大型空冷凝汽器自组式高空悬挂平台的研究及应用
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【摘要】随着现代工业技术的发展，在火力发电厂中现代空冷系统（即风冷系统）和传统的水冷塔相比，因其节水性能的优势，正得到逐步应用。空冷原理是汽轮机做功后的乏汽经低压缸下部的排汽装置进入主排汽管道输送至空冷凝汽器（以下简称空冷岛）蒸汽分配管，由空冷风机将散热管束内的热量带走，乏汽冷凝为凝结水，后进入排气装置，通过凝结水泵送入热力系统。其中空冷岛的风筒及风机网罩的安装以高空安装为主，其常规安装方法为：1）搭设脚手架后安装；2）地面整体拼装完成后安装。鉴于这两种方法存在着耗费大量人力和物力、施工过中不安全因素多及施工工期长等缺陷，我公司对“大型空冷凝汽器自组式高空悬挂平台”进行研究。
【关键词】空冷电站；平台结构；材料；升降方式；悬挂方式
1、研究背景
1.1空冷电站概述
由于空冷电站的耗水量仅为水冷电站的三分之一，适合我国缺少水而煤炭资源丰富的三北及国外干旱缺水地区，特别中亚地区火力及燃气电站。国务院《国民经济和社会发展“十一五”规划任务分工》将大型空冷电站列为能源工业重点工程；国家发改委《关于燃煤电站项目规划和建设的有关要求的通知》明确要求，在煤炭资源丰富的地区，规划建设煤矿坑口或矿区电站项目；在北方缺水地区，新建、扩建电厂禁止取用地下水，严格控制使用地表水，原则上应建设大型空冷机组。在政府的强力节水政策下，空冷几乎成了中国北方火力电站冷却方式的唯一选择。即便在水资源相对丰富的我国南部地区，随着生活和工业用水费用的不断提高，目前空冷电站经济性略逊于水冷电站的局面也会发生重大改变。空冷电站在南方地区的推广同样也是可以期待。“十二五”时期，我国发展仍处于可以大有作为的重要战略机遇期。为确保实现“十二五”规划《纲要》提出的节能减排约束性指标，国务院印发了《“十二五”节能减排综合性工作方案》，以便空冷凝汽器的推广。
1.2空冷岛概述
空冷电站相比于水冷电站，主要区别在于空冷电站通过空冷凝汽器（以下简称空冷岛）对蒸汽进行凝结回收。其工作原理是：汽轮机做功后的乏汽经低压缸下部的排汽装置进入主排汽管道输送至空冷凝汽器（以下简称空冷岛）蒸汽分配管，由空冷风机将散热管束内的热量带走，乏汽冷凝为凝结水，后进入排气装置，通过凝结水泵送入热力系统。
现我公司正在施工的CNPC45号自备电站扩建工程中所安装的空冷岛设备基础标高：19.1m。从缩短工期、节约成本、提高安全角度出发，我公司项目小组成员经现场实地考察研究，自行制作“大型空冷凝汽器自组式高空悬挂平台”。在保证安全的前提下，顺利完成空冷岛风筒及风室底板安装任务，目前国内外均无此做法。此工法还能还能推广应用于其他类型高空作业，提升高空作业的安全性及施工功效。
2.平台结构
2.1 根据目前所施工项目，确定作业区域。
我方在开始对空冷凝汽器开始施工时，两台空冷凝汽器均安置在标高+18.480m的混凝土立柱上，根据现场实际测量及风筒及风室底板螺栓安装位置，确定作业区域。
2.1.1 制定平台结构及拼装形式。
从图纸可知作业区域每个单元长12.4m；宽11.61m，风筒最下方直径：10.844m，高：1.875m，根据这些数据以及便利作业人员施工的原则（组装风筒及风室底板共需6个作业人员），我方确定作业平台尺寸：两个11400×3055的长框架和两个4950×2874的短框架组成长宽为11400×11060的矩形平台，中间部分采用圆管做梁，敷设木板。
但由于24套风筒作业区域不同，为便于移动，平台初步设置为拼装模式，但是经四川省电力设计院工程师建模计算，此平台首先杆件长度和截面面积的比值就不满足要求。后期经我方与设计院计算人员共同修改后，平台改为刚性连接（即焊接），确保平台能满足载荷要求。
根据我方200t吊车距最远一台风筒距离为20m，最大起重量为：10t，来确定平台的整体重量最大不能超过9吨（作业人员6人重量及悬挂卡扣重量另算），为此，为减轻作业平台重量，我方将作业区域以外的部分采用圆管做梁，木板敷设。矩形平台一组对边为长框架，另一组对边为短框架，长框架与短框架采用焊接连接，框架表面用2cm厚镜面模板敷设，并用Ф6.9*32mm自攻螺丝锚固于平台上；中间预留的5700×4950的进行区域即为作业区域以为的部分，待平台悬挂于作业区域后，布置D32×2.5圆管作为梁，并用铁丝将圆管与框架捆扎后用木板敷设。
3.载荷及承重研究
平台尺寸为11060mm×11400mm×1200mm，平台拼装后总重量为8.5t，安装高度17.5m。
平台总重G1=8.5t；
平台每次6人同时进行作业，每人重100kg，即 G2=600kg；
平台安装所使用索具G3=200kg；
不平衡系数K1=1.3；
吊装载荷G′=（G1+G3）=87KN
计算载荷G=（G1+G2+G3）×k1=120.9KN
安装作业过程中，平台活动载荷P=400Kg/
此平台通过四川省电力设计院工程师建模计算，满足400kg/活荷载作业要求。
4.升降方式研究
4.1吊装概述
一.升降特点
自组式高空悬挂平台吊装存在以下特点：
1）45号自备电站扩建工程空冷岛，为室外部分中最后进行的施工的工作。故周围构建筑物等障碍较多，给施工来一定局限性。
2）平台起升工作中，需要多方合作进行，工作期间需要大量人员配合。
3）平台吊装时需要多方协调合作进行工作量较大，施工中需要统筹考虑，尽量减少吊车移动次数。
4）吊装、移位和平台摆放占用场地较大。
二.四套吊装方案
方案一：200t履带吊单车对平台整体吊装
计算载荷G=（G1+G3）×k2=95.7KN；（动载系数K2=1.1）
平台4吊点均匀分布，吊点受力P1×a = P2×b；
吊车参数：L=70.5+19（副臂10°偏角）；R=38m ；Q=157KN；
吊车负载率= G / Q =95.7/157= 61%
各系统检查正常后进行试吊，试吊中发现问题及时处理。确认试吊无误后，进行正式吊装，待平台起升到安装高度后，停止起升并派专人进行检查，确认安全后，对平台进行固定连接。
方案二： 70t汽车吊单车对平台整体吊装
计算载荷G=（G1+G3）×k2=95.7KN；（动载系数K2=1.1）
平台4吊点均匀分布，吊点受力P1×a = P2×b
吊车参数：L=32.15；R=12m ；Q=120KN
吊车负载率= G / Q =95.7/120= 79.8%
各系统检查正常后进行试吊，试吊中发现问题及时处理。确认试吊无误后，进行正式吊装，待平台起升到安装高度后，停止起升派专人进行检查，确认安全后，对平台进行固定连接。
方案三：两台25t汽车吊双车整体抬吊
计算载荷G=（G1+G3）×k2×k2=105.27 KN； （动载系数K2=1.1）
平台4吊点均匀分布，吊点受力P1×a = P2×b；
吊车参数：L=24m；R=8m ；Q=85KN；
吊车负载率= G / （Q 1+ Q 2）×0.75= 82.5 %，满足吊装要求。
各系统检查正常后进行试吊，试吊中发现问题及时处理。确认试吊无误后，进行正式吊装，起升过程中指挥人员要保证两台起重机的起升速度一致，待平台起升到安装高度后，停止起升派专人进行检查，确认安全后，对平台进行固定连接。
方案四：采用起重葫芦，同时拉升进行起升
计算载荷G=（G1+G3）×k2^4=127.3KN；
平台总重G1=8.5t
平台每次4人同时进行作业，每人重100kg ，G2=400kg；
不平衡系数K1=1.3，动载系数K2=1.1；
平台4吊点均匀分布，吊点受力P1×a = P2×b
故确定起吊方式为：
1）在平台悬挂吊耳四个对角方向各增加一组吊耳。
2）在混凝土基础上四个对角方向各增加一组平台卡扣。
3）在4个单元四个角的方向各采用两组10t倒链，每组采用三个倒链首尾相连进行悬挂，在平台4条边的方向各采用一组5t倒链，每组同样采用三个倒链首尾相连进行悬挂。
各系统检查正常后进行起吊。起吊中四人同时操作，每人控制一个角方向的两组倒链。两组倒链交替起升，起升要平稳，高度要统一，速度要一致。发现问题及时处理。待平台起升到安装高度后，用12台倒链将平台调整平稳后，用钢丝绳进行固定连接。
鉴于人工起升过程中存在着太多的不确定性和不安全性因素，在有机械设备的情况下，不建议使用此方案。
在施工现场，施工方可根据平台参数及本单位现有的机械设备和现场施工情况，采用以上四套吊装方案中的第一种，将平台安装在使用的高度。
5.悬挂方式研究
此平全依靠空冷凝汽器标高+17.75m框架梁（1000×300）进行悬挂。研究小组自行设计平台与混凝土梁连接卡扣，根据平台重量8.5吨及框架结构形式，研究小组最终确定卡扣形式。
平台尺寸为11060mm×11400mm×1200mm，平成后总重量为8.5t，使用起重设备起升到工作要求高度后，使用平台卡扣8个和8台10t倒链固定在合适高度位置，使用倒链进行固定可便于对平台进行小幅度调整。
6.安全性研究
6.1 高空作业防护措施
1）在镜面模板上铺设毛毡，并对毛毡进行固定，以增大平台表面的摩擦力，防止作业人员摔倒；
2）按照JGJ80-91规定要就设置平台栏杆，栏杆高度1m，2道横杆，挡脚板高度200mm，立柱间距小于2m；
3）我方在平台下部6m层，利用空冷凝汽器框架梁，搭设防护网；
4）在19.1m层平台上及混凝土立柱四周设置生命线，作业人员进入平台施工时始终保持安全带有系挂点；
6.2 防倒链失效安全装置
平台采用8台10t倒链悬挂于框架梁上，以便于对平台进行微调。为防止倒链发生损坏或者其他意外导致损害，我方设置防平台坠落双保险，即：除倒链悬挂外，增加钢丝绳悬挂。
悬挂的钢丝绳选择 ?22-1670-6×37+1。平台固定采用8根?22-1670-6×37+1钢丝绳时安全系数K=（267×8）/ 120.9 = 17.67>14（载人升降机安全系数），满足安全要求。