唐山三友热电钛钢内筒烟囱施工方案设计.docx
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唐山三友热电钛钢内筒烟囱施工方案设计
唐山三友热电有限责任公司
热电联产项目烟囱内衬工程
施工方案
邯郸市邯一建筑工程有限公司
二零一五年六月十日
一、工程概况
唐山三友热电有限责任公司建设2台480吨/小时高温高压煤粉炉和2台2.5万千瓦背压机组，同步配套建设除尘、脱硫、脱硝等环保设施已开工建设。
烟囱土建工程已经封顶，即将进行烟囱钛钢复合板内衬的制作安装项目。
本工程为唐山三友热电有限责任公司建设2台480吨/小时高温高压煤粉炉和2台2.5万千瓦背压机组，同步配套建设除尘、脱硫、脱硝的一个烟囱的单项钢内筒、平台爬梯、保温工程。
本烟囱分为两层筒体，外筒体是高度为147m高钢筋混凝土结构（已施工完毕）；内筒体共150米，分五部分：
5.5米以下采用δ16mm的Q235B钢板结构，承受整个烟囱内筒重量；5.5m～66.91m采用Q235B+钛板（δ16+1.2）；66.91m～96.91m采用Q235B+钛板（δ14+1.2）；96.91m～131.91m采用Q235B+钛板（δ12+1.2）；131.91m～150m采用Q235B+钛板（δ10+1.2）为钛钢复合板结构，等直径φ8000mm。
筒身设置∠100×10、∠160×14、20＃槽钢、20＃工字钢等加劲肋。
内外筒体之间共设置5道钢梯平台，分别在标高29m、65m、97.5m、135m、146m处设置钢平台；并将65m、135m的两个平台设置为止晃平台。
整个钢结构约400吨。
钢内筒采用轧制爆炸加热钛钢复合板（BR2），钛钢复合板接长采用焊接接长，焊接碳钢采用E43××型焊条，手工电弧焊；钢内筒内壁有焊缝处均采用外焊钛贴条保护，钛贴条规格为50mm宽，1.2mm厚，沿焊缝通长布置，采用钨极气体保护焊。
钢内筒及烟道采用超细玻璃棉毡保温，铅丝网保护，筒首外露部分采用不锈钢板保护。
二、施工依据
2.1《烟囱工程手册》中国冶金集团包头钢铁设计研究院总编；
2.2《烟囱工程施工及验收规范》GB50078-2008；
2.3《烟囱设计规范》GB50051-2013；
2.4《钛-钢复合板》GB/T8547-2006
2.5《钛和钛合金牌号和化学成分》GB/T3620.1；
2.6《钛和钛合金板材》GB/T3621-2007；
2.7《普通碳素结构钢技术条件》GB/T700-2006；
2.8《钛制焊接容器》JG/T4745-2002；
2.9《钢制焊接容器》JB4735-97
2.10《钢结构工程施工验收规范》GB50205-2001；
2.11《工业管道工程施工及验收规范》金属管道篇；
2.12《火电施工质量检验及评定标准》焊接工程篇；
2.13《电力建设安全工作规程》建筑工程篇DL5009.1-2014；
2.14《氩弧焊手工电弧及气体保护焊焊缝坡口的基本形式》GB/T985-2008；
2.15山西新唐工程设计有限公司设计的《唐山三友热电有限责任公司热电联产项目烟囱内衬工程》相关图纸；
2.16相关国家标准电力部标准及地方法律法规。
三、劳动力及施工机具准备
3.1管理人员
本工程在唐山三友热电烟囱项目部的领导下，组建分项工程组织机构，挑选优秀施工队伍，保证本工程的顺利进行。
序号
职务
姓名
备注
1
施工负责人
2
技术负责人
3
安全员
4
质检员
5
起重
3.2主要劳动力计划
主要劳动力由我单位熟练工人组成。
序号
职务
数量（人）
备注
1
电工
2
2
起重工
10
3
电焊工
10
4
气焊工
4
5
安装工
10
6
铆工
5
7
油漆工
5
8
力工
10
9
操作工
5
3.3主要施工机械、工具、测量仪器
序号
材料名称
规格
数量
用途
备注
1
空气压缩机
6m3,0.7MPa
2台
顶升内筒
2
氩弧焊机
200－400型
3台
焊钛膜用
3
交直流焊机
400型
10台
焊接碳钢板
4
气割工具
6套
5
单轨吊
2T
2台
水平运输
6
龙门吊
5T
1台
现场配置
7
配电柜
5个
8
钢丝绳
φ21.5
3500m
吊装用
9
钢丝绳
φ14
900m
吊装用
10
钢丝绳
φ40
300m
吊装捆扎用
11
汽车吊
20T
1辆
制作场用
12
五芯电缆
16-50㎜2
600米
总控制电源
13
卷扬机单筒
2T
2台
吊装、保温用
14
卷扬机单筒
10T
2台
吊装用
15
卷扬机双筒
5T
1台
吊装用
16
滑轮
2×10T
4台
吊装用
17
滑轮
1×5T
30个
吊装转向用
18
导轮
φ200
40个
19
卸扣
5T-30T
50只
20
钢丝绳夹
φ14-φ40
100个
21
倒链
10T
10只
22
倒链
3-5T
10只
23
倒链
2T
10只
24
平板车
5T
1台
25
磁力钻
φ22
1台
26
磨光机
φ100–φ150
15台
27
三辊卷扬机
20＊2200
1台
内筒卷制
28
截止阀
DN100，PN0.6
15个
29
截止阀
DN15，PN0.6
10个
30
压力表
PN1.0
6块
31
压力机
YT－500T
1台
加劲肋的顶弯
32
等离子切割机
KLG－60
1台
不锈钢材料下料坡口
33
炭弧气刨
1台
焊缝清根
34
轴流风机
1台
通风
3.4主要措施性材料、周转材料
序号
名称
型号
数量
备注
1
无缝钢管
φ108×4.5
150m
2
无缝钢管
φ159×6
200m
3
无缝钢管
φ76×6
100m
4
有缝管
φ42×3
350m
5
工字钢
20#
200m
6
工字钢
32c#
50m
7
角钢
∠160×14
240m
8
角钢
∠100×10
80m
9
槽钢
[16
100m
10
槽钢
[20A
90m
11
槽钢
[14
180m
12
H型钢
HM400＊300＊10＊16
16m
13
H型钢
H300*200*6*10
100m
14
钢板
δ10-δ30
280㎡
15
圆钢
φ20
100m
16
花纹钢板
δ3-δ6
200㎡
17
木板
30mm
80㎡
18
木板
10mm
60㎡
四、工期和进度
4.1总工期
计划总工期为118天。
4.2主要节点计划
钢内筒施工：
80天
保温：
38天
五、施工总平面布置
根据现场实际情况，结合钢结构加工数量和工期的要求，绘制施工现场施工平面图见附图，并请业主和监理同有关单位进行协调解决。
六、质量目标
按原国家电力公司《火电机组达标投产考核标准》（2006年版）达标投产，确保工程质量“优良”，争创省优工程；
七、主要施工方案
7.1施工顺序
在钢内筒施工前先完成止晃平台的施工，随后进行钢内筒的施工。
钢内筒内径为Ф8米，先进行卷制、喷砂、油漆，再将其吊至0米组装现场，4片组合、焊接成2米高的单节筒，进行上下筒体的对接、顶升。
最后进行0－40米梯子制作安装和保温施工。
7.2气顶倒装原理及气压计算
7.2.1气顶倒装原理
本工程钢内筒的气顶倒装法是先用常规吊装工具在筒体基础上把顶端段组装到一定高度（14m左右，常规吊具所胜任的范围内）后，再装上专用的施工附件，从而使被组装的钢筒顶端段本身转化为顶升工具，被装上的专用施工附件是钢筒顶端段的上封盖和筒体基础上的内密封底座，使在组装中的钢筒段和内密封底座构成一组可以伸缩的活塞气缸筒，从上封盖以下至内密封底座的密封环之间的筒段成为一个密闭容器，在内密封底座的底部有从气源装置进来的管道，气源装置应能提供气压顶升必需的压缩空气，即满足必要的压强和供气量，它来自施工单位设置的临时空气压缩机站提供。
当一定参数的压缩空气通入后，根据密闭容器内气体对周壁压强相等的原理，作用在筒内四周壁的压力是相互平衡的，而作用在上封盖的气体压强形成的合力是对此筒段构成向上的顶升力，当此顶升力超过了包括上封盖在内的筒段自量，并能克服筒内壁与密封环的磨擦力时，筒段便向上滑移，当滑移使筒段底口超过后续筒节的高度后，控制或关闭进气量，使筒段稳定在此高度，在它的下面把已准备好的后续筒片合围成整圈筒节，焊固此筒节的纵缝，再适量放气使上筒段徐徐下降与它对接，焊固横缝，这样上筒段被接长了一节，然后再进气顶升，围上后续节，接长，不断重复，直至筒体达到设计高度，最后拆除上封头和密封内底座等施工附件，钢筒体便组装完成，可以交给后续工序施工。
7.2.2气顶压力计算及校核
气顶压力满足下列公式：
F1=Q1
F1＝A×P1，其中A－钢内筒截面积，A＝3.14＊42＝50.24m2；P1－气顶压力
Q1＝筒体本体重量+上封头重量＝500吨
即50.24P1＝500
气顶压力P1＝9.95t／m2＝0.0995MPa
按照钢制压力容器国家标准（GB150-98），筒体材料许用应力应满足下列公式：
σ=P（D1+δ）/2δ≤[δ]Φ
σ——设计温度下的计算应力出Pa
P——设计压力（MPa）
D1——钢内筒直径（mm）
δ——钢内筒壁有效厚度（最小厚度=13mm）
[δ]——设计温度下材料的许用应力（MPa）[δ]=111MPa
Φ——焊缝系数，取Φ=0.9
σ=0.0995（8000+13）/2／13=30.67MPa
[δ]Φ＝111＊0.9＝99.9MPa
σ＜[σ]Φ，最薄筒段的所受应力满足筒体安全要求。
7.3施工准备
7.3.1由项目责任工程师会同其他专业工程师进行图纸审查，先行确认图纸的准确性，根据所到货钢板的尺寸绘制筒体钢板的排版图，确定各节的高度和顶升重量及气顶所需压强，列出表格，根据所需最高压强按压力容器设计标准（GB150-98）进行计算，确定上封头的厚度、形式和固定的位置。
7.3.2编制施工组织设计和有关技术文件，这些文件需经监理和业主有关部门的审核、批准。
7.3.3组织有关人员进行焊接工艺评定，主要是确定焊材的型号、规格和焊接方法、工艺。
7.3.4参加焊接的焊工须持有相应的焊工合格证。
7.3.5根据土建烟囱±0.00标高的轴线用经纬仪向上投至147米烟囱顶部，在烟囱首部划出烟囱的东－西和南－北两轴。
7.3.6半成品材料验收
7.3.6.1由加工厂卷制成型的筒节瓣片必须检查其圆弧半径，上下边平行度，并按照其厚度、高度与周表预先进行排版编号。
7.3.6.2检查所供焊材，证实其性能是否与钢板的焊接要求相符。
7.3.7基础验收
验收砼烟囱的垂直度、偏心度、椭圆度应符合设计要求。
同时要测量底座基础的标高、地脚螺栓孔的深度、垂直度和位置应符合设计规范要求。
7.4措施性装置的设计和制作安装
7.4.1支撑梁及滑轮组的安装
在工程开始后，首先应安装筒首的支撑梁。
支撑梁主要用来进行止晃平台、梯子的安装及构件的运输，同时在内筒顶升时通过滑轮组钢丝绳对内筒进行牵引和定位，防止出现重心的偏移，既可保证钢烟囱的中心度和垂直度，又能克服气顶时活塞头同内筒的摩擦阻力，降低气顶的气压，加快施工进度，降低施工难度，增加安全性。
支承梁的安装以东、西轴为中心，利用土建的起吊机具将支撑梁及滑轮组先吊放在135米混凝土平台上，以烟囱翻模平台为安装平台进行组装。
组装后直接焊固在砼烟囱筒首的预埋件上（预埋件在外筒施工时预埋），而后再安装滑轮组、钢丝绳。
组装完毕后，拆除土建施工平台。
支撑梁由HN700*300*13*24的H型钢做成，跨度5.36米，按照20吨的承重量及1.2的安全系数进行校验强度符合要求。
7.4.2导向装置的安装
由于内筒顶升过程中重心不稳，容易导致偏移和歪斜，导向装置主要解决内筒在顶升过程中出现歪斜的现象。
考虑到烟囱加劲肋施工方便，仅在29米和65米止晃平台上设置导向装置。
根据两点决定一条直线的原理，两层导向装置即可满足对内筒顶升垂直度和位置的定位。
导向装置每层平台设置四个，互成90度均匀分布，方向和止晃点一致。
导向装置主要由导轮和导轮架组成。
导轮由φ300橡胶轮胎或装有橡胶外套的钢环做成，位置略大于钢内筒外径（约5mm）既要保证导向装置的准确性，还不能造成导轮和内筒外壁产生大的摩擦阻力，影响内筒的顶升。
7.4.3活塞的设计和安装
本工程顶升内筒的活塞为静止的，安装在12米平台上，主要由以下几部分组成：
活塞头、活塞杆、密封装置和支撑机构。
7.4.3.1活塞头
活塞头外径略小于内筒内径，高度约1.4米，主要为钢结构支撑板式结构，强度能够满足内筒压力而不致变形。
活塞头总承重约500吨，由于活塞杆为两根立柱，必须对其进行加固，满足两点支撑的强度要求。
活塞头加固详见设计图。
7.4.3.2密封装置
密封装置是保证气顶成功的关键设备。
密封装置同活塞头实际为一整体结构，即迷宫式密封加上耐磨橡胶圈。
其材料与结构必须符合耐磨性和密封可靠性的要求。
耐磨性是保证整座钢筒气顶完成前不必进行更换密封环，密封可靠性是在整个气顶工序完成前在最高压强条件下无明显漏气。
经过我公司多次安装施工试验，密封圈已有成熟的生产厂家，可以保证密封可靠性。
密封环头部制作椭圆度控制在5mm内，周长误差控制在3mm内，密封圈安装平台（即活塞头）应垂直，其偏差不应大于3mm，密封圈外边波纹度不大于2mm。
7.4.3.3活塞杆及其支撑结构
活塞杆的实质就是支撑活塞头并能够提供足够的空间满足在活塞头以下进行内筒组对、调整和内外焊接的要求。
钢格柱：
钢格柱详细设计由设计院认可，详见图纸。
7.4.4封头设计及制作
封头安装在内筒上部，为内筒顶升的主要受力面。
为保证封头受力均匀，减少变形，减少封头加固材料，将封头做成圆锥状，并在锥头内部加焊φ500密封板，锥头外部焊接吊环，用于卷扬机导向及牵引提升。
封头与钢内筒上下节对接处通过法兰环过渡焊接联接，改善受力性能，同时便于拆卸。
封头的受力及强度经设计院设计及校核，详见设计文件。
7.4.5压缩空气系统
气源装置由空压机、储气罐、空气管线及控制阀门组成。
空压机一用一备共二台，工作压力0.7MPa，流量6m3／min，储气罐为30m3，保证为顶升提供稳定可靠的气源。
压缩空气系统详见附图。
7.4.6吊篮
吊篮是一种网式反撑活动钢平台，它主要承担平台扶梯的安装任务，它分为两层，下层安放机具，上层放置待装工件。
上、下移动通过滑轮组、支承梁、钢丝绳、地面卷扬机，能从0～205米垂直升降移动。
由于混凝土筒上小下大，故吊篮应在适合的空间范围内作径向变幅。
吊篮最大自重限制在3t以内，吊篮的径向变幅应灵活、方便。
吊篮应制成可拆卸的，方便运输。
制作和组装应按GB50205-95进行验收，并在1.5P（P为设计载荷）作载荷试验，合格后，方能投入使用。
7.5止晃平台安装
止晃平台在内筒顶升前安装，但止晃点的安装应在内筒完成后进行。
止晃平台由上而下进行安装，安装前可根据安装特点在地面组对成小拼单元，以减少空中作业量。
安装时将在地面预拼装好的止晃平台单元放在操作平台上层，同时将同层的梯子也安装好，并将每层止晃平台的构件安放在同层平台上，已备后续安装。
平台安装主要应注意平台的位置和焊接质量。
尤其是29米和65米平台，定位一定要准确，反复测量无误后进行导向位置的安装。
7.6地脚螺栓及底板安装
7.6.1地脚螺栓安装
清理好螺栓孔后，将加工好的地脚螺栓临时固定，复测标高、垂直度均合格后用设计的高强度无收缩浆料进行灌浆到一定高度。
7.6.2底板安装
地脚螺栓首次灌浆后，将制作好的法兰底座进行临时安装定位，支模进行二次灌浆。
7.7钢内筒的预制、组对
7.7.1材料验收
材料进场后应由材料部门进行验收合格后方能使用。
主要材料必须附有合格证和材质证明文件并与材料上的标记相一致。
7.7.2样板制作
样板由具有一定刚度的材料制作，但不能太重。
一般用δ1～1.5白铁皮制作。
样板应经过检验符合规范要求后才能使用。
7.7.3放样下料
内筒的下料必须在施工前绘制排版图，排版图应综合考虑焊缝的位置、焊缝之间的距离、焊缝同加劲肋之间的距离等因素，尽量全部满足设计文件的要求。
内筒材料即钛钢复合板有四种规格，厚度分别为δ16+1.2和δ14+1.2、δ12+1.2、δ10+1.2，到货尺寸为2000*6293，2000*6291，采用半自动火焰切割机下料、坡口，下料坡口应符合下表要求。
测量项目
允许偏差（mm）
测量项目
允许偏差（mm）
板宽
±1
直线度
≤2
板长
±1.5
坡口
45°±5°
对角线
≤2
下料后必须有班组检查员复核并做下料记录表，在钢板的角端用钢印和油漆作出位号标号。
连接板必须按照实物进行1：
1放样下料。
7.7.4内筒卷制
7.7.4.1机具准备
内筒卷制使用三辊轴压卷板机，卷板机规格为2200＊20，为了制作方便，卷板机布置在操作坑内，进料出料口同地面标高一致，坑四壁用机砖砌成，水泥砂浆抹面，坑底设置集水坑，放置φ50污水泵，防止坑内集水。
卷板机四周设置排水沟，防止雨天雨水流入操作坑。
构件的吊装采用5吨龙门吊，在吊装倒位过程中应注意吊钩的材料表面的伤害，应采取一定的措施进行保护。
7.7.4.2胎具制作
由于三辊卷板机不能对板头进行有效的卷压从而形成所需的弧度，必须使用胎具对板头进行压头。
胎具采用δ30钢板按照所需弧度在卷板机上压制而成。
7.7.4.3压头卷圆
利用三辊卷板机进行压头和卷圆，卷制成弦长1.5的内卡样板检查曲率，其间隙应为≤3mm。
钛板必须防止污染，卷制时应采用有效措施以防损坏，比如采用牛皮纸或橡胶板进行隔离。
卷制后应按位号依次立式安放，便于除锈刷漆及以后安装吊运。
7.7.5内筒吊装及顶升
7.7.5.1活塞的安装
将气顶用的措施材料运进钢内筒基础上，依次安装活塞杆、活塞头并将拼好的封头放在活塞上，安装好进、排气管线及控制阀门。
7.7.5.2内筒运输及组对
防腐好的钢内筒2m高单片钛钢板通过5t行车吊运至烟囱门口处预设轨道下，再用2t单轨吊通过轨道运进烟囱内预定位置，而后进行拼节组对。
7.7.5.3钢筒体顶端常规吊装
钢筒体顶端段的吊装，是利用前述的支撑梁及40吨滑轮组，从上而下逐节拼装组对焊接至18米，检查18米段的钢内筒的垂直度、定位尺寸、偏心度并调整到合格尺寸后，再准确定位安装活塞在设计位置，最后在设计位置安装封头。
将活塞筒内无用的物件全部经底板的临时人孔清除打扫干净，并将吊装用的滑轮组拆移到封头顶部，做牵引气顶用。
7.7.5.4钢内筒气顶顶升
⑴把后续节的弧形筒片运入，以四片为一节，将它们合围在初始顶端段的外圈，把相邻筒片间的四条纵缝中的三条焊固，留下最后一条纵缝因围在已组装筒节的外圈尚有相当间距，在此间距的两侧适当位置上分别焊上两对钢板制的索具眼板，用两只5t的手拉葫芦把相邻的二板收紧。
⑵开动空压机，使贮气罐内充气并达到该罐所许可达到的气压。
⑶检查筒体的周围，清除可能影响其顶升的障碍物。
⑷打开通向筒体的进气阀，在严密的监视与控制下，使顶端段徐徐上升。
⑸当顶端段顶升到高度已超过合围在外圈的后续筒片上约50～200mm时，关上进气阀，稳定住顶端段的位置。
⑹把两只手拉葫芦同步收紧，使后续筒节的最后一长纵缝靠拢，并组对焊固，拆除手拉葫芦，割去索具眼板，打磨光滑。
⑺徐徐打开排气阀，使顶端段缓缓下降，使它与后续节相靠拢，最后组焊二者的对接环缝。
⑻根据设计要求对焊缝进行检验
⑼重复1～8的过程，使第2个后续节接上，顶端段由上而下又接上一节，由于它的逐步接长，顶端段应称为已组装的筒段。
⑽不断重复1～8的过程，已组装筒段不断接长。
由于已组装筒段的接长而使筒体自重增加，气顶所需气体压强也逐步提高，当储气罐压力无法满足此压强时，再用空压机增压，通常只开动一台空压机，第二台为备用；
⑾当后续筒节逐节组焊上升到设计的筒体高度时，气顶结束。
7.8加劲肋的安装
在65米平台以下，由于导向装置的限位，暂时不能安装加劲肋。
当内筒顶升超过65米平台后，即可安装焊接加劲肋。
构件的运输由活动平台完成。
加劲肋的制作用三辊卷板机完成。
槽钢和工字钢压头后可直接卷制，角钢则需要成对焊接在一起然后卷制。
7.9止晃点的安装
内筒就位调正后，拆除导向装置，在每层平台上进行止晃点的安装。
止晃点的各项数据应严格按照设计文件调整。
7.10其他附件安装及措施性材料拆除
拆除气顶装置、封头、支撑梁等，安装拉紧装置、烟道进口、内烟道等，最后进行导流板安装。
7.11防腐保温
卷制完的圆弧板存放场进行外防腐处理，钢内筒外侧面油漆采用环氧富锌底漆2遍（100μm），环氧中间漆3遍（125μm）,脂肪族聚氨酯灰色面漆2遍（55μm），总厚度280微米，待油漆层干透后，运进烟囱内组装、焊接、顶升。
钢内筒内侧导流板以下筒壁部分的油漆同钢内筒外侧面。
由于外保温采用超细玻璃棉保温隔热层，与筒身同步倒装提升在穿过平台钢梁时易于碰碎，以后修补困难，为保证保温质量，故宜在钢筒整体组装完成后，再进行保温，用4个弧段组成的环形吊篮进行升降操作。
7.12钛钢内筒的焊接作业
7.12.1作业前必须具备的条件和应作的准备
1
施工组织设计、作业指导书编制完毕，经审批合格
2
按照图纸设计要求选用焊条。
焊条必须具备出厂合格证。
3
在电焊机集中布置区提供充足的动力电源。
4
施焊现场光照度适宜，夜间施工必须设专用照明。
5
施焊现场附近及下方没有存放易燃易爆物品。
6
在施焊现场要为焊工提供出可供操作的焊接空间，并且搭设牢固可靠的平台，平台上设防护栏。
7
采用BX-400交流电焊机。
8
电焊机应有良好的接零保护，焊接电流大小稳定，并能连续可调。
9
安全防护设施准备完毕。
10
对使用的工具必须全面检查，检修，保证使用的可靠性和准确性。
7.12.2参加作业人员的资格和要求
序号
作业人员工种
资格要求
人数
1
行政负责人
有组织协调能力和现场管理经验
1
2
技术人员
熟悉图纸有管理安装焊接经验
1
3
安全员
有现场工作经验，有安全员上岗证
1
4
焊工
所有施焊焊工均应按DL/T679-1999《焊工技术考核规程》进行培训考核取得取得相应级别的焊接资质。
并经过对应项目的焊前练习且合格后方可持证上岗。
8
5
质检员
有质检经验和质检员上岗证书
1
7.12.3所需工机具和仪表、仪器的规格及准确度
序号
名称
规格
数量
1
电焊钳
300A
10套
2
面罩
头盔式
10个
3
面罩
手提式
10
升级会员 