大型空冷凝汽器自組式高空懸掛平臺的研究及應用

徐吉軍 李天鵬 馬小斌 陳耀武

【摘要】隨著現代工業技術的發展，在火力發電廠中現代空冷系統（即風冷系統）和傳統的水冷塔相比，因其節水性能的優勢，正得到逐步應用?？绽湓硎瞧啓C做功后的乏汽經低壓缸下部的排汽裝置進入主排汽管道輸送至空冷凝汽器（以下簡稱空冷島）蒸汽分配管，由空冷風機將散熱管束內的熱量帶走，乏汽冷凝為凝結水，后進入排氣裝置，通過凝結水泵送入熱力系統。其中空冷島的風筒及風機網罩的安裝以高空安裝為主，其常規安裝方法為：1）搭設腳手架后安裝；2）地面整體拼裝完成后安裝。鑒于這兩種方法存在著耗費大量人力和物力、施工過中不安全因素多及施工工期長等缺陷，我公司對“大型空冷凝汽器自組式高空懸掛平臺”進行研究。

【關鍵詞】空冷電站；平臺結構；材料；升降方式；懸掛方式

1、研究背景

1.1空冷電站概述

由于空冷電站的耗水量僅為水冷電站的三分之一，適合我國缺少水而煤炭資源豐富的三北及國外干旱缺水地區，特別中亞地區火力及燃氣電站。國務院《國民經濟和社會發展“十一五”規劃任務分工》將大型空冷電站列為能源工業重點工程；國家發改委《關于燃煤電站項目規劃和建設的有關要求的通知》明確要求，在煤炭資源豐富的地區，規劃建設煤礦坑口或礦區電站項目；在北方缺水地區，新建、擴建電廠禁止取用地下水，嚴格控制使用地表水，原則上應建設大型空冷機組。在政府的強力節水政策下，空冷幾乎成了中國北方火力電站冷卻方式的唯一選擇。即便在水資源相對豐富的我國南部地區，隨著生活和工業用水費用的不斷提高，目前空冷電站經濟性略遜于水冷電站的局面也會發生重大改變?？绽潆娬驹谀戏降貐^的推廣同樣也是可以期待。“十二五”時期，我國發展仍處于可以大有作為的重要戰略機遇期。為確保實現“十二五”規劃《綱要》提出的節能減排約束性指標，國務院印發了《“十二五”節能減排綜合性工作方案》，以便空冷凝汽器的推廣。

1.2空冷島概述

空冷電站相比于水冷電站，主要區別在于空冷電站通過空冷凝汽器（以下簡稱空冷島）對蒸汽進行凝結回收。其工作原理是：汽輪機做功后的乏汽經低壓缸下部的排汽裝置進入主排汽管道輸送至空冷凝汽器（以下簡稱空冷島）蒸汽分配管，由空冷風機將散熱管束內的熱量帶走，乏汽冷凝為凝結水，后進入排氣裝置，通過凝結水泵送入熱力系統。

現我公司正在施工的CNPC45號自備電站擴建工程中所安裝的空冷島設備基礎標高：19.1m。從縮短工期、節約成本、提高安全角度出發，我公司項目小組成員經現場實地考察研究，自行制作“大型空冷凝汽器自組式高空懸掛平臺”。在保證安全的前提下，順利完成空冷島風筒及風室底板安裝任務，目前國內外均無此做法。此工法還能還能推廣應用于其他類型高空作業，提升高空作業的安全性及施工功效。

2.平臺結構

2.1 根據目前所施工項目，確定作業區域。

我方在開始對空冷凝汽器開始施工時，兩臺空冷凝汽器均安置在標高+18.480m的混凝土立柱上，根據現場實際測量及風筒及風室底板螺栓安裝位置，確定作業區域。

2.1.1 制定平臺結構及拼裝形式。

從圖紙可知作業區域每個單元長12.4m；寬11.61m，風筒最下方直徑：10.844m，高：1.875m，根據這些數據以及便利作業人員施工的原則（組裝風筒及風室底板共需6個作業人員），我方確定作業平臺尺寸：兩個11400×3055的長框架和兩個4950×2874的短框架組成長寬為11400×11060的矩形平臺，中間部分采用圓管做梁，敷設木板。

但由于24套風筒作業區域不同，為便于移動，平臺初步設置為拼裝模式，但是經四川省電力設計院工程師建模計算，此平臺首先桿件長度和截面面積的比值就不滿足要求。后期經我方與設計院計算人員共同修改后，平臺改為剛性連接（即焊接），確保平臺能滿足載荷要求。

根據我方200t吊車距最遠一臺風筒距離為20m，最大起重量為：10t，來確定平臺的整體重量最大不能超過9噸（作業人員6人重量及懸掛卡扣重量另算），為此，為減輕作業平臺重量，我方將作業區域以外的部分采用圓管做梁，木板敷設。矩形平臺一組對邊為長框架，另一組對邊為短框架，長框架與短框架采用焊接連接，框架表面用2cm厚鏡面模板敷設，并用Ф6.9*32mm自攻螺絲錨固于平臺上；中間預留的5700×4950的進行區域即為作業區域以為的部分，待平臺懸掛于作業區域后，布置D32×2.5圓管作為梁，并用鐵絲將圓管與框架捆扎后用木板敷設。

3.載荷及承重研究

平臺尺寸為11060mm×11400mm×1200mm，平臺拼裝后總重量為8.5t，安裝高度17.5m。

平臺總重G1=8.5t；

平臺每次6人同時進行作業，每人重100kg，即 G2=600kg；

平臺安裝所使用索具G3=200kg；

不平衡系數K1=1.3；

吊裝載荷G′=（G1+G3）=87KN

計算載荷G=（G1+G2+G3）×k1=120.9KN

安裝作業過程中，平臺活動載荷P=400Kg/㎡

此平臺通過四川省電力設計院工程師建模計算，滿足400kg/㎡活荷載作業要求。

4.升降方式研究

4.1吊裝概述

一.升降特點

自組式高空懸掛平臺吊裝存在以下特點：

1）45號自備電站擴建工程空冷島，為室外部分中最后進行的施工的工作。故周圍構建筑物等障礙較多，給施工來一定局限性。

2）平臺起升工作中，需要多方合作進行，工作期間需要大量人員配合。

3）平臺吊裝時需要多方協調合作進行工作量較大，施工中需要統籌考慮，盡量減少吊車移動次數。

4）吊裝、移位和平臺擺放占用場地較大。

二.四套吊裝方案

方案一：200t履帶吊單車對平臺整體吊裝

計算載荷G=（G1+G3）×k2=95.7KN；（動載系數K2=1.1）

平臺4吊點均勻分布，吊點受力P1×a = P2×b；

吊車參數：L=70.5+19（副臂10°偏角）；R=38m ；Q=157KN；

吊車負載率= G / Q =95.7/157= 61%<80%，滿足吊裝要求。

各系統檢查正常后進行試吊，試吊中發現問題及時處理。確認試吊無誤后，進行正式吊裝，待平臺起升到安裝高度后，停止起升并派專人進行檢查，確認安全后，對平臺進行固定連接。

方案二： 70t汽車吊單車對平臺整體吊裝

計算載荷G=（G1+G3）×k2=95.7KN；（動載系數K2=1.1）

平臺4吊點均勻分布，吊點受力P1×a = P2×b

吊車參數：L=32.15；R=12m ；Q=120KN

吊車負載率= G / Q =95.7/120= 79.8%<80 %，滿足吊裝要求。

各系統檢查正常后進行試吊，試吊中發現問題及時處理。確認試吊無誤后，進行正式吊裝，待平臺起升到安裝高度后，停止起升派專人進行檢查，確認安全后，對平臺進行固定連接。

方案三：兩臺25t汽車吊雙車整體抬吊

計算載荷G=（G1+G3）×k2×k2=105.27 KN； （動載系數K2=1.1）

平臺4吊點均勻分布，吊點受力P1×a = P2×b；

吊車參數：L=24m；R=8m ；Q=85KN；

吊車負載率= G / （Q 1+ Q 2）×0.75= 82.5 %，滿足吊裝要求。

各系統檢查正常后進行試吊，試吊中發現問題及時處理。確認試吊無誤后，進行正式吊裝，起升過程中指揮人員要保證兩臺起重機的起升速度一致，待平臺起升到安裝高度后，停止起升派專人進行檢查，確認安全后，對平臺進行固定連接。

方案四：采用起重葫蘆，同時拉升進行起升

計算載荷G=（G1+G3）×k2^4=127.3KN；

平臺總重G1=8.5t

平臺每次4人同時進行作業，每人重100kg ，G2=400kg；

不平衡系數K1=1.3，動載系數K2=1.1；

平臺4吊點均勻分布，吊點受力P1×a = P2×b

故確定起吊方式為：

1）在平臺懸掛吊耳四個對角方向各增加一組吊耳。

2）在混凝土基礎上四個對角方向各增加一組平臺卡扣。

3）在4個單元四個角的方向各采用兩組10t倒鏈，每組采用三個倒鏈首尾相連進行懸掛，在平臺4條邊的方向各采用一組5t倒鏈，每組同樣采用三個倒鏈首尾相連進行懸掛。

各系統檢查正常后進行起吊。起吊中四人同時操作，每人控制一個角方向的兩組倒鏈。兩組倒鏈交替起升，起升要平穩，高度要統一，速度要一致。發現問題及時處理。待平臺起升到安裝高度后，用12臺倒鏈將平臺調整平穩后，用鋼絲繩進行固定連接。

鑒于人工起升過程中存在著太多的不確定性和不安全性因素，在有機械設備的情況下，不建議使用此方案。

在施工現場，施工方可根據平臺參數及本單位現有的機械設備和現場施工情況，采用以上四套吊裝方案中的第一種，將平臺安裝在使用的高度。

5.懸掛方式研究

此平臺完全依靠空冷凝汽器標高+17.75m框架梁（1000×300）進行懸掛。研究小組自行設計平臺與混凝土梁連接卡扣，根據平臺重量8.5噸及框架結構形式，研究小組最終確定卡扣形式。

平臺尺寸為11060mm×11400mm×1200mm，平臺完成后總重量為8.5t，使用起重設備起升到工作要求高度后，使用平臺卡扣8個和8臺10t倒鏈固定在合適高度位置，使用倒鏈進行固定可便于對平臺進行小幅度調整。

6.安全性研究

6.1 高空作業防護措施

1）在鏡面模板上鋪設毛氈，并對毛氈進行固定，以增大平臺表面的摩擦力，防止作業人員摔倒；

2）按照JGJ80-91規定要就設置平臺欄桿，欄桿高度1m，2道橫桿，擋腳板高度200mm，立柱間距小于2m；

3）我方在平臺下部6m層，利用空冷凝汽器框架梁，搭設防護網；

4）在19.1m層平臺上及混凝土立柱四周設置生命線，作業人員進入平臺施工時始終保持安全帶有系掛點；

6.2 防倒鏈失效安全裝置

平臺采用8臺10t倒鏈懸掛于框架梁上，以便于對平臺進行微調。為防止倒鏈發生損壞或者其他意外導致損害，我方設置防平臺墜落雙保險，即：除倒鏈懸掛外，增加鋼絲繩懸掛。

懸掛的鋼絲繩選擇 ?22-1670-6×37+1。平臺固定采用8根?22-1670-6×37+1鋼絲繩時安全系數K=（267×8）/ 120.9 = 17.67>14（載人升降機安全系數），滿足安全要求。