提高非AB梁電解槽槽底母線安裝質量的實踐

劉海龍,楊朱君,楊 銘,吳海剛

(1.國家電投集團內蒙古能源有限公司 內蒙古 通遼 028000；2.河南省中大工程監理有限公司,河南 鄭州 450000；3.國家電投集團內蒙古白音華煤電有限公司 鋁電分公司,內蒙古 錫林郭勒 026000)

本項目為年產40萬噸電解鋁,電解系列共安裝300臺新型SY500電解槽,總投資26.5億元。新型的SY500電解槽采用全新優化的物理場模型,電解槽總體設計中取消了AB梁,非AB梁電解槽需對電解槽母線及槽殼安裝精度提出了更高安裝要求,電解槽安裝質量的控制是實現電解槽的平穩運行的基礎條件。本文結合施工實踐,闡述如何提高非AB梁電解槽槽底母線安裝質量。

電解槽母線的安裝精度直接影響電解槽內的磁場分布,進而影響電解槽的運行指標。為使電解槽達到設計規定的運行指標,必須保證母線安裝精度達到設計要求。這就需要在電解槽母線安裝施工中,對槽底母線、立柱母線、進電側母線、出電側母線、陽極母線的安裝精度,以及電解槽上下部槽的安裝精度進行嚴格的控制,使安裝誤差在允許范圍內。

傳統的電解槽下面為AB梁,槽底母線直接安裝在AB梁上,AB梁為H型鋼,表面光滑平整,安裝方便。非AB梁型電解槽槽底母線直接安裝在混凝土母線支墩上,對母線支墩的平整度、標高精度,母線安裝位置、絕緣材料鋪設、槽底母線的整體標高要求很高。因此母線整體標高控制及與電解槽的整體配合是本工程的質量控制要點,為保證電解槽整體安裝質量,槽底母線安裝精度成為本工程的質量控制重點。

圖1 非AB梁槽底母線安裝三維圖

1 施工過程中出現的問題及原因

通過對第一臺槽底母線試裝,測量后發現安裝偏差很大,甚至很多超過安裝允許偏差,實測結果見表1。如母線不能保證安裝精度,則會對電解槽及鋁母線下步安裝造成很大影響,電解槽的累計偏差會很大,將對電解槽的正常運行造成很大影響。

表1 常規安裝后測量數據表

為提高母線安裝精度,以達到設計文件及相關規范要求,現場成立了專門的質量管控小組,通過現場測量的數據進行分析和歸納,小組從人、料、機、法、環等多角度、多因素對安裝產生的偏差進行初步理論分析,主要有以下十二條原因:

(1)母線基礎尺寸偏差:鋁母線基礎在施工過程中,土建的誤差精度為厘米級,鋁母線安裝精度為毫米級,兩者精度等級差異較大。為保證母線安裝質量須統一土建、安裝驗收精度標準。

(2)基準誤差:電解槽的縱橫中心線,標高基準線因為反復引測,或畫線過程中產生了較大誤差。

(3)人員操作誤差:人員在安裝、畫線過程中因操作失誤產生的誤差。

(4)儀器精度誤差:因為測量儀器的精度或使用方法不當,或儀器未經校驗使用所產生的誤差。

(5)鋁母線加工誤差:鋁母線在生產制作過程中,在高度、寬度、長度等方面均存在合理偏差。

(6)鋁母線預制誤差:在鋁母線預制過程中,因為胎具制作或變形而產生的誤差。

(7)絕緣材料生產誤差:絕緣材料在加工過程中在厚度等方面存在誤差。

(8)施工人員未作培訓和技術交底,未熟練掌握安裝位置和安裝方法造成的誤差。

(9)母線基礎平整度不夠,造成絕緣材料碎裂,影響絕緣性能,造成安裝偏差。

(10)吊裝鋁母線產生變形而引起的安裝偏差:鋁母線在吊裝過程中因受力不均,使鋁母線外形尺寸變形,從而影響安裝偏差。

(11)測量放線偏差:在安裝前對母線安裝位置進行測量放線,測量放線位置不準確而引起的安裝偏差。

(12)安裝方法引起的偏差:選擇的安裝方法不當造成的安裝偏差。

2 采取措施

為了提高槽底母線的安裝質量,經過多次試裝研究之后,確定了以下幾點施工預防措施和驗收參數,確保安裝精度、安裝偏差及累計偏差在允許范圍內。

2.1 基礎驗收

因母線直接安裝在土建基礎上,要求基礎表面要平整,平整度≤5‰,標高偏差-3～0 mm,基礎向中心縱橫間距±3 mm,復測基礎縱橫中心線標志線,測量精度誤差≤3 mm。母線測量中心線,要以電解槽縱橫中心線為基準。采取灌漿找平的基礎,灌漿層強度要達到設計要求。現場嚴格對基礎進行測量,保證基礎必須表面平整,相對位置正確、表面平整,標高必須符合設計要求。對不平整和標高稍高的個別基礎用磨光機進行打磨,修整基礎表面,避免絕緣磚安裝后斷裂。對于低于設計標高且大于3 mm的基礎,加設與基礎平面大小相同的墊板,根據標高選取墊板的厚度。

圖2 現場電解槽基礎驗收

2.2 焊接時制定反變形措施

母線在焊接過程中母線受熱產生的焊接收縮應力產生變形,所以母線預制應根據設計圖紙中母線的具體連接方式,合理的制作胎具,在產生焊接變形的位置采用合理的胎具對焊接變形采取預留變形余量和夾具固定等方法來消除焊接變形。加強母線安裝位置進行測量放線,根據設計圖紙,依據給定的電解槽縱橫中線,將母線的安裝位置測設到基礎上,并劃出安裝線,安裝線應劃在基礎的側面,便于尋找及測量,劃線應準確清晰,且不易脫落。

2.3 合理堆放半成品

鋁的硬度相對來說比較低,在施工過程中,考慮土建進度和施工進度要求,已焊接的鋁母線和鋁板半成品不能及時安裝。為了最大化利用施工現場有限的條件,結合半成品的形狀和幾何尺寸,在保證堆放的安全性和后續施工方便的前提下,制定合理的半成品防變形堆放方式。

圖3 現場槽底母線擺放

2.4 采用合理的吊裝方式

母線預制完成后,經過吊裝運送到安裝位置,由于母線預制后形狀復雜,長度較長,吊點位置難以確定,在吊裝過程中容易產生吊裝變形,所以在吊裝過程中一定要采取相應的措施,保證吊裝不產生變形。

(1)采用臨時加固的方法避免吊裝變形。對于門形框式母線構件,采用加臨時固定件的方法,保證門形框成四邊形防止受拉力作用變形。

(2)采用多點吊裝保證吊裝平衡避免吊裝變形。對于形狀復雜,或長度較長的母線構件,采取多吊點的方法,保證在吊裝過程中構件平衡,避免發生變形。

(3)采用平衡梁吊裝,避免吊裝變形,對于結構特別復雜,或長度特別長的母線,采用平衡梁吊裝,平衡梁吊裝可合理、均衡分配吊點的吊裝載荷,預防吊裝變形。

圖4 現場槽底母線吊裝

2.5 母線吊裝就位

安裝位置確定后,將母線吊裝就位,吊裝時注意吊裝安全,根據安裝線將母線安裝在基礎上,吊裝時要平穩、輕放,避免母線磕碰基礎,使基礎碎裂或母線損壞,對于沒有支撐放在基礎上會翻轉的母線,裝設臨時支撐,保證母線在基礎上穩定。

2.6 安裝絕緣材料

母線初步就位后,用行車吊起或千斤頂頂升母線到一定高度,高度根據絕緣材料厚度決定;安裝絕緣磚,絕緣磚安裝位置準確,絕緣磚與基礎接觸良好緊密,無縫隙。絕緣磚安裝完畢后,母線輕輕放下,避免突然下落,使瞬間載荷過大,使絕緣磚碎裂。碎裂的絕緣磚必須進行更換,保證母線對地絕緣良好。

2.7 母線調整

絕緣磚安裝完畢后,對母線依據設計圖紙要求進行精確調整,并用復測標高線進行復測。精調時應按照從中心向兩側的方向進行調整,控制兩臺母線之間的距離,保證單根母線標高,同時應控制整臺母線的整體標高。控制每根母線之間、母線與基礎之間,母線與電解槽底梁之間的距離符合設計要求，見圖5。

圖5 現場槽底母線安裝

3 效 果

通過以上預防措施和安裝方法的實施及持續改進,在后期眾多已完成的槽底母線中,隨機對一臺槽底母線的安裝精度進行測量,再結合《鋁母線焊接工程施工及驗收規范》GB50586-2010中母線的相關標準,其數據對照如表2。

表2測量數據表明,該槽底母線安裝精度已100%達標,累計偏差符合規范要求,所有安裝偏差都得到了很好的控制,電解槽槽底安裝質量得到了有效的保證,為電解槽平穩運行打下良好基礎，見圖6。

表2 方案優化后安裝測量數據表

圖6 電解槽下部槽安裝圖

4 結 語

實踐證明,通過采取上述的優化改進措施,使電解槽槽底母線安裝精度得到提高,安裝質量得到很好的控制。本項目的電解槽母線安裝均采用了上述質量保證措施,安裝完成后項目檢驗人員逐臺對安裝完成的電解槽各項指標進行測量,各項安裝精度都達到了規范要求,安裝偏差符合設計要求。

在本項目中對非AB梁電解槽母線安裝質量的管控經驗,可為今后同類電解槽母線安裝的質量控制提供良好的借鑒。