塔式光熱項目吸熱器吊裝及塔內施工工藝研究

劉 川

（上海電氣電站工程公司，上海 201100）

1 關于吸熱器吊裝及塔內施工

“碳達峰、碳中和”作為國家戰略目標，新能源在能源結構轉型中承擔了不可或缺的角色，其中太陽能熱發電因其具備儲能和發電的特點也備受關注。吸熱器MSR（Molten Salt Receiver）是塔式光熱發電站的關鍵設備，其位于吸熱塔頂部，將陽光聚焦的能量用來加熱吸熱器內的熔鹽[1]。吸熱器和塔內管道設備等如同整個電廠的心臟，其設計、制造和施工也對項目的成敗起到了關鍵性的作用。通過對不同塔式光熱項目吸熱器的吊裝方式進行對比，吊裝方式主要分為整體式吊裝和分片式。不同學者分別對分片式吊裝進行了研究，對吸熱器安裝和設備選型進行分析，對不同項目的分片式吊裝進行了對比，也介紹了液壓提升裝置在吸熱塔內部對大型設備的應用。該文通過結合迪拜光熱項目吸熱器滑移和整體吊裝，并延伸至塔內鋼結構平臺模塊化吊裝和管道支吊架的施工，旨在形成一整套標準化的塔頂吸熱器和塔內安裝的工藝，為后續類似光熱項目提供參考。

2 MSR 地面組裝和整體滑移吊裝

迪拜塔式光熱電站項目吸熱塔高222 m，吸熱器MSR 結構高度35.8 m，吸熱器有16 根立柱組成環形結構，吸熱器內部設備包括空氣罐，熔鹽進口罐、出口罐，空氣壓縮罐，頂部配備1 臺環形起重機，鋼架外側設計了16 片管屏，在吸熱器底部和頂部設計了隔熱罩，總重量為1 501 t，考慮吊裝的附屬結構，總滑移重量為1 636 t，提升重量為1586 t。

2.1 整體滑移和吊裝簡介

吸熱器整體滑移系統是由1 個支撐環、4 個滑移靴、2 條滑移軌道、一套控制系統構成（圖1）。滑移前MSR 在支撐環上進行地面組裝工作，待組裝完畢后，進行地面滑移至塔心預定位置。在滑移過程中，通過控制系統，對MSR 頂部水平度的實時監控，滑移靴上的承載力和滑移靴的上、下，前、后總行程的監測，并輔以滑移過程中借助地面全站儀對MSR 傾斜度的定時觀察，在滑移過程中對軌道和設備的物理檢查等，確保滑移過程的安全可靠。

圖1 吸熱器整體滑移示意圖

和常規簡易型液壓提升裝置和承載梁相組合不同[2]，MSR 整體吊裝是利用布置在吸熱塔塔頂的液壓提升系統進行的。首先在222m 塔頂混凝土結構頂部提前設置一圈滿足荷載要求的預埋件，將吊裝門架和埋件進行垂直焊接，環向布置在塔頂一圈，將液壓千斤頂，鋼絞線導向裝置等安裝在門架上（圖2），塔頂外側輔助平臺上放置計算機操作控制系統，將各設備進行連接集成。鋼絞線一端與千斤頂連接，另一端與停放在吸熱塔地面MSR 的16 個吊點連接，通過4臺計算機控制系統及動力單元控制16 套液壓千斤頂油缸同步動作，實現吸熱器整體垂直提升吊裝，其中每套控制系統控制4 臺液壓提升裝置。

圖2 頂部液壓提升裝置

為防止過程中由于風載荷的變化和“香蕉效應”的存在，吸熱塔會發生一定的晃動和彎曲等，需要設置防碰撞裝置，區別于智利Atacama吊裝項目在塔壁豎向滑道上采用防撞彈簧小車，該項目在吸熱器鋼底部鋼結構柱腳側面設計了彈性尼龍防碰撞塊。

待吸熱器提升至指定高度后，在底部支撐梁處設計了推拉裝置（圖3），通過滑動導軌和液壓裝置可以實現底部支撐梁的前后推拉，實現吸熱器的最終就位。

圖3 頂部推拉裝置

2.2 整體吊裝的優勢

在安全方面，通過對吸熱器分片式安裝[3]和塔式光熱的電站安全管理的分析[4]，吸熱器的整體吊裝大大減少了高空的作業量，避免了高空作業產生的一系列安全風險。吸熱器鋼結構和吸熱管屏等部件采取“高空單片吊裝和組合的方式”，受天氣影響大，施工效率底。另外在吊裝過程中塔下安全警戒區以內區域禁止施工，且塔式光熱動力島整體平面布置緊湊，對塔下其他區域的地面施工效率和進度會產生極大的影響。

工期效益上，按照施工工序，分片安裝方案只能在吸熱塔土建結構施工完成之后開展，且分片吊裝只能局限于吸熱器鋼結構、管道、閥門和管屏等，且對于MSR 內部較重設備如入口罐、出口罐和空氣罐等無法用施工塔吊進行吊裝。

吸熱塔土建施工和吸熱器“地面整體組裝”可以同時進行，在吸熱塔施工完后可迅速就位，為后續的塔內施工提供了便利，大大縮減了施工工期。同樣，吸熱器在吊裝過程中，平臺可在地面進行模塊化組裝，待吸熱器吊裝完畢后，即可開展平臺的吊裝就位工作。液壓提升系統在吸熱器吊裝和塔內平臺模塊化吊裝重復利用上，無論從安全性、經濟性和工期角度都是最優的選擇。

3 塔內鋼結構平臺模塊化吊裝

吸熱器MSR 吊裝就位后，塔內平臺的吊裝工作隨即開展。塔內共設計23 層鋼結構平臺，分布在10m～213m，其中213m 平臺為MSR 電氣層，188m 和190m 為塔內電氣層，180m 以下每10m 設置一層服務平臺。

原理上，鋼結構平臺吊裝系統原理和MSR 的吊裝相同，在吊裝MSR 的16 組提升裝置的基礎上進行改造，結合平臺的重量和塔內吊索的空間，將16 組提升裝置減少為4 組。而吊裝MSR 所用的底部支撐環回落到地面后，結合平臺結構特性進行二次改造，以適用于平臺的布置和地面模塊化組合（圖4）。

圖4 鋼結構平臺地面模塊化組裝

在施工時，待 MSR 吊裝就位后，塔頂提升系統和地面支撐環改造可按如下步驟同步進行：①支撐環改造可用→平臺模塊化組裝且吊裝完成→滑移。②塔頂提升裝置改造可用→平臺提升→平臺就位。

在支撐環改造期間，鋼結構平臺可同步進行地面組裝，待組裝完成后，用吊車吊至平臺上。每層平臺提升到既定高度后進行找正定位、腳手架搭設、組對、焊接、打磨、外觀驗收、螺栓驗收、無損檢測、防腐、腳手架拆除等工作。在提升過程中，可將電氣盤柜，電纜，管道，支吊架等隨平臺一起完成吊裝，為后續的其他專業的安裝節省了施工時間。如果塔內各層支吊架到貨時間能匹配相應高度平臺吊裝時間，可提前將支吊架相關組件進行部分焊接或預存。

4 熔鹽管道和支吊架的安裝

與摩洛哥Noor III 管道和支吊架分布在塔內環形平臺的中間位置不同，其給施工提供了較大的便利空間，該項目管道和支吊架多是處于懸空的位置，需要借助外在臨時平臺進行輔助，在每層服務平臺上焊接安裝管道和支吊架生根所需的腳手架支撐鋼結構。

迪拜項目塔內188m 以下不銹鋼管道焊口61 道，碳鋼焊管道口59 道，管道安裝采取地面組合最大化的方式，盡量減少吊裝和高空焊口的數量，布置圖如圖5 所示。

圖5 塔內管道支吊架布置示意圖

管道和支吊架安裝的要點：1）確保在安全的情況下將材料吊到指定的位置，而支吊架的安裝進度是制約整個管道進度的關鍵，管道是一層一層用臨時吊帶掛在支吊架上面的（以110m 管道為例，管道臨時掛在高差130 m 的支吊架處），支吊架的安裝速度決定了管道的速度。在206m 和180m 平臺處各設置5t 的臨時卷揚機，并配以定滑輪和動滑輪不間斷地進行吊裝作業。2）腳手架搭設進度是制約塔內安裝進度的關鍵：先裝一層和塔身相鄰的腳手架，焊接塔身埋鐵與支吊架支撐鋼結構，吊管道之后再裝1 層外側腳手架，再進行支吊架的安裝。

5 結語

吸熱器、塔內鋼結構平臺以及管道支吊架等的施工安全和便捷離不開前期的設計以及生產制造。

吸熱器的吊裝方法設計應該與吸熱塔土建結構設計、吸熱器的本體設計、吸熱器的底部結構以及吸熱器塔頂就位形式緊密結合，需要貫穿整個設計過程。以確保吸熱塔的門洞高度可以滿足MSR 的整體滑移高度，MSR 結構本身適用于整體吊裝，塔頂頂部的土建結構形式匹配吸熱器的固定形式。在設計時需要對吊裝操作過程進行分析及計算，對主要受力構件進行有限元仿真計算，避免吊裝系統失效或吸熱器/平臺等與塔壁碰撞、傾覆等情況。

在生產制造方面，塔內管道、支吊架、鋼平臺和塔內樓梯的到場順序應很好的匹配，能夠使在吊裝平臺的過程中盡可能多多地管道、支吊架以及電氣設備等在滿足平臺荷載的前提下，隨塔內平臺的提升預存在不同高度的平臺上，減少后續安裝過程中的吊裝量；也可以使塔內管道和支吊架的安裝可以和樓梯在同一平面上的施工，避免材料到貨延誤產生垂直高度上的交叉作業，在安全方面得到了保障。希望該應用能夠為后續的光熱電站項目提供參考。