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氣壓頂升法在煙囪鋼內筒施工中的應用論文
摘 要：文章介紹了氣壓頂升法首次在山西省大型火電廠煙囪鋼內筒施工中的應用，闡述了氣壓頂升法施工的原理、工藝流程及頂升的施工技術。
關鍵詞：煙囪鋼內筒；氣壓頂升倒裝法；內密封環
武鄉電廠2×600 MW亞臨界機組配備一座套筒式煙囪，煙囪由內筒和外筒兩部分組成。外筒為變坡度鋼筋混凝土結構，高233 m，內筒為內徑9.5 m的單管鋼筒體，高240 m。鋼內筒材料采用爆炸—軋制方法使金屬鈦（復材）與普通Q235—B鋼（基材）達到冶金結合的鈦/鋼復合板，復合板厚度從下至上分別采用了（20+1.2）mm、（18+1.2）mm、（16+1.2）mm、（12+1.2）mm 4種規格。將復合板卷制成弧板后，分不同定尺的4塊板組成一圈，每圈的高度均為2 m，擬采用氣頂倒裝法在煙囪內組焊成鋼內筒，鈦/鋼復合板內筒的總重量為1097t。在鋼內筒與外筒壁之間設計有7層鋼制平臺，各層平臺之間有鋼扶梯上下。
1、氣頂倒裝法施工原理及工程應用
氣頂倒裝法施工工藝原理如同“氣缸與活塞”的關系，先用常規吊裝工具在筒體基礎上將內筒頂部組裝到一定高度（15 m～20 m）后，再將內筒上口焊上專用的錐形上封蓋，構成一個下端敞口的“氣缸體”，將其套在預先用鋼板加工好的直徑8 m、高8.75 m的圓柱體“內底座”外周，內底座擱置在內筒基礎底板上，下口采用鋼板焊接密封，上口與鋼內筒相接處設內密封環，內密封環猶如一個超大直徑的汽車輪胎，固定在內底座外圈，密封環內胎充氣后使得L形外胎與鋼內筒內壁貼緊。這樣，在內密封環以上、鋼內筒上封頭以下筒段所包圍的范圍內構成一個密閉腔。外部氣源通過管道由底部向密閉腔內通入壓縮空氣，當作用于上封頭的空氣壓力超過已組對的上筒段（包括錐形封頭重量在內）的重量，并足以克服內密封環對內筒壁的摩擦力時，鋼內筒便向上滑移，滑移上升使筒段底口高度超過后續節的鋼板高度（2 m）后，便將卷制的弧形復合板（4塊圍成一個整圈）在內底座的周圍合攏，組焊成后續筒節，再適量放氣使上段筒體徐徐下降與后續筒節對接相焊，如此反復，使鋼內筒接長到頂。
2、工藝流程
煙囪外筒壁及內部各層鋼平臺施工完畢→制作錐形上封蓋及內底座→煙囪外筒頂部臨時承重鋼梁及導向滑輪系統安裝→卷揚機牽引系統安裝→內密封底座（帶可密封的人孔）安裝就位→組焊平臺及吊裝運輸復合板的弧形軌道安裝→鋼內筒首段（約15 m）安裝組焊→錐形上封蓋安裝→內密封環及導向輪安裝→空壓機、儲氣罐及管路系統安裝→氣頂操作柜（帶氣壓表）安裝→調試→逐層氣壓頂升→逐層止晃點安裝→拆除鋼內筒組裝底座→鋼內筒就位固定→煙道口開孔→分片拆除頂升裝置。
3、關鍵施工技術措施
3.1 內密封底座設置
內底座設置于筒體基礎上，底部圓形鋼板延伸出底座筒體300 mm左右，為防止氣壓頂升過程中氣壓對底板的作用而導致不均勻變形，底板基礎面應平整、堅實，并在基礎面上鋪墊25 mm左右中砂，以利底板對基礎面的傳力均勻。底座筒體內部每隔1m高度設置幅狀型鋼拉條一層，以防筒體變形。
3.2 鈦/鋼復合板內筒組裝底座平臺
復合板內筒頂升期間應擱置在0.6 m高的鋼制底座上，底座為環形結構，中心直徑同鋼內筒，做法為沿周長固定間距750 mm的鋼短柱，上焊20 mm厚環形鋼板，以便在兩短柱之間人員出入設置進出氣管道以及空氣流通，從而保證鋼內筒與內密封底座之間的環形操作空間內的環境良好。為保證安裝質量，底座水平環形鋼板面的平整度偏差不應大于3 mm。鋼內筒頂升完畢后，拆除該底座，并放氣使內筒徐徐降下，按設計與基礎預埋件緊固連接。
3.3 內密封環
密封環材料與結構必須符合耐磨性和密封可靠性的要求，由專業橡膠制品廠定做。耐磨性是保證整座鋼內筒氣頂完成前不必進行更換密封環。密封可靠性是在整個氣頂工序完成前在最高氣壓條件下無明顯漏氣，采取的措施：首先，在每節鋼內筒組對焊接完成后，筒內壁焊口做清根處理保證筒體內表面的光滑度；其次，密封環在施工前做嚴密性試驗，根據試驗數據確定出補氣量和內胎的氣壓；再次，在鋼內筒制作時，橢圓度允許偏差，用弦長1。5 m的弧板檢查，不超過±2 mm。
3.4 氣頂壓力
施工前，根據每節頂升的上部內筒和錐形上封蓋重量之和，列表計算出每節頂升所需的充氣壓強，作為氣頂時氣壓表顯示的理論值。密封環對鋼內筒壁的靜摩擦力則采用10 t卷揚機通過導向滑輪牽引錐形上封蓋克服。摩擦力的大小與密封環材料、內胎充氣壓強及內筒內表面平整度等因素有關，可在調試中確定，一般為8 t左右。內胎的充氣壓強要大于氣頂容器內的壓強，但不得超過其出廠預定的最大充氣量和壓強。如在氣頂過程中內胎爆裂，由于氣頂裝置內超過外界的空氣壓力，使得L形外胎與內筒壁貼壓緊，鋼內筒不至于大量漏氣下滑，故采用此法設置的氣頂裝置是安全的。
3.5 控制半徑的技術
在鋼內筒組裝底座上精確放線定位后，焊上控制內筒曲率半徑的小槽，用氣頂裝置的弧形軌道吊將卷制的弧形鈦/鋼復合板大體就位，焊接3片后逐步在半徑槽內就位，最后一道垂直縫的焊接組對，采用兩只5 t的手拉葫蘆把相鄰的兩張板收緊。
3.6 控制鋼內筒中心點及垂直度的技術
在煙囪頂部固定承重鋼梁時就把提升鋼內筒的鋼絲繩定位為中心點，其次在煙囪每層平臺上設置4個止晃裝置，在內密封底座上固定兩層導向輪，每層8個對稱設置，以保證鋼內筒垂直上升。首段鋼內筒安裝則采用相互垂直的4個方向攬風鋼絲繩及手拉葫蘆調節垂直度。
4、檢驗
嚴格執行質量四級檢查驗收制度，貫徹自檢與專檢相結合方式。加工構件事先放樣，焊縫質量符合焊接規范。卷好的復合板，在拉運、吊裝時，應采取措施，防止鋼板變形影響拼裝。氣壓頂升裝置屬于密閉容器，使用和加工中嚴格按照壓力密閉容器的有關規程進行操作。
5、結束語
通過該工程的應用，采用氣壓頂升法施工鋼內筒可靠、安全、經濟，比起以往采用的液壓提升法施工，不僅節省了液壓提升裝置的采購費用，在設計外筒壁時，因氣壓頂升的負荷不加載在外筒壁上，使得外筒壁厚度及含鋼量減小，降低了工程投資。
氣壓頂升并非是一項非常復雜的施工過程，掌握其工藝本質、不忽視每個細節，作精心準備和施工設施的完善是其關鍵。本例中采用了L形外胎內密封環，大大提高了其安全性能，施工進程得以保障，1 097 t結構在4個月內完成，竣工后榮獲了“山西省電力建設工程優質施工項目”獎。通過成功的實踐，進一步推動了氣壓頂升在工程中的應用。
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