钛钢复合板钢内筒烟囟气顶倒装法施工技术探讨

【摘要】本文主要阐述茂名发电厂发电机组为600 MW超临界燃煤机组，该机组的烟囱为240 m的筒式结构。在该烟囟施工中采用气顶装置使烟囱钢内筒缓慢起升。介绍了钢内筒气顶装置的安装与布置，采用倒装法安装烟囱钛钢板内筒工程技术的特点。

【关键词】烟囱钢内筒烟囟 气顶倒装法安装

1.工程概况

茂名热电厂1×600MW “上大压小” 燃煤发电工程，烟囱钢内筒工程是一台筒中筒烟囱。它是由一个钢筋混凝土外筒作为防护筒，高230米。混凝土筒内设有二座等直径为6500mm的钢筒作为排烟筒（本期只施工一座钢内筒，另一座待二期施工安装），高为240米，钢内筒主要材质为钛钢板和不锈钢钢板，钢内筒高于混凝土外筒10米。钢内筒与混凝土筒壁间设有6层钢平台及爬梯，作日常检修维护、烟气取样及钢内筒止晃作用。钢内筒外壁设有约50mm的保温层，以保护烟气的温度，提高烟气抬升速度。

2.钛钢复合板排烟筒说明

排烟内筒高度为240m，等直径圆环柱体型式，内直径为6.5m，排烟内筒与内烟道在34.6 m～48.3 m范围连接，接孔尺寸为6.6m*13.7m（高度）。34.6 m～227.6 m范围的排烟内筒与烟气直接接触，选用由碳素结构钢和钛板组成的钛钢复合板材料；碳素结构钢板的厚度分别为12、14、16mm，钛板的厚度1.2mm。制作完成的排烟内筒、内烟道和导流板，钛板层在内侧表面，将与烟气直接接触。227.6 m～240.0 m范围的排烟内筒采用不锈钢板。

3.气顶倒装法施工原理

气顶升倒装法组装钢内筒，就是利用钢内筒等直径的特点，按倒装顺序，先组焊筒顶端，把顶端段组装到一定高度，上设临时封头，下设密封内底座，使在组焊的筒段与密封内底座构成一组可以伸缩的套筒。（见图所示）

在密封内底座的底部有从气源来的进气管道，气源装置能提供气压顶升必须压力和力量的压缩空气。通入压缩空气后，作用在上封头的气体压力的合力构成向上顶升力，此顶升力的数值应大于上封头重、筒段重量和各摩擦力大小的总和。当该筒段向上滑升使筒段底口超过后续筒节高度后，关闭进气阀，使筒段稳定在此高度。在它的下方组焊下一段待装筒节，按上述过程不断重复，直到筒体达到设计高度。最后拆除上封头和密封内底座等施工附件，钢内筒即组装完成。

4.工装件及工程实物预制

4.1密封内底座

密封内底座是设在钢内筒内底面，高约10m，其状似活塞，由底板“活塞”杆、“活塞”头、密封圈组成，并在“活塞”杆上设置二层内作业平台（“活塞”杆小于内筒直径约2m）。头部制作椭圆度控制在5mm以内，周长误差控制在3mm以内，密封圈安装平台应与杆垂直，其偏差不应大于3mm，密封圈外边波纹度不大于2mm。内底座安装时垂直度控制在1/1000以内。封头和密封底座焊缝检验参照钢内筒检验方法，用超声波检查环焊缝比例100%，纵焊缝比例20%。

密封圈设置完成后，应进行气密性检查，向密封圈充压缩空气至气顶时压力，完成后关闭进出气阀门，查看密封圈压力表，若半小时后压力保持不变，则气密性完好。

4.2钢内筒制作

根据钢内筒施工图要求，加强环与钢筒的水平焊缝间距≥300mm。烟道口开口处与水平环缝≥100mm的要求，根据来料的宽度及长度进行合理排版。钢内筒内直径为6500m，基层钢板厚度分别为σ=12-16。现场局部位置加工用火焰切割机下料、坡口，钢内筒下料尺寸，上述两种情况都应符合下表要求。利用三棍卷板机进行铲头和卷圆，卷制成弦长1.5m的内卡样板检查曲率，其间隙≤3mm。

5.钢内筒安装

5.1钢内筒筒首的组装

钢内筒筒首的组装是在预制场地上先组焊成若干整圆的筒体，逐个进入内筒基础附近，利用平台吊点自上而下逐节组对焊接至10m高度，并在预定位置安装上封头，将气顶底座就位在钢内筒基础内，安装地面组焊平台及气顶管路。安装内焊接平台的同时安装3支排烟管（600×400），分别与外部3台离心风机连接，通过离心风机把焊接烟气排除烟囱外面。随后把组焊好的钢内筒筒首吊至密封内底座上面，使其下口套在内密封底座的外周，徐徐放下，避免碰伤密封环，直至下口接触组焊平台。然后安装内组焊平台。

根据钢内筒的位置，将预制好的螺旋轨道安装完毕，用于筒体钢板的运输。然后将钢内筒的筒体板（每圈筒体分三块板）依次用滑轨通过进料门洞送至砼烟囱内，利用螺旋轨道上的锚头吊将筒体板吊起，推至预定位置，将它们合围在待顶升筒体段的，把相邻筒体板间三条纵缝中的二条焊固，留下最后一条纵缝，用手拉葫芦把相邻两板收紧，并点固周围卡板。

打开空压机，并打开进气阀，在气压室的压力达到顶升压力时，启动5T卷扬机在顶端牵引，使筒段徐徐上升。5T卷扬机牵引主要是克服筒体与密封环的磨擦，为了防止过载，将5T卷扬机抱刹调松。

当钢内筒筒首顶升到高于后续筒节50mm时，关卷扬机，关闭进气阀，稳住钢内筒筒首的位置。把手拉葫芦同时收紧，使后续筒的最后一条纵缝靠拢，并组对焊固，拆除手拉葫芦，打磨光滑，然后组对两段筒节的环缝。这样循环上述工序，已组装段不断接长。由于已组装筒段的不断增长而使筒体自重增加，气顶所需压强和压缩空气量随之增加，当一台空压机无法满足需要时，再启用第二台空气机，通常开动两台，第三台备用。当钢内筒穿越各层平台后在平台大梁与钢内筒切点位置安装导向轮，以防止钢内筒偏移，并每顶升10m测量一次钢内筒的垂直度及椭圆度，避免与混凝土外筒内壁相碰撞。

当钢内筒顶升至14米时，开始在7.5米临时保温平台上进行保温层施工。当钢内筒顶升至第一层平台时，7.5米临时平台与第一层平台二层同时进行保温层施工。保温作业与气顶顶升实行同时施工。当后续节逐节组焊并达到设计的筒体高度时，气顶结束。

5.2焊接技术管理

5.2.1钢内筒安装，焊接是关键工序。钛／钢复合板钢内筒焊接是烟囱施工中技术要求最高，难度最大的工序。在常温下，钛是比较稳定的，但试验表明，随着温度的升高，钛吸收氧、氮、氢的能力也随之明显上升，处于高温状态的熔池和熔滴金属更易为气体等杂质污染，所以钛焊接时其熔池的保护是至关重要的。由于钛含S、C等杂质少，熔点低，低熔点共晶在晶界很少生成，故钛对热裂纹不敏感；但钛焊缝含O、N较高时，焊缝或热影响区性能变脆，在较大应力作用下，会出现裂纹，为了防止这类裂纹，必须减少焊接接头上氢的来源。钛焊接中的气孔主要来源于不纯的氩气和不干净的焊材及工件表面，所以在焊接时必须严格清理焊件、焊材表面，以及采用高纯度的氩气保护。

采用机械加工的直边坡口，如采用气割、等离子切割等火焰方法加工，应把坡口变色部分机械加工去掉2-3mm，加工后的坡口表面应平整、光滑、不得有裂缝、分层、夹杂、毛刺、飞边等缺陷，坡口表面呈银白色光泽。

5.2.2焊接工艺要点（钛板）

焊接钛的保护措施，针对钛需要保护温度高于300℃的区域这一特点，我们必须采用有针对性的保护措施。焊枪喷嘴的结构形式，在焊接中为了提高焊接速度，获得成型美观的焊缝，焊接中我们可采用60°喷嘴。 要有合适的焊接电流，既保证复合钛板的充分熔化，又不使薄钛板（衬里）焊接熔化过渡。 要有较快的焊接速度，熟练的操作手法，以减少焊缝金属及热影响区的线能量输入。要正确掌握焊接角度，控制厚板（复合板）与钛板（薄板）之间的熔池熔化度。焊接时应在复合板上起弧，焊接角度基本垂直于复合板焊件，使熔池及热影响区得到良好的氩气保护，薄钛板一旦熔化就应立即加入焊丝，用焊丝的填充金属来冷却熔池，以达到减少线能量的输入。 控制熔池大小，控制焊道宽度。焊接前钨棒应磨尖，焊接电弧长度越短越好，使其电弧集中，把焊接熔池控制在最小状态，做到快速熔化，快速熔合，在保证熔合状况良好的前提下，把熔池温度控制在最低点。适当加大保护氩气的流量，增加衰减时间，以使焊缝金属得到充分保护。

6.结束语：

综上所述，与其他方法相比较，气顶倒装法具有以下优点：

(1)气顶装置自身简单、成本低、起重能力大，安装拆卸简单，操作维护简单，省工、省时、省力。

(2)通用性强，不受钢内筒设计直径变化限制，不受外界施工气温高低影响。

(3)顶升操作安全可靠性高，主要表现在：顶升过程中整体运行平稳，没有冲击负荷，调整性能好，系统自身储气罐可以保证在突然断电或短时间停电时，平衡压力，保证施工的安全。

(4)烟囱钢内筒筒体外壁的防腐保温、筒体附件及筒体本身加强部分都可以随简体顶升同步施工，极大地缩短了烟囱钢内筒整体施工工期，节约了施工成本。

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