淺述凝汽器的工地就位方案

王 睿，陳 華，盛 浩

（上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠，上海 200090）

1 概 述

凝汽器是電站機(jī)組中主要的輔機(jī)設(shè)備，該設(shè)備在工地的安裝工期及安裝質(zhì)量，直接影響了電站的建設(shè)工期及機(jī)組的安全運(yùn)行。

傳統(tǒng)交貨模式是將凝汽器的散件發(fā)運(yùn)到工地，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，但該種模式的凝汽器安裝工期較長(zhǎng)，安裝質(zhì)量也較難控制。近年來(lái)，業(yè)主對(duì)電站建設(shè)工期、設(shè)備安裝的質(zhì)量要求越來(lái)越高。有些工程項(xiàng)目中，要求采用凝汽器整裝交貨模式。由于凝汽器總裝后的體積重量太大，運(yùn)輸較困難，在工程中，常將凝汽器零件裝配成若干組件后，再發(fā)運(yùn)到工地進(jìn)行總裝與現(xiàn)場(chǎng)就位。

凝汽器在工地現(xiàn)場(chǎng)吊裝的難度很大，而設(shè)備安裝單位對(duì)此施工的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)較少，沒(méi)有成熟的安裝工藝流程可供參考。現(xiàn)通過(guò)分析整裝交貨凝汽器在工地施工的困難因素，并以施工實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，旨在為整體凝汽器的安裝就位提供參考。

2 凝汽器在工地的吊裝就位

整裝交貨凝汽器在工地就位時(shí)，無(wú)法采用常規(guī)的吊裝就位方式。凝汽器殼體為全焊接的密封結(jié)構(gòu)件，運(yùn)行中，其內(nèi)部壓力為負(fù)壓。凝汽器殼體側(cè)板為薄壁板，內(nèi)部均勻布置了支撐管、加強(qiáng)板等。因此，總裝后的凝汽器殼體自重較重，300MW火電凝汽器的殼體重量約為200t，從結(jié)構(gòu)分析可知，在薄壁殼體上沒(méi)有允許起吊的區(qū)域，且在工地上，也沒(méi)有200t的起吊設(shè)備。此外，凝汽器需就位于汽輪機(jī)低壓缸機(jī)座下方，當(dāng)凝汽器移位至此，因機(jī)座的阻擋，也已不能使用起吊設(shè)備了。所以，在凝汽器就位時(shí)，需采用特殊的吊裝方法。

整裝交貨的凝汽器在工地就位時(shí)，需要嚴(yán)格控制因起吊受力不均而產(chǎn)生的形變。凝汽器出廠時(shí)，管束已經(jīng)完成了脹管及管口的焊接工作，在現(xiàn)場(chǎng)吊運(yùn)時(shí)，如凝汽器的變形過(guò)大，將損傷管束，破壞換熱管與管板的連接，引起凝汽器的內(nèi)部泄漏。

在凝汽器的整體安裝方面，相關(guān)的施工案例較少。目前，國(guó)內(nèi)電站建設(shè)還是相當(dāng)多地采用傳統(tǒng)方式，即將散件運(yùn)至工地，在現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行總裝。

因此，整裝交貨的凝汽器在工地就位是電站安裝施工中的難點(diǎn)。

3 工地就位實(shí)例

現(xiàn)以巴西PECEM火電廠360MW機(jī)組凝汽器在工地上的就位施工方案為例，介紹整裝交貨凝汽器在工地就位的施工方案。

3.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

該火電廠的360MW機(jī)組凝汽器采用整裝交貨方式。凝汽器為單殼體、單背壓、雙流程，與基礎(chǔ)支座采用剛性連接方式，殼體和接頸內(nèi)部的支撐采用井字形結(jié)構(gòu)。接頸和殼體的支撐結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1、圖2所示。殼體長(zhǎng)10m，寬9m，高5.5m，重220t；接頸長(zhǎng)10m，寬8.4m，高4.5m，重56t。［1］

圖1 接頸示意圖

圖2 殼體（含運(yùn)輸裝置）示意圖

受運(yùn)輸條件的限制，凝汽器出廠時(shí)，接頸和殼體組裝成2個(gè)左右對(duì)稱模塊。因殼體的板壁較薄，其剛性較差，運(yùn)輸中易變形。出廠時(shí)，在殼體模塊的下方已放置運(yùn)輸裝置，該運(yùn)輸裝置也是制造廠內(nèi)的安裝平臺(tái)。運(yùn)輸裝置長(zhǎng)10.5m，寬4.9 m，采用井字形結(jié)構(gòu)，橫向支撐采用直徑250mm的鋼管，縱向支撐采用400的H型鋼。起吊殼體模塊時(shí)，在運(yùn)輸裝置上突出凝汽器側(cè)板的鋼管處起吊，使殼體模塊的底板保持平整，防止變形。運(yùn)輸裝置見(jiàn)圖3所示。

圖3 運(yùn)輸裝置示意圖

3.2 就位前的準(zhǔn)備工作

該凝汽器主要部件的組裝已在制造廠內(nèi)完成。在現(xiàn)場(chǎng)，將各組件在凝汽器基礎(chǔ)外組合后，再整體就位至凝汽器基礎(chǔ)上。因此，在凝汽器就位前，需在現(xiàn)場(chǎng)搭建安裝平臺(tái)及鋪設(shè)拖運(yùn)軌道，并核算拖運(yùn)軌道的強(qiáng)度及拖運(yùn)的牽引力。凝汽器的殼體組件重量達(dá)220t，工地搭建的安裝平臺(tái)及拖運(yùn)軌道首先要滿足強(qiáng)度要求，也要便于凝汽器的拖運(yùn)移位操作。

3.2.1 拖運(yùn)軌道

以凝汽器的設(shè)備基礎(chǔ)平面為基準(zhǔn)，設(shè)置凝汽器殼體和接頸的安裝平臺(tái)及拖運(yùn)軌道。拖運(yùn)軌道由2根現(xiàn)場(chǎng)特制的鋼質(zhì)軌道組成，安裝在凝汽器基礎(chǔ)支座區(qū)內(nèi)；在凝汽器基礎(chǔ)支座之外，還另設(shè)有4根鋼軌道，同時(shí)作為凝汽器殼體和接頸的組裝平臺(tái)；各軌道梁之間的橫向連接用H型鋼進(jìn)行加固，軌道梁的支撐座跨度為3.5m，拖運(yùn)軌道的結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 工地拖運(yùn)軌道

3.2.2 拖運(yùn)軌道的強(qiáng)度核算

凝汽器殼體部件總重為220t，以此進(jìn)行拖運(yùn)軌道梁的抗彎核算（選擇跨度梁為3.5m）。

殼體移位時(shí)，軌道有5個(gè)支撐點(diǎn)。

每移軌道梁的受力：

式（1）中：p——?dú)んw總重；t。

梁的自重按均布載荷計(jì)算：

式（2）中：q——軌道梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度重力；t／m。

軌道梁的受力情況按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析［2］，如圖5所示（單位：mm）。

圖5 軌道梁的受力分析

式（1～5）中：R1，R2——支座反力，t；

Mmax——最大彎矩，N·m；

Qmax——最大剪切力，t。

軌道梁截面，如圖6所示（單位：mm）。

圖6 軌道梁截面圖

軌道梁截面特性計(jì)算：

式（6）～（8）中：W；I；S——軌道梁截面特性，cm3。軌道梁強(qiáng)度校核分析［3］：

式（9～10）中：σ——彎曲正應(yīng)力，MPa；

［σ］——許用應(yīng)力，MPa；

τ——剪應(yīng)力，MPa；

［τ］——許用剪應(yīng)力，MPa。

從強(qiáng)度校核計(jì)算可知，軌道梁的強(qiáng)度滿足施工要求。

3.2.3 水平牽引力的計(jì)算

將接頸和殼體放置在滾輪重物移運(yùn)器上，水平牽引滾輪重物移運(yùn)器使接頸和殼體在軌道上移動(dòng)。滾輪半徑R＝30mm，滾動(dòng)摩擦系數(shù)μ＝0.1mm，牽引系數(shù)k＝5。

接頸水平拖運(yùn)牽引力分析［4］：

殼體水平拖運(yùn)牽引力：

式（11～12）中：

P——水平牽引力，t；

Q——物體重量，t。

3.3 接頸吊運(yùn)中的臨時(shí)固定

在工地上，將接頸模塊拼接焊妥后，在接頸側(cè)板頂部的4個(gè)邊角位置上，各焊1個(gè)吊耳，每個(gè)吊耳有2個(gè)起吊孔，其中1個(gè)孔為后期拼裝接頸時(shí)，臨時(shí)固定用。吊耳焊接在接頸側(cè)板與支撐管的連接處，此處的強(qiáng)度較大。

滾輪重物移運(yùn)器被放置在拖運(yùn)軌道上。接頸起吊后，被移放在重物移運(yùn)器上，接頸側(cè)板與滾輪重物移運(yùn)器需作點(diǎn)焊固定。在接頸前方設(shè)置卷?yè)P(yáng)機(jī)，用鋼絲繩將卷?yè)P(yáng)機(jī)與滾輪重物移運(yùn)器連接后，將接頸移運(yùn)至凝汽器基礎(chǔ)上。

在汽輪機(jī)平臺(tái)低壓缸機(jī)座的角上設(shè)置4根橫梁，橫梁上焊有吊耳，作為接頸起吊后的臨時(shí)拋錨固定點(diǎn)，鋼梁布置如圖7。

圖7 平臺(tái)鋼梁布置簡(jiǎn)圖

起吊接頸后，接頸升起的高度應(yīng)不影響后期殼體的移位通過(guò)，當(dāng)接頸被吊至某預(yù)定高度，用預(yù)先布置的鋼梁及鋼絲繩，將接頸臨時(shí)固定在汽輪機(jī)低壓缸機(jī)座上，撤離行車，完成接頸的臨時(shí)拋錨工作。接頸起吊時(shí)的固定狀態(tài)，如圖8所示。

圖8 接頸起吊簡(jiǎn)圖

3.4 殼體的組裝移位

由于凝汽器殼體重量大，且內(nèi)部已穿裝換熱管束，在現(xiàn)場(chǎng)施工中，不僅要解決超重物件在設(shè)備基礎(chǔ)上的精確就位，還要設(shè)法減少凝汽器殼體的變形，防止損壞凝汽器換熱管束。

3.4.1 殼體模塊的拼裝

將殼體左右模塊連同運(yùn)輸裝置依次吊放在運(yùn)輸軌道上，先拼接殼體的左右模塊。在拼接時(shí)，可采用千斤頂或手動(dòng)葫蘆使2個(gè)模塊拼合到一起，但受力點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在殼體運(yùn)輸裝置上，以防止殼體變形。

殼體的拼裝焊接完成后，用千斤頂調(diào)整殼體的橫向位置，使殼體的中心線與基礎(chǔ)的中心線重合，以減少殼體就位后對(duì)橫向位置的調(diào)整工作。

3.4.2 殼體移位到軌道上

在殼體底板下方4個(gè)角的位置上，放置4臺(tái)100t的液壓千斤頂。殼體被頂起后，移出制造廠內(nèi)配置的殼體運(yùn)輸裝置，再將殼體放置到滾輪重物移運(yùn)器上。

圖9 殼體頂起示意圖

殼體底板頂起點(diǎn)須設(shè)置在焊接有支撐管和加強(qiáng)筋的位置，千斤頂下方鋪有（500×500×30）mm的鋼板，作為千斤頂?shù)捻斊鸹A(chǔ)板。在殼體底部頂起點(diǎn)位置上，點(diǎn)焊固定（300×300×30）mm的鋼板，增加底板的受力區(qū)域，防止殼體底板在頂起過(guò)程中的局部變形，如圖10所示。

圖10 殼體頂起點(diǎn)設(shè)置簡(jiǎn)圖

頂起殼體前，應(yīng)查驗(yàn)4臺(tái)液壓千斤頂?shù)纳邓俣仁欠裢?，并割除殼體與運(yùn)輸裝置點(diǎn)焊固定的焊縫，使凝汽器殼體與運(yùn)輸裝置完全分離。

準(zhǔn)備工作完成后，緩慢啟動(dòng)千斤頂。在頂起過(guò)程中，需要嚴(yán)密監(jiān)測(cè)4臺(tái)千斤頂是否同步，殼體底板是否產(chǎn)生變形，凝汽器內(nèi)部是否有異響。如有異常情況發(fā)生，應(yīng)該立即停止操作，將凝汽器放置平穩(wěn)，查明情況后才能再次頂起。

殼體被頂至某高度后，可將運(yùn)輸裝置移出，在靠近千斤頂?shù)奈恢梅胖门R時(shí)支撐，臨時(shí)支撐由一疊（300×300×20）mm的鋼板組成，以防止千斤頂滑倒而發(fā)生意外。

頂起殼體妥善支撐后，才能進(jìn)入凝汽器殼體的底板下，將運(yùn)輸裝置切割解體后移出，嚴(yán)禁在移出過(guò)程中碰撞千斤頂。

移出殼體運(yùn)輸裝置后，在軌道上放置4臺(tái)滾輪重物移運(yùn)器，推入殼體下方位置，其中2臺(tái)放置在靠近殼體前側(cè)板處，另外2臺(tái)放置在靠近后側(cè)板處。然后稍微頂起千斤頂，抽出臨時(shí)支撐塊，將殼體緩慢地放在滾輪重物移運(yùn)器上。殼體與重物移運(yùn)器需點(diǎn)焊固定。移去千斤頂、支撐板等頂起工具。

3.4.4 殼體移位

沿著軌道放置2臺(tái)5t液壓千斤頂。現(xiàn)場(chǎng)制作2個(gè)千斤頂?shù)墓潭ㄖё?，用螺栓將支座固定在拖運(yùn)軌道上，啟動(dòng)液壓千斤頂慢慢向前頂進(jìn)殼體。掌握頂進(jìn)時(shí)的速度，監(jiān)測(cè)殼體的橫向位移。

頂進(jìn)前，在千斤頂與殼體之間放置（300×300×30）mm的鋼板，防止殼體受力變形。當(dāng)千斤頂推升到最大行程后，重新前移固定支座，再次用千斤頂推進(jìn)殼體，重復(fù)循環(huán)，直至凝汽器基礎(chǔ)的上方位置。殼體移位的方法，如圖11所示。

圖11 殼體移位示意圖

3.5 殼體和接頸就位

殼體移至設(shè)備基礎(chǔ)上后，按圖紙要求調(diào)整凝汽器與基礎(chǔ)的橫向及縱向位置，然后，將殼體頂起后移出重物移運(yùn)器，并拆除拖運(yùn)軌道。再將殼體落放在凝汽器基礎(chǔ)支座上，完成殼體的就位施工。

用行車將臨時(shí)固定在汽輪機(jī)基座上的接頸再次起吊后，松開(kāi)吊住接頸的汽輪機(jī)平臺(tái)上鋼梁間的鋼繩，將接頸緩慢放在殼體上，按圖紙要求調(diào)整位置后，焊接殼體與接頸，完成接頸的就位工作。

3.6 凝汽器工地驗(yàn)收

采用該方案就位后，經(jīng)檢查，凝汽器底板無(wú)明顯的變形，對(duì)凝汽器的汽側(cè)進(jìn)行灌水試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)及水側(cè)水壓試驗(yàn)，均為合格，通過(guò)了凝汽器的總裝驗(yàn)收［5］。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)巴西PECEM項(xiàng)目中3臺(tái)機(jī)組的工地實(shí)踐，證明在施工中對(duì)凝汽器沒(méi)有損傷，是一種安全且易操作的施工方案

陽(yáng)江核電1000MW機(jī)組的凝汽器也采用了整裝交貨形式，在凝汽器的現(xiàn)場(chǎng)施工中也成功應(yīng)用了該施工方案。

［1］上海電站輔機(jī)廠.巴西PECEM項(xiàng)目360MW火電機(jī)組凝汽器供客資料［R］.2009.

［2］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］GB50017－2003［S］.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

［4］卜一德.起重吊裝計(jì)算及安全技術(shù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］DL 5011－1992.電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范汽輪機(jī)機(jī)組篇［S］.