Надземная часть
Опыт проектирования и строительства ТЭС позволил разработать компоновочные и конструктивные решения, учитывающие методы монтажа строительных конструкций и оборудования. Если ограждающие конструкции котельного отделения опираются на каркас котла (закрытая компоновка котельной с опиранием конструкций на каркас котла), строительные конструкции и оборудование котельного отделения монтируются одними и теми же грузоподъемными механизмами. В Советском Союзе таким методом построено сравнительно небольшое число электростанций. В практике же теплоэнергетического строительства за рубежом такое решение широко применяется в ФРГ, Англии, Польше и Чехословакии.
Стремление обеспечить наиболее экономичные конструктивные решения приводит к снижению технологических нагрузок на строительные конструкции. Для уменьшения нагрузок от мостовых кранов машинного отделения, рассчитываемых на подъем статора генератора (масса которого выходит далеко за пределы масс остальных узлов турбоагрегатов, достигая 250 т), статор монтируют специальными механизмами и устройствами, не опирающимися на каркас здания.
В Советском Союзе на ряде электростанций для монтажа статора генератора использовался специальный козловой кран грузоподъемностью 260 т, который устанавливался на фундамент турбоагрегата.
При сооружении электростанций Адамув (Польша) п Прунажев (Чехословакия) статор генератора монтировался при помощи крана, передвигавшегося по специальным железнодорожным путям. На строительстве электростанции Вестфалец (ФРГ) для монтажа статора генератора использовались гидравлические домкраты.
Если каркас здания не связан с каркасами оборудования (закрытая компоновка без связи конструкций здания с каркасом котла), монтаж строительных конструкций выполняется специальными грузоподъемными механизмами, а оборудование монтируется мостовыми кранами в готовом отапливаемом здании (мостовые краны используют затем для ремонтных работ при эксплуатации станции). Если строительные конструкции котельной не связаны с каркасами котлов, все работы по монтажу котлоагрегатов производятся в закрытом помещении с применением мостовых кранов грузоподъемностью до 50 т.
При опирании строительных конструкций на каркас котла и бескрановом монтаже статора генератора уменьшаются масса строительных конструкций, количество и масса мостовых кранов и объем работ по монтажу строительной части главного корпуса. Однако такая компоновка имеет и существенные недостатки. При ней ухудшаются условия монтажа оборудования, не обеспечивается возможность круглогодичного монтажа оборудования в районах с низкими температурами, не создаются условия для организации поточного строительства с максимальным совмещением во времени отдельных видов работ.
При каркасе здания, не связанном с каркасами котлов, и монтаже статора генератора мостовыми кранами машинного зала несколько утяжеляются строительные конструкции, увеличиваются затраты на мостовые краны, но сокращаются сроки и стоимость монтажа.
Эти компоновочные решения и связанные с ними методы монтажа, по-видимому, будут развиваться параллельно и применяться в зависимости от всего комплекса требований, предъявляемых к строительству конкретной электростанции.
В зависимости от степени укрупнения строительных конструкций и оборудования различают три способа строительства и монтажа главных корпусов и оборудования.
1-й способ — изготовление на заводах отдельных элементов строительных конструкций и мелких узлов оборудования и установка их в проектное положение без предварительного укрупнения. Такой способ строительства нашел широкое применение в энергетическом строительстве США. Следует при этом отметить высокую степень заводской готовности строительных конструкций и оборудования, а также комплектную поставку в точном соответствии с графиком строительства. В Советском Союзе монтаж строительных конструкций и оборудования россыпью применяется редко и рассматривается как вынужденное решение.
2-й способ — изготовление строительных конструкций и оборудования отдельными элементами и мелкими узлами, укрупнение их на строительной площадке и установка в проектное положение укрупненными блоками. Этот способ строительства применяется в странах, где наметившаяся тенденция к блочному изготовлению оборудования несколько ограничена техническими возможностями заводов-изготовителей и условиями транспортной связи строительства.
В Советском Союзе строительные конструкции и оборудование, как правило, поступают на строительную площадку с заводов-изготовителей в виде транспортабельных узлов и блоков, а укрупнение их в более крупные монтажные блоки на вспомогательных площадках строительной базы позволяет значительно ускорить процесс монтажа. Такое укрупнение является по существу одной из форм совмещения во времени строительных и монтажных работ. Степень укрупнения строительных конструкций и оборудования зависит от принятой технологии монтажа и грузоподъемности основных монтажных механизмов.
3-й способ — изготовление строительных конструкций и оборудования на заводах элементами, имеющими максимальные массу и габариты по условиям перевозки; дополнительное включение в монтажные блоки только небольшого числа деталей, требующих при монтаже значительных затрат труда; установка большинства заводских элементов в проектное положение без укрупнения. В последние годы такая тенденция при заводском изготовлении котлов наметилась в ФРГ и Швеции. В этих странах в процессе проектирования определяется рациональная степень укрупнения блоков при изготовлении с учетом возможностей заводов-изготовителей, технологии монтажа, возможностей транспорта и промежуточного складирования, а также сроков строительства. Масса заводских блоков доводится до 25—30 т. Поставка блоков котлов в строгом соответствии с графиком приобретает значение при монтаже крупных установок, так как в большинстве случаев площадки для промежуточного складирования элементов недостаточны.
Сравнивая рассмотренные способы возведения главных корпусов, следует отметить неэффективность 1-го способа, который может применяться только из-за каких-либо вынужденных обстоятельств. Применение 2-го способа существенно сокращает сроки монтажных работ, но требует значительных площадей для складских и укрупнительных площадок, дополнительных механизмов и затрат труда на строительстве. 3-й способ лишен недостатков, присущих 2-му, и является в настоящее время предпочтительным.
По расчетам института Атомтеплоэлектро-проект при проектировании ТЭЦ заводского изготовления на газомазутном топливе, когда производится поставка технологического оборудования пространственными блоками заводской готовности, исключающими ревизию и доводочные работы на монтаже, трудозатраты резко уменьшаются. Так, при 2-м способе монтажа трудозатраты на 1 кВт установленной мощности составляют обычно 4,5—5 чел-дней, а при заводском изготовлении пространственных блоков — 1,25—1,5 чел-дня. При этом ликвидируется сборка на монтажной площадке и исключаются сборочно-укрупнительные площадки на строительстве.
Подземная часть
В практике строительства тепловых электростанций нашли применение два основных способа сооружения подземной части главных корпусов.
При закрытом способе в первую очередь выполняют фундаменты под каркас здания и монтируют надземную часть главного корпуса, после чего заканчивают сооружение остальных конструкций подземной части. Производство земляных работ в этом случае может осуществляться как по всему поперечнику здания, так и лентами с последующей доработкой в закрытом здании.
В Советском Союзе закрытый способ сооружения подземной части ТЭС применяется только в определенных климатических и гидрологических условиях. В этом случае монтаж сборных железобетонных конструкций подземной части осуществляется с помощью самоходных гусеничных и пневмоколесных кранов грузоподъемностью 16—50 т, а также мостовых кранов котельного и машинного отделений.
При открытом способе подземное хозяйство главного корпуса выполняется для всех запроектированных агрегатов в определенной последовательности по всему поперечнику здания и по всей длине, после чего осуществляется монтаж надземной части и технологического оборудования (так называемый «способ законченного нулевого цикла»). Этот способ наиболее распространен при строительстве ТЭС в Советском Союзе. Для монтажа сбррных железобетонных конструкций подземной части применяются самоходные гусеничные и пневмоколесные краны грузоподъемностью до 50 т, а также козловые краны грузоподъемностью до 30 т.
При определении технологической последовательности работ учитывается необходимость опережающего сооружения фундаментов под оборудование и прежде всего фундаментов под каркас котла, так как продолжительность монтажа котла, составляющая 10—12 мес, является определяющей в сроках строительства тепловых электростанций.
Опыт строительства ТЭС показал, что способ законченного нулевого цикла при сооружении подземной части является более рациональным, так как обеспечивает наиболее удобные условия выполнения строительных работ по надземной части и монтажа оборудования, позволяет лучше организовать грузопотоки и частично совместить во времени выполнение работ с применением одних и тех же механизмов. Для ТЭС, у которых конструкции котельной опираются на каркасы котлов, закрытый способ сооружения подземной части главного корпуса вообще неприемлем. Следует отметить, что применение закрытого способа вызывает необходимость выполнения дополнительных объемов работ по устройству подбуток под фундаменты каркаса главного корпуса для устранения возможного выпирания грунта, защиты от промораживания в условиях пу-чинистых грунтов, а также обусловливает дополнительные затраты на водопоннженне при наличии грунтовых вод.
При сборных железобетонных каркасах решающее значение имеет конструкция стыка. Если она обеспечивает быструю установку, выверку и временное закрепление монтируемого железобетонного элемента, то в подавляющем большинстве случаев целесообразно отказаться от предварительного укрупнения. Однако в некоторых случаях предварительное укрупнение конструкций оказывается целесообразным (например, укрупнение блоков кровельного покрытия, ферм, стенок бункеров, площадок и пр.).
В настоящее время наиболее эффективным методом строительства крупных промышленных предприятий, в том числе и ТЭС, считается поточно-совмещенный метод, который может применяться при строительстве как одной электростанции, так и группы электростанций.
Главный корпус разбивается на захватки. Следует отметить, что невозможно установить в главном корпусе для всех потоков единые захватки. Так, для специализированного потока монтажа сборных железобетонных конструкций каркаса за захватку принимается объем между двумя поперечными осями (1—2; 2—3: 3—4 и т. д.) по всей ширине и высоте главного корпуса. В специализированном потоке для сооружения подземной части главного корпуса в качестве захватки принят объем, относящийся к каждому энергоблоку (агрегату) или к нескольким агрегатам. При производстве земляных работ за захватку принимается ячейка или несколько ячеек энергоблоков и т. п.
Первый поток — земляные работы выполняются в пределах одной ячейки, т. е. четырех — шести осей главного корпуса (количество осей ячейки блока зависит от мощности блока).
По окончании земляных работ в первой ячейке блока начинают второй поток — монтаж сборного железобетона, укладку монолитного железобетона, обратную засыпку с уплотнением н устройством черных полов подземного хозяйства, в то же время выполняют земляные работы по ячейке второго блока (четыре — шесть осей).
Третий поток — монтаж конструкций каркаса надземной части и перекрытий — начинают только по окончании второго потока. После того как смонтированная часть каркаса будет иметь необходимую жесткость, начинают монтаж панелей кровельного покрытия и стенового заполнения.
Монтаж технологического оборудования первого блока может быть начат после окончания строительства главного корпуса в объеме ячеек, необходимых для четырех блоков. Это условие лимитируется шагом ввода блоков в эксплуатацию и временем, необходимым для монтажа котла, следовательно, потоками монтажа технологического оборудования. Монтаж оборудования первого блока можно начинать и раньше, но при этом будет иметь место совмещение потоков строительных работ с монтажными. Такое совмещение, как показал опыт работы, приводит к недостаткам в расстановке рабочих и их использовании и нарушениям техники безопасности. Для блоков мощностью 60—200 МВт (в основном для ТЭЦ) при большом шаге ввода в эксплуатацию начало монтажа оборудования можно отнести ко времени окончания строительства двух или трех ячеек.
При строительстве главного корпуса ТЭС поточно-совмещенным методом специализированные организации выполняют работы в разных ячейках главного корпуса. Таким образом, работы оказываются совмещенными во времени, но не по месту. Так, например, при строительстве главного корпуса КЭС мощностью 2400 МВт с восемью блоками по 300 МВт поточно-совмещенным методом одновременно ведутся земляные работы в ячейках блоков № 7 и 8; монтаж строительных конструкций подземной части (включая гидроизоляционные работы и обратную засыпку) — в ячейках блоков № 5 и 6; монтаж строительных конструкций надземной части (включая кровельные работы) — в ячейках блоков № 3 и 4; монтаж технологического оборудования — в ячейках блоков № 1 и 2.
Выполнение работ поточно-совмещенным методом обеспечивает наиболее рациональное использование как механизмов, так и людских ресурсов. Этот метод по существу увеличивает фронт работ и обеспечивает маневренность работы механизмов и рабочих, способствует увеличению сменности и, следовательно, числа рабочих, что является одним из условий сокращения срока строительства.
Шаг строительства главного корпуса зависит от шага монтажа агрегатов. При изменении шага монтажных работ изменяется и шаг строительных работ. Определение шага монтажных и строительных работ производится технико-экономическим сопоставлением нескольких вариантов с учетом наличного состава кадров, механизмов, возможности расселения и директивных указаний о сроках ввода блоков. Продолжительностью шага монтажных работ определяется количество агрегатов, находящихся в одновременном монтаже, а следовательно, и шаг строительства главного корпуса. Например, если шаг монтажных работ принят равным 1/2 продолжительности монтажа котла, то в монтаже одновременно будут находиться два агрегата, а главный корпус до начала монтажа должен быть закончен на три блока; если шаг монтажа равен 1/3 продолжительности монтажа агрегата, то в монтаже одновременно будут находиться три блока, а главный корпус до начала монтажа агрегатов должен быть закончен на четыре блока и т. д. Таким образом, изменение шага монтажа приводит к изменению месячных и квартальных объемов строительных работ основного производства, объемов временных сооружений, жилищного строительства и т. д.
Следует отметить, что при совмещении строительных и монтажных работ с одновременным монтажом трех и более блоков деление главного корпуса на захватки затруднительно, так как высокая интенсивность подачи оборудования и конструкций в главный корпус неизбежно замедляет темп монтажа оборудования или строительной части и нарушает ритм строительства. По подсчетам треста Южтеплоэнергомонтаж при раздельном строительстве и монтаже оборудования трудозатраты и численность монтажников, начиная с третьего блока, представляется возможным уменьшить на 30% в случае предоставления фронта работ по всем шести блокам и поточному их монтажу.
При раздельном выполнении работ на Ладыжинской ГРЭС созданы условия, при которых резко повысилась выработка; улучшилось использование механизмов и транспорта; повысилась безопасность выполнения работ; сократились общие площади складов и сборочных площадок за счет уменьшения периода совмещения поставки строительных конструкций и оборудования; повысились темпы монтажа конструкций главного корпуса; улучшились условия для соблюдения порядка и чистоты в монтажной зоне; созданы нормальные условия для эксплуатации; представляется возможность сокращения количества рабочих в пик на 700—800 чел. за счет несовпадения максимумов объемов работ по строительству и монтажу.