超臨界機組鍋爐模塊化施工技術探討

郭富甲，閆彬

（中電投電力工程有限公司，上海 200233）

模塊化施工的雛形最早在國外石油化工建設中應用，如加熱爐輻射段爐管分片預制后組裝。梯子、平臺在地面預制成塊后再空中組對。20世紀90年代，當時從國外引進的乙烯裝置，由于裂解爐安裝工作量大、高空作業多，為了充分利用大型塔吊的吊裝能力，將裂解爐部件模塊化，盡量在地面進行預制組裝，最終得以便利、高效地安裝完成。這些都屬于模塊化施工的范疇，但沒有系統地去總結提高，提煉為一種通用的、系統的、科學的施工管理理念和方法。

近年來，隨著國內電力建設工程的迅速發展，設備、參數等不斷被刷新，大型起重機械的研發投入，工程BIM的技術應用，使項目對工程建設進度、安全風險、成本管理等方面的要求越來越高，促使電力建設工程領域不斷探索、總結新技術，模塊化施工的概念越來越明確。

中電投白音華電廠2×35萬超臨界機組工程，是國家電投集團十三五規劃期間的標桿示范性工程，推行兩大創新技術，區域分層施工和模塊化施工。本文旨在模塊化技術在大型鍋爐施工上的應用，進行介紹和推廣。

1 工程概況

中電投白音華電廠2×35萬機組配套兩臺哈爾濱鍋爐廠生產的1226t/h超臨界直流鍋爐。鍋爐型號HG-1226/25.4-HM6，型式為單爐膛、一次再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、緊身封閉、Π型、全鋼構架。鍋爐本體采用全懸吊結構，爐膛斷面尺寸寬×深為15067.3mm×15067.3mm，后煙道斷面尺寸寬×深為15042.3mm×13970mm。構成爐膛的水冷壁及后煙井的包墻過熱器均采用膜式屏。尾部后煙井為雙煙道，前后分別布置有低溫再熱器、低溫過熱器。

2 模塊設計

根據鍋爐整體結構、受熱面設計特點、起重機械吊裝力能、現場安裝場地等情況，本項目把鍋爐本體劃分了22個大模塊，136個小模塊，并運用BIM技術，模擬模塊吊裝過程，模塊所有設計尺寸均滿足鍋爐吊裝通道要求。

表1 模塊設計一覽表

22個大模塊包括垂直水冷壁、包墻過熱器的上、下兩段等組件。垂直水冷壁和包墻過熱器的施工工藝相似，除了吊掛管組件，管屏類組件最大化集成了集箱、管屏、剛性梁及其附件、門孔等。垂直水冷壁、包墻過熱器的吊裝方案都是考慮主吊車塔吊和汽車吊、履帶吊等輔助機械一起抬吊，起吊后，輔助機械松鉤，由塔吊吊裝就位。

136個小模塊包括水平低溫再熱器、水平低溫過熱器，以及分隔屏集箱。水平低溫再熱器、水平低溫過熱器主要集成蛇形管排、防磨瓦、固定件等，吊裝方案考慮由25t汽車吊吊配合塔吊起吊，從爐頂一側的預留通道內吊入，后用生根在懸吊管過渡梁上兩臺10t電動葫蘆接鉤滑到安裝就位。

3 機械配置

模塊化施工與起重機械的力能有直接和重要的關系，最大模塊的包容重量必須保證在起重機械的允許荷載內，充分保障人身、設備、機械安全。模塊的組裝也盡量在主起重機械吊臂的覆蓋之內，減少模塊二次搬運的工作量。

兩臺鍋爐機械如下配置：主要吊車各配置1臺大起重量附著自升式塔機和1臺龍門吊，其他輔助吊車配置1臺350t履帶吊、2臺50t履帶吊、1臺60t輪胎吊、2臺25t汽車吊等。兩臺塔機分別布置在1#鍋爐左側和2#鍋爐右側，BG和BH排柱之間，兩臺塔機的吊臂最大幅度均是70m，能覆蓋整個鍋爐本體區域，承擔模塊化施工的組件吊裝就位、地面組合等工作。兩臺龍門吊布置在組合場，主要承擔模塊化施工的地面組合以及輔助抬吊等工作。350t履帶吊等其他機械，主要承擔模塊化施工的輔助抬吊、設備搬運等工作。

4 模塊施工實施過程

4.1 關鍵工序

設備檢查→合金鋼光譜分析→管子磨口→管子通球、集箱吹掃→集箱找正劃線→管屏模塊化拼裝→對口焊接→焊口檢測→拼縫密封→剛性梁及附件安裝→門孔安裝→驗收→吊裝就位。

4.2 質量控制

（1）嚴格執行集箱、管子的清理、通球簽證制度。（2）集箱及所有通球完畢的管屏，應及時牢靠封口。（3）管屏拼裝應留出焊接收縮余量，密封焊接應先點焊完再密封，禁止邊點焊邊密封焊接，以防產生永久變形。（4）施工完畢后將臨時加固焊件割除，打磨光滑，割除時嚴禁割傷母材。（5）焊口一次合格率大于98%。（6）所有合金件100%光譜，禁止用錯材質。

4.3 安全措施

（1）施工人員必須保持良好精神狀態，嚴禁酒后、帶病、疲勞作業。（2）當作業地點的風力達到五級時，不得吊裝受風面積大的物件；當風力達到六級及以上時，不得進行吊裝作業。（3）受熱面寄存件應采取倒鏈牽引在鋼架上，或用槽鋼加固在鋼架上，定期檢查。（4）進行兩車抬吊或吊車負荷達90%以上時，應辦理安全施工作業票，并設專人指揮。（5）鋼絲繩要防止割磨，有棱角處加墊襯瓦或道木，進行吊裝用的鋼絲繩安全系數不小于8倍。（6）臨時吊耳、加固等應經計算，使用前必須經驗收合格。

5 實施效果

5.1 實施效果

圖1 垂直水冷壁下段模塊

圖2 折焰角水冷壁模塊

圖3 分隔屏集箱模塊

圖4 模塊吊裝后爐膛效果

5.2 典型垂直水冷壁下段模塊介紹

垂直水冷壁下段組件傳統方案是垂直管屏與中間過渡集箱做為1個組件，不與下部螺旋段組合。本項目進行模塊設計后，如圖1～4，將垂直水冷壁下段及中間過渡集箱與螺旋段部分管屏進行集成，把大量的焊接密封工作在地面完成，減少了高空作業勞動強度，提高了施工效率。通過集成也把螺旋段管屏找正安裝的基準線引到預拼裝的下部螺旋段上，從工藝、技術上大大降低了螺旋段管屏安裝角度偏轉的質量風險。

5.3 典型模塊安裝方案的技術經濟分析

以垂直水冷壁下段單個組件為例，進行技術經濟分析，詳見表2。

表2

6 結語

從典型模塊施工的技術經濟分析看，單件模塊化設計后的方案比傳統方案降低了15185元。機組整臺鍋爐本體模塊158件，估算節約施工成本上百萬元，經濟性要遠遠高于分片散吊或小組件安裝，同時降低了高空作業的安全風險及勞動強度，并能夠縮短工期，具有在電力建設工程領域推行的示范意義。