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海上風(fēng)電升壓站施工簡介

2018-02-23 來源:海上風(fēng)電資訊 瀏覽數(shù):1405

220kV 海上升壓站共有 3 部分組成: 樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架和上部組塊 (包括包括層間設(shè)備房和直升飛機(jī)平臺等),上部結(jié)構(gòu)采用整體安裝。

  1.4 海上升壓站施工方案
  
  220kV 海上升壓站共有 3 部分組成: 樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架和上部組塊 (包括包括層間設(shè)備房和直升飛機(jī)平臺等),上部結(jié)構(gòu)采用整體安裝。
  
  典型升壓站結(jié)構(gòu)
  
  1.4.1 國內(nèi)建造安裝
  
  海上升壓站的施工流程為: 鋼結(jié)構(gòu)加工與制作→電氣設(shè)備安裝→導(dǎo)管架沉放→鋼管樁沉樁→灌漿施工→上部平臺整體安裝。
  
  1)基礎(chǔ)施工
  
  海上升壓站工程的基礎(chǔ)沉樁施工可采用風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)沉樁施工類似, 導(dǎo)管架沉放工藝可以參照四樁桁架式導(dǎo)管架的沉放工藝。具體施工作業(yè)流程可參見下圖。
  
  導(dǎo)管架+管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工作業(yè)流程圖
  
  2)升壓站上部組塊制作施工
  
  升壓站工程的施工重點(diǎn)和難點(diǎn)在于上部組塊的建造與安裝, 其上部組塊結(jié)構(gòu)類同于海上石油類鉆井平臺上部組塊結(jié)構(gòu), 因此,可參考成熟的鉆井平臺上部組塊結(jié)構(gòu)的施工方案進(jìn)行考慮。
  
  根據(jù)類似工程實(shí)際的操作模式, 為盡量減小現(xiàn)場的安裝次數(shù)、 避免現(xiàn)場焊接所可能造成的質(zhì)量缺陷, 同時減少海上設(shè)備安裝調(diào)試時間, 海上升壓站上部平臺宜采用陸上總裝的方式,將各層結(jié)構(gòu)分層預(yù)制拼裝, 在相應(yīng)安裝層完成后進(jìn)行其層面上電氣設(shè)備的安裝工作,最終形成可整體出運(yùn)的上部組塊(包括電氣設(shè)備)組合體。
  
  上部組塊組裝工藝可參見如下:
  
  上部組塊組裝工藝
  
  施工程序簡述如下:
  
  1) 平臺碼頭前沿組裝
  
  上部平臺采用分片預(yù)制,整體組對。
  
  第一步:水平片車間分片預(yù)制
  
  在焊接加工之前鋼結(jié)構(gòu)加工單位應(yīng)編寫詳細(xì)的焊接工藝程序,焊接工藝評定中必須給出詳細(xì)的焊接信息、 焊接要求、焊接程序鑒定報告及其他所有相關(guān)信息。 焊接程序鑒定報告應(yīng)包括 (但不限于) :焊接工藝、 焊接方法、焊接位置、 槽口幾何形狀和詳細(xì)信息、電特性、原材料、焊接材料、采用的相關(guān)規(guī)范與技術(shù)要求等。焊接環(huán)境要求:應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行,且焊接環(huán)境溫度應(yīng)大于 0℃(低于 0℃時,應(yīng)在施焊處兩側(cè) 200mm 范圍內(nèi)加熱到 15℃以上或再進(jìn)行焊接施工),相對濕度<90%,且焊接工作區(qū)必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┓里L(fēng)雨。
  
  如在室外作業(yè),出現(xiàn)下列情況其中之一不得進(jìn)行,否則應(yīng)采取相應(yīng)措施。
  
 ?、?風(fēng)速超過規(guī)定;
  
 ?、?雨雪天氣;
  
 ?、?溫度小于零度;
  
 ?、?相對濕度> 90% 。
  
  若鋼板由于運(yùn)輸、存儲及軋制、冷卻等環(huán)節(jié)而發(fā)生波浪、整體彎曲、局部凸起、邊緣折彎等變形,影響切割、卷筒質(zhì)量時,在切割前必須進(jìn)行矯正。對所有焊縫均應(yīng)進(jìn)行外觀檢查。焊縫金屬應(yīng)緊密,焊道應(yīng)均勻,焊縫余高小于3mm,焊縫金屬與母材的過度應(yīng)平順, 不得有裂紋、 夾渣、氣孔、未融合、未焊透、 焊瘤、弧坑、根部收縮、和燒穿等缺陷。
  
  每個施工工序都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢查,并對鋼管樁焊縫 100%進(jìn)行超聲波探傷(UT)檢測。在超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時,必須采用 X 射線探傷( RT),所有焊縫的 T 型接頭應(yīng)進(jìn)行 RT 探傷。
  
  經(jīng) UT 或 RT 檢測的焊接接頭,如有不允許的缺陷,應(yīng)在缺陷清除后進(jìn)行補(bǔ)焊,并對該部分采用原檢測方法重新檢查直至合格。探傷工作應(yīng)在焊后 48 小時后進(jìn)行。同一部位返修不得超過兩次。
  
  焊縫強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度,同時為了滿足低溫環(huán)境的需要,焊縫和熱影響區(qū)比 V 型缺口沖擊功滿足《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》 (GB1591-2008)的要求,不低于 34J。
  
  第二步:底層 4 根立柱就位
  
  底層四根立柱為整體鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的支撐性主體,需要采取專用措施進(jìn)行固定與定位,參照同類型大型鋼結(jié)構(gòu)件在支撐性主立柱結(jié)構(gòu)的方式, 可采取設(shè)置底部定位工藝導(dǎo)向桁架的輔助措施以準(zhǔn)確定位和固定主立柱結(jié)構(gòu)。 工藝導(dǎo)向桁架將承擔(dān)立柱臨時固定、 精確定位和垂直度調(diào)整的措施。
  
  上部組塊組裝示意圖
  
  第三步:底層水平片安裝就位
  
  底層水平片可根據(jù)不同分層上立柱的布置情況, 分部位進(jìn)行預(yù)制, 以與主立柱接觸的分片體為主要控制性部位,先期制作、先期安裝,以形成底層骨架結(jié)構(gòu),然后可進(jìn)行底層內(nèi)主要上立柱的安裝、 焊接工作,在主要網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)完成后, 應(yīng)根據(jù)底層各設(shè)備布置的要求,分批、分部分進(jìn)行不同種類設(shè)備的安裝工作, 對于需要前期調(diào)試的特殊設(shè)備, 應(yīng)先期完成調(diào)整工作。在主要大型設(shè)備完成安裝后,進(jìn)行斜撐、管路與附屬設(shè)施的布置安裝工作。
  
  上部組塊組裝示意圖
  
  第四步:二層水平片安裝就位。
  
  二層水平片內(nèi)各分片結(jié)構(gòu)的預(yù)制與焊接組合順序可參照底層水平層的順序施工。 因主變設(shè)備放置在本層內(nèi), 因此各分片結(jié)構(gòu)的安裝與焊接工序還要滿足主變設(shè)備先期放置調(diào)整的時間先后需求, 本層為整個上部組塊結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)內(nèi)容, 需要根據(jù)各重要設(shè)備的安裝調(diào)試需求合理規(guī)劃各分片、立柱等結(jié)構(gòu)的施工工序。
  
  上部組塊組裝示意圖
  
  第五步:三層水平片安裝就位。
  
  三層內(nèi)各水平片結(jié)構(gòu)的安裝施工與二層各分布基本一致, 因本層同樣會有大量電氣與通訊設(shè)備的安裝調(diào)試工作, 因此各水平分片、 立柱等結(jié)構(gòu)的組合焊接應(yīng)該以滿足設(shè)備安放、調(diào)試等工作為主要控制性要素,各工序的施工遵循設(shè)備廠家的建議執(zhí)行。
  
  上部組塊組裝示意圖
  
  第六步:四層水平片安裝就位。
  
  四層屬于升壓站上部整體組塊中最頂部的結(jié)構(gòu)封閉層, 沒有立柱等層間結(jié)構(gòu), 因此組合與焊接的難度較低,各分水平片結(jié)構(gòu)以下一層主柱 /分立柱為主要控制性部分分別組裝焊制形成整體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)后, 再進(jìn)行小片部位的拼裝整合工作, 最后進(jìn)行附屬構(gòu)件、 管路等設(shè)施的施工。
  
  上部組塊組裝示意圖
  
  第七步:零星附屬結(jié)構(gòu)安裝
  
  第八步:附屬設(shè)備與儀表的安裝施工、調(diào)試
  
  第九步:單機(jī)調(diào)試、聯(lián)合調(diào)試
  
  第十步:舾裝、涂裝施工
  
  對于普陀 6 號海上風(fēng)電場 2 區(qū)工程,海上升壓站上部平臺包括鋼結(jié)構(gòu)體與內(nèi)置的電氣設(shè)備組塊。其中,電氣設(shè)備應(yīng)采用可靠性高、體積小的成套電氣設(shè)備,包括主變、 GIS、開關(guān)柜、接地變電阻柜、柴油機(jī)、低壓柜、二次柜、蓄電池、動補(bǔ)、暖通、給排水等設(shè)備。整體運(yùn)輸與安裝尺寸約為 35m×32m×17.5m,整體重量約 2000t。
  
  3)升壓站上部組塊海上運(yùn)輸與安裝升壓站上部組塊裝船
  
  目前大尺寸、 超重量的海洋工程結(jié)構(gòu)組塊大部分屬于海洋石油類設(shè)施, 此種設(shè)施體形龐大,重量多超過 5000t 級,采用滑道滑移裝船的方式,滑移裝船過程中,需要不斷對駁船進(jìn)行調(diào)載, 使駁船頂面與滑道處于同一高度上。 此種裝船運(yùn)輸方式多與結(jié)構(gòu)組裝調(diào)試方案所選用的場地設(shè)施能力、 組塊預(yù)估生產(chǎn)周期、 施工能力等條件相關(guān)聯(lián), 根據(jù)對國內(nèi)主要海工結(jié)構(gòu)大件物資的調(diào)研分析,對于海上升壓站上部組塊這樣的 3000t 級以下組塊結(jié)構(gòu),因其重量相對較輕, 尺寸面積相對有限, 可采用大型的起重類船只進(jìn)行陸-水浮式起重吊裝的模式, 不僅施工費(fèi)用相對較低, 同時對安裝調(diào)試所配套的場地設(shè)施資源要求較低, 使用時間短,因此,可采取起重船陸-水浮式起重吊裝的模式進(jìn)行升壓站上部組塊的裝船工序。
  
  2) 運(yùn)輸船只規(guī)模選擇
  
  運(yùn)輸用船舶應(yīng)盡量保證升壓站上部組塊的整體邊界在船舶型寬范圍內(nèi), 尤其應(yīng)保證底部四根主柱位置在船舶型寬有效范圍內(nèi)。 同時,為保證船舶運(yùn)輸過程中橫縱傾角盡量降低,船舶長度宜不小于 100m,綜合對運(yùn)輸船舶尺寸數(shù)據(jù)的要求并參考同類海工結(jié)構(gòu)組塊實(shí)際選用運(yùn)輸船舶的情況,可考慮選用 5000t 級甲板運(yùn)輸駁船進(jìn)行運(yùn)輸。
  
  海上運(yùn)輸條件復(fù)雜,升壓站組塊為大尺寸、超重量的構(gòu)件,運(yùn)輸過程中受天氣、海況等影響較大, 船身可能出現(xiàn)橫傾晃動的危險, 因此需要根據(jù)升壓站尺寸與重量等條件, 統(tǒng)籌規(guī)劃生產(chǎn)基地, 選擇有利的天氣時機(jī), 并對運(yùn)輸船舶增加臨時輔助固定裝置, 降低運(yùn)輸過程中的風(fēng)險,增加運(yùn)輸過程中的可靠性。
  
  3) 起重船只規(guī)模選擇與起吊方案規(guī)劃
  
  升壓站上部組塊的起吊方案是整個升壓站施工的重點(diǎn), 因上部組塊各層中布置的設(shè)備重量與位置不一致, 使各層塊重心與形心的位置無法統(tǒng)一, 最終導(dǎo)致整個上部組塊的整體重心與形心無法統(tǒng)一, 單純采用單點(diǎn)起重的起吊方案將無法實(shí)現(xiàn)不等重心形心結(jié)構(gòu)的安全起吊,結(jié)合類似海工組塊的起吊方案設(shè)計, 并根據(jù)升壓站上部組塊的特點(diǎn), 起重吊裝方案可考慮如下:
  
 ?、?分層設(shè)置吊點(diǎn)
  
  針對每層結(jié)構(gòu)構(gòu)件和布置設(shè)備的情況, 分別計算不同結(jié)構(gòu)分層的形心和重點(diǎn)位置, 并根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)設(shè)置起吊吊點(diǎn)和鋼絲繩參數(shù)等內(nèi)容。
  
 ?、?單層至整體組合計算
  
  在完成各單層起吊方案的規(guī)劃設(shè)計后, 應(yīng)結(jié)合各單獨(dú)層的起重需求并考慮主變設(shè)備布置在組塊中上部的特點(diǎn), 合理考慮整體部件起吊點(diǎn)的布置原則, 通過調(diào)整鋼絲繩長度、 變更起吊點(diǎn)位置以調(diào)整吊距等措施, 將整體組塊的起吊中心和重點(diǎn)盡量保持在組塊中部偏下的位置,降低吊裝過程中受外力影響所出現(xiàn)的傾覆力矩。
  
  ③ 設(shè)置上部吊架
  
  上部吊架的設(shè)置將可合理調(diào)整各層重心和形心不重合的問題, 因此將所出現(xiàn)的不平衡力矩問題轉(zhuǎn)移至吊架上進(jìn)行調(diào)整, 此為重大件物資中常用的起吊輔助裝置, 根據(jù)此類臨時裝備的調(diào)研,其重量多在 100~150t 左右,尺寸可根據(jù)起吊物件的特征和需要調(diào)整力矩需求進(jìn)行調(diào)整。
  
  起重方案的規(guī)劃設(shè)計是整個升壓站工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題, 受限于普陀 6 號海上風(fēng)電場 2 區(qū)工程主要設(shè)備等參數(shù)尚未確定,關(guān)于起重方案的設(shè)計目前還限于方案規(guī)劃階段,應(yīng)在設(shè)備招標(biāo)確定后, 根據(jù)具體參數(shù)及施工單位起重設(shè)備情況進(jìn)行起重方案的具體設(shè)計工作。
  
  起重船規(guī)模的選擇主要受上部組塊起吊重心位置、 起重機(jī)吊幅條件、 起重重量等參數(shù)控制,國內(nèi)目前的“風(fēng)范”號( 2400t 級),“奮進(jìn)”號( 2600t),“大力”號( 3000t級)等起重船均可滿足海上升壓站上部組塊的起吊工作,船機(jī)設(shè)備可選余地較大。
  
  4)升壓站上部組塊海上安裝
  
  經(jīng)過對國內(nèi)外海上大型平臺安裝方法的調(diào)研,主要安裝方式有以下兩種:
  
 ?、?浮托法
  
  浮托法是海洋石油工業(yè)上針對大型組塊海上運(yùn)輸和安裝的一種方法。 即大型整體組塊在陸上大型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)基地臨港滑道上建設(shè)完成, 通過可調(diào)載的大型駁船, 駁船甲板上放有與陸地滑道相對立的滑道, 用絞車將組塊拖拉到駁船上設(shè)計的定點(diǎn)位置, 然后運(yùn)輸至安裝位置,通過運(yùn)輸船只調(diào)節(jié)壓載水艙的水量和潮位變化條件, 使船只穩(wěn)步下沉將上部整體組塊安裝進(jìn)基礎(chǔ)連接套管內(nèi),完成上部組塊的整體安裝工作。
  
  整體組塊滑移裝船示意圖
  
  浮托法海上安裝圖
  
  浮托法對運(yùn)輸船舶的尺寸和基礎(chǔ)的寬度匹配上限制十分嚴(yán)格, 運(yùn)輸船舶既要滿足整體部件的載重要求, 又要求能夠順利駛?cè)牖A(chǔ)鋼管樁空隙之間將上部平臺對中安放。 所以浮托法的安裝方式直接影響升壓站的基礎(chǔ)型式設(shè)計方案。
  
  ② 起重船吊裝法
  
  起重船吊裝法即采用大型起重船從運(yùn)輸船舶上將鋼結(jié)構(gòu)平臺起吊,安裝到基地結(jié)構(gòu)上。此種安裝方法在海上石油平臺的安裝中廣泛應(yīng)用。
  
  上部平臺整體吊裝圖
  
  1.4.2 國外整體采購
  
  目前國內(nèi)除海上石油平臺外, 海上升壓站還沒有先例, 從設(shè)計到加工制造都處于探索的階段。而國外海上風(fēng)電場建設(shè)已有較大規(guī)模,海上升壓站設(shè)計、建造的技術(shù)相對成熟,所以可以考慮從國外整體采購海上升壓站上部組塊 (包括內(nèi)部電氣設(shè)備等) ,在國外加工制造完成后,直接運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝。
  
  國外幾座海上升壓站型式圖片
  
  國外幾座海上升壓站型式圖片
  
  國外幾座海上升壓站型式圖片
  
  國外幾座海上升壓站型式圖片

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