歐羅倉散裝物料存儲設備的安裝

陳 喆

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

上海石洞口第一電廠內運營了30年的300 MW發(fā)電機組面臨升級改造，計劃在原露天煤場區(qū)域新建2座超大型儲煤歐羅倉和2臺65萬 kW新機組（上海市重大工程“2×65萬 kW等容量煤電替代項目）。其中，歐羅倉負責新老輸煤系統(tǒng)切換期間老機組穩(wěn)定發(fā)電以及新機組燃煤供應。

歐羅倉是一種起源于歐洲用于存儲大宗散裝物料的筒倉。相較于傳統(tǒng)露天和倉儲煤場，歐羅倉占地面積小、儲量大、環(huán)保、安全和智能，僅需原有露天煤場面積的1/6，單倉最大容量可達10萬 m3，可存儲約9萬 t煤，具有全封閉、無揚塵、防自燃的優(yōu)點，并配備智能管理系統(tǒng)[1]。歐羅倉在世界上已經(jīng)有應用的實例，目前主要是在歐洲應用較為廣泛，我國香港和臺灣地區(qū)也有應用實例。

歐羅倉結構主要由鋼筋混凝土地下廊道、鋼筋混凝土筒體結構、鋼結構屋面、鋼結構棧橋組成（圖1）。燃煤經(jīng)過輸煤棧橋運送至歐羅倉屋面，通過歐羅倉設備有序堆落在筒體結構內，最后通過地下廊道轉運至燃煤發(fā)電機組。

圖1 歐羅倉結構剖面示意

本文以上海石洞口第一電廠煤場封閉改造工程中國大陸首座歐羅倉新建項目為背景，根據(jù)歐羅倉全智能化設備安裝工序和場地工況條件等特點和難點，對歐羅倉設備的安裝工藝進行了創(chuàng)新，優(yōu)化原廠說明書，實現(xiàn)了歐羅倉全套設備安全、高效、有序、精準的安裝施工。

1 背景工程概況

上海石洞口第一電廠煤場封閉改造工程（歐羅倉工程）位于上海石洞口第一電廠內。項目總用地面積9 240 m2，總建筑面積1 410.3 m2，擬建2座歐羅倉、3座輸煤轉運站、6座輸煤棧橋和1座采光井。

歐羅倉內安裝有全智能化散料存儲設備，主要由中心旋轉件、卷揚系統(tǒng)、旋轉棧橋、螺旋框架等構件組成，單個組成構件質量最大為72 t，共約220 t，設備整體懸掛于屋面輸煤鋼棧橋上。鋼棧橋跨度55.27 m，質量約230 t（圖2）。

圖2 歐羅倉設備組成示意

本工程特點和難點主要在于歐羅倉設備質量及體積大、安裝工序復雜、施工場地狹小等。同時，為滿足后續(xù)歐羅倉設備的正常運轉，需將安裝誤差控制在1.5 cm以內，安裝精度控制要求很高。

2 方案比選

2.1 安裝方案選擇

目前常見的適用于大型機械設備安裝的方法，多為采用大型起重設備吊裝拼裝。但是由于歐羅倉設備質量體積大、安裝工序復雜、安裝精度要求高等特點，同時，結合施工場地狹小、歐羅倉設備懸掛于屋面鋼棧橋上的實際情況，進行多方案比選；并綜合考慮施工安全、成本、工期及施工可操作性等因素考慮，最終采用部分歐羅倉設備與屋面鋼結構棧橋同步整體提升技術進行設備安裝[2]，方案比選見表1。

表1 方案比選

2.2 整體同步提升體系設計

液體整體提升施工工藝是一項成熟的鋼結構和重型設備安裝工藝。液壓整體同步提升裝置，主要由提升架、導向架、托梁、提升器、應力監(jiān)測系統(tǒng)等組成。基于歐羅倉設備與鋼棧橋特性，本項目設計4組提升裝置，埋設安裝于筒體結構屋面環(huán)梁上，用于設備與鋼棧橋同步提升。具體裝置型號和技術參數(shù)見表2。

表2 整體提升系統(tǒng)

3 關鍵技術路線

歐羅倉設備安裝施工流程：鋼結構設備構件分段制作→歐羅倉內桁架組裝、螺旋側旋轉棧橋設備拼裝、A形框架側旋轉棧橋設備倉外拼裝→歐羅倉立柱和提升胎架吊裝、中心旋轉件、卷揚系統(tǒng)拼裝→中心旋轉件與卷揚系統(tǒng)倉內組裝后，移位到筒倉中心位置→中心旋轉件、卷揚系統(tǒng)與鋼棧橋同步提升→鋼棧橋提升后連接→卸載→螺旋框架及A形框架組裝→螺旋框架→伸縮落料管安裝→A形框架安裝→吊裝A形框架側旋轉棧橋→吊裝螺旋側旋轉棧橋設備→電氣拼裝→設備調試→設備投運，主要安裝工況如圖3～圖10所示。

圖3 中心旋轉件及卷揚系統(tǒng)由倉外吊至倉內

圖4 中心旋轉件及卷揚系統(tǒng)沿導軌移動至鋼棧橋中心底部

圖5 中心旋轉件及卷揚系統(tǒng)隨鋼棧橋整體提升就位

圖6 螺旋框架分3段吊裝就位

圖7 A形框架就位

圖8 A形框架側旋轉棧橋就位

圖9 螺旋側旋轉棧橋就位

圖10 歐羅倉設備安裝完成

具體實施內容如下[3-7]：

1）歐羅倉設備的各個組件在倉外的場地分別整體拼裝。

2）在倉內地面搭設鋼結構胎架，進行鋼輸煤棧橋拼裝。

3）同時在倉內垂直于鋼棧橋的方向，安裝鋼結構軌道，用于歐羅倉設備移動。

在鋼棧橋拼裝過程中，預先將歐羅倉設備中，已拼裝完成的卷揚系統(tǒng)和中心旋轉件利用履帶吊由倉外吊至倉內的鋼結構軌道上進行組裝；待鋼棧橋拼裝完成后，在鋼棧橋兩端共設置4個吊點，利用已在倉頂安裝完成的提升系統(tǒng)，對鋼棧橋進行整體提升至12 m的高度，隨后懸停。在鋼棧橋懸停期間，將已組裝完成的通過軌道移動至鋼棧橋中心下方，設備中心與鋼棧橋中心調平對正；隨后，鋼棧橋由12 m的高度回落至9.1 m的高度，將鋼棧橋與卷揚系統(tǒng)和中心旋轉件進行連接安裝；設備與鋼棧橋連接完成后，將鋼棧橋與設備進行整體同步提升至55.4 m的高度，完成鋼棧橋與設備的就位。

待卷揚系統(tǒng)、中心旋轉件與鋼棧橋就位后，剩余歐羅倉設備利用履帶吊按照螺旋框架、伸縮落料管、旋轉棧橋、A形框架、旋轉棧橋的順序依次吊入倉內進行安裝。其中，螺旋框架部分，分3段依次吊至倉內導軌之上，依次拼裝成整體的螺旋框架。

4 關鍵施工技術

4.1 歐羅倉設備整體提升

4.1.1 整體提升裝置

歐羅倉屋面的鋼結構輸煤棧橋與部分歐羅倉設備總質量約325 t，根據(jù)整體提升要求，對提升系統(tǒng)進行全新的設計。本工程共使用4組提升系統(tǒng)，整個提升系統(tǒng)安裝于歐羅倉環(huán)梁結構之上。

提升架是提升器的支撐結構，承受提升荷載，根據(jù)本工程結構形式，共設置2種提升架形式，2種提升架沿軸線對稱布置。導向架安裝于提升器旁邊，導向架橫梁離天錨高為1.5～2.0 m，離提升器10～20 cm。壓板分為提升器壓板和提升地錨壓板，提升器壓板用于固定提升器，焊接在提升橫梁上,每臺提升器設置4塊壓板。地錨壓板用于固定地錨，焊接于吊具上，每臺地錨設置3塊壓板。托梁采用箱形截面500 mm×500 mm×20 mm×25 mm，材質Q345，長度根據(jù)鋼桁架的結構特點和下吊點的受力形式設置，所有部位的焊接連接均為滿焊。托梁上方增加臨時加固桿件用以傳遞托梁受力（截面為φ351 mm×16 mm），后補段為提升到位后嵌補的桁架桿件。

4.1.2 應力分析與監(jiān)測

提升點采用豎向約束加水平向彈簧約束，以模擬吊索對桁架的約束形式。在每個鋼棧橋上設置16個應力監(jiān)測點，安裝應力監(jiān)測器，在提升的全過程進行應力監(jiān)測。

通過對被提升鋼桁架結構整體計算分析可知，鋼棧橋與設備在提升工況下，最大下?lián)现禐?7.5 mm≤L/400＝55 270 mm/400＝138 mm，最大應力比為0.527，桁架桿件的最大應力比為0.360；均滿足提升要求。

通過對提升過程中對鋼棧橋的應力監(jiān)測結果（圖11、圖12）進行分析，可以得出以下結論：在鋼棧橋與設備整體同步提升時，壓力最大值為86 MPa，拉力最大值為134 MPa，均小于200 MPa的報警要求，整個提升過程中鋼棧橋安全可控。

圖11 鋼棧橋變形示意

圖12 鋼棧橋提升應力比示意

4.2 設備導軌與移動平臺

根據(jù)歐羅倉設備安裝工藝的需求，部分歐羅倉設備（中心旋轉件、卷揚系統(tǒng)、螺旋框架）需要從倉壁移動至筒倉中心，因此，需利用導軌與移動平臺進行設備移動。導軌基礎采用H型鋼并設置加勁肋，導軌采用工字鋼，移動平臺由H型鋼與移動滾輪組成（圖13）。在倉內鋼棧橋拼裝之前，將導軌與移動平臺安裝就位。

圖13 設備安裝移動平臺

4.3 歐羅倉設備吊裝

由于本工程歐羅倉屋蓋形式及場地條件與國外已建成的歐羅倉工程完全不同，很難采用國外原廠說明書中的安裝方法。因此，本工程根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況及歐羅倉結構形式，對歐羅倉設備安裝方法進行創(chuàng)新，采用除中心旋轉件與卷揚系統(tǒng)外的歐羅倉設備，采用倉外分部整體拼裝，由履帶吊高空跨倉頂?shù)跹b的施工工藝。

根據(jù)施工現(xiàn)場場地布置，在1#歐羅倉設備拼裝及吊裝時，利用1#歐羅倉南側場地作為設備安裝區(qū)域，利用1#歐羅倉東側及西側區(qū)域作為設備吊裝區(qū)域。2#歐羅倉北側作為設備安裝區(qū)域，2#歐羅倉東北側及西北側作為設備吊裝區(qū)域。

4.3.1 施工準備

對履帶吊的行進及吊裝區(qū)域，進行地基承載力測試并通過鋪設鋼板或路基箱的方式進行地基加固。現(xiàn)場起重設備拼裝及吊裝作業(yè)過程中支腿或履帶位置鋪設路基箱板，規(guī)格為2 000 mm×4 000 mm×200 mm，以減小支腿對地面的集中壓力，確保地基平整、穩(wěn)定。

4.3.2 起重設備選型

現(xiàn)場配備2臺QT250（ZTT7023-10）型塔吊，用于小型構件的駁運及安裝；配備1臺25 t汽車吊、1臺50 t汽車吊和1臺300 t汽車吊用于各設備部件的安裝；配備1臺SCC4000型400 t履帶吊（結合履帶吊設備租賃和進場時間因素的影響，現(xiàn)場考慮采用1臺SAC6000型600 t汽車吊作為備選起重設備）用于旋轉棧橋、A形框架、螺旋框架、卷揚系統(tǒng)、中心旋轉件等組件的吊裝。根據(jù)設備各組件的質量、施工現(xiàn)場場地條件以及吊裝工況等方面綜合考慮，最終選擇400、600 t履帶吊作為主要起重設備。

4.3.3 設備吊裝施工

正式吊裝由現(xiàn)場執(zhí)行總指揮根據(jù)準備工作情況及吊裝環(huán)境確定吊裝命令的下達。在整個吊裝過程中，設2名起重指揮，在歐羅倉外地面、歐羅倉內地面各設置1個。

設備按照螺旋框架吊入筒倉內與螺旋組裝→伸縮落料管吊入筒內與螺旋框架組裝→螺旋側旋轉棧橋吊裝→A形導向支架吊裝→A形框架側旋轉棧橋吊裝→電氣裝配→設備調試的順序依次進行吊裝。整個過程均為由倉外跨過倉壁進入倉內的盲吊，倉內外的指揮共同協(xié)調指揮配合完成。

4.4 設備安裝人員通道

由于歐羅倉結構的特殊性，在整個筒倉結構中，無法開啟門洞作為人員通道。因此，在屋面鋼棧橋安裝前，通過在位于地下廊道的輸煤料斗區(qū)域，搭設鋼管腳手架通道，自地下廊道經(jīng)輸煤料斗進入到歐羅倉內，進行后續(xù)設備的安裝。在屋面鋼棧橋提升完成后（標高52.50 m），作業(yè)人員通行通過倉外馬道上至歐羅倉頂部，經(jīng)外懸挑腳手架平臺進入鋼結構棧橋上，再經(jīng)已安裝完成的設備爬梯下至卷揚系統(tǒng)設備鋼格柵平臺作業(yè)層。

5 結語

在上海石洞口第一電廠煤場封閉改造工程歐羅倉全智能化設備安裝施工中，創(chuàng)新運用液壓整體同步提升技術將屋面鋼棧橋與部分歐羅倉設備整體提升就位，與全部采用整體吊裝工藝相比較，減少了施工場地占用，節(jié)約了成本和工期，減少工期約2個月，也大大降低了高空作業(yè)風險。同時，達到了設備安裝的高精度要求，鋼棧橋中心、設備中心、筒倉中心三點一線，偏差僅為0.96 cm，滿足了設備運行（1.5 cm偏差）的要求，實現(xiàn)了狹小場地內歐羅倉設備一次精準就位與安裝，取得了良好的效果（圖14）。

圖14 歐羅倉設備投入運行

本文以中國大陸首座歐羅倉新建項目上海石洞口第一電廠煤場封閉改造工程為背景，為實現(xiàn)進口歐羅倉儲煤設備的安全、可靠安裝，通過詳細比選各種設備安裝方案，采用液壓整體同步提升工藝將設備支承鋼棧橋與核心設備一次安裝就位、分塊吊裝工藝將部分設備后補安裝，對原廠說明書中的安裝方法進行了優(yōu)化和創(chuàng)新，順利實現(xiàn)歐羅倉設備的安全和高精度安裝，確保了上海市重大工程“2×65萬 kW等容量煤電替代項目”的如期實施。通過背景工程中歐羅倉儲煤設備安裝施工，形成一整套全新的歐羅倉設備安裝技術，為歐羅倉的建設提供了豐富的施工經(jīng)驗，并為之后歐羅倉的推廣及建造，尤其是既有工廠內散裝物料存儲場地的封閉改造工程提供了工程案例參考。