山东电力建设第一工程公司

山东电力建设第一工程公司

大型现役机组主、再热管道狭小空间吊装技术研究

王聪

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

1 前 言

为加快高效清洁燃煤机组的改造保护大气环境，目前国内300-600MW机组将提高蒸汽压力、温度参数进行综合升级改造，蒸汽压力、温度提高对主、再热管道材质及规格提出更高要求，因此需要对原有的主、再热管道进行整体更换。但是在机组建设投产以后，现役机组如果再进行主再热管道的更换，吊装工作就会受制于作业空间狭小（机组完整结构、设备已安装完成、楼梯防保设施安装完成），大型吊装机械设备选择性较少（综合作业空间及施工现场布置情况选择，大型机械基本无法使用而且费用较高）。

山东电力建设第一工程公司针对以上难题，积极开展相关研究。公司成立了大型现役机组主、再热管道狭小空间吊装研究攻关组，针对大型现役机组主、再热管道狭小空间吊装专用工器具的设计、吊装滑轮组系统布置、综合管线总体吊装工艺等多个关键环节进行研究和攻关，总结形成了《大型现役机组主、再热管道狭小空间吊装技术》。

本技术主要关键技术成果经国家一级科技情报机构查新，未见同类技术的相关报道，经山东电力建设第工程一公司专家委员会鉴定，达到了国内先进水平。申请了“一种狭小空间超大口径管道运输系统装置”实用新型专利，已获得受理。本技术获得2016年企业级技术批准，总结形成企业标准《卷扬机、滑轮组配合布置标准》。本技术已成功应用于大唐内蒙古托克托发电有限公司#3、4机组主再热管道更换施工项目，取得了良好的经济效益和社会效益。

2 技术特点

2.0.1根据施工现场管道布置、设备布置和现场空间，合理布置卷扬机组成一套便捷、高效率的吊装系统。

2.0.2采用小型卷扬机，通过合理的滑轮组走绳绕法满足整个主、再热管系的吊装需求，不必采用大型塔吊设备节约机械费用，减少机械投入成本并提高机械重复使用率。

2.0.3由于现场空间狭小在吊装过程中采用一套新型管道运输系统装置。

3 适用范围

本技术适用于所有在役发电机组主再热管道吊装托运，也适用于其它在狭小空间内管道的吊装托运。

4 工艺原理

4.1滑动摩擦力公式F=uN   （4.1）

其中： N是压力，在水平地面的时候N=mg；u是滑动摩擦因数，与材料有关，滑轮与铁板摩擦系数取0.2。

通过合理布置滑轮组，在狭小区域内将管道进行起吊、翻转等工序，同时利用定、动滑轮相结合的形式，仅需利用5t卷扬机即可满足管道的吊运工作。

4.2牵引力公式=KF   K动载荷系数取1.1（4.2）

4.3狭小空间超大口径管道运输系统装置：

本设计是通过制作两台移动装置（A、B）组成狭小空间内大口径管道移动运输系统装置。A移动装置主要承载管道重量，并且两侧设计加装防倾斜装置（可以根据运输管道的直径来选择不同弧度的防倾斜装置板）。A移动装置还具有导向作用，前部安装牵引装置和移动导向装置从而保证运输装置系统从容转向。B移动装置作用主要是辅助A移动装置进行运输，在超长管道运输过程中保证不发生前后翘头现象，同时具体在管道需要倾斜起吊时候在管道另外一侧起保护作用。

图4.3.1 A移动装置

图4.3.2 B移动装置

5 工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程：

图5.1 工艺流程图

5.2 操作要点

5.2.1 现场实际考察

根据电厂实际需更换吊装的管道布置情况和现场空间区域范围以及其余限制条件统筹规划吊装主体思路。

5.2.2 编制初步吊装方案

根据实际考察情况综合考虑后，组织各方专业技术人员和业主共同编写初版吊装方案。

吊装思路：锅炉侧标高17米以上主、再热管道使用2台5T卷扬机配合手拉倒链慢慢放至17.5米给煤层平台，使用自主创新专利产品管道运输系统装置，使用2T卷扬机牵引运至扩建端地面吊装孔处，最后通过5T卷扬机缓慢下放至0米装车外运。

5.2.3核算吊装参数，确定卷扬机规格

（1）、核算管道最大起重量

最大管道重量=0.25×3.14×(0.605²-0.48²)×7×7.8=5.44T

依据大唐托克托主汽管道（605mm*489*58），按照配管最长尺寸7米进行计算

（2）、核算牵引力Q（牵引力）=KF=Kmgu=1.1*5.44*0.98*0.2=1.17T

（3）、选择钢丝绳型号 根据钢丝绳许用拉力T=50d²/1000K管道吊装选择使用φ30钢丝绳，管道平移牵引选择φ16钢丝绳均能满足使用。

（4）、核算吊耳强度

图5.2.3.1吊耳

耳板材料为Q235B，厚δ=30mm的钢板，局部加筋稳定；具体规格尺寸如图所示。

计算：经查《钢结构设计规范》GB50017，耳板材料抗拉强度σs＝235Mpa，用E50焊条进行焊接，其焊条的ffw＝200 Mpa，取动载荷系数K=1.1，应力集中系数α=2.3，吊耳受力按照10t计算，则：

局部最大拉应力：σmax＝=1.1×10×103×10/（2×（120-40）×30）×2.3=52.7MPa＜σs/1.7=138 MPa；

焊缝按等强对接焊缝计算：P＝N／（L-2δ）δ=1.1×10×103×10/（120-2×30）×30×10-6=61MPa ＜ffw/1.5=133.3 MPa；

以上，满足要求。

（5）、选择卷扬机规格型号

安装吊装方案和计算参数选择使用3台5吨卷扬机和1台2吨卷扬机满足整个吊装系统需求。

5.2.4 优化吊装方案，组织专家评审

结合吊装思路、初版吊装方案和相关的吊装计算参数，组织相关专家对方案进行审核，最后完成实际可行的最终版吊装方案。

5.2.5布置吊装设备

按照选择的卷扬机规格、型号，钢丝绳型号，滑轮型号，U型卡环型号布置吊装系统。炉侧卷扬机布置情况概述：

炉侧17.5米给煤层平台地面共布置#1（5t）、#2（5t）、#3（5t）、#4（2t）共四台卷扬机，俯视图如下图所示。

#1卷扬机作用是从17.5米平台地面吊装孔下放管道至0米装车外运；

#2卷扬机作用是下放43米标高以下热再立管至17.5米地面；

#3卷扬机作用是下放43米标高以上热再管道及主蒸汽弯管（需调整滑轮后）至17.5米地面；

#4卷扬机作用是17.5米平台地面上使用管道运输系统装置托运管道至吊装孔

图5.2.5.1 四台卷扬机平面布置图

卷扬机作业情况描述：

#1卷扬机最大牵引力为5T，与K1列#2柱使用型钢环形焊接抱箍式连接固定，配套2个10T导向滑轮1个10T动滑轮组成，沿地面水平走至C列#3柱后起高。吊装孔上方处滑轮生根L300工字钢采用加装型钢横梁焊接吊耳，吊耳位置型钢需加焊肋板。

图5.2.5.2   #1卷扬机立面布置图

#2卷扬机最大牵引力为5T，与D列#6柱使用型钢环形焊接抱箍式连接固定，配套4台5T导向滑轮，沿地面水平走至K1列#2柱后起高至30m变向起高至43米。43m处滑轮生根采用厂房原有钢梁缠绕钢丝绳悬挂，钢丝绳与型钢接触位置需加装包角。布置简图如下所示。

图5.2.5.3  #2、#3卷扬机（5T）立面布置图（吊装炉左侧再热管道）

#3卷扬机最大牵引力为5T，与D列#6柱使用型钢环形焊接抱箍式连接固定，配套五台6T导向滑轮。吊装热再管道时，沿地面水平走至K1列#6柱后返回D列#6柱起高至40、43m过渡变向后起高至74m，43m标高以上热再管道使用#3卷扬机下放至40m处时，#2、3卷扬机协调配合管道翻身后，使用#2卷扬机继续下放至17.5米平台地面。吊装主蒸汽弯管时，使用8台五吨滑轮，43m登高至66m标高后变向水平走至炉右侧后变向起高至76米。40、43、66、74、76m处滑轮生根采用厂房原有钢梁缠绕钢丝绳悬挂，钢丝绳与型钢接触位置需加装包角。

#4卷扬机最大牵引力为2T，作用于17.5m平台地面使用移动装置托运管道至吊装孔，装置运输系统在小空间内运输大口径管道时没有倾倒的危险，可以顺利的转弯，直接运输到指定的位置而且可以单层垂直起吊时候进行辅助保护。在运输过程中，操作运输装置的人员也不会耗费太多的体力，装载和卸车都使用人员较少。

图5.2.5.5   #4卷扬机（2T）俯视布置图

5.2.6吊装系统试验

吊装系统布置完成后，采取试吊方式来检验吊装系统的稳定性。

5.2.7特种设备检验

特种设备安装完成并试验合格厚，准备齐全相关技术资料向特种设备检验机构申请报验，经特种设备检验机构验收合格后方可投入使用。

6质量控制

6.0.1严格执行《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB 50231-2009、《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB 50236-2011、电力建设施工及验收技术规范（管道篇）DL 5031-2012、火力发电厂焊接技术规程DL/T869-2012、《工程建设标准强制性条文》（电力工程部分）建标[2006]102号等标准。

6.0.2 吊装机械就位安装及滑轮吊耳安装焊缝需经过无损检测合格。

6.0.3 管道吊装过程中需完善防滑防坠措施（防坠绳、防滑卡等）。

6.0.4 管道托运需完善地面防护措施，做好成品防护。

6.0.5 悬挂滑轮钢丝绳与钢梁间加装包角保护。

6.0.6 上道工序验收不合格或未进行验收，不得进行下道工序施工。

7 安全措施

7.0.1 施工中严格遵守《电力建设安全工作规程 第一部分：火力发电》DL 5009.1-2014（原DL 5009.1-2002）、《起重机械安全监察规定》质检总局令第92号、《施工企业安全生产管理规范》（GB50656-2011）；

《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）等规范要求。

7.0.2 吊装方案必须经相关部门审批后方进行吊装作业，吊装前对施工机械进行检查，各项指标正常后方可进行吊装作业，吊车操作工及指挥工必须持证上岗。

7.0.3 吊装作业前，编制专项安全技术施工方案，编写重大危险源及相关应急预案，对施工人员进行全面安全技术交底，确保每个施工人员熟悉现场安全情况，做到四不伤害。

7.0.4 利用多台对讲机进行吊装指挥工作，并安排专人进行监护，严禁无关人员进出吊装施工区域，密切注意吊装过程中的特殊情况，确保吊装作业安全。

7.0.5 吊装前对安全防护用品使用情况做详细检查，安全装置正常使用率应达到100%。

7.0.6 吊装孔区域必须固定好临时防坠绳和防坠器；延边作业人员携带物品必须放置牢靠，每次设备吊装前应进行高空落物源的清理。

7.0.7 在吊装管道尾部各拴1根缆风绳，吊装过程安排专人进行溜放，控制管道摇晃。

8环保措施

8.0.1施工中严格遵守《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国水土保持法》、《建设项目环境保护管理条例》等规定。

8.0.2成立施工环境卫生管理机构，加强对工程材料、设备、粉尘等的控制和治理，遵守有关防火及废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。

8.0.3施工区域合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。

8.0.4机械设备使用过程中，加强维修和保养，防止柴油、机油的泄露，保证排气系统畅通，减少有害气体的排放量。

8.0.5施工中节约材料，减少焊材等消耗性材料的浪费，加强废弃物资的再利用。

8.0.6施工现场设置的水源处悬挂明显节水标示，节约现场用水。

8.0.7倡导现场的“四节一环保”，保持全过程绿色施工。

9 效益分析

9.1 经济效益

以大唐内蒙古托克托发电有限公司#4机组主再热管道更换施工项目为例，分析在管道吊装托运过程中该技术相较传统施工方式的经济效益。

传统施工方式采用塔机吊装，因施工作业区域较大（主、再热管道分别位于锅炉左、右两侧），需选用较大型号的塔机（至少应为QTZ80），因托克托电厂为封闭式锅炉厂房，塔吊施工需拆除部分厂房顶棚待完工后恢复完好，厂房外管道吊装托运可节省汽车吊的费用。

本技术采用卷扬机配合狭小空间超大口径管道运输系统装置专利进行厂房内管道的吊装和托运，厂房外管道的吊装选用25t汽车吊，分析费用如下：

综上两种施工方式费用分析比较，可得出结论：每台机主、再热蒸汽管道吊装托运施工，新技术至少可节省15.72万元.

另节省工期10天，项目成本约1万元/天，计节约成本10万元。

共计产生25.72万元直接经济效益。

9.2 社会效益

9.2.1 通过合理布置起重设备（卷扬机、滑轮组）及起吊点，代替了重型起重设备。提高了起吊效率，保证了工程质量。得到业主放的高度肯定，为我单位在信誉评价方面获得了很好的声誉。

9.2.2本项研究成果不仅对保障本项工程顺利施工和质量提高具有重要的科技支撑作用，同时也对我国大型火电机组主、再热管道改造项目积累了宝贵经验和科学依据。

附：

1、作者信息

（1）第一作者：

姓名：王聪

出生日期：1975年09月13日

身份证号：370721197509134016

专业职称：高级工程师

学历及专业：大学本科；热能与动力工程

单位：中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司

职务：海外事业部/国际工程公司副总经理兼安全总监

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