情況較多，如第三層立柱的設(shè)計標高為11200mm，實際到貨的立柱，最長的僅為11197mm，最短的則僅有11191mm。在制造方面滿足尺寸偏差的要求，但是在多層中出現(xiàn)這種負偏差，將導(dǎo)致鋼架整體標高降低。馬鞍山電廠1#鍋爐鋼架在第五層安裝結(jié)束時，標高偏差為-45mm。如果繼續(xù)裝完第六、第七層，標高的負偏差將會更大。針對這種情況，我們緊急聯(lián)系鋼架制造廠家，將第六層、第七層的立柱長度分別加長25mm、20mm。在第七層安裝結(jié)束時，鋼架整體標高較設(shè)計值僅低3mm，保證了大板梁的安裝尺寸。為大板梁的安裝奠定了堅實的基礎(chǔ)。

4 對鍋爐鋼架安裝的建議

在總承包單位、監(jiān)理單位和施工單位的共同努力下，快速、高效、高質(zhì)量的完成了馬鞍山電廠鍋爐鋼架的安裝工作，在各級驗收中均達到優(yōu)秀標準。受熱面承載前監(jiān)檢工作中，獲得了98分的高分。

(1)鋼結(jié)構(gòu)制造廠必須嚴格控制制造工藝和加工精度，確保按照圖紙尺寸加工生產(chǎn)。設(shè)備出廠前，必須對鋼結(jié)構(gòu)進行預(yù)組裝。核對部件加工尺寸，檢查螺栓孔的開孔位置，為現(xiàn)場安裝提供方便。

(2)現(xiàn)場安裝過程中，要加強圖紙會審和技術(shù)交底。力求每一個施工人員都能領(lǐng)會施工過程中的技術(shù)要求、施工方法，為創(chuàng)造高質(zhì)量的精品工程準備條件。

(3)總承包單位、監(jiān)理單位、施工單位和制造廠必須較強聯(lián)系，將安裝過程中的缺陷和不足及時反饋給制造廠，避免后續(xù)過程中再次出現(xiàn)同一缺陷。同時，把現(xiàn)場安裝的要求提供給制造廠，做到廠內(nèi)調(diào)整和現(xiàn)場調(diào)整相結(jié)合，將一個問題分散成若干個小問題，提高鍋爐鋼架的安裝質(zhì)量。

[1]GB 50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2]DLT 5210.2-2009，電力建設(shè)施工質(zhì)量驗收及評價規(guī)程[S].