240米钢烟囱钢内筒气顶法施工方案.docx
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240米钢烟囱钢内筒气顶法施工方案
五洲***工程有限公司
***有限公司烟气脱硫装置
钢内筒气顶法施工方案
编制：
审核：
批准：
湖南省工业设备安装公司苏州分公司
2004－10－12
一、概述：
***公司脱硫塔烟筒采用双层结构，外层为混凝土圆锥形结构，内筒不锈钢结构，混凝土烟筒高145.95m，上口内径∮3.5m，下口内径∮11.5m；钢内筒内径为∮3m，高142.6m，标高150m。
壁厚4、5、6mm，材质SUS316L。
筒顶为一喇叭筒直径∮3400mm，筒体外壁用75mm厚岩棉保温，外包镀锌铁皮0.5mm保温，外壁每1.5~2m不等设80*6角钢保温支撑圈，中部有二个∮3400mm*6250mm集水段；标高GL+31.755,+50.65,+73.9,+97.15,+120.4,+145.95处共设六个支撑止晃装置，筒体落在标高+31.755，外形尺寸4000*4000mm的钢架上.钢架标高31.755m，重21.1吨。
主要工作量：
序号
名称
规格
数量
1
316L板
4、5、6mm
54吨
2
304板、型材
角钢80*6、4~20板
11吨
3
保温
岩棉、镀锌板
15吨
4
FRP管
2＂
150m
5
钢架无缝管、工字钢
12＂、10＂、8＂、6＂
24吨
6
止晃平台H型钢、工字钢
H200*200、I32
9吨
吊装时筒壁板、顶、集水段、角钢圈（不计其他附件）重59T，保温件重13.7T（不计+31.755以下保温重量）。
吊具重约5T，吊装最大重量约为78T。
二、钢内筒吊装方案：
1、气吹顶升方案选用及适用范围：
根据本工程钢烟筒等直径特点，可采用气吹顶升法进行施工。
气压顶升倒装法原理清楚、设备简单、操作方便、顶升平稳，具有一定先进性。
此方法最适用于100m以上自承重结构等径钢烟筒的施工。
2、气吹顶升法工艺特点：
2.1简单易行，成本低廉。
只需常规的施工机具，无需添置大型或专用的起重设备。
2.2可大幅减少高空作业，便于控制施工质量。
壁板组对与焊接均在同一低位操作平面上进行，操作安全,控制管理方便，可节省大量的脚手架费用。
2.3顶升安全可靠。
供气系统为自供电空压机，筒内气体压力在密封装置作用下处于保压状态。
不存在其他因机械故障和停电等突然事件而发生时筒体下坠。
2.5提升稳定性好。
筒体在气压作用下顶部受力，沿导向装置稳定上升，不存在其它外力影响。
避免其他方式因机械运动产生的外在不稳因素的发生。
3、工艺原理
本工艺的原理是利用气体因压力差而产生高压侧向低压侧膨胀的物理性质。
如果在钢烟囱上面把顶端封住，形成一个倒立的活塞缸A，然后在底部安设一个直径小于烟筒的封闭体形成活塞头B，在两者之间用密封环C进行密封。
如果用气管向a内充入压缩空气，则在A、B之间形成一个压力腔。
将b固定在地上，随着不段送入的气体增多，腔内压力增大。
在强度允许的条件下，缸体a则有向上升的趋势。
如果压力腔内气压为P，活塞缸A的上截面面积为
S=лd2/4
向上的升力F0=P0*S
如果F0≥G0+fm则活塞缸A便向上移动
G0————活塞缸A的重量
fm————密封环C与活塞缸A的磨擦力
当活塞缸A上升一段距离后，控制压缩空气量维持其高度不变，在活塞缸A下部再围板焊接，此时活塞缸A重量增加了，活塞缸A的重量变为G1。
G1=G0+G△1
G△1为接上的一段重量
然后继续向压力腔内充气，使腔内气压升为P1
向上的升力变为F1=P1*S
当F1≥G1+fm=（G0+G△1）+fm时，活塞缸A继续上升
fm————密封环C与活塞缸A的磨擦力，由于该磨擦力变化不大，且数值较小，不作变量考虑。
以后逐段增重，逐段提升，依此类推。
Fn≥Gn+fm=（G0+G△1+G△2+……+G△n）+fm时
活塞缸A可继续上升。
由于每圈的钢材重量是可以计算的，所以每圈的吹升风压也可以预计。
4、施工程序及操作要点
4.1施工程序
材料准备→内筒钢架基础、顶部烟道口、中部预埋板验收放线→吊具准备→止晃平台预制、吊篮准备→止晃平台吊装就位安装→支撑滚轮安装→钢架组对安装→筒体顶部封头段段制作提升→内底座制作就位→封头段套入内底座→密封装置安装→吹气顶升、组对施焊、保温施工→按以上方法安装其它圈壁板→筒体吹升完成→安装筒体承重裙座→卸压→拆除内底座→安装筒体底板→安装烟道口→竣工验收。
.2施工工艺及操作要点
4.2.1基础检查与放线
本项目在工序交接时应复查土建烟筒：
顶部Ø3500mm口的尺寸，圆度偏差±10mm；
中部五层支撑平台预埋板角度偏差±2º；层平均标高偏差±20mm；层内标高偏差±10mm。
钢架基础预埋板水平度偏差±2mm，标高偏差±10mm。
4.2.2下料与卷制
不锈钢板下料时采用基准线定位法，打好钢板的定位基准样冲，检查钢板周边偏差不大于2mm。
根据板料尺寸，绘制排版图，按有关标准调整其与纵环缝间的错口距离大于200mm，将塔体纵环缝的位置作最终确定。
壁厚4mm、5mm、6mm三种规格的筒节展开下料长度分别为9433mm、9436mm、9439。
筒体板最小长度不小于500mm。
下料划线设专人专尺，日温差较大时宜在上午10时之前量尺划线，以缩小温差对尺寸的影响。
依照排版图标注的0°线，将每块板上的0°线在划线时标出，并由筒体内壁引至外壁，作为组对筒体时的基准方位线。
使用油性笔（细端）划出每块板的中心线、切割线、检查线。
使用等离子割枪沿线外2mm（留线）切割下料，并打磨坡口。
半成品长度允差为+1、-0，宽度允差为±0.5mm，两对角线相差不大于2mm。
在三辊卷板机上（辊轴外圆包裹薄硬纸）卷制半园弧板，按照压头→分次卷制→样板检验→成形的工序进行。
弧形样板弦长为1500mm，样板与弧板之间的间隙不应大于0.5mm。
卷制过程中用龙门吊配合作业。
板料运输要放置在弧形座内进行场内运输，以免成形的钢板在运输过程中发生变形。
4.2.3止晃平台安装
止晃平台安装前要将吊装用吊架、卷扬机、滑轮、钢丝绳安装完毕。
该工程支撑平台吊装采用砼烟仓顶部口架设吊梁，根据计算的单个平台最大重量（含吊篮附件）约4.8吨，选取5吨卷扬机，Ф15.5mm钢丝绳，1个动滑轮。
先测量顶部吊梁安装尺寸，在底部预预制好顶部吊梁（安装好吊环）利用烟仓顶部扒杆吊至烟仓顶部平台，同时将焊机、电锤、地脚螺栓、支座板、电源线、小配电箱、转向滑轮、钻孔器等吊至顶部平台。
安装顶部吊梁，装设钢丝绳，安置卷扬机及转向滑轮。
4.2.4制作平台安装
制作平台钢板应离基础地面约700mm高，平台面积大于钢筒直径，且在筒体外有1m左右操作面。
平台架高的目的是为了筒体内壁焊接等作业时，便于人员机具进入筒内操作。
制作平台的底部支撑应满足强度要求，考虑满足筒体总重座落于平台上的承重要求。
物料上平台应用灵机扒杆倒链配合。
4.2.5封头及起始段筒节制作
顶部封头制成∮3400直径，厚5mm碳钢的球冠形封头。
并在封头上面筋条加固。
封头在筒体顶升就位后拆除，在烟仓顶部设灵机扒杆，将封头拆除。
4.2.6充气空压机的确定
a.风压计算
计算风压P=（G顶＋d）/F（千克力/cm2）
F=πR2-----顶升罐体的截面积（m2）
Pmax-----顶升罐体所需最大风压力（千克力）
G顶-----被顶升部分罐体重量（含附件）（千克力）
d-----壁板间的摩擦力（千克力）
d=KμPS=2*0.42*1*0.1*3.14*300=79.2千克力
最大风压：
Pmax=（G顶+d）/F
=（78*103+79.2）/（1702*3.14）
=0.86千克力/cm2
b.风量计算
Qn=K*Vn/T（m3/min）
Vn-----下一圈壁板的容积（m3）
T-----顶升一圈壁板所需时间,一般取10～20（min）
K-----泄漏系数，取1.5～3
Pi-----每圈所需风压（KPa）
Pj-----空压出口风压（KPa）
Qn-----每圈所需风量（m3/min）
按每圈板高1.5m计算，最后一圈所需最大风量
Qn=（3*3.14*1.52*1.5）/15=2.12m3/min
c.空压机选择：
根据以上数值，选择与最大风压和风量匹配的空压机，一般选择两台。
选用2台3m3/min，风压1千克力/cm2空压机。
4.2.7气吹顶升装置准备
a.装置制安，包括空压机、风量调节阀、进出罐体人孔、压力计、备用发电机等。
b.两台空压机连接的风管采用并联形式，以便相互连通和调节。
c.内底座安装
4.2.8密封装置设置
a．在内底座上沿与筒体内壁之间装设橡胶组合密封装置，罐体内的气压使橡胶圈紧贴在密封部位，控制气体外泄。
b．先组对筒首下至第一集水段部分，利用钢架挂设在钢架上的4个5吨倒链进行倒装。
然后移入内底座，装入密封装置。
4.2.9筒体组对焊接
用灵机扒杆吊装筒体壁板进行组对，壁板组对要按排版图根据每块板的方位对号入座。
在组对平台上画出Ф3000mm、Ф3008mm、Ф3010mm、Ф3012mm的基准圆，板下部以基准圆为组对基准，板上以上圈底部为基准。
筒体下料划线时，每块板四边距离板边50mm各划矩形基准线，该矩形基准线对称边长度相等，对角线相等，钢板卷圆后该线应在筒体内壁，并用样冲每1m做标记。
该基准线将作为环缝与纵缝间距测量基线。
壁板焊接顺序：
内立缝—外清根--外立缝—对口内立缝—外清根--对口外立缝—内环缝—外清根--外环缝。
可组对三圈板后，上圈内环缝与下圈环缝同时焊接，以增加工效。
在筒体内利用内底座设3层焊接平台，筒体外利用钢架设3层焊接平台。
钢架上设爬梯供人员上下。
筒节组对焊接是筒体制作直线度的关键工序，主要通过控制错边量、对口间隙、焊接变形来保证，组对时用钢板尺测量错边量、矩形基准线测量对口间隙，并调整在规范标准之内；通过控制焊接顺序、焊接电流、焊接速度、焊缝高度和宽度减少焊接变形。
施工时应专门编制针对性的焊接工艺。
焊接方法：
手工焊，三名焊工同时同向同速焊接，先点焊牢固再行焊接。
每次焊尾需进行打磨再继续焊接。
焊接环境：
筒内进行强制通风，增强筒内空气流动，改善作业环境。
每节焊接完后，按规范进行无损检测。
4.2.10顶升平衡装置安装：
在筒体外侧Ф3400mm沿周向等分地安装4条80*50*5方管作导轨。
在中部层止晃平台和钢架平台每层安装滚轮，筒体提升过程中，导轨沿滚轮向上提升。
滚轮制作成弹性可调式，以防止筒体上升过程发生偏斜。
在筒体的角钢圈上垂直连接4根方管80*50*5作导向轨道。
每根导轨长120m；角钢圈与方管用螺栓通过钢板连接，同时在标高GL+31.755,+50.65,+73.9,+97.15,+120.4,+145.95六个支撑平台处设置导向滚轮，每处4个。
滚轮与支撑平台固定，滚轮分布角度与导轨等分角度相同，二对称导轨与轴线在同一垂面上。
安装时在底部预制平台上画设∮2950、∮3000、∮3010、∮3100园及等分线。
每个滚轮宽度约300mm，补偿因安装导轨与滚轮直线度安装误差使导
轨在提升过程中偏离滚轮。
止晃装置与导向装置分开。
止晃装置待筒体安装完后拆除导向装置时进行安装。
最上圈止晃装置筒体连接部分在GL+31.755平台上与筒体一起制作，并用外加套筒方式缩短200mm，随筒体一起提升。
到位后，利用吊篮进行安装。
4.2.11保温及附件施工
保温与筒体顶升一起施工。
保温施工的操作面在9m以上利用钢架搭设操作平台，保温物料利用钢架制作吊杆进行吊装。
在钢架上设爬梯伸至保温操作面。
保温操作面下部进行全封闭，避免物料下落。
1、4.2.12吊篮提升装置
为保证提升顺利和稳定性，在提升过程中筒体进每层支撑平台时需调整筒体和导向滚轮，因此要设置人员升降用吊篮，吊蓝用5吨卷扬机提升。
4.2.13工机具及材料
序号
名称
规格
数量
1
卷扬机
5吨
2台
2
千斤钢丝绳
∮26mm
60m
3
牵引钢丝绳
∮19.5mm
1000m
4
吊蓝钢丝绳
∮17.5mm
800m
5
滑索钢丝绳
∮13mm
450m
6
倒链
5吨
4台
7
滚轮
∮80*80
100只
8
吊篮
3吨
9
倒链
3吨
15台
10
卸扣
10吨
8只
11
卸扣
5吨
20只
12
滑轮
5吨
8个
13
滑轮
8吨
6个
14
扒杆
1吨
3付
15
H型钢
200*200
1000kg
16
组对平台
10吨
7
尼龙绳
∮12
200m
18
逆变焊机
400A
4台
19
交流焊机
300A
6台
20
剪板机
2500×12
1台
21
等离子切割机
100A
1台
22
三辊卷板机
30×3200
1台
23
水平仪
1台
24
经纬仪
1台
25
对讲机
4台
二、5、封头焊缝顶升强度校核：
筒体提升时筒体受力情况是：
封头受垂直横截面力作用，受力为整个吊装重量78吨。
筒体壁板四周受均匀的内压作用。
筒体外壁仅受较小的滚筒及密封环磨擦力作用。
筒体不受其他外力作用。
只需对顶部封头受最大顶升力时焊缝的强度进行校核。
焊缝所受最大应力σmax=K*G吊/A＜σt=215N/mm2（钢材计算许用应力）
K——动载系数1.1
G吊——吊重78*1000*9.8=764400N
A——受力焊缝截面积3.14*3400*4=42704mm2
σmax=1.1*764400/42704=19.7N/mm2＜215N/mm2
封头强度满足要求。
6、钢内筒施工进度计划
总工期8个月
日期
项目进度
2004年
2005年
9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
4月
5月
施工准备
钢板卷制坡口
气顶准备
钢架制安
支撑平台
内筒顶升
止晃装置安装
吊件拆除
烟气管口安装
检验调试
7、内筒钢架安装施工方案
内筒钢架重21.1吨，4m*4m*31.755m，承载整个内筒重量。
底部烟筒内径∮11500，＋31.755m处烟筒内径∮9860mm。
采用散吊顺装法，每次吊装重量在1000KG以下，在塔顶上中心架设钢梁，设置吊点用5吨卷扬机进行吊装。
在钢架中部搭设脚手架，逐层安装。
施工顺序：
塔顶吊点设置、卷扬机钢丝绳安装——脚手架搭设――第一节钢架制作――脚手架加高――第二节钢架制作——其余依次同法安装完成
吊装：
由于吊装摆幅在半径4m区域内，摆角小于1.6°,只需在脚手架上用麻绳牵引移动即可。
吊前在钢管的端口内壁焊设十字吊耳板。
吊耳板厚10mm长250mm，与内壁贴紧。
钢架组对焊接：
1．钢架连杆安装前要校核是否弯曲，特别是四根立柱管；
2．立柱吊装组对前，在下节管口用钢板设置承口，以便上节钢管顺利落位；
3．钢架组对焊接顺序是先立柱对接再横杆再斜撑；
4．立柱对接调整垂直度后点焊牢固再行焊接；
5．横杆连接时要保证四边的间距及对角线在规范允许范围之内，必要时可加设临时支撑予以保证；
工机具：
名称
规格
数量
卷扬机
5T
1台
钢丝绳
6*37＋1∮17.5mm
200m
起重滑轮
2T
1个
缆风绳
∮15
200m
导向滑轮
1T
4个
卸扣
2T
4个
倒链
3T
2个
脚手架
2000m
8、重点工序施工程序:
1.顶部吊点设置：
a.利用烟囱顶部现有吊重装置,将顶部吊点及临时操作平台设置所需材料吊至烟囱顶;
b．在混凝土烟囱顶圆中心线设置一支200*200*8*12工字梁,做吊篮承吊点及拉吊篮限位绳,烟囱中心绳用,在工字梁旁1m处设置一支10#槽钢横梁,铺设1m宽临时操作平台,挂好烟囱中心绳,吊篮限位绳,吊篮吊装绳。
d．顶部吊点及平台详图：
e.顶部平台支撑板详图
2.支撑架安装
a.支撑架安装顺序:
自上至下,先安装第五层支架直至第二层;
b.先将吊篮降至底部操作平台上,在吊篮上预制待安装支撑架,支撑架与混凝土烟囱内壁接触的六支工字钢（或H型钢）横梁在吊篮提升前先行截短200mm,截断部分放在吊篮内;
c.提升吊篮使支撑架到达安装位置,安装撑架。
5.导轨及导向轮设置:
a.烟囱内筒提升前,须在内筒外壁设置导轨,各层支撑处设置导轮;
b.导轨用80*50的方管,采用10mm厚的钢板作连接板,连接板焊接在导轨上,连接板另一端开两螺栓孔,用M16的螺栓固定在内筒角钢加固圈上;
c.在每层支撑相互垂直的四个方向各设置一组导轮,导轮通过轮座焊接在四寸钢管上,支撑架上焊接五寸钢管,将焊好导向轮的钢管插至与支撑架焊接的五寸钢管内,至此,完成一组可伸缩导向轮安装,根据内筒通过支撑处时的情况,调节导轮与导轨间的距离,然后将钢管焊死;
d.导轮导轨设置详图
e.导轨与连接板连接详图
f.导轨与角钢圈连接大样图
4.卷扬机安设
a.待内筒钢架安装完毕后,即可安装提升烟囱内筒用的卷扬机;
b.钢丝绳分别由两组滑车引出,分别通过三个导向轮进入卷扬机;
c.两台8吨卷扬机布置在离烟囱中心20m远的位置,两卷扬机相距约9m,分别锚固好；
d.卷扬机安设图：
5.底部平台制作
底部操作平台采用10mm钢板铺设，支撑在六根200*200*8*12工字钢立柱上，立柱之间用16#槽钢横梁连接，立柱底部用膨胀螺栓固定在混凝土烟囱基础上，操作平台钢板钢内筒圆周范围开两个500*500方形人孔，供工具及人员进出，人孔与混凝土烟囱基础之间搭设短梯，方便操作人员上下操作平台，操作平台与内筒钢架基础重合部位应开与基础形状大小一致的孔洞，以便内筒钢架平台的安装
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