塔式光热项目吸热器吊装及塔内施工工艺研究

刘 川

（上海电气电站工程公司，上海 201100）

1 关于吸热器吊装及塔内施工

“碳达峰、碳中和”作为国家战略目标，新能源在能源结构转型中承担了不可或缺的角色，其中太阳能热发电因其具备储能和发电的特点也备受关注。吸热器MSR（Molten Salt Receiver）是塔式光热发电站的关键设备，其位于吸热塔顶部，将阳光聚焦的能量用来加热吸热器内的熔盐[1]。吸热器和塔内管道设备等如同整个电厂的心脏，其设计、制造和施工也对项目的成败起到了关键性的作用。通过对不同塔式光热项目吸热器的吊装方式进行对比，吊装方式主要分为整体式吊装和分片式。不同学者分别对分片式吊装进行了研究，对吸热器安装和设备选型进行分析，对不同项目的分片式吊装进行了对比，也介绍了液压提升装置在吸热塔内部对大型设备的应用。该文通过结合迪拜光热项目吸热器滑移和整体吊装，并延伸至塔内钢结构平台模块化吊装和管道支吊架的施工，旨在形成一整套标准化的塔顶吸热器和塔内安装的工艺，为后续类似光热项目提供参考。

2 MSR 地面组装和整体滑移吊装

迪拜塔式光热电站项目吸热塔高222 m，吸热器MSR 结构高度35.8 m，吸热器有16 根立柱组成环形结构，吸热器内部设备包括空气罐，熔盐进口罐、出口罐，空气压缩罐，顶部配备1 台环形起重机，钢架外侧设计了16 片管屏，在吸热器底部和顶部设计了隔热罩，总重量为1 501 t，考虑吊装的附属结构，总滑移重量为1 636 t，提升重量为1586 t。

2.1 整体滑移和吊装简介

吸热器整体滑移系统是由1 个支撑环、4 个滑移靴、2 条滑移轨道、一套控制系统构成（图1）。滑移前MSR 在支撑环上进行地面组装工作，待组装完毕后，进行地面滑移至塔心预定位置。在滑移过程中，通过控制系统，对MSR 顶部水平度的实时监控，滑移靴上的承载力和滑移靴的上、下，前、后总行程的监测，并辅以滑移过程中借助地面全站仪对MSR 倾斜度的定时观察，在滑移过程中对轨道和设备的物理检查等，确保滑移过程的安全可靠。

图1 吸热器整体滑移示意图

和常规简易型液压提升装置和承载梁相组合不同[2]，MSR 整体吊装是利用布置在吸热塔塔顶的液压提升系统进行的。首先在222m 塔顶混凝土结构顶部提前设置一圈满足荷载要求的预埋件，将吊装门架和埋件进行垂直焊接，环向布置在塔顶一圈，将液压千斤顶，钢绞线导向装置等安装在门架上（图2），塔顶外侧辅助平台上放置计算机操作控制系统，将各设备进行连接集成。钢绞线一端与千斤顶连接，另一端与停放在吸热塔地面MSR 的16 个吊点连接，通过4台计算机控制系统及动力单元控制16 套液压千斤顶油缸同步动作，实现吸热器整体垂直提升吊装，其中每套控制系统控制4 台液压提升装置。

图2 顶部液压提升装置

为防止过程中由于风载荷的变化和“香蕉效应”的存在，吸热塔会发生一定的晃动和弯曲等，需要设置防碰撞装置，区别于智利Atacama吊装项目在塔壁竖向滑道上采用防撞弹簧小车，该项目在吸热器钢底部钢结构柱脚侧面设计了弹性尼龙防碰撞块。

待吸热器提升至指定高度后，在底部支撑梁处设计了推拉装置（图3），通过滑动导轨和液压装置可以实现底部支撑梁的前后推拉，实现吸热器的最终就位。

图3 顶部推拉装置

2.2 整体吊装的优势

在安全方面，通过对吸热器分片式安装[3]和塔式光热的电站安全管理的分析[4]，吸热器的整体吊装大大减少了高空的作业量，避免了高空作业产生的一系列安全风险。吸热器钢结构和吸热管屏等部件采取“高空单片吊装和组合的方式”，受天气影响大，施工效率底。另外在吊装过程中塔下安全警戒区以内区域禁止施工，且塔式光热动力岛整体平面布置紧凑，对塔下其他区域的地面施工效率和进度会产生极大的影响。

工期效益上，按照施工工序，分片安装方案只能在吸热塔土建结构施工完成之后开展，且分片吊装只能局限于吸热器钢结构、管道、阀门和管屏等，且对于MSR 内部较重设备如入口罐、出口罐和空气罐等无法用施工塔吊进行吊装。

吸热塔土建施工和吸热器“地面整体组装”可以同时进行，在吸热塔施工完后可迅速就位，为后续的塔内施工提供了便利，大大缩减了施工工期。同样，吸热器在吊装过程中，平台可在地面进行模块化组装，待吸热器吊装完毕后，即可开展平台的吊装就位工作。液压提升系统在吸热器吊装和塔内平台模块化吊装重复利用上，无论从安全性、经济性和工期角度都是最优的选择。

3 塔内钢结构平台模块化吊装

吸热器MSR 吊装就位后，塔内平台的吊装工作随即开展。塔内共设计23 层钢结构平台，分布在10m～213m，其中213m 平台为MSR 电气层，188m 和190m 为塔内电气层，180m 以下每10m 设置一层服务平台。

原理上，钢结构平台吊装系统原理和MSR 的吊装相同，在吊装MSR 的16 组提升装置的基础上进行改造，结合平台的重量和塔内吊索的空间，将16 组提升装置减少为4 组。而吊装MSR 所用的底部支撑环回落到地面后，结合平台结构特性进行二次改造，以适用于平台的布置和地面模块化组合（图4）。

图4 钢结构平台地面模块化组装

在施工时，待 MSR 吊装就位后，塔顶提升系统和地面支撑环改造可按如下步骤同步进行：①支撑环改造可用→平台模块化组装且吊装完成→滑移。②塔顶提升装置改造可用→平台提升→平台就位。

在支撑环改造期间，钢结构平台可同步进行地面组装，待组装完成后，用吊车吊至平台上。每层平台提升到既定高度后进行找正定位、脚手架搭设、组对、焊接、打磨、外观验收、螺栓验收、无损检测、防腐、脚手架拆除等工作。在提升过程中，可将电气盘柜，电缆，管道，支吊架等随平台一起完成吊装，为后续的其他专业的安装节省了施工时间。如果塔内各层支吊架到货时间能匹配相应高度平台吊装时间，可提前将支吊架相关组件进行部分焊接或预存。

4 熔盐管道和支吊架的安装

与摩洛哥Noor III 管道和支吊架分布在塔内环形平台的中间位置不同，其给施工提供了较大的便利空间，该项目管道和支吊架多是处于悬空的位置，需要借助外在临时平台进行辅助，在每层服务平台上焊接安装管道和支吊架生根所需的脚手架支撑钢结构。

迪拜项目塔内188m 以下不锈钢管道焊口61 道，碳钢焊管道口59 道，管道安装采取地面组合最大化的方式，尽量减少吊装和高空焊口的数量，布置图如图5 所示。

图5 塔内管道支吊架布置示意图

管道和支吊架安装的要点：1）确保在安全的情况下将材料吊到指定的位置，而支吊架的安装进度是制约整个管道进度的关键，管道是一层一层用临时吊带挂在支吊架上面的（以110m 管道为例，管道临时挂在高差130 m 的支吊架处），支吊架的安装速度决定了管道的速度。在206m 和180m 平台处各设置5t 的临时卷扬机，并配以定滑轮和动滑轮不间断地进行吊装作业。2）脚手架搭设进度是制约塔内安装进度的关键：先装一层和塔身相邻的脚手架，焊接塔身埋铁与支吊架支撑钢结构，吊管道之后再装1 层外侧脚手架，再进行支吊架的安装。

5 结语

吸热器、塔内钢结构平台以及管道支吊架等的施工安全和便捷离不开前期的设计以及生产制造。

吸热器的吊装方法设计应该与吸热塔土建结构设计、吸热器的本体设计、吸热器的底部结构以及吸热器塔顶就位形式紧密结合，需要贯穿整个设计过程。以确保吸热塔的门洞高度可以满足MSR 的整体滑移高度，MSR 结构本身适用于整体吊装，塔顶顶部的土建结构形式匹配吸热器的固定形式。在设计时需要对吊装操作过程进行分析及计算，对主要受力构件进行有限元仿真计算，避免吊装系统失效或吸热器/平台等与塔壁碰撞、倾覆等情况。

在生产制造方面，塔内管道、支吊架、钢平台和塔内楼梯的到场顺序应很好的匹配，能够使在吊装平台的过程中尽可能多多地管道、支吊架以及电气设备等在满足平台荷载的前提下，随塔内平台的提升预存在不同高度的平台上，减少后续安装过程中的吊装量；也可以使塔内管道和支吊架的安装可以和楼梯在同一平面上的施工，避免材料到货延误产生垂直高度上的交叉作业，在安全方面得到了保障。希望该应用能够为后续的光热电站项目提供参考。