1240MW塔式鍋爐鋼結構頂板層次梁吊裝技術的優化及應用

吳良波++鄭小明++林貴生++宗曉暉++林森鵬++譚義

摘 要：頂板梁吊裝是鍋爐安裝的關鍵節點，是鍋爐安裝大型機械選擇的首要條件之一，其中大型機械布置的合理性直接關系到整個鍋爐安裝的機械費用及鍋爐安裝的進度。本文著重介紹華廈陽西電廠5、6號機鍋爐采用延長梁雙塔機抬吊次梁就位以及牛腿預存緩裝次梁后拖運就位的新技術有效節約機械成本、優化現場機械布置的施工方法。

關鍵詞：鍋爐 頂板層次梁 雙機抬吊 延長梁 牛腿 拖運

中圖分類號：TU75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0040-07

隨著中國經濟增速進入換檔期，以及經濟結構調整的持續深化，經歷了十多年高速增長的電力工業，也將隨之進行調整。與電力工業相伴而生的電力建設行業，亦將出現根本性的轉折。因此，面對目前國內電力建設行業形勢，眾多的電建公司為獲得國內少有的業務都會采取低價中標的策略。在這種情況下，電建公司如何在國內項目施工管理中開源節流、降本增效獲得最大利潤，已成為各電建公司重點研究的課題，其中優化施工方案是一個大方向。廣東華廈陽西電廠二期5、6號機組（2×1240MW）工程是該公司低價中標的目前亞洲在建最大容量的常規火電發電機組，作為1240MW的火電機組，其設備無論是在重量、尺寸上都是其他小容量機組無法比擬的，因此，安裝施工機械的合理選取對于降本增效尤為重要，特別是機械費用占大頭的鍋爐本體吊裝的機械，如何創新鍋爐本體施工技術，從而優化鍋爐吊裝大型機械配置、節省機械成本的研究是一個重要課題。

1 陽西華廈陽西電廠1240MW燃煤發電工程鍋爐鋼架簡介

華廈陽西電廠5、6號機鍋爐是上海鍋爐廠設計的超超臨界1240MW塔式鍋爐。鍋爐鋼架采用全鋼結構，共11層，寬58m，深58.8m，高135m；爐前為懸吊副鋼架，爐后副鋼架為支撐空預器、脫硝裝置、煙風道鋼架。其中主立柱最重件為49.3t，頂板梁最重為水冷壁前、后墻次梁均為92.5t。鍋爐鋼架設備單件主要質量統計如表1所示。

2 鍋爐吊裝機械布置與吊裝方案優化

該爐型設備的吊裝機械布置采取我司成熟塔式鍋爐安裝機械布置方案（以5號爐為例，機械布置圖見圖1）——前期在爐膛中心布置一臺大型塔吊用來吊裝鍋爐鋼結構，待鍋爐鋼結構安裝到頂層的時候再在爐外布置一臺大型塔吊用來拆除爐膛中心塔吊、吊裝與爐膛中心塔吊塔身相碰的緩裝次梁以及其他鍋爐設備。

常規方案：按單機吊裝鍋爐鋼構件來選取吊機，根據鍋爐鋼結構布置情況及相關塔機起重性能表經過計算，完成鍋爐鋼結構吊裝爐膛要布置120t級塔吊才能完成頂板層最重件的吊裝；爐外側需要布置80t級塔吊才能拆除爐膛120t級塔吊，同時爐頂需布置80t履帶吊與爐外側80t級塔吊雙機抬吊才能完成爐膛塔吊塔身相碰的緩裝次梁的吊裝。

一次優化方案：由于本臺鍋爐鋼架單件質量超過70t的構件過少，僅兩件次梁為92.5t，如果為了吊裝這兩件次梁在爐膛布置一臺120t塔吊，不經濟，進行優化——把頂板層大板梁、次梁重大件改為用爐膛內塔機及爐外側塔機雙機抬吊的施工方法，把爐內側塔吊改為80t塔吊。經過核算，采取上述方案也能滿足施工，頂板層各重大構件吊裝負荷見表2。

二次優化方案：從一次優化吊裝負荷表可以看出爐膛80t塔吊與爐外側80t塔吊的機械布置方案能滿足爐頂層大件的吊裝要求，而且雙機抬吊的時候兩機的負荷較低，吊機能否再進一步優化——爐膛80t塔吊保持不變，將爐外側80t塔吊改為64t塔吊，經過計算，頂板層各重大構件吊裝負荷見表3。

由表3可見，此方案吊裝水冷壁前墻次梁時兩機負荷過大，超出了國家相關規范的要求，具有一定的安全風險；爐膛中心80t塔吊拆除時單件最重26t，爐外側64t塔吊在爐膛中心位置最大吊重32t，可以滿足要求；然而80t履帶吊拆除后主機最重48t，爐外側64t塔吊無法將其從大板梁頂上吊下來。綜上述此機械布置方案不能滿足吊裝要求。

3 頂板層次梁吊裝技術的優化

為了解決二次優化方案中存在的問題，華廈陽西電廠5、6號機鍋爐頂板層次梁吊裝采取以下技術：（1）水冷壁前墻次梁靠爐外塔吊側端面焊接延長梁，將爐外塔吊吊點設置在延長梁；（2）緩裝次梁兩端面焊接牛腿，在爐膛中心塔吊拆除前將緩裝次梁預存在塔身后面，待爐膛中心塔吊拆除后利用重物移動器將預存緩裝次梁拖運就位。

3.1 關鍵技術

3.1.1 延長梁雙機抬吊次梁就位技術

延長梁雙塔機抬吊次梁就位就是在次梁靠爐外塔吊側端頭增加延長梁，將爐外側塔吊吊點設置在延長梁上，減小次梁就位時爐外側塔吊的作業半徑，從而減小爐外側塔機的負荷率，合理分配兩塔機的負荷，使兩塔機的負荷在國家相關法規的允許范圍內，安全、合法、合規完成吊裝作業。延長梁設計見圖2。

由圖2，圖3所示，起吊時使用次梁腹板上吊耳，兩機分配質量均為47.4t。起吊時抬吊工況選擇：STT2200-80t塔吊作業最遠半徑35m，額定起重質量63.03t，分配質量47.3t，索具質量為1t，負荷率為：QTZ1200M64-64t塔吊作業半徑20m，額定起質量為61t，分配質量為47.3t，索具質量為1t，負荷率為：。次梁抬吊至爐右鋼架頂部臨時存放，QTZ1200M64-64t塔吊改為延長梁上吊耳：STT2200-80t塔吊作業半徑28m內，額定起重質量80t，分配質量62.6t，索具質量為1t，負荷率為：，QTZ1200M64-64t塔吊作業半徑29m，額定起重質量為43.5t，分配質量為32.8t，索具質量為1t，負荷率為：。滿足吊裝要求。

3.1.2 牛腿預存緩裝次梁后拖運就位技術

牛腿預存緩裝次梁后拖運就位就是在與爐膛塔身相碰的緩裝次梁頂面兩端頭各焊接一根牛腿，在爐膛中心塔吊拆除前將緩裝次梁預存在塔身后面或前面，待爐膛中心塔吊拆除后利用重物移動器將預存緩裝次梁拖運就位。牛腿設計如圖4。endprint

3.1.3 延長梁、牛腿設計校核

（1）延長梁、牛腿強度校核。

延長梁、牛腿采用H型鋼，直接焊接在次梁端面，延長梁、牛腿受力分析及截面如圖6所示。

變形最大發生在B處：彎矩Mmax=FL，截面抵抗矩：，彎曲正應力，剪切應力。

延長梁選取H800×350×30×30，材質Q345，L=5000mm，代入上述公式得B處彎曲正應力B=171.9MPa<295MPa，剪切力B=62MPa<170MPa，可見延長梁選取可行。

牛腿選取H488×300×11×18，材質Q345，L=850mm，同理可得牛腿B處彎曲正應力B=94.1MPa<295MPa，剪切力B=64.1MPa<170MPa，牛腿選取可行。

（2）延長梁、牛腿焊縫強度校核。

對延長梁、牛腿與次梁焊接處受力分析及焊縫截面如圖7所示。

焊縫受拉應力為：，焊縫受彎矩最大切應力，。

延長梁與次梁端面搭接焊接長度900mm，焊縫高度K=20mm，數據代入上式得焊縫受拉應力為MPa，焊縫受彎矩最大切應力=146.63MPa，=146.72MPa<200MPa，焊縫設計可行。

牛腿與次梁端面搭接焊接長度600mm，焊縫高度K=20mm，代入數據代入上式得焊縫受拉應力為MPa，焊縫受彎矩最大切應力=74.6MPa，=74.9MPa<200MPa，焊縫設計可行。

3.2 創新點

廣東華廈陽西電廠二期5、6號機組（2×1240MW）工程5、6號鍋爐采用延長梁雙塔機抬吊次梁就位及牛腿預存緩裝次梁后拖運就位的方法安裝鍋爐頂板層次梁是本工程實施的兩項關鍵技術。二次優化方案要實現必須解決兩塔機負荷過大的問題，本工程通過在次梁靠爐外塔吊側端頭焊接延長梁，在延長梁上增設一個吊點，吊裝時先用水冷壁前墻次梁上吊點將次梁抬吊至爐頂鋼架上臨時存放，然后將爐外側塔吊吊點換鉤至延長梁吊點上將次梁抬吊就位，該方法減小次梁就位時爐外側塔吊的作業半徑，從而減小爐外側塔機的負荷率，合理分配兩塔機的負荷，成功解決了兩塔機負荷過大的問題，使得二次優化方案實現看到了希望。解決緩裝次梁吊裝問題是二次優化方案得以順利實施的另一個關鍵技術。本工程通過在緩裝次梁頂面兩端頭各焊接一根牛腿，在爐膛中心塔吊拆除前將緩裝次梁預存在塔身后面，待爐膛中心塔吊拆除后利用重物移動器將預存緩裝次梁拖運就位。此方法很有效地解決了緩裝次梁吊裝問題，為二次優化方案實施掃清了障礙。

3 經濟效益

廣東華廈陽西電廠二期5、6號機組（2×1240MW）工程5、6號鍋爐采用新技術的二次優化方案與常規施工方案進行對比，新技術二次優化方案所體現出的經濟效益效果明顯，具體如下。

（1）新技術二次優化方案與常規施工方案比較，單臺爐機械費用統計見表4。

（2）新技術二次優化方案與常規施工方案相比，不用在爐頂布置履帶吊，節約安裝和拆除爐頂吊的人工費用：7人×10天×300元/人/天=2.1萬元。

新技術二次優化方案與常規施工方案相比，新技術二次優化方案需要增加的延長梁、牛腿材料費用約為3萬元，與常規施工方案需要布置履帶吊行走通道材料的費用基本持平。

由此可見，兩臺爐節省成本：（222+2.1）×2=448.2萬元。

5 推廣應用情況及前景

廣東華廈陽西電廠二期5、6號機組（2×1240MW）工程5、6號鍋爐采用延長梁雙塔機抬吊次梁就位及牛腿預存緩裝次梁后拖運就位的施工方法安裝鍋爐頂板層次梁的技術，使原本爐膛中心需要布置120t級塔吊改為布置80t級塔吊，爐外側需要布置80t級塔吊改為布置64t級塔吊，優化了現場吊裝機械布置，節省了機械成本。特別是牛腿預存緩裝次梁后拖運就位法安裝鍋爐頂板層次梁的技術，該技術凡是采用在爐膛內布置大型吊機吊裝鍋爐鋼架的機械布置方案的鍋爐均可以采用，其施工簡單，安全可靠，實施成本低，適應性強，具有普遍推廣價值。

6 結語

《1240MW塔式鍋爐鋼結構頂板層次梁吊裝技術的優化及應用》是該公司在繼承《二次再熱百萬千瓦機組鍋爐鋼架吊裝技術的優化與應用》基礎上的又一次創新，已在該公司承建的廣東華廈陽西電廠二期5、6號機組（2×1240MW）工程5、6號鍋爐頂板層次梁安裝施工中得到推廣應用，并取得顯著的經濟效益，充分展示了該公司的科技水平及安裝實力。

參考文獻

[1] 陳錦池.謝譽軍.黎世斌.二次再熱百萬千瓦機組鍋爐鋼架吊裝技術的優化與應用[J].工程技術，2016（6）：255-266.

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[3] 古海東.1000MW機組塔式鍋爐大板梁的安裝施工分析[J].沿海企業與科技，2009（4）：140-141.endprint