塔式光熱電站吸熱器整體吊裝施工技術

張鋒凌，喻寧招，顧 冬，吳春元，張鳳舉，陳楊化，鄒麗文

(中建三局第二建設工程有限責任公司,湖北 武漢 430000)

1 工程概況

海外某光熱電站項目是目前世界上規(guī)模最大的光熱電站，其中包含一套100MW塔式光熱電廠機組，擁有高度為222m的吸熱塔，塔頂設置目前世界上噸位最大的吸熱器，最終頂標高260.000m，為世界最高。

此工程吸熱器鋼結(jié)構(gòu)高35.4m，由16根立柱組成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，設計10層平臺，內(nèi)部為熔鹽設備，外側(cè)包裹隔熱屏，熱交換器吊掛至頂部隔熱罩支架上，吸熱器底、頂部設計有隔熱罩。吸熱器組裝后尺寸為φ23 200mm×358 00mm，重1 501t，考慮吊裝附屬結(jié)構(gòu)，總滑移質(zhì)量為 1 636t，提升質(zhì)量1 586t。

2 整體吊裝設計協(xié)調(diào)

吸熱塔結(jié)構(gòu)設計應充分配合吸熱器滑移吊裝施工需求，吸熱塔底部應設計可穿過吸熱器的巨大門洞，頂部設計吊裝系統(tǒng)埋件及易于大型吸熱器(直徑小于筒體內(nèi)徑)在塔頂就位固定的基座。

吊裝系統(tǒng)設計應充分考慮吸熱器結(jié)構(gòu)特征，在保證吸熱器自身穩(wěn)定性的前提下，確定吊耳連接方式和吊點數(shù)量，并進行構(gòu)件結(jié)構(gòu)強度驗算。吸熱塔內(nèi)徑為23.8m，吸熱器吊裝時與筒壁間距為100～400mm，吊裝過程中需采取防碰撞措施。

3 吸熱器整體吊裝施工技術

吸熱器整體吊裝施工工藝流程如圖1所示。

3.1 安裝前地面準備工作

吸熱塔結(jié)構(gòu)施工階段須同步進行吸熱器設備組裝場地的筏板基礎和滑移軌道基礎施工。

筏板基礎澆筑完成后，進行吸熱器底部托盤-臨時支撐鋼環(huán)梁的地面拼裝工作(見圖2)。后續(xù)吸熱器將在此支撐環(huán)梁上進行拼裝和整體滑移。

圖2 吸熱器底部托盤-臨時支撐鋼環(huán)梁

3.2 吊裝系統(tǒng)安裝

在吸熱塔頂安裝吸熱器門架液壓提升系統(tǒng)，系統(tǒng)由16套單獨吊裝門架液壓提升系統(tǒng)和4臺控制系統(tǒng)組成，如圖3所示。每套控制系統(tǒng)由計算機及監(jiān)視系統(tǒng)組成，用于控制和監(jiān)視提升系統(tǒng)同步性和安全性能。每臺控制系統(tǒng)控制4套液壓裝置，每套液壓裝置包含1臺液壓提升千斤頂，每臺千斤頂配備有12股鋼絞線。鋼絞線制動設備由安裝在液壓千斤頂套筒內(nèi)的卡爪控制。

圖3 門架液壓提升系統(tǒng)

3.3 塔頂吸熱器吊裝操作平臺安裝

在吸熱塔頂部外圍安裝吊裝操作平臺，平臺用于放置液壓控制系統(tǒng)電氣設備，同時作為人行通道和休息區(qū)域，平臺與外部電梯相通形成上下通道。

在筒壁預埋螺栓錐形頭，在地面按片拼裝工具式臨時平臺，使用塔式起重機依次吊裝至塔頂，用螺栓固定。

3.4 吊裝門架組合安裝

項目自主設計吸熱器吊裝門架，該門架由法蘭底座、支腿、液壓起重機、液壓起重機布置和操作平臺、鋼絞線導管、鋼絞線支架及連接件組成，如圖4所示。

圖4 門架及預埋底座

在組合場進行門架組合，先組合門架支腿，再與液壓起重機安裝平臺通過螺栓連接，最后安裝橫梁上部護欄及鋼絞線導管等附屬結(jié)構(gòu)。

將組合門架轉(zhuǎn)運至吸熱塔塔式起重機下方起重區(qū)域，待支撐法蘭驗收合格后一一吊裝就位，并緊固好所有螺栓。為保證底座法蘭安裝精度滿足與門架螺栓穿裝要求，可在地面與門架支腿對2片法蘭進行預組裝，再利用槽鋼連接固定，焊接前檢查調(diào)整立柱垂直度、上部法蘭水平度和間距。

3.5 液壓提升系統(tǒng)安裝

在地面空曠區(qū)域裝配液壓提升裝置中的千斤頂和鋼絞線，將鋼絞線一端插入千斤頂，利用叉車移動鋼絞線滾筒，直至鋼絞線長度延伸達到230m，切斷鋼絞線。

鋼絞線穿裝完成后，用千斤頂內(nèi)部的卡爪固定，利用1臺隨車起重機、2臺叉車將裝配好的千斤頂及鋼絞線轉(zhuǎn)運至塔筒內(nèi)部，塔頂門架安裝驗收后，利用連接螺栓將液壓千斤頂裝置固定在門架梁上，操作系統(tǒng)固定在臨時操作平臺上方。

通過門架上方的鋼絞線導管引導伸出千斤頂?shù)匿摻g線，然后穿過門架側(cè)鋼絞線導管喇叭口，從而使鋼絞線沿外側(cè)塔壁懸掛。

3.6 吊裝控制系統(tǒng)安裝

將液壓控制系統(tǒng)吊裝至吊裝臨時大平臺上，液壓裝置連接各千斤頂，每個控制裝置控制4臺千斤頂。

吸熱器吊裝控制系統(tǒng)通過電纜與吊裝裝置連接，進行遠程控制。負載傳感器用來采集吸熱器吊裝過程中液壓提升系統(tǒng)的總負載及千斤頂?shù)呢撦d數(shù)據(jù)；行程傳感器用來采集千斤頂?shù)男谐虜?shù)據(jù)；應變傳感器貼片用來監(jiān)測吸熱器設備本體的形變數(shù)據(jù)；處理模塊與負載傳感器及行程傳感器連接；微控制單元設置在吸熱器吊裝系統(tǒng)上，用來連接處理模塊；致動機構(gòu)根據(jù)微控制單元的輸出指令控制吸熱器吊裝系統(tǒng)移動；制動機構(gòu)根據(jù)吸熱器吊裝過程中的突發(fā)情況進行相應部件的制動。

3.7 滑移系統(tǒng)安裝

滑移系統(tǒng)由2條滑移軌道、支撐環(huán)梁、4臺滑移靴、推進系統(tǒng)及1套計算機控制系統(tǒng)組成，如圖5所示。

圖5 滑移系統(tǒng)

滑移軌道由2條平行滑軌組成，每條線路軌道長102.9m。利用卡塊及螺栓將軌道固定在混凝土基礎表面。

吸熱器結(jié)構(gòu)、設備及管道在地面組裝完成后，將4臺滑移靴分別對稱安裝在2條滑移軌道上。每臺滑移靴包含浮動裝置、1臺主千斤頂、2臺輔助千斤頂?shù)冗B接附件，在浮動裝置主體上中部安裝1臺中心主千斤頂?；蒲ト鐖D6所示。

圖6 滑移靴

浮動裝置底部為不銹鋼浮動板，安裝在滑軌內(nèi)，底部浮動板吊裝主油頂，直至油頂上方法蘭緊貼吸熱器支撐環(huán)梁下表面法蘭，調(diào)整滑移裝置，使油頂上方法蘭正對支撐環(huán)形梁底板法蘭，采用螺栓連接，即完成滑移靴與底部托盤-支撐環(huán)梁連接。

滑移推進系統(tǒng)包含動力裝置、制動器及控制箱，動力裝置提供足夠的壓力和流量以達到設計滑行速度。制動器用于推進系統(tǒng)的制動；控制箱包含控制箱箱體、傳感器、液壓閥及連接件，液壓閥通過連接件與箱體連接，傳感器置于控制箱體內(nèi)，用于在吸熱器滑移裝置工作過程中采集主缸壓力負荷、主缸行程、推(拉)缸壓力或負載、推(拉)缸行程及側(cè)移系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，傳感器通過線纜或以無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機系統(tǒng)，以控制和監(jiān)測吸熱器滑移裝置的負荷、垂直和水平位移、實際重心情況和推進行程。

3.8 吸熱器滑移

4臺滑移提升裝置由1臺控制系統(tǒng)控制，確保液壓提升裝置同時工作，將吸熱器水平提升。

1)啟動提升裝置將支撐環(huán)梁和吸熱器一起提升，液壓提升裝置荷載按20%遞增，直至100%；檢查軌道混凝土基礎、軌道、支撐環(huán)梁的變形情況及環(huán)梁與提升裝置的螺栓連接狀態(tài)，并做好相關記錄。

2)啟動液壓提升裝置，將支撐環(huán)梁和吸熱器同時提升200mm，然后啟動滑移裝置，每次滑移600mm，滑移過程中利用計算機控制系統(tǒng)監(jiān)視每臺滑移裝置的行程、負荷是否一致，滑移裝置在1個行程內(nèi)荷載應基本保持一致，偏差≤5%；每完成1次行程滑移，通過計算機控制系統(tǒng)調(diào)整推移裝置的荷載及行程，確保4臺滑移裝置動作同步，重復上述操作直到吸熱器滑移至塔內(nèi)就位位置正下方。

3)利用經(jīng)緯儀實時監(jiān)測吸熱器本體垂直度；在滑移過程中利用高精度水準儀測量滑移基礎下沉量，確保滑移安全。在滑移過程中實時監(jiān)測現(xiàn)場風速，風速超過標準要求時應停止滑移。

3.9 吸熱器吊裝

3.9.1吸熱器與提升系統(tǒng)連接

吸熱器滑移至塔內(nèi)就位位置正下方后，將 16組鋼絞線分別利用錨及銷軸連接至吸熱器底部鋼梁吊耳。

3.9.2吸熱器吊裝負荷試驗

吊裝前吸熱器由支撐環(huán)梁與滑移軌道支撐。負荷試驗具體過程如下。

1)使吊裝裝置承受預計承重的10%，檢查吊裝裝置各部件性能。

2)用交替的8臺吊裝裝置提升預計負荷的1.2倍(1，3，5，7，9，13，15號吊裝裝置)，持續(xù)20min，檢查吊裝裝置在1.2倍負荷下各部件的完整性。

3)釋放8個吊裝裝置的負荷，然后使用另外8臺吊裝裝置重復第2條操作(2，4，6，8，10，12，14，16號吊裝裝置)。

4)再次釋放負荷至10%，松開支撐環(huán)梁與吸熱器間的螺栓。

5)使用吊裝裝置逐步提升負荷，每步提升預計負荷的10%。每提升10%負荷，檢查提升裝置各部件變形情況，并做好相關記錄，直至吸熱器全部由吊裝裝置承重。

6)滑移裝置卸載全部負荷，拆除支撐環(huán)梁與吸熱器鋼結(jié)構(gòu)底部連接螺栓。

7)同時啟動16套液壓提升裝置，吸熱器提升200mm時靜置4h，檢查提升裝置及吸熱器受力構(gòu)件的變形情況，并做好相關記錄，確認無誤后吸熱器具備提升條件。

3.9.3提升至8m靜置

將吸熱器吊裝至8m高度時，停止吊裝工作，以便在吸熱器底部安裝支撐橫梁及頂推裝置，搭設吸熱器底部腳手架操作平臺并安裝防碰撞塊，同時將底部支撐環(huán)梁反向滑移至塔外。

1)安裝支撐橫梁及頂推裝置

使用舉桿車將16根支撐橫梁及頂推裝置安裝至吸熱器底部，該支撐梁用于塔頂就位、支承整個吸熱器。推拉裝置由推拉滑軌、頂推裝置托架及便攜式液壓千斤頂動力裝置組成，安裝在吸熱器底部鋼梁下方；滑軌在吸熱器組合場焊接在吸熱器底部鋼梁上，用螺栓將托架連接在滑軌下方，托架可在液壓千斤頂推動下滑動。支撐橫梁及頂推裝置如圖7所示。

圖7 支撐橫梁及頂推裝置

底部支撐橫梁由上、下橫梁組成，用M64螺栓連接為整體，橫梁間距為2 450mm。底部橫梁在地面組合完成后，總重2.7t，利用5t叉車轉(zhuǎn)運至安裝位置正下方，用3t倒鏈將其提升就位，并用M30螺栓固定在頂推裝置托架上。

2)搭設吸熱器底部腳手架操作平臺

吸熱器到達就位位置時，需施工人員在吸熱器下部操作支撐橫梁滑移、調(diào)整支撐橫梁，因此在支撐橫梁安裝完成后搭設直徑23m、高3.5m的雙層腳手架操作平臺。

3)吸熱器防碰撞塊安裝

在塔內(nèi)吊裝時，受風力影響吸熱器或塔身易產(chǎn)生橫向位移，吸熱器和混凝土塔身內(nèi)壁間距可能發(fā)生變化，導致吸熱器撞擊塔筒內(nèi)壁。為避免碰撞造成吸熱器設備損壞，在吸熱器底部支撐梁后端安裝由連接鋼板、橡膠塊組成的防碰撞塊，用螺栓固定在吸熱器底部鋼梁與支撐橫梁連接螺栓孔位置(見圖8)，此防碰撞塊可防止吸熱器碰撞混凝土塔身內(nèi)壁。

圖8防碰撞塊

3.9.4繼續(xù)吊裝至頂

腳手架安裝完成并檢查合格后，同時啟動4臺操作系統(tǒng)、16臺液壓提升裝置，吊裝至安裝位置，保證吸熱器底部支撐梁與塔體頂部牛腿標高一致，以致下步頂推支撐梁至筒壁凹槽內(nèi)(見圖9)。

圖9 支撐橫梁頂推至筒壁凹槽

吸熱器每提升15～20m，利用計算機控制系統(tǒng)調(diào)整液壓提升裝置行程，確保吸熱器水平上升。

3.9.5吸熱器頂部就位

提升至對應標高后，最后一次調(diào)整吸熱器姿態(tài)及水平度。然后操作支撐橫梁推拉裝置將支撐橫梁推送至塔體凹槽內(nèi)。

底部支撐橫梁頂推至安裝位置后，在滑動支座安裝位置底部加入調(diào)整墊片。

移除支撐橫梁頂推系統(tǒng)及支撐橫梁上部螺母、墊片，使吸熱器整體緩慢下落，將螺栓穿入吸熱器底部鋼梁安裝位置，直至吸熱器底部鋼梁與塔頂標高一致。調(diào)整支撐橫梁左、右側(cè)緩沖墊片，保證緩沖墊片與混凝土無間隙，可通過調(diào)整墊片調(diào)整間隙，間隙調(diào)整完成后進行支座二次灌漿。

吸熱器就位、基礎具備承重條件后，卸載吊裝裝置，液壓裝置按每次20%負荷逐漸卸載，每次卸載后檢查基礎、支撐橫梁變形情況，無明顯變形，吊裝裝置繼續(xù)卸載直至負荷為0，吸熱器完全承重在基礎上。吸熱器吊裝就位如圖10所示。

圖10 吸熱器吊裝就位

拆除吸熱器吊裝裝置，松開鋼絞線，拆除鋼絞線與吊耳間的銷軸，利用塔式起重機捆綁伸出千斤頂外部鋼絞線，每次拆除5根鋼絞線并切割，通過塔頂操作平臺預留孔緩慢放置在0m位置；松開千斤頂與門架連接螺栓，利用塔式起重機吊裝液壓裝置及剩余小部分鋼絞線放置在塔外0m地面。

4 施工要點及注意事項

1)為保證吸熱器整體滑移的安全性，須利用經(jīng)緯儀隨時檢測吸熱器垂直度、水準儀檢測滑移軌道及基礎下沉變形量，滑移軌道應滿足以下參數(shù)標準：①每條線路滑軌數(shù)量(長5.4m)為19個；②滑移軌道間距為(16 098±1.5)mm；③最大橫坡±0.1%， 最大縱坡±0.5%；④滑軌間最大縱向間隙10mm； ⑤兩個滑軌的最大平面偏差1mm；⑥兩個滑軌間最大間隙(垂直)1mm。

2)吸熱器滑移至塔體內(nèi)，穿裝鋼絞線時，需懸掛纜風繩，防止鋼絞線擺動碰撞到吸熱器管屏等設備造成損壞。

3)吸熱器吊裝過程中，隨時監(jiān)測風速，確保吊裝過程中的風速未超過吊裝風速極限值，防止因吸熱器擺動造成吸熱器與塔體內(nèi)壁碰撞。

3)吸熱器在塔體內(nèi)上升時，最大風速>20m/s時，停止提升；吸熱器準備提升超出塔體時，先確認后續(xù)提升期間的風速是否可能超出 20m/s，風速>20m/s時不得提升，風速<20m/s時繼續(xù)提升。

4)吊裝階段及滑移階段后期，整個吸熱器和環(huán)梁應由軌道支撐，并處于安全待命狀態(tài)。

5)吸熱器提升過程中在支撐梁末端(最靠近塔體內(nèi)壁)安裝無線監(jiān)視儀及防碰撞塊，避免吸熱器直接碰撞塔體內(nèi)壁。

5 結(jié)語

以海外某光熱電站項目吸熱器整體滑移吊裝施工為例，介紹了一種針對重型設備塔頂?shù)跹b就位的施工方法。與分段散裝相比，該技術工期效益顯著，施工過程簡便，且解決了整體吊裝的一些技術難點，對今后類似項目吊裝施工具有借鑒意義。