大型槽体倒装法安装施工技术

大型槽体倒装法安装施工技术

为了提高产量，近年来，许多大型钢环已扩建。随着时间的推移，设计水平不断提高，容器体积也在不断增加。最大的容器是圆柱形结构。直径范围为7.60m，高度为10.50m。单台井的总重量从几百吨到数千吨不等。大型容器重量重,体积大,不可能制作成整体进行安装.通常情况是在车间进行壁板、底板及顶板的预制,然后在施工现场进行安装.大型槽体的现场安装最基本的方法有两种:正装法和倒装法.正装法即槽体每节按从下向上的顺序进行安装,其顺序为槽底→1#层→2#层→……→(n#层+顶盖).吊装工具可采用塔吊、龙门吊、汽车式起重机、履带式起重机等,其优点是空间没有封绳;缺点是:(1)正装为以从最低层向上一圈、一圈向上装,因此要内外搭设脚手架,非常麻烦,并且高空作业多;(2)由于工期非常短,而随着槽体的增高,对接焊缝的位置也在不断增高,焊工夜间施焊极为不安全;(3)使用塔吊要铺设轨道,要求现场场地条件较高;(4)塔吊、龙门架等工具的设立时间长,且必须在设备基础全部竣工后才能进行,总体工期较长.此种方法适用于槽体高度较低、直径较小的槽体施工.倒装法即槽体每节按从上向下的顺序进行安装,俗称拔萝卜.首先铺设槽底,然后在槽底上拼装顶盖及顶层,再提起顶层,将预制成节的下一层拖入槽底板与顶层进行拼接,依次安装至底层.安装顺序为槽底→(顶盖+n#层)→……→2#层→1#层.起吊工具多采用钢管或衍架式桅杆,按照桅杆设立的形式倒装法又可分为内桅杆法和外桅杆法.内桅杆法即在槽底等分设立8~36个小桅杆作为吊装工具,起吊动力可采用10t手动葫芦、油压千斤顶等工器具.外桅杆法的桅杆设在槽体外部,起吊动力多为电动卷扬机.内桅杆法多用于大直径高度较低的槽体,外桅杆法适用于直径在6~14m之间的槽体.倒装法的优点有以下几点:(1)不用搭设高空脚手架;(2)施工人员都在低空,施工非常方便、安全,特别是夜间施工.存在缺点有:(1)桅杆需要较多的封绳,封绳位置选点较为困难;(2)外桅杆移动桅杆需要用丰富经验的起重工协调指挥,或者利用大型汽车吊配合.两种基本方法都存在自身的优点和缺点,只能根据实际的现场情况选择切合实际的安装方案.因此派生出以下几种安装方法:(1)倒装+正装;(2)正装+倒装;(3)倒装+倒装;(4)正装+正装.本研究针对某公司第七组-第九组种分槽的施工进行分析,论述倒装法施工大型槽体的方法.1大型槽体施工难点种分槽槽体直径9~14m,高32.5m,底板厚度14~34mm,筒节钢板厚度12~34mm,钢板从上至下依次增厚,槽体总重180~300t.此种大型槽体的安装施工存在以下几个难点:(1)槽体自重较大,吊装工具的设计、制作等较为困难;(2)槽体钢板之间多采用焊接,焊接量大,容易发生泄漏;(3)槽体高度较高,施工中高空作业多;(4)根据氧化铝市场的要求,施工工期要求较紧;(5)施工现场在老厂内部,施工现场狭窄.2人字异形锚杆吊装长度设计根据工期、场地等因素,决定采用倒装法安装.倒装法吊装的难点是吊装工具的选择,其最后一次吊装重量为整台槽体的重量.根据经验,此类吊装重量的工程所采用的双桅杆的衍架式构件,衍架式桅杆制作安装较为繁琐.施工中借鉴人字形抱杆的形式,并将其近似为单杆利用欧拉公式进行力学校核,构造出钢管形式双人字形桅杆吊装工具.这套吊装方案在七组种分工程中被实践所检验.并在以后的八、九组种分、预脱硅槽、沉降槽等工程中广泛采用.槽壁重240t,槽顶、槽内挡水板及吊装措施用料等估计50t.根据经验,选用无缝钢管Φ530×13制作桅杆,其桅杆长度的确定如图1.显然,桅杆属长细杆类,应根据欧拉公式进行计算.由欧拉公式P=π2EI/(μL2),推出弹性模数E=216GPaI=70591cm4许用载荷[P]=P/nw4[P]≥Q(Q总吊重,Q=(Q1+Q2)+2T)Q=310t其中:Q1槽壁自重,4#槽槽壁重Q1=240t、Q2槽顶、槽内挡水板及措施用料自重,取Q2=50t;T牵引力,T=10t.封绳等拉力不计.nw安全系数,其范围1.8~3即:L2=1976/nw取nw=1.8时;则L=33m人字桅杆的起吊能力估算.若取桅杆高度L=33m,人字夹角11°;起重滑车采用200t八轮滑车HQD8两组,主吊绳采用Φ52mm,长10m两对绳扣;卷扬采用10t慢速卷扬,卷扬绳采用Φ26mm.其最大起吊重量P=4π2EI/(μL2nw)=313.4t人字桅杆其吊装参数如下:(1)每组吊装鼻间距根据主吊绳长度,选每组吊装鼻间距为5m;(2)每组吊装鼻夹角.根据主吊绳长度及每组吊装鼻间距,每组吊装鼻夹角为60°;(3)桅杆一次有效吊装高度.桅杆一次有效吊装高度h=27m(33-4.4-2),故取h=25m;(4)卷扬绳长卷扬绳长l=29×17+100+20=620m;(5)吊装数据7#槽吊装数据见表1.根据表1和桅杆吊装数据确定和吊装鼻焊接位置.倒绳位置:倒绳位置在第1、12、16.吊装鼻位置:吊装鼻位置在第1、5、7.3槽体底板焊缝安装种分槽槽体外型尺寸Φ14m×32m,重量为300多t,主要由槽底、筒体和顶盖三部分组成,材质均为Q235B.其最大钢板厚度34mm,最小钢板厚度18mm.槽体各部件及部件内部之间的连接主要是焊接.全部焊缝加在一起总长可达2000余m.可见焊接量之大,施工工期较短.所以要保证这样巨大槽体制作安装质量,必须严把焊接质量关,特别是底板的焊接质量关.底板焊接质量控制是种分槽安装质量控制最重要的一个环节.首先,要尽可能减少现场组对焊缝,在预制车间,焊接环境、设备等条件远远超过现场的条件.因此,根据运输路线允许运输构件的宽度、现场吊装的条件、以及底板的尺寸等,合理进行预制底板.其次,要采取得当的措施提高现场焊接质量:槽体底板焊缝采用带垫板的焊接形式,垫板预防了沥青层的返浆等,提高了焊接质量.严格控制槽体底板焊缝坡口及组对间隙,确保焊缝为全熔透焊缝.制定焊接顺序,并在焊接上用临时支撑控制焊接变形.七组种分槽安装难点是槽底板的焊接.种分槽底板直径10.5m,不可能一张钢板整板制作,而焊接极易产生底板变形.种分槽基础与种分槽之间不存在沥青层或砂层,焊接变形不能被抵消.搅拌底座焊接在底板中间,在搅拌系统摆动及32m料浆压力的作用下,变形较大的底板易使焊缝产生微裂纹,料浆碱腐蚀作用使焊缝裂纹延伸,可导致槽体漏料.因此在底板的施工工程中,为尽量减少现场组对焊缝,在制作车间将底板制作两部分,现场仅焊接一道焊缝,这样就大大减少了焊接引起的底板变形.八组种分槽设计做了如下改动:(1)底板厚度改为34mm;(2)底板中间预埋一件圆形钢板,钢板直径为2m,厚度40mm,底板与此圆板之间开坡口对接此次施工最大的失误是槽体底板的泄漏,在施工的6台槽子有2台发生了槽子的泄漏.经过调查分析:泄漏处仍存在现场组对的焊缝上,产生的原因有:(1)底板直径2m,而中间钢板宽度同样为2m.底板与圆板拼接焊缝同底板之间拼接焊缝的焊接热影响区重合,产生“十”字形焊缝;(2)底板与圆板拼接处焊接产生的热量熔化底板下方的沥青层,产生的气体导致焊缝中气孔比较严重;(3)有一台槽子搅拌轴短500mm,搅拌底座抬高后搅拌摆动量太大.针对以上问题采取补救办法:现场焊缝下部加垫板带100*8的进行带垫板焊接形式焊接.4临时固定支撑槽体施工过程中,为防止吊装、运输等过程可能造成的筒节变形,一般情况下需要在槽体内部焊接临时支撑.临时支撑的形式、所用材料的大小要根据实际情况而定.有时可能不用临时支撑.组对筒节即把槽体圆弧板组对成圈(或称为节)七组种分槽筒节在固定的组对平台上组对,然后用吊车将其吊至平台上.为防止吊运过程中的吊装变形,在筒节内部焊接临时十字支撑.支撑选料按保守经验估算,即吊装水平方向力全部由支撑承担,而不考虑筒节塑性变形承担的水平力.计算如下:F=G/4*4.5/4(单节重G=150kN)=42kNPlj=F*n=84kN(n为安全系数取2)查表选角钢∠90×8或8#槽钢满足要求.八组种分槽在活动平台上组对,组对后直接拖入组对筒体环缝,因此内部不必设立防止吊运变形的临时支撑.采用倒装法组对筒节纵缝时,须将上部筒节吊起.第一次吊装鼻设在第一节筒体上,为防止吊装变形,在筒节内部必须焊接临时十字支撑.第一节筒体支撑选料仍按保守经验估算,即吊装水平方向力全部由支撑承担,而不考虑筒节塑性变形承担的水平力,其吊重量按此吊鼻有效吊重计算.计算如下:F=G/2*2.5/20=58.75kN(单节重G=940kN)Plj=F*n=146.88kN(n为安全系数取2.5)查表选角钢18#槽钢满足要求.第二节筒体支撑可选较小的材料,如角钢∠80×6等.设立第1~2节临时支撑后,其余各节组对处吊装变形较小,皆在塑性变形之内,故不必设立临时支撑.更换吊鼻后,由于此处不是正在组对位置,且此时其刚性足够,故也不必设立临时支撑.八组种分槽施工中最大的改进是减少槽内临时支撑.临时支撑的作用是减少筒节吊装过程中的变形.考虑到筒节组圆后用排子拖运,组对筒节在受吊装张力前,已与上部筒节焊接成一体,此时其强度已足以抵抗吊装的张力.因此,除上部第一节筒体经过槽顶钢结构及临时支撑加固外,其余各节均未设临时支撑.这一举措在此次实践中证实是可行的.这样不仅节约大量的措施用料,又加快了工期进度,创下了五天一台槽子的记录,而且减少了高空割除临时支撑这道最危险的工序.5建构平台的运动形式现场筒节之间组对环缝的操作高度约在2~3m,有时探伤焊接操作高度近6m.故需搭设环槽体的组对焊接平台.七、八组种分槽施工时某公司采用挂架-跳板组对平台作为组对焊接平台.九组种分槽施工时设计了活动组对平台-吊篮平台替代挂架-跳板组对平台.挂架-跳板组对平台存在以下问题:(1)挂架-跳板组对平台的挂鼻焊接在槽体上,不能随槽体的提升向下移动.槽体提升后,平台需再次搭设.为保证探伤后的返修施工,平台拆除高度较高;(2)挂架-跳板组对平台搭设的时间较长,焊接挂鼻、挂挂架、铺设及绑扎钢跳板、设立防护网等每次搭设平台的时间需40min.八组种分槽15台槽体,每台分17节,其累计用时将达到170h.吊篮平台其运动形式如图2,利用8台2t×12m的手拉葫芦可以沿槽体上下移动;其外形如组对平台,环绕槽体一周.改进后吊篮的优点如下:(1)利用长倒链,吊篮平台能沿槽体上下移动,减少了组对平台的搭设和拆除次数,缩短了施工工期.(2)吊篮平台一周用标准栏杆作防护,较挂架-跳板组对平台用一圈铁丝作成的临时防护网安全.(3)吊篮平台用钢骨架-花纹钢板铺设而成,较挂架-跳板组对平台中的挂架-跳板安全.原组对平台的跳板绑扎何拆除较为困难,而且跳板在施工工程中容易受电焊、重物所损坏,这些因素造成挂架-跳板组对平台系统在施工中存在安全隐患.吊蓝平台在车间内组焊成型,很好的解决了这一难题.(4)吊篮平台能沿槽体上下移动,很好的解决了探伤、返修的问题.大型槽体安装工程中探伤是