提高阀厅设备安装效率的工具研制

提高阀厅设备安装效率的工具研制

叶国文许茂生

（中国能源建设集团广东火电工程有限公司广东广州510730）

摘要：本文简要介绍了阀厅设备安装工具在多端柔性直流输电工程中的应用研究，对该工具在多端柔性直流输电工程中优缺点进行了总结，以促进施工新工艺使用效率及推广。

关键词：阀厅、设备、安装、工具、研制.

一、引言

国家科技部2011年将“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”课题列入国家863科技计划重大专项，把南澳多端柔性直流输电工程作为我国第一个自主化示范工程。

目前，全球范围内暂无多端柔性直流输电工程先例，阀厅设备（换流阀）的安装处于零经验、零基础困境，本文以南澳多端柔性直流输电工程阀厅设备（换流阀)的安装为例，通过介绍阀厅设备安装工具在多端柔性直流输电工程中的应用情况，对该工艺在多端柔性直流输电工程中应用的优缺点进行了总结，为在多端柔性直流输电工程阀厅设备（换流阀)的安装施工中推广创造条件。

二、工艺应用范例成果

在“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”示范性工程中阀厅设备（换流阀）的安装中采用此工具，此工具在换流阀吊装过程中具有安全可靠、自适应、吊装平衡等特点，在保证作业人员及设备安全的前提下减少安装过程中的人力投入，提高了安装效率、节省了安装时间保证了工期；

相对普通利用吊绳配合电动葫芦吊装换流阀，人工利用绳索多方向辅助牵拉控制相比，该工具的应用既省去吊装过程中的人力辅助牵拉控制，又提高了设备吊装过程的平衡性，安装效率较之传统方法提高了1倍，为该工程阀厅换流阀安装施工缩短工期10天，同时保护了吊装设备，不因起吊不平衡、受力不均匀造成挤压导致阀段变形、元器件受损、损伤，免去了先破坏后恢复等重复采购的费用，经济效益方面有着明显的优势。

三、创新型专用吊具分析

1．吊具的选材与设计

对阀段结构进行分析：阀段规格：3000mm×1500mm，重1.2吨，材质均匀、对称。为提高阀段吊装平衡度、减少阀段吊装过程中过多的人力辅助、提升阀段安装效率，我公司根据阀段特点与吊装时的受力情况，自制创新型专用吊具，并利用仿真软件测试自适应吊具的性能及可行性。创新型专用吊具示意图如图3-1：

创新型专用吊具受力分析

1.1.1阀段吊装时垂直吊绳所受拉力，取吊点A分析

根据受力分析，选择AA’工字梁的材料为Q235的18号工字钢，其屈服强度为235Mpa，y截面系数为Wy=26cm3，抗拉强度为375-500Mpa，横截面积为3000mm²。

据其工作环境取安全系数为1.5，则该吊具工字梁的许用应力为：

则AA’粱的应力为：

1.2利用仿真软件测试创新型吊具的性能及可行性：

1.2.1阀段吊装时吊具应力情况如图3-3所示：

图3-3吊具应力图（1.2T负载）

由仿真分析结果可以得出，吊具在1.2吨负载下其最大应力为138.41Mpa，所以选用工字梁的屈服强度大于该最大应力。

1.2.2阀段吊装时吊具最大屈服力如图3-4所示：

图3-4吊具屈服力（1.2T负载）

通过仿真软件计算得出：采用18号工字钢，Q235钢制成的吊具在受到1.2吨负载时其屈服力为220.59Mpa，而吊具在1.2吨负载下的最大应力138.41Mpa，小于220.59Mpa，所以用18号工字钢，Q235钢材制成的吊具符合要求。

四、应用创新专用吊具的施工方法及要求：

1、施工准备

1.1人员设备

安装前准备工作需安排工作人员3～4名，负责人1名；设备开箱检查时安排工作人员3～4名，负责人及监护人员1名；换流阀组件安装时安排工作人员9～10名，负责人及监护人员1名。

1.2主要工器具及仪器仪表配置

活动脚手架4套；3T电动葫芦6套；工字型专用吊具1套，液压叉车2台，全站仪2台，专用扳手2套，干湿温度计1个，撬棍4把，升降作业平台3个，尼龙吊带8条。

2、作业方法

2.1作业前准备工作

2.1.1技术资料：设计图纸、施工规范、安全措施。

2.1.2人员组织：技术负责人、安装负责人、安全质量负责人和技能人员。

2.1.3机具的准备：自适应吊具、电动葫芦、尼龙吊绳，并对其性能及状态进行检查和维护。

2.1.4施工材料准备：阀段，满足现场需求。

2.1.5阀段吊装前必须具备以下条件：

①阀厅土建施工全部完成，钢结构施工完成，钢构架接地施工完毕。

②阀厅的孔洞封闭良好，门安装好，能正常开闭。

③阀厅清洁完毕，地面、墙壁、钢结构上没有灰尘。

④所有辅助设施主体部分应安装完善⑤阀厅内空调暖通系统和热风机应正常投运。

⑥进入阀厅内的人员及机械设备防护洁净措施应满足阀厅内洁净度要求。

2.2设备转运

设备到场后，利用25T汽车吊车将阀本体设备吊至阀厅的吊装平台，在阀厅上用3T机械叉车将设备从吊装平台转运至阀厅室内指定位置开箱。吊装转运只能用自适应吊具从四角的吊点吊起，设备过程严谨按起重有关规定执行，保证设备勿碰撞、倾倒。

2.3设备开箱

1）从箱盖打开包装箱，在箱盖上面标有“从此打开”的标签按包装箱指示位置进行开箱，开箱检查只在设备安装前进行，阀段开箱只要打开包装箱的盖板，不要拆掉边板的螺栓，安装时，包装阀段的铝箔纸留在阀段模块上勿拆开，防止灰尘进入模块，待全部安装完毕再统一拆除。

2）主要检查项目：是否有缺损件，绝缘子有无裂纹、刮痕，长度是否与设计图纸一致，装置内设备是否完整。各连接件、附件及装置性材料的材质、规格、数量及安装编号应符合产品的技术规定。

3）光缆端套的接触面必须干净且无油脂。光缆束和光缆槽应避免任何湿脏光缆、阻燃材料、光缆槽在阀塔中使用。水管包装箱只需卸掉侧面的螺钉，便可打开包装箱。能被打开侧面上有“从此打开”的标签。卸掉箱子顶部和底部水管子固定法兰的螺钉。只有需要安装时方可取出水管。水管不可存放在包装箱外。

4）均压环及屏蔽罩表面应光滑，色泽均匀一致，无凹陷、裂纹、毛刺及变形。瓷件及绝缘件表面应光滑，无裂纹及破损，胶合处填料应完整，结合应牢固。阀组件的紧固螺栓应齐全，无松动。冷却水管的临时封堵件应齐全。

5）沾污检查，擦去绝缘零件上的灰尘，污迹和铅笔痕迹。

6）把箱内的技术资料、备品备件、安装用封盖、标签、干燥剂等收集起来，分别存放。

2.4换流阀吊装

2.4.1吊装前

1）确认电动葫芦、自适应吊具、吊绳与阀段、现场环境条件及具体要求相适应；

2）作业前应对电动葫芦、自适应吊具、吊绳进行检查，确认各功能正常、完好时再投入使用

吊挂前，确认阀段上设置的起重吊挂连接处牢固可靠，提升作业前应确认绑扎、吊挂是否可靠；

3）吊具不得超过其额定起重量，吊绳不得超过其最大安装工作载荷；

4）作业中不得损坏阀段、吊具、吊绳，必要时应在阀段与吊具、吊绳间加保护衬垫。

2.4.2作业人员管理

安装现场

1）电动葫芦操作司机必须由当地劳动行政管理部门进行安全技术培训，经考试合格，取得特种设备操作许可证后方能操作；

2）电动葫芦操作司机应熟悉自己操作的电动葫芦机械性能及特点，并能及时排除吊装过程中的突发故障；

3）操作中应做到以下三点：

a.稳在吊装过程中，必须做到起动、制动平稳，吊钩、吊具和阀段不游摆；

b.准在操作稳的基础上，吊钩、吊具、阀段应准确停在指定位置上方降落；

c.快在稳、准的基础上，协调相应各机构动作，缩短工作循环时间，保证电动葫芦不断连续工作，提高生产效率。

2.4.3吊装实施过程

阀段吊装过程，根据厂家出厂编号顺序，先用机械叉车将阀段叉到指定位置开箱，阀段与底座板不拆，再用两部液压叉车将阀段转运至电动葫芦吊装位置，利用电动葫芦配套专用工字型吊具将阀段吊起，使用时，确认吊绳上的吊钩及阀段上的四个吊环牢固可靠，无任何松动情况，将四条吊绳上的吊钩相对应挂在阀段四个吊环上，吊绳另一端汇聚于电动葫芦吊钩上。将阀段水平吊起并检查吊装平衡度，起吊平衡后将阀段运送至安装位置，提升阀段直到阀段最下端距框架的最顶端距离约为200mm~300mm，用工具将阀段左右倾斜10°左右，缓缓下降阀段直至其与框架完全接触，用M12×45将其与框架固定，扭矩为30~40Nm。第一层阀段安装好后，校验第一层框架的平整度，安装组件间伸缩节及组件间弯板，并将水管连接好，但是不能把水管的固定螺丝拧紧。高空作业采用脚手架辅助作业。

五、效益分析

1、安全可靠性高

本创新专用吊具配合电动葫芦对阀段进行吊装，阀段吊装速度可控，安装效率高，有效避免吊装过程设备因受力不均一而导致阀段变形、内部元器件受损，吊装过程阀段摆动幅度受控，能有效避免因阀段大幅度摆动而造成设备碰撞、砸伤作业人员，安全可靠性高。

2、施工成本低，经济效益高

本创新专用吊具为工字型，由3组18号Q235工字钢、8条3吨尼龙吊绳组成，配合电动葫芦对换流阀阀段进行吊装，能有效降低作业人员劳动强度、节约人工、机械台班、提高工作效率、缩短工期、经济效益明显、社会效益好。

经济效益额计算依据：与传统施工方法相比，本吊具的应用可为本工程缩短工期10天，施工人员减少5人。项目按45人、人工费为250元/天、机械台班费平均按2500元/天计算，该施工技术总共节约施工成本为：10×50×250+10×2500=150000元。

六、优缺点

优点：提高机械效率，减少劳动效率。利用电动葫芦与创新型专用吊具相结合，通过人机配合、以机代人、“立体化”模式施工，确保阀塔安装高效、可靠，减少阀段运输、就位过程中的人力投入，减轻作业人员工作量；在施工周期短，安装工序复杂的情况下，合理利用资源配置，有效衔接各道工序，防止交叉作业过程中产生相互制约。

组合式机械、创新型专用吊具保障设备安全性。阀段吊装采用电动葫芦配合自适应专业吊具吊装方法，自适应吊具主要由主梁（腹梁）、两个小横梁（翼梁）合四条吊绳组成，吊绳上都配置吊钩和D型锁具。小横梁的端面安装了封锁住吊环的铁板，具有防滑自锁功能。阀段吊装过程处于平衡状态，摆动幅度受控，电动葫芦动力可控，有效避免了阀段吊装过程因受力不均导致阀段变形，内部元器件受损，同时也避免了阀段因大幅度摆动造成砸伤作业人员、砸坏设备，安装过程安全可靠。

整合资源保障工程经济性。自适应吊具制作简单，安装快捷、方便，施工简单、速度快、成本低。

缺点:需根据阀段特点对吊具进行设计、选材与制作。

结束语

随着我国电网的高速发展，特别是近些年高压直流输电系统在我国电网建设中，尤为突出。工程能否按期达标投产，换流阀设备的安装工效、安装质量是关键，选用科学、合理、高效的安装工具对工程的质量、工期、效益及施工安全性至关重要。而本安装工具不仅造价低、且安装的可靠性比传统以吊绳为吊具，人工多方位辅助牵拉控制配合电动葫芦吊装的方法更加安全可靠、操作方便。该工具已在全球首个多端柔性直流输电工程中应用并取得显著的效果（12天完成6组桥臂，192组阀段，1320只模块的安装工作），得到了建设单位、设计单位、监理单位等单位的好评，自适应吊具推广应用前景较好，值得推广应用。

参考文献

[1]建筑业10项新技术及其应用[M].中国建筑工业出版社.2001.