一管多束式钢烟囱施工工艺

王　城　唐挺进　陈华兵

中天建设集团浙江安装工程有限公司　浙江杭州　310015

摘　要：该工程210m 烟囱内设置十个钢内筒，施工采用气顶升倒装法为主、吊装法为辅的施工工艺。根据各个钢内筒的直径大小选择合适的施工工艺，其中包括全程吊装法，全程气顶倒装法，半程气顶半程吊装法。施工过程制定科学合理的关键工序和技术要求、精确计算，保证安全、缩短工期、降低成本、提高功效。关键词：烟囱；钢内筒；气顶升倒装法；支承梁；吊篮

中图分类号：TU279.7+42 文献标识码：A

随着国家对环境保护的重视，各种尾气的排放逐步引入了先经处理，后排放的工艺；排放烟气用的烟囱根据排放烟气含杂质及排放温度分类设计，高低、直径、材质、数量各不相同，对施工提出了新的要求。

1　烟囱钢内筒的结构和施工特点

1.1 工程烟囱钢内筒结构

该工程烟囱为钢筋混凝土结构， 出口内D14.16m， 底部内D20.62m， 混凝土筒内设有10个钢筒作为排烟筒分别是一个D5500mm碱回收炉、二个D2500mm溶解槽排气炉、一个D1500mm低浓不凝气体排气炉、二个D2600mm动力锅炉、二个D2300石灰窑、一个D1600mm漂白槽、一个D550mm高浓度不凝气体排气炉其中一个D2600mm动力锅炉暂且不做，整体布置如图一，高均为210m，钢内筒的钢材材质为耐候钢板和不锈钢钢板，钢内筒高于混凝土外筒2m，其中不锈钢316L重456.48t，耐候钢632.4t，其中钢内筒高0 ～ 52.5m板厚6mm，52.5 ～ 105m板厚8mm，105m ～ 157.5m板厚10mm，157.5 ～ 210m板厚12mm。在高15m ～ 206.5m设置11层钢结构检修平台及螺旋扶梯重331t，钢内筒外保温面积为14358m2。

1.2 烟囱钢内筒施工特点

该烟囱钢内筒结构施工特点：技术上高难度、质量上高标准、安全上高风险的“三高工程”。钢平台、钢内筒主导工序施工工艺的独特性和复杂性。主要工序必须依次流水，不许平行或错位。具有不可变更的刚性施工关键线路。主导工序施工作业面只能自上而下垂直递进展开，单位时间内的可实施作业面始终局限在狭小封闭空间。施工工种和工序多，钢内筒直径不等，施工要求连续作业，工期短，循环快，施工技术和配合复杂，施工难度大。

2　烟囱钢内筒的施工方案

2.1 根据该工程钢内筒的直径特点制定施工方案

首先对最小直径D550钢内筒总重26.5t制定利用平台梁进行悬吊方案，根据平台11层及其上下平台的距离将D550钢内筒现场制作场地制成11段钢内筒平均每段重量约2.5吨，利用安装好的平台梁及3t ～ 5t 葫芦进行悬吊安装。其次对其余钢内筒不同直径及重量进行气顶倒装时最大气压计算。

2.1.1 气顶压力

气顶法使钢内筒处于悬浮状态的力，必须是由封头所受向上气压的合力F1（F1=A×P1）与之组焊的钢内筒（包括保温材料）重量Q1相等，即气顶压力为P1=Q1/A，最高气顶压力：Pmax=Qmaz/A，其中A 钢内筒截面积及Qmaz为设计高度的内筒总重量。

2.1.2 安全系数

按照钢制压力容器国家标准（GB150-2000）的公式计算

根据计算确定各个钢内筒的施工方案，其中D1600、D1500不可全程气顶作业，考虑其2个因素，首先气压对焊缝的影响其次利用吊装的位置与平台高度有关，最终确定气顶顶升至第六层平台EL（+）115.425，即钢内筒105 米，10mm及12mm 钢板倒装顶升完毕此时最高气压为2.5MPa满足安全要求，钢内筒落地后再利用葫芦顺吊8mm及6mm钢板。其它钢内筒满足全程气顶要求。根据施工图纸钢内筒的位置确定先顶升D5500，2个D2500、D2300（LIMEKILN 1）、D1500、D1600共6 个钢内筒， 而D2300（LIMEKILN 2）及D2600（PB2）暂先不顶，作为后续吊装D1500及D1600钢内筒的吊装孔，等D1500及D1600钢内筒安装完毕后，再进行D2300（LIMEKILN 2）及D2600（PB2）气顶顶升，顶升完毕即钢内筒主体施工完成。

2.2 气顶升倒装法施工工艺的原理

如图三所示，等径钢制筒体结构气顶倒装法是利用筒体自身再加上顶部的上封盖、内底座及附件的外部气源等，使已组装的上部一段筒体和内底座构成一个套筒状伸缩体。对筒体底部加气后，根据在密封容器内气体压强处处相等的原理，作用在筒壁四周压力相互平衡，对筒体顶升不发生影响，而作用在封盖的合力对筒体构成一个向上的顶升力，倘若此顶升力超过筒身和上封盖的重量及筒内部与内底座上密封环之间的摩擦力之和，则筒体便向上滑升，当滑升到一定高度后锁定，把已经准备好的后续筒体合围焊接，筒身即被接长一节，如此不断反复直至筒体达到设计高度，最后拆除上封盖和内底座等施工附件，顶升完成。气顶法钢筒内只需增加上封头、内底座等几个附件，其余采用常规施工机具，可节省大型起重机具的投入，节省大量的人力和物力，故施工成本低，经济效益明显，气顶法把大量高空作业改为地面和低空作业，提高了工效，缩短了工期，利用安全施工；气顶法直升方式节省作业场地，利于在建筑密集场地施工。

3　施工关键工序及相关技术要求

3.1 支承梁安装

3.1.1 支承梁概况

根据具体钢平台安装，支承梁设计成2H800×300×14×26梁如图三所示，利用外筒滑模平台在钢筋混凝土外筒顶端立起支承梁，支承梁焊接时的起拱度不得大于L/1000。支承梁的主要作用在于协作吊篮安装钢平台，支承梁设置在南北轴线上，于混凝土筒体中心轴线相对应，跨度为14.38m。支承梁主要构成为：主梁、滑轮组、支腿。其助吊是通过主梁上弦的六个定滑轮与钢内筒内的两个动滑轮及φ43.5跑绳和两台10T卷扬机来实现的，要求支承梁承受25t 的吊重。

3.1.2 支承梁计算

3.2.1 吊篮计算

1）主截面验算

吊篮荷载主要由以下几部分组成

①吊篮自重标准值（永久荷载）GK≈ 10t

②机具荷载（永久荷载）：2t

③人员荷载（活荷载）：8×70kg=0.56t

④物料荷载（活荷载）：7.5t

总荷载：G总=γG·GK+γQ·QK=1.1×（10+2）+1.4×（0.56+7.5）=24.48t式中　γG—永久荷载分项系数；γQ—可变荷载分项系数

2）主梁荷载的确定

从结构形式看，主梁受力最不力，仅对此梁进行验算。将结构分为8 等分分别承担总荷载进行受力分析。F总=G总/8=24.48/8=3.06T=30.6kNqA1=1.1.×10/9.23=1.19KN/mqB1=（1.1×2+1.4×7.5）/4.06=3.12KN/mqC1=1.4×0.56/（9.23-4.06）=0.15KN/m式中：F总—每榀梁所受的合力；qA1—结构自重（永久荷载）；qB1—施工荷载（活载）和机具荷载（永久荷载）；qC1—人载（活载）。为了简化计算将矩形均布荷载化成梯形均布荷载来计算FA=（q1+qAB/2）LAB/2/2FA=（4.31+4.03）×0.855/2=3.56kN式中：FA—点A 所承受均布荷载的合力。q1—均布荷载在点A 的大小。qAB/2—均布荷载在点A、B中点的大小FB=6.42kN，FC=4.74kN，FD=3.28kN，FE=2.71kN，FF=2.42kN，FG=2.06kN，FH=0.85kN

3）主梁受力简图

设定主梁为2∠ 50×5角钢取a=600（如图十）有A=2×960=1920mm2Ix=1/12×5×12003+2×100×5×5952=1074×106mm4I z= 2 （ I x + A a 2） = 2 （ 1 0 7 4 × 1 0 6+ 1 9 2 0 × （ 6 0 0 - 2 1 . 9 ） 2）=3432×106mm4抗弯截面模量：Wz=Iz/yc=3432×106/（600-2.84）=5747×103mm3梁的正应力验算：根据梯形图将荷载分成矩形和三角形的均布荷载来计算弯矩2

由上述计算得主梁截面满足设计要求。

4）主梁挠度验算

5）整体稳定计算

根据钢结构设计规范原理：有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上与其牢固连接的情况下，能阻止梁受压翼缘的侧向位移，所以此情况不必验算梁的整体稳定性。因为施工吊蓝工作面上满钢板梁的集中荷载作用点两侧边有刚性10号槽钢及角钢L50×5连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移，所以不用计算梁的整体稳定.

3.2.2 吊篮钢丝绳验算

1）钢丝绳布置示意图

图十三　钢丝绳布置示意图

2）验算方法

抗拉强度为1850MPaφ43钢丝绳最小破断拉力P ＝1053KN，吊篮设计最大承载（含自重）G=25t。安全系数：K=nP/G=4×1053/250=16.8>14所以安全系数合格。

4　结论

本工程采用以气顶倒装施工工艺为主，吊装施工工艺为辅的科学合理的施工方案，完成了九个钢内筒的安装工程，即安全又经济。当然还存在一些问题，例如对于直径小的钢内筒在施工过程中还要考虑其气压对焊缝的影响，尚需在今后工程实践中予以改进和完善。

参考文献：

[1]《烟囱工程施工验收规范》GB50078-2008；

[2]《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001

[3]《火电施工质量检验及评定标准》土建工程篇

[4]《工业金属管道工程施工质量验收规范》GB50184-2011__