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吊装和焊接技术在烟囱钢内筒构件中的应用

吊装和焊接技术在烟囱钢内筒构件中的应用

前言
1 工程概况
2 结构与制造难点
随着钢构件吊装和焊接技术的发展,构件在各种工矿条件下得到了广泛的应用。普光气田净化厂是国家重点工程项目,其6个联合装置均采用了套管式烟囱钢内筒结构,其现场吊装、组对焊接均有很大的难度。
本工程为中国石油化工股份有限公司中原油田分公司普光天然气净化厂2×300×104m/d天然气净化装置套筒式烟囱,钢筋砼烟囱高115m。在烟囱地面处设置了2个4m×4m的安装孔,在6.975m和6.475m标高处布置了2个烟道穿管洞口2.12m×3.52m,在15m、30m、45m、60m、80m、100m、113.5m处分别有钢格栅铺板检修吊装平台和现浇砼平台;沿筒体内壁全高设置了双跑斜钢梯。
筒体内设计了直径2.4m的双钢筒,钢内筒基层为Q345C型钢,复层为00-Cr17Ni14Mo2,筒高120m,保温层为150mm的硅酸铝纤维,筒首部分设置了直梯,筒顶装了避雷针、航空标志灯,筒内安装了防爆灯。现场安装由于受限空间作业,吊装难度大,焊接量大,
焊接质量要求严格,现场组对环焊缝要求RT射线检测I级合格。

3 吊装及组对焊接过程
3.1 筒体结构的分析

钢内筒是套管式烟囱的关键部件,在开始安装前,首先对钢内筒的设计结构进行分析,发现以下问题:
·设计中钢内筒单筒本体高度120m,钢内筒直径2.4m,壁厚薄、刚性差,吊装难度大;
·吊装平台4个吊点设计总荷载为120t,而单体钢内筒净重量约121.46t,施工存在风险;
·钢内筒筒首材质为316L,且从上到下板厚不一致,筒身为复合板,复合层仅有3mm,组对焊接难,焊接量大易变形。
基于以上原因,我和相关单位技术人员进行沟通,并经设计部门确认,对钢内筒提出以下安装意见:
·安装过程中,分段加设十字支撑,增加筒节钢性,采用增加临时吊耳进行安全吊装;
·依据现有的吊装平台设计载荷,在不影响100m钢平台允许载荷强度的情况下,提出合理利用现有设计载荷,
吊装采用100m平台吊装为主,与15m、30m平台为辅的方式安装;
·严格控制筒节钢板下料尺寸,坡口加工精度,确保错边量不超标,同时采用合理的焊接顺序避免较大的焊接变形。

3.2制作工序流程及对焊接质量的影响

不锈钢复合钢筒的预制与吊装存在一定的难度,如果不严格按照设计规范要求进行控制,工程质量很难得到保证,筒体制作的主要工序如下:

3.2.1 筒节下料

筒节应采用数控切割机下料;控制点为板长度、对角线尺寸(主要控制环缝组对错边量和纵缝组对间隙)。

3.2.2 坡口加工与滚圆

由于筒体焊接质量要求高,坡口加工精度和筒节椭圆度直接影响焊前组对效果,故坡口加工和滚圆都为本工程控制安装质量的要点。

3.2.3 筒节纵缝组对、焊接并非现场进行,故在此不再叙述。吊装和焊接技术在烟囱钢内筒构件中的应用
3.2.4 钢内筒组装平台设置

由于钢内筒固定螺栓为预埋螺栓,为保护预埋螺栓、钢内筒组对安装的区域需要设置钢内筒组装平台。详见图1钢内筒组装平台示意图。

3.3 现场吊装、组对、焊接依据《套管式烟囱钢内筒技术协议》,钢内筒底段长度不大于10m,且应包括烟道口加筋肋和裙座,其余钢内筒长度不大于8m,且不小于5m,分段位置应避开止晃设施。烟囱钢内筒分段在工厂里制作完毕,现场进行组对安装。

3.3.1 施工荷载

100m钢平台施工荷载的确定:施工荷载分别由以下内容组成:单只钢内筒的净重:68.75t(标高为32.2~120m段),两套滑轮组重量:2.4t,所配钢丝绳重量:4.72t,两处补强圈重量:0.95t,吊耳重量:0.3t,动载荷系数取1.1,不均衡系数取1.2。设备吊装重(68.75+2.4 +4.72+0.95+0.3)×1.1×1.2 = 101.8t考虑到单台卷扬机跑绳牵引力为5.14t,故100m钢平台承受载荷为:101.8+5.14×2 = 112.1t
100m吊装钢平台4个吊点总荷载为120t,故满足吊装要求。15m、30m钢平台施工荷载的确定:单只钢内筒的净重:21.66t(标高
为9.35~32.2m段),利用30m钢平台主梁I56a中间加支撑后进行吊装。I56a断面系数为W=2342cm,最大长度为L=4.8m,根据材料跨中允许载荷公式Q=

50W/L=24395kgf=24.4t。即单根跨度为4.8m的I56a最小承受载荷为24.4t。2根梁可承受载荷48.8t,可以满足吊装要求。
同理,利用15m钢平台两根梁上悬挂4个10t倒链将单台钢内筒安装就位(标高为0.55~9.35m,最大净重:22.68t)。
根据以上载荷选用2台天津卷扬机厂生产的JM8F慢动卷扬机和4个(2套)HQD5-80型80t五轮动滑轮。在113.5m钢平台设吊点,通过5t卷扬机把2套滑轮组安装在100m钢平台的吊点位置上,通过滑轮组钢丝绳束与钢内筒吊点连接。国内目前在此类工程上对于钢筒
的组装共有4种方法,分别是卷扬机提升倒装法、液压提升倒装法、液压千斤顶顶升倒装法、气顶倒装法。这4种方法各有其优缺点,分析现场实际情况,选定卷扬机提升倒装法作为本工程的吊装方案。
3.3.2 吊装方法选择
3.3.3 钢内筒吊装

钢内筒安装采用2台卷扬机同步吊装,单台卷扬机额定起重拉力为8t,选择10t锚点。钢内筒在提升过程中,在15m层平台以下用索具捆绑式进行吊装,出15m层平台约5m后,第2和第3吊点采用增加临时吊耳进行吊装。详见图2单套滑车组吊装钢内筒立面图。
安装前先将筒首保温用不锈钢板,用5t卷扬机提升至113.5m钢平台,等筒体提升至113.5m平台以上时,在113.5m钢平台上进行安装。其余的不锈钢筒体在15m平台进行安装。
Ⅰ、利用卷扬机提升装置的“带负荷上升”工况提升已经连接好的钢内筒,超过钢内筒短节约30cm。
Ⅱ、将已经加工好的钢内筒短节利用15m钢平台下方设置的吊点及烟囱外面的吊车将钢内筒短节送入烟囱底部钢内筒中心位置,利用卷扬机提升装置的“带负荷下降”工况使两节钢内筒段对口,然后进行下一道工序。也可以使用手拉葫芦进行钢内筒上下对口。
Ⅲ、对口完成后进行两节钢内筒焊接。
吊装和焊接技术在烟囱钢内筒构件中的应用

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