百万千瓦级火电机组大型设备构件特殊环境下均衡吊装技术研究与应用

百万千瓦级火电机组大型设备构件特殊环境下均衡吊装技术研究与应用

陈吉辰

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司  山东济南  250102

摘  要

近年来，我国的电力工业保持了持续快速的发展。随着机组容量、参数的增大，建筑结构、跨度、高度逐渐增大，钢结构、设备体积和重量相应增大。同时，随着国家节能减排要求的提高，机组建设用地逐渐减小，施工空间狭窄，吊装机械选型越来越困难。

关键词：百万千瓦  大型构件  均衡吊装  机械优化布置

1 概述

1.1 研究背景

我公司承建的：广东某2×1000MW机组新建工程，汽机房钢屋架设计跨距长、就位高度高、构件数多、吊装就位空间狭小、安全风险大，安装环境较为特殊；除氧器外形尺寸为：30500mm×4600mm×4700mm（长×宽×高），重量128t，南北纵向布置于除氧间38m层，就位后中心标高41.5m，除氧器运行时由固定支座位置向固定端、扩建端两个方向滑动；输煤系统中的C7、C8、C9输煤栈桥为钢桁架结构，全长422m，最大高度53m，单跨长达36m，最大倾斜角度为13°。该项目面临构筑物跨度大、锅炉炉膛宽度大、钢构件及设备的安装空间狭小等技术难题。

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司围绕以上技术难题展开科研攻关，大力研发专用装备，创新或改进技术方法，合理选用、布置吊装机械，攻克了工程施工过程中各类重大和关键吊装技术难题，总结形成了百万千瓦级火电机组大型设备构件特殊环境下均衡吊装技术研究与应用一整套先进吊装方法和技术方案体系，推动公司火电工程建设技术水平进入国际领先行列，具有显著的经济和社会效益。

1.2 研究内容和目标

1.2.1 研究内容

1.基于炉顶移动塔式起重机的锅炉受热面吊装技术研究

1）研究侧煤仓锅炉吊装机械布置技术；

2）研发制作轨道支撑装置；

3）炉顶布置起重机械稳定性研究。

2.受限区域大型电站主厂房钢屋架施工技术研究

1）钢屋架双榀组合、安装技术；

2）可拆卸专用负荷分配吊具技术；

3）CAD三维模拟分析和“三角斜插”吊装技术。

3.基于狭小空间的大直径除氧器高空穿装施工技术研究

1）除氧器转身定位技术；

2）除氧器斜线轨道布置技术；

3）除氧器滑动平移就位技术；

4）除氧器防碰撞控制技术。

4.大跨度钢桁架输煤栈桥安装技术研究与应用

1）计算机仿真模拟吊装技术；

2）创新应用可滑动式吊篮装置；

3）自主研发空中调节钢桁架倾斜角度装置。

1.2.2 项目研究目标

该课题研究以广东某项目为依托，不断深入探索研究，完善安装工艺，总结技术经验，提升安装人员技术水平。同时，针对关键技术研究，不断摸索研究，优化技术方案，对技术难点、关键点进行研究攻关，重点对新装置、新工艺、新技术的应用做分析研究，完成针对基于炉顶移动塔式起重机的锅炉受热面吊装技术研究、受限区域大型电站主厂房钢屋架施工技术研究、基于狭小空间的大直径除氧器高空穿装施工技术研究、大跨度钢桁架输煤栈桥安装技术研究工作。

1.3 依托项目的工程概况

广东某2×1000MW机组新建工程汽机房钢屋架设计跨距长（长：33.4m）、就位高度高（主厂房A/B排38.6m层）、件数多（共11榀，140件连接梁）、吊装就位空间狭小（仅80mm）、安全风险大，安装环境较为特殊。除氧器由武汉大方机电有限公司设计生产，外形尺寸为：30500mm×4600mm×4700mm（长×宽×高），重量128t，南北纵向布置于除氧间38m层，就位后中心标高41.5m，除氧器运行时由固定支座位置向固定端、扩建端两个方向滑动。输煤系统中的C7、C8、C9输煤栈桥为钢桁架结构，全长422m，最大高度53m，单跨长达36m，最大倾斜角度为13°。

2.1关键技术及操作说明

2.1.1基于炉顶移动塔式起重机的锅炉受热面吊装技术研究

1）广东某百万机组锅炉选用一台塔式起重机（FZQ1700/150t）作为主吊机械，50m主臂工况的起重机无法覆盖整个锅炉区域。我公司结合现场实际情况，锅炉炉顶布置了一台50m主臂工况的可移动动臂式起重机(FZQ800D/40t)，起重机门架支腿分别安装于K4板梁及K5至K6板梁之间，1#门架支腿安装于K4板梁顶部轨道上，2#门架支腿安装于K5至K6板梁之间支撑梁轨道上。移动式动臂塔吊调整主臂的俯仰角度，可有效避免与主吊机械的相互干涉；塔吊沿炉顶轨道左右移动，扩大了吊车最大作业能力覆盖范围，提高了受热面地面组合率，减少了高空作业量，提高了施工安全性及施工效率。

2）设计研发了承载轨道梁，实现了移动式塔吊行走轨道与炉顶各大板梁间距匹配。

我公司研发的轨道梁解决了塔吊（FZQ800D/40t）两门架支腿支撑梁不在同一标高的难题。

通过对吊车承载梁及轨道梁动态、静态校核计算，制定了塔吊的轨道及支撑梁的加固方案，确保炉顶塔吊的处于安全稳定作业环境。炉顶布置移动式塔吊增大锅炉炉顶钢架整体荷载，经与锅炉厂沟通确认该布置方式不影响钢架的安全性。考虑塔吊最不利工况，校核自制轨道梁、

K4板梁、K5~K6之间次梁及连接螺栓各力学强度均满足要求。经核算，塔吊在安装行走门架，塔身基础节和承座机台等上部结构的工况下，塔吊自重可满足静载、动载、后倾、暴风四种工况稳定性要求。

该技术成果经山东省经济和信息化委员会鉴定验收达到国际先进水平。总结形成的《移动塔式起重机锅炉炉顶安装施工工法》获评为中国电建集团企业级工法（编号：ZGDJGF192-2016）,本项目技术创新获得实用新型专利1项，专利号：ZL 2014 2 0438912.2。

2.1.2受限区域大型电站主厂房钢屋架施工技术研究

1）钢屋架构件组合、安装技术研究

项目研究人员采用CAD三维建模、有限元计算方法，优化分析榀间部件的组装位置及数量，保证了屋架组件结构强度和吊装的安全，减少了高空作业量

2）力矩平衡原理

双榀屋架组合后最重达42.3t，几何尺寸为长×宽×高=33.4m×22m×2.2m。根据图纸要求，屋架主体结构上不允许焊接临时吊件。为解决上述难题，项目研发人员根据屋架尺寸、组件重量，研制可拆卸负荷分配吊具，解决了屋架主体结构不允许焊接临时吊件的难题，提高工效，缩短工期。

3）“三角斜插”吊装技术研究

屋架跨度大、安装高度高，受工程整体施工顺序、屋架布置方式的限制，吊装机械只能布置于主厂房A列外。但A列外设置的主变基础、贮油箱基础、事故油池等构筑物，限制了吊装机械的占位空间，同时B排屋架安装位置上方存在影响屋架就位的障碍物，这对吊装方法提出了更高的要求。针对以上难题，根据现有空间、施工环境、吊装机械进行总体策划，采用CAD三维建模精确模拟组件吊装轨迹，全面计算吊装风载影响，使用“三角斜插” 吊装技术，解决了受限区域内钢屋架组件吊装就位的难题。

相关技术成果经中国电建集团有限公司鉴定验收达到国际领先水平。并申报中电建协行业级工法及科技进步奖。

2.1.3基于狭小空间的大直径除氧器高空穿装施工技术研究

1）转身定位技术研究

本项目为解决穿装位置空间高度限制的难题，研究人员提出了“转身定位技术”，将除氧器三个正式支座按照图纸尺寸放置在规划组合区域，将除氧器放入支座内，通过在三个支座内使除氧器中心轴转动一定角度，有效降低除氧器的穿装高度，达到穿装条件要求。

图2.1-6转身定位图

2）低位滑动专用装置研究

本项目为解决穿装位置空间高度限制的难题，研究人员自主设计“低位滑动专用装置”，即采用“四组钢牛腿”支撑法焊接在除氧器正式支座两侧，与托运轨道配合使用形成该装置，有效降低了除氧器的穿装高度，达到穿装条件要求。

3）斜线轨道布置技术研究

本项目为解决穿装位置空间高度限制的难题，便于除氧器一次托运到位，在设计低位滑动专用装置的基础上，将两列托运轨道中心距离放大至与除氧器直径相同，对铺设的轨道沿安装就位方向倾斜一定角度，配合滑动限位块，有效降低了除氧器穿装高度，实现在高空穿装滑动平移过程中上下、左右方向空间设备位置精确定位，提高安装质量，降低了安全风险。

4)高空滑动平移就位技术研究

本项目为解决吊车跨距大布置困难的难题，研究人员采用力矩平衡原理、CAD三维模拟技术、对除氧器吊装位置、吊车布置位置进行优化，保证除氧器穿装质量和精度，降低安全风险。

5)防碰撞控制技术研究

本项目除氧器穿装位置空间狭小，设备穿装时上下间隙仅有80mm，为防止设备穿装过程中发生碰撞损伤设备，研究人员采用CAD三维模拟技术进行吊装位置空间模拟，并在穿装过程除氧器人孔门位置拉设安全水平绳来控制除氧器穿装方向和调整除氧器位置角度，利用先进的雷达监控监测和报警系统，保证吊车同步、动作缓慢平稳，为避免吊车符合瞬间增大或超负荷，吊装过程中起重人员清晰指挥，操作工精准操作。保证穿装质量和精度，降低了安全风险。

该技术成果《基于狭小空间的大直径除氧器高空穿装施工工法》获评中国电力建设集团公司2018年企业级工法（编号：ZGDJGF258-2017），《基于狭小空间的大直径除氧器高空穿装技术研究》被六大企业联合会评定为二等奖。本项目技术创新获得实用新型专利2项，专利号：ZL201120459282.3；ZL201120555696.6。

2.1.4大跨度钢桁架输煤栈桥安装技术研究

1)大跨度钢桁架输煤栈桥安装时，其临近的输煤转运站、脱销钢架等结构已施工完毕，现场安装环境复杂，为避免吊装过程出现抗杆、作业空间受限等不易预见的问题，组织研究一种实景仿真模拟吊装技术。

钢桁架输煤栈桥相关的尺寸重量、起重机械的工况及周围作业环境等相关参数确定以后，通过虚拟技术建立吊装模型，实景模拟钢桁架吊装过程，并对模拟过程中出现的抗杆、作业空间受限等问题进行分析和调整，从而实现钢桁架在现场吊装的一次成功（。

2)可滑动式吊篮装置

在钢桁架底部安装可滑动式吊篮，用于安装输煤栈桥钢桁架底部彩板。

可滑动式吊篮装置的制作,利用滑轮原理，在组合完毕的栈桥钢桁架两端外侧柱段上沿长度方向两侧面各固定一根钢丝绳（钢丝绳的选用通过划篮、施工人员及彩板重量计算所得），钢丝绳端部采用绳卡固定牢固。滑轮穿过钢丝绳连接吊篮。

可滑动式吊篮装置的使用:吊篮首先通过端部的牵引绳索固定在钢桁架相对高的一端，通过松紧绳索使吊篮自高到低滑动以便安装钢桁架底部的彩板。

3)空中调节钢桁架倾斜角度装置

“空中调节钢桁架倾斜角度装置”是利用线坠的垂直原理，在调节钢桁架倾斜角度过程中，观察角度盘上线坠处的角度读数，当夹角α等于钢桁架图纸设计倾斜角度时，即钢桁架倾斜角度恰为图纸设计角度，此时可直接整体安装至两端的支架底座上。

角度盘制作:自行制作圆形塑料角度尺，直径为300mm，厚度为5mm，自0°至9°顺时针分布，圆盘中心处装有高强磁铁和线坠。

角度盘的安装:在钢桁架起吊前，依靠高强磁铁将角度盘固定于桁架梁上，保证90°线与桁架梁中心线重合，并确保线坠摆动范围内无障碍物。

角度盘的使用:钢桁架刚刚脱离地面后，通过增加一端索具的长度，使钢桁架缓慢倾斜并观测角度尺上角度α，当α等于钢桁架设计角度时，即钢桁架倾斜角度恰为图纸设计角度，此时可直接整体安装至两端的支架底座上。

该技术成果经山东省住建厅鉴定验收达到国内领先水平，总结形成的《大型电站大跨度钢桁架输煤栈桥整体安装施工工法》获评为中国电建集团企业级工法（编号：DJGF259-2017），国家知识产权局已受理发明专利1项（申请号201710958973X）。

3 主要研究成果

1）创造性研制和应用了低位滑动专用装置、可拆卸负荷分配吊具、炉顶支撑轨道梁、可滑动式吊篮等系列专用装备。

2）创新使用了炉顶布置可移动式动臂塔机、除氧器滑动平移就位技术、主厂房钢屋架“三角斜插”吊装、空中调节钢桁架倾斜角度等系列先进技术。

3）项目共取得科技成果14项；其中省（部）级工法4项，受理发明专利2项，实用新型专利1项，行业级科技进步奖3项，关键技术成果4项（其中达到国际先进水平以上3项）。

3.1与同类先进成果主要技术指标比对情况

该技术的成功应用，填补了在电站建设领域百万千瓦级火电机组大型设备构件在特殊环境下均衡吊装的技术空白，通过该技术成果于同类技术对比具有优势明显。采用此关键技术，保证设备的安装质量，提高了安装效率，节省了投入成本，降低了施工风险，经济效益显著。

3.2推广应用情况

3.2.1广东某新建工程(2×1000MW)为新建燃煤机组

项目成果广东某新建工程#2机组施工过程中成功应用，该技术以经济高效、安全可靠、节能环保等技术优点正逐步得到行业内的关注和认可，推动和引领了行业技术进步。本项目技术研究共获得科技成果14项；其中省（部）级工法4项，受理发明专利2项，实用新型专利1项，行业级科技进步奖3项，关键技术成果4项（其中达到国际先进水平以上3项）。项目研究成果已成功应用在广东大唐电厂项目中，提高了安装效率，降低了施工成本，保障了安装质量，降低了安全风险。本项目促进了工程整体均衡推进，符合施工组织设计及项目管理的整体思路，满足绿色施工要求，为施工单位节约施工成本342万元，更为建设单位创造了巨大的经济收益。

本项目研究形成了百万千瓦级火电机组大型设备构件特殊环境下均衡吊装技术研究与应用技术方案体系，引领和推动我国火电工程建设技术水平进入国际领先行列。相关技术成果将在大唐东营电厂2×1100MW工程、广东陆甲湖电厂2×1000MW工程施工中得到推广和应用。

3.3节能减排及经济效益

该技术的成功应用，缩短了施工工期，节约了施工成本，提高了安装质量，避免了机械设备的闲置，降低了安全风险，绿色均衡施工。优化了设备构件的安装流程，使各工序衔接合理，劳力物力得到了有效利用，节能降耗，经济效益显著。

4 主要结论

通过本项技术的实施，成功解决了设备重量、体积大，主厂房跨度大、高度高、锅炉为侧煤仓布置，炉膛跨度大，输煤栈桥跨度大且倾斜角度不易准确控制，及整个项目施工空间狭小等诸多技术难题。提高了施工效率，降低了工程成本，减少了安装风险。安装质量可靠，设备运行稳定，填补了国内空白，达到了绿色施工要求，为国内同类型及相似布置的大型电站设备及构件吊装提供了借鉴经验，具有很强的推广价值。

5 参考文献

[1]  《电力建设施工质量验收及评价规程 第一部分 ：土建工程》DL T5210.1-2012

[2] 《电力建设施工质量验收及评价规程 第二部分：锅炉机组》DL T5210.2-2009

[3] 《电力建设施工技术规范》（锅炉机组篇）DL5190.2-2012

[4] 《电力建设安装工作规程》（火力发电厂部分）DL5009.1-2014

[5] 《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

[6] 《钢结构焊接规范》GB50661-2011