烟囱钢内筒

一、工程概况
本工程为某热电厂工程210/6m钢筋混凝土套筒式烟囱，内布置一出口直径为6m钢内筒（顶部标高为210m）。在30m、60m、90m、115m、140m、165m、185m、203.5布置八层钢平台。内筒重约600吨（包括保温及其他附件重量）。钢内筒钢板厚度分布如下：

标高范围：（m）	钢板基板厚（mm）
0-60	20
60-90	18
90-140	16
140-185	14
185-210	12

二、 施工方案
本工程采用气压顶升法施工,即将钢内筒顶部封闭,其底部为气顶活塞,从而形成一密闭容器,利用空气压力托住钢内筒,通过充气增大气压达到钢内筒顶升,实现倒装钢内筒筒体。物理原理:P=F/S
钢内筒钢板重量约为590吨，顶升摩擦力大约为10吨，钢内筒顶升是最大压强为：
P=600×10⁴÷(3.14×3050² )=0.205N/mm²。   
计算焊缝是否能够承受顶升时的拉力：P×1×12=u
求得应力为：u=0.205×1×12=2.46N。
从施工手册中查得：Q235B级钢的大于顶升时焊缝承受的强度。
顶部钢梁的计算见下图：
M=1/4ql=1/4×200KN×4.3m=215KNm
从施工手册中查得Q235B级钢的屈服强度为215N/mm²，查得H型钢的弯矩值为3853。
415000000/3853000=55.8/mm² 可知Q235B级钢的应力远大于钢梁所受的力。  
三、施工工艺流程
首段钢内筒（顶帽）制作、就位         气顶活塞安装          组对平台安装
 

钢内筒弧型片运输、组对       钢内筒的分段卷制        安装运料螺旋轨道及组焊平台
 

筒节的焊接          焊缝检查        气压顶升
四、施工方法
1. 利用施工钢平台的15吨卷扬机、钢丝绳、烟囱顶部钢梁把带有顶帽的首段钢内筒安装在烟囱内。此段钢内筒高16米，顶部用14mm的钢板封口与活塞组合形成密闭容器。
2. 气顶装置系统的安装
气顶装置系统由活塞、活塞杆、组对平台、空压机、储气罐、连接管道、阀门等组成
①把活塞置入首段钢内筒安装、就位。
②把活塞杆与活塞组合为一体，下端牢固的固定在钢内筒中心，与钢内筒首段形成密闭容器。活塞部分在顶升系统中起着承重与密封的作用，因此要安装精密、牢固可靠。
③组对平台由槽钢及钢板组成，形成组对钢内筒弧型片的工作面，同时起着固定活塞杆的作用。
④把空压机与储气罐组合在一起，通过连接管道、阀门、活塞杆和钢内筒相联，形成完整供气系统。
3. 运料螺旋轨道及组焊平台
运料螺旋轨道与轨道小车组合,是钢内筒弧型片由筒外向筒内倒运的运输工具；组焊平台是钢内筒施焊时的工作平台。
4. 钢内筒的分段卷制
①钢内筒的材料为耐酸露点腐蚀钢板,耐酸露点腐蚀钢板在组合场进行卷制,板材卷制时必须保持卷板机滚轴的清洁。在卷制前应对原材料进行检查，对甲供材料应取得检验证明，对材料表面的缺陷应在卷制前进行，边缘表面不应损伤和裂缝，用砂轮清理痕迹应顺边缘方向进行。板材边缘进行机械自动切割、刨边加工等工艺后，其表面平整度不能超过0.2mm，连接边缘的垂直度不能超过0.1mm不符合上述者要求均可用打磨平缓的方法加以修整。
②钢内筒弧型片弧度的确定：根据图纸要求钢内筒直径为6米，用5mm的普通钢板制成一段弧度为6米的模具，钢内筒弧型片卷制时以此模具为标准逐次卷制，直到与模具的弧度一致。
五、钢内筒弧型片的运输、组对及焊接
1.利用轨道小车沿螺旋轨道把钢内筒各弧型片送进筒内与首段钢内筒组合，连接竖缝应按要求距离交错，相临立缝间距不小于150mm,如筒体上有孔洞,则焊缝与孔洞边缘距离不得小于100 mm,经检验合格后方可进行焊接。组装后施焊应连续完成，在组装对口根部定位焊时，定位焊后应检查个焊点的位置，如有缺陷应立即清除重新进行定位焊，点固焊长80mm 左右，间隔350mm—500mm，焊缝高6mm左右。焊接应在有维护、不受雨和雪、大风侵蚀的环境里进行。
2.施焊时按照先焊纵缝，后焊环缝；先焊外缝，后焊内缝的顺序施工。应采取双面焊接，并应采取清跟措施，以保证封底焊的质量，焊口焊完后应进行清理，经自检合格后做出，可追溯的永久性标识。
3.焊条应采用T427CrCuSb型专业焊条，增加焊条箱保证焊条干燥随使随用。
4.纵（环）缝焊接应采取分段或对称焊以分散应力，如果中途被迫中断时应采取防止裂纹产生的措施，再焊时应仔细检查并确认在无裂纹后方可继续施焊。停止焊接则一条焊缝至少焊接二层以上。
5.纵向焊道的焊肉应焊到环向焊缝的中心，在环缝焊接前铲除磨光。
6.对于坡口缺肉或间隙过大处必须在焊前填补、磨光并进行外观检查，合格后方可焊接。
7.在施焊过程中应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应将熔泡填满，多层多道焊的接头应错开。
8.严格禁止在坡口外面的母材上引弧，一旦在母材上引弧，应随时磨去。对于击弧后较深处，应打磨并补焊，外观检查合格符合要求。
9.引弧采用回焊法，在焊接前方约15mm引弧，然后拉回到焊接处焊接。
10.工卡具焊接：组装所用的定位块、吊耳等焊接部位的焊接工艺同正式焊接，并应从严要求。焊接时严禁在壳板上引弧，起弧和收弧均应在焊缝坡口内侧并采取回焊法，填满弧坑。
11.焊缝清根可采用角向磨光机及碳弧气刨清根。气刨时弧长为1～2mm,太长容易发主夹碳现象，弧长大于3mm则电弧不稳。调整合适的风压，风压太小，不能有效地将铁水吹出来，风压太大，则电弧不稳，且容易断弧。碳弧气刨的深度及宽度视钢板的厚度及坡口角度而定。清根时一般使用抛光机刨2～3次即可成型，其深度不宜超板厚的1/2。气刨宽度要适中，宽度太窄时，底层焊接时运条不方便，容易产生夹渣和未焊透缺陷。成型刨槽两侧的飞溅应清除干净，并用磨光机打磨成光滑过渡形状，露出金属光泽方允许焊接。
  气刨工艺参数
        工艺参数：          电极直径：Φ8
        电流（A）：          280~330
        风压MPa:           0.35~0.4
        弧    长:            1~2
12.内外焊缝成型后，经过检查合格后，可以进行焊缝表面打磨工作，去掉表面焊渣、飞溅；修整咬边。对接焊缝外观尺寸允许偏差除符合上述规定外、尚应满足：焊缝余高允许偏差1.5+1.0mm；焊缝凹面值不大于0.5mm，焊缝错边不超过1mm，组装成型过程中不得用锤猛力敲打。内筒周长允许偏差10mm，椭圆度应满足错边不超过1mm要求，且不大于10mm。
13.定位块、吊耳等的切割优先采用碳弧气刨切割，其次选用氧气乙炔焰切割,以上焊接件切割后，应用角向磨光机磨光，使其与母材平滑过渡。
14.减少焊接角变形
保证正面焊接质量，控制线能量在要求范围之内,反面清根深度适中,可减少角变形。正面焊接时，封底焊不宜太厚，一般在4mm以下，因为这层焊肉缺陷很多，必须要清除掉。单层焊缝的厚度不大于所有焊条直径加2mm避免产生气孔和夹渣。焊接线能量越大，则母材及焊缝温度越高，金属冷缩的应力越大，势必造成角度增大，所以必须注意控制线能量，这是减少角变形不可缺少的措施之一。此外，为了防止角变形,反面清根的适宜深度及宽度，有利于减少角变形。
环缝用卡具防止角变形。工卡具对壳板的精确组装起很大的作用，能足够地保证间隙、错口、角变形等都在要求范围之内，当焊缝点固焊完后，打紧全部楔子用以防止焊缝产生过大的角变形，反面清根前再将其拆除。
15.支座环上螺栓孔的允许偏差：孔与孔之间的尺寸不得超过1.5mm，孔径不超过1.0mm，同心度不超过20mm，支座环与筒体间隙最大不超过1.5mm。
六、钢内筒的顶升
1.钢内筒各焊缝经验收合格后进行钢内筒顶升。利用调节阀使进气压力等于计算压力,用三台六立方空压机通过连接管道经活塞杆向首段钢内筒充气，当钢内筒内的气压达到所需压强时它就会缓慢上升,顶升高度达到一节钢内筒的高度2米时停止供气，顶升停止。再循环连接钢内筒弧型片,焊接、顶升，直至整体工程结束。
2.在各层钢平台上安装临时导向轮,在钢内筒通过该层平台后起到对钢内筒的导向和止晃作用.
3. 钢内筒筒身与基础螺栓的连接以及细部结构的完善
①将不锈钢爬梯材料提前运输到顶部平台上,待钢内筒顶升通过顶部平台时由上向下顺序完成爬梯的焊接安装工作.
②钢内筒完成顶升工作后,将钢内筒落到内筒支座环上与基础螺栓固定牢固.
③完善观测孔、检修孔和烟道口等其它细部结构.
七、气压顶升法施工钢内筒的优点和应用前景
１．优点
①气顶法采用通用的常规机具，节省大量装备投资
顺装法能够大大减轻提升重量，可以采用常规吊装机具，但高空作业量大大。从安全上考虑不可取。若采用以往的的任何一种倒装法，由于最终的提升重量都相当于筒体总重，无论是卷扬机抬吊或液压顶升，一般施工企业原有的装备往往难以胜任，必须为此而添置超重型的专用起重设备，耗资需百万元。采用气顶倒装法则由于把组装过程中钢内筒自身转化为顶升工具，免去了传递重力的构件与机具，仅需提供一个气源装置，即2-3台空压机、储气罐等，都是常有的型号与普通的规格，是一般施工企业所具备的，所以几乎不必进行机具的投资，这对非专业施工部门尤是有利。
②气顶法对邻近构筑物不增加施工荷载
采用气顶法对筒体的组装与提升过程中其力的作用点始终在筒体基础上，而且力的大小也不大于运行载荷，钢内筒组装时对外筒及其外筒内壁上的各层钢平台和内筒基础以外的地面都不产生施工荷载，若采用其他倒装法，其中某几层钢平台受力因安装吊具而增大，钢平台和外筒壁因此需要加强，而若采用液压顶升倒装法，重力也要从筒身通过三根立柱传到内筒基础以外的地面上，因而必须增加立柱基基础，气顶倒装法可以省去此类加强费用而获得经济效益。
③采用气顶倒装法有良好的稳定性
采用卷扬机和索具抬吊或液压顶升的倒装，其对筒身的提升着力点往往低于被组装筒身的重心，而且组装得愈高，其重心高于着力点距离越大，稳定性也越差。气顶倒装法则和以上情况完全不同，由于它的提升着力点是在接近顶端的封头内表面上，它始终高于被组装筒体的重心，而且随着钢内筒的逐步增高，提升着力点高于筒体重心的距离也愈来愈大，稳定性也更好，特别当封头正中装上一个牵引滑轮组的情况下，靠牵引滑轮组克服静摩擦力，则稳定性更好，几乎是悬浮式上升，对钢平台没有撞击。
④采用气顶法可以节省更多的辅助用料
组装过程中的钢内筒始终承受着一定的正压，有使筒壁自动保持圆形的趋势，所以筒体不会发生椭圆或多角形的变化，采用其他方法因钢筒的壁厚与直径比较小，接近薄壁结构，容易产生变形，为此需在筒节内焊接十字支撑，装拆这些十字支撑，既费料又费工。
⑤采用气顶法对多管式烟囱优点更突出
气顶工艺可以两根筒或多个筒同时施工，特别在两根筒同时施工有着其它方法没有的优势，那就是焊接和顶升对口可以交替进行，使劳动力和机械的潜力发挥到最大，达到资源的优化配置。
２．前景：从目前国内大气污染的治理力度来看，电厂的烟气排放必须经过脱硫，但目前各电厂所普遍采用的湿法石灰石脱硫工艺会使烟气温度大幅减低，造成烟气在内筒壁结露，加剧了烟气通道的腐蚀，传统设计的烟囱已很难满足电站使用寿命要求，烟囱内设置钢内筒目前已成为使烟囱达到设计使用寿命要求的普遍方法，应用将会越来越广。在众多的钢内筒施工方法中气顶施工以其特有的优势：简单、安全可靠以及其高效性必将越来越多的被电力施工单位所采用。
【参考文献】
[1]刘江.建筑施工手册.中国建筑工业出版社，2003.9

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文章名称： 烟囱钢内筒

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