氣壓頂升法在煙囪鋼內筒施工中的應用

孟軍衛

（山西襄垣和信發電有限公司，山西 太原 030006）

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）mm4 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1097 t。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1 m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。

表1 質量檢驗標準

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，1097 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。