塔式光熱項(xiàng)目吸熱器吊裝及塔內(nèi)施工工藝研究

劉 川

（上海電氣電站工程公司，上海 201100）

1 關(guān)于吸熱器吊裝及塔內(nèi)施工

“碳達(dá)峰、碳中和”作為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，新能源在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中承擔(dān)了不可或缺的角色，其中太陽能熱發(fā)電因其具備儲(chǔ)能和發(fā)電的特點(diǎn)也備受關(guān)注。吸熱器MSR（Molten Salt Receiver）是塔式光熱發(fā)電站的關(guān)鍵設(shè)備，其位于吸熱塔頂部，將陽光聚焦的能量用來加熱吸熱器內(nèi)的熔鹽[1]。吸熱器和塔內(nèi)管道設(shè)備等如同整個(gè)電廠的心臟，其設(shè)計(jì)、制造和施工也對(duì)項(xiàng)目的成敗起到了關(guān)鍵性的作用。通過對(duì)不同塔式光熱項(xiàng)目吸熱器的吊裝方式進(jìn)行對(duì)比，吊裝方式主要分為整體式吊裝和分片式。不同學(xué)者分別對(duì)分片式吊裝進(jìn)行了研究，對(duì)吸熱器安裝和設(shè)備選型進(jìn)行分析，對(duì)不同項(xiàng)目的分片式吊裝進(jìn)行了對(duì)比，也介紹了液壓提升裝置在吸熱塔內(nèi)部對(duì)大型設(shè)備的應(yīng)用。該文通過結(jié)合迪拜光熱項(xiàng)目吸熱器滑移和整體吊裝，并延伸至塔內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)模塊化吊裝和管道支吊架的施工，旨在形成一整套標(biāo)準(zhǔn)化的塔頂吸熱器和塔內(nèi)安裝的工藝，為后續(xù)類似光熱項(xiàng)目提供參考。

2 MSR 地面組裝和整體滑移吊裝

迪拜塔式光熱電站項(xiàng)目吸熱塔高222 m，吸熱器MSR 結(jié)構(gòu)高度35.8 m，吸熱器有16 根立柱組成環(huán)形結(jié)構(gòu)，吸熱器內(nèi)部設(shè)備包括空氣罐，熔鹽進(jìn)口罐、出口罐，空氣壓縮罐，頂部配備1 臺(tái)環(huán)形起重機(jī)，鋼架外側(cè)設(shè)計(jì)了16 片管屏，在吸熱器底部和頂部設(shè)計(jì)了隔熱罩，總重量為1 501 t，考慮吊裝的附屬結(jié)構(gòu)，總滑移重量為1 636 t，提升重量為1586 t。

2.1 整體滑移和吊裝簡(jiǎn)介

吸熱器整體滑移系統(tǒng)是由1 個(gè)支撐環(huán)、4 個(gè)滑移靴、2 條滑移軌道、一套控制系統(tǒng)構(gòu)成（圖1）?；魄癕SR 在支撐環(huán)上進(jìn)行地面組裝工作，待組裝完畢后，進(jìn)行地面滑移至塔心預(yù)定位置。在滑移過程中，通過控制系統(tǒng)，對(duì)MSR 頂部水平度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，滑移靴上的承載力和滑移靴的上、下，前、后總行程的監(jiān)測(cè)，并輔以滑移過程中借助地面全站儀對(duì)MSR 傾斜度的定時(shí)觀察，在滑移過程中對(duì)軌道和設(shè)備的物理檢查等，確?；七^程的安全可靠。

圖1 吸熱器整體滑移示意圖

和常規(guī)簡(jiǎn)易型液壓提升裝置和承載梁相組合不同[2]，MSR 整體吊裝是利用布置在吸熱塔塔頂?shù)囊簤禾嵘到y(tǒng)進(jìn)行的。首先在222m 塔頂混凝土結(jié)構(gòu)頂部提前設(shè)置一圈滿足荷載要求的預(yù)埋件，將吊裝門架和埋件進(jìn)行垂直焊接，環(huán)向布置在塔頂一圈，將液壓千斤頂，鋼絞線導(dǎo)向裝置等安裝在門架上（圖2），塔頂外側(cè)輔助平臺(tái)上放置計(jì)算機(jī)操作控制系統(tǒng)，將各設(shè)備進(jìn)行連接集成。鋼絞線一端與千斤頂連接，另一端與停放在吸熱塔地面MSR 的16 個(gè)吊點(diǎn)連接，通過4臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及動(dòng)力單元控制16 套液壓千斤頂油缸同步動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)吸熱器整體垂直提升吊裝，其中每套控制系統(tǒng)控制4 臺(tái)液壓提升裝置。

圖2 頂部液壓提升裝置

為防止過程中由于風(fēng)載荷的變化和“香蕉效應(yīng)”的存在，吸熱塔會(huì)發(fā)生一定的晃動(dòng)和彎曲等，需要設(shè)置防碰撞裝置，區(qū)別于智利Atacama吊裝項(xiàng)目在塔壁豎向滑道上采用防撞彈簧小車，該項(xiàng)目在吸熱器鋼底部鋼結(jié)構(gòu)柱腳側(cè)面設(shè)計(jì)了彈性尼龍防碰撞塊。

待吸熱器提升至指定高度后，在底部支撐梁處設(shè)計(jì)了推拉裝置（圖3），通過滑動(dòng)導(dǎo)軌和液壓裝置可以實(shí)現(xiàn)底部支撐梁的前后推拉，實(shí)現(xiàn)吸熱器的最終就位。

圖3 頂部推拉裝置

2.2 整體吊裝的優(yōu)勢(shì)

在安全方面，通過對(duì)吸熱器分片式安裝[3]和塔式光熱的電站安全管理的分析[4]，吸熱器的整體吊裝大大減少了高空的作業(yè)量，避免了高空作業(yè)產(chǎn)生的一系列安全風(fēng)險(xiǎn)。吸熱器鋼結(jié)構(gòu)和吸熱管屏等部件采取“高空單片吊裝和組合的方式”，受天氣影響大，施工效率底。另外在吊裝過程中塔下安全警戒區(qū)以內(nèi)區(qū)域禁止施工，且塔式光熱動(dòng)力島整體平面布置緊湊，對(duì)塔下其他區(qū)域的地面施工效率和進(jìn)度會(huì)產(chǎn)生極大的影響。

工期效益上，按照施工工序，分片安裝方案只能在吸熱塔土建結(jié)構(gòu)施工完成之后開展，且分片吊裝只能局限于吸熱器鋼結(jié)構(gòu)、管道、閥門和管屏等，且對(duì)于MSR 內(nèi)部較重設(shè)備如入口罐、出口罐和空氣罐等無法用施工塔吊進(jìn)行吊裝。

吸熱塔土建施工和吸熱器“地面整體組裝”可以同時(shí)進(jìn)行，在吸熱塔施工完后可迅速就位，為后續(xù)的塔內(nèi)施工提供了便利，大大縮減了施工工期。同樣，吸熱器在吊裝過程中，平臺(tái)可在地面進(jìn)行模塊化組裝，待吸熱器吊裝完畢后，即可開展平臺(tái)的吊裝就位工作。液壓提升系統(tǒng)在吸熱器吊裝和塔內(nèi)平臺(tái)模塊化吊裝重復(fù)利用上，無論從安全性、經(jīng)濟(jì)性和工期角度都是最優(yōu)的選擇。

3 塔內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)模塊化吊裝

吸熱器MSR 吊裝就位后，塔內(nèi)平臺(tái)的吊裝工作隨即開展。塔內(nèi)共設(shè)計(jì)23 層鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，分布在10m～213m，其中213m 平臺(tái)為MSR 電氣層，188m 和190m 為塔內(nèi)電氣層，180m 以下每10m 設(shè)置一層服務(wù)平臺(tái)。

原理上，鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)吊裝系統(tǒng)原理和MSR 的吊裝相同，在吊裝MSR 的16 組提升裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，結(jié)合平臺(tái)的重量和塔內(nèi)吊索的空間，將16 組提升裝置減少為4 組。而吊裝MSR 所用的底部支撐環(huán)回落到地面后，結(jié)合平臺(tái)結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行二次改造，以適用于平臺(tái)的布置和地面模塊化組合（圖4）。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)地面模塊化組裝

在施工時(shí)，待 MSR 吊裝就位后，塔頂提升系統(tǒng)和地面支撐環(huán)改造可按如下步驟同步進(jìn)行：①支撐環(huán)改造可用→平臺(tái)模塊化組裝且吊裝完成→滑移。②塔頂提升裝置改造可用→平臺(tái)提升→平臺(tái)就位。

在支撐環(huán)改造期間，鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)可同步進(jìn)行地面組裝，待組裝完成后，用吊車吊至平臺(tái)上。每層平臺(tái)提升到既定高度后進(jìn)行找正定位、腳手架搭設(shè)、組對(duì)、焊接、打磨、外觀驗(yàn)收、螺栓驗(yàn)收、無損檢測(cè)、防腐、腳手架拆除等工作。在提升過程中，可將電氣盤柜，電纜，管道，支吊架等隨平臺(tái)一起完成吊裝，為后續(xù)的其他專業(yè)的安裝節(jié)省了施工時(shí)間。如果塔內(nèi)各層支吊架到貨時(shí)間能匹配相應(yīng)高度平臺(tái)吊裝時(shí)間，可提前將支吊架相關(guān)組件進(jìn)行部分焊接或預(yù)存。

4 熔鹽管道和支吊架的安裝

與摩洛哥Noor III 管道和支吊架分布在塔內(nèi)環(huán)形平臺(tái)的中間位置不同，其給施工提供了較大的便利空間，該項(xiàng)目管道和支吊架多是處于懸空的位置，需要借助外在臨時(shí)平臺(tái)進(jìn)行輔助，在每層服務(wù)平臺(tái)上焊接安裝管道和支吊架生根所需的腳手架支撐鋼結(jié)構(gòu)。

迪拜項(xiàng)目塔內(nèi)188m 以下不銹鋼管道焊口61 道，碳鋼焊管道口59 道，管道安裝采取地面組合最大化的方式，盡量減少吊裝和高空焊口的數(shù)量，布置圖如圖5 所示。

圖5 塔內(nèi)管道支吊架布置示意圖

管道和支吊架安裝的要點(diǎn)：1）確保在安全的情況下將材料吊到指定的位置，而支吊架的安裝進(jìn)度是制約整個(gè)管道進(jìn)度的關(guān)鍵，管道是一層一層用臨時(shí)吊帶掛在支吊架上面的（以110m 管道為例，管道臨時(shí)掛在高差130 m 的支吊架處），支吊架的安裝速度決定了管道的速度。在206m 和180m 平臺(tái)處各設(shè)置5t 的臨時(shí)卷揚(yáng)機(jī)，并配以定滑輪和動(dòng)滑輪不間斷地進(jìn)行吊裝作業(yè)。2）腳手架搭設(shè)進(jìn)度是制約塔內(nèi)安裝進(jìn)度的關(guān)鍵：先裝一層和塔身相鄰的腳手架，焊接塔身埋鐵與支吊架支撐鋼結(jié)構(gòu)，吊管道之后再裝1 層外側(cè)腳手架，再進(jìn)行支吊架的安裝。

5 結(jié)語

吸熱器、塔內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)以及管道支吊架等的施工安全和便捷離不開前期的設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)制造。

吸熱器的吊裝方法設(shè)計(jì)應(yīng)該與吸熱塔土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、吸熱器的本體設(shè)計(jì)、吸熱器的底部結(jié)構(gòu)以及吸熱器塔頂就位形式緊密結(jié)合，需要貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程。以確保吸熱塔的門洞高度可以滿足MSR 的整體滑移高度，MSR 結(jié)構(gòu)本身適用于整體吊裝，塔頂頂部的土建結(jié)構(gòu)形式匹配吸熱器的固定形式。在設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)吊裝操作過程進(jìn)行分析及計(jì)算，對(duì)主要受力構(gòu)件進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，避免吊裝系統(tǒng)失效或吸熱器/平臺(tái)等與塔壁碰撞、傾覆等情況。

在生產(chǎn)制造方面，塔內(nèi)管道、支吊架、鋼平臺(tái)和塔內(nèi)樓梯的到場(chǎng)順序應(yīng)很好的匹配，能夠使在吊裝平臺(tái)的過程中盡可能多多地管道、支吊架以及電氣設(shè)備等在滿足平臺(tái)荷載的前提下，隨塔內(nèi)平臺(tái)的提升預(yù)存在不同高度的平臺(tái)上，減少后續(xù)安裝過程中的吊裝量；也可以使塔內(nèi)管道和支吊架的安裝可以和樓梯在同一平面上的施工，避免材料到貨延誤產(chǎn)生垂直高度上的交叉作業(yè)，在安全方面得到了保障。希望該應(yīng)用能夠?yàn)楹罄m(xù)的光熱電站項(xiàng)目提供參考。