同时安装深井高压曝气反应器内筒及内件的方法 【技术领域】
本发明涉及深井作业施工技术领域，特别是涉及一种同时安装深井高压曝气反应器内筒及内件的方法。
背景技术
目前，针对加拿大所研发生产的深井高压曝气反应器，该反应器钢桶的直径为3200mm、壁厚为20mm、深为92m，其体积大且重量重，因而实践中对该钢桶的安装施工十分困难、不易操作。由于该反应器的钢桶深度较大，在实际安装过程中，一般都采用将钢桶从下至上分成多组进行分组安装的方式进行安装，大多分为十三组。
而该深井高压曝气反应器钢桶的内部结构分预埋件、内筒体、支撑件和由管道组成的内件(即管道内件)4大部分。其中，预埋件已于钢桶制作时完成；内筒筒体的直径为1600mm(内径)，壁厚为12mm，长为77.555m(比钢桶高1.3m，不包括加拿大提供的控制器部分，该控制器下沉安装之前固定安装在内筒筒体底部)，重约48屯；支撑件主要是指连接固定各部分的隔板、连接板等。其管道内件包括总共14根管道，共重75吨。其中内筒内管4根，直径为325mm，壁厚为10mm，长为92.3m，作排水管用；一级鼓气管4根，附于排水管即内筒内管上，直径为80mm(3英寸)，壁厚为4.5mm，长为92.3m；级鼓气管2根，直径为2英寸，长为75m，一根附于内筒上，另一根附于给水管上。给水管4根，直径为408mm，壁厚为10mm，长为78m，作给水管用。水气混合控制器长3m左右，重约11吨，分上下、左右4部分现场组合，然后与内筒焊接成整体，并且与水气混合控制器焊接固定在内筒的底部。
其内部结构的相互关系为：内筒安置于钢桶内，内筒与钢桶间的最小间隙为17mm，位于地面以下78.7m；9根管道(包括4根内筒内管、4根一级鼓气管和1根二级鼓气管)安置于内筒内，内筒与安装在其内部的9根管道间的最小间隙为25mm，9根管道位于地面以下81.9m；4根给水管安置于钢桶与内筒之间，给水管与钢桶和内筒之间的最小间隙为20mm，4根给水管位于地面以下78.7m；另外，还有1根二级鼓气管附于内筒上，即其与内筒固定连接为一体，可以说其为内筒的一部分，安装时同时进行安装。本文中，所指的内筒包括内筒筒体以及附于其上的1根二级鼓气管，而所指的内件就是安装在内筒筒体内部的9根管道。
而目前按照加拿大NORAM公司提供的施工程序与施工工艺，在安装好钢桶后，第一步安装内筒；第二步安装给水管；第三步安装内件，第四步安装附属设备的安装施工工序，则内件无法安装到位，在实际安装过程中，根本无法准确地将内筒、内件和给水管按设计要求安装到位，在工程上，根本无法实现内筒和内件的准确安装。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种同时安装深井高压曝气反应器内筒及内件的方法，其工序步骤简单合理，能够实现深井高压曝气反应器内筒和内件的准确安装。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种同时安装深井高压曝气反应器内筒及内件的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)施工准备，在所安装施工的井口即已安装好的曝气反应器钢桶上搭设一个带内空的井口平台，采用常规方法对所安装施工井位进行方位测量定位并在井口平台进行标注，所述内空为供曝气反应器内筒筒体穿过井口平台的通孔；
(b)将所需安装的曝气反应器内筒和内件从下至上对应分成多个组段，下沉安装时，采用常规的吊装和接高方法相应对内筒和内件进行分组，并对每一组段的内筒和内件同时进行安装，整个内筒外侧设置有多道加强环，所述内件为安装在所述内筒内的多根管道：
首先，将组成所述内件的每一组段，通过连接组件并按安装固定的位置要求对应平面固定组成一个标准件；
其次，从下至上分组对所述内筒和内件同时交替进行下沉安装，下沉时，所述内筒和内件分别进行吊装且要保证下沉的垂直度：(1)先吊装下沉并临时固定内筒下部的一个或多个组段，再将对应的一个或多个组段的内件下沉装入固定好的内筒的预留孔眼中且进行对中、调平，保证内件能够准确、方便地装入所述预留孔眼中；(2)依次吊装下沉安装剩余多个组段的内筒和内件：每接高一个组段的内筒，再相应接高对应该组段的内件，之后将所接高后的整体内筒和内件同时进行下沉并临时固定；
(c)当内筒下沉至其底部控制器上的下法兰盘接近所述钢桶上的上支撑环时，临时悬吊固定内件，先后将内筒和内件分别进行吊装下沉，下沉过程中，内件底部与内筒底部不接触；当控制器上的下法兰盘通过所述上支撑环后，将内件直接搁置于内筒上，此时将内筒和内件同时进行吊装下沉；最后将所有组段内筒及内件安装到位并对内筒及内件位置进行校正，再拆除所述井口平台。
步骤(b)中所述内筒和内件的相邻组段间的接高方式均为焊接。
所述内筒和内件焊接之前均先进行铆接，铆接后，用2台经纬仪观测，保证内筒、内件接高时的垂直度。
所述内件的各组段上端均设置有定位隔板且下端设置有临时支撑杆与定位板，对接铆接时，割除所述临时支撑杆并与已安装的管道对接。
步骤(a)中所述的搭设井口平台之前，先将安装在内筒筒体底部的水气混合控制器吊装入所安装好的钢桶内并进行临时固定，所述水气混合控制器中设置有供所述内件安装的安装孔，步骤(b)中所述的预留孔眼与所述安装孔相对应。
所述反应器钢桶的直径为3200mm、壁厚为20mm、深为92m；所述内筒筒体的内径为1600mm，壁厚为12mm，长为77.555m；
所述内件包括5根鼓气管和4根排水管，5根鼓气管包括4根一级鼓气管和1根二级鼓气管；其中，4根一级鼓气管和4根排水管按安装要求平面固定组成一个标准件且均与所述水气混合控制器的空气分布器相接，1根二级鼓气管与排水管焊接连接在一起；所述内筒的内部上固定有1根二级鼓气管，该根二级鼓气管由多个组段组成且与内筒筒体同时进行安装。
步骤(a)中所述井口平台的内空为168cm×168cm。
步骤(b)中所述的常规吊装方法为汽车吊吊装，吊装时，所述内筒的外壁上均匀对称安装多个吊耳，所述吊耳同时兼作支撑用的牛腿；步骤(a)中所述的井口平台上安装有一个带内空的与所述牛腿相配合用于临时固定内筒的井字架。
步骤(a)中所述加强环的数量为3道且均设置在所述内筒上部筒口
本发明与现有技术相比具有以下优点，其工序步骤简单合理，采用常规的吊装设备，通过将内筒和内件从下至上分为多个组段，再将分组后的内筒和内件依次接高固定并同时下沉安装的方式，最终实现深井高压曝气反应器内筒和内件地准确安装。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【具体实施方式】
本发明一种同时安装深井高压曝气反应器内筒及内件的方法包括以下步骤：
第一步、施工准备，先在所安装施工的井口即已安装好的反应器钢桶上搭设一个带内空的井口平台，再采用常规方法对所安装施工井位进行方位测量定位并在所述井口平台上进行标注，所述内空为安装时供所述内筒筒体穿过的通孔。也就是说，在施工准备中主要进行方位测量定位和井口平台搭设两项准备工作。
在本具体实施方式中，其深井高压曝气反应器钢桶的直径为3200mm、壁厚为20mm、深为92m；而内筒筒体的直径为1600mm(内径)，壁厚为12mm，长为77.555m；本文中，所指的内筒包括内筒筒体以及附于其上的1根二级鼓气管，而所指的内件就是安装在内筒筒体内部的9根管道。
(1)方位测量定位。
以2#、1#井的中心点为基准，将两口井的中心线连通并延长作为南北方向，也即设计AB坐标系的工厂北方向，再用经纬仪测量出所施工井位的东西方向，再将坐标旋转45°，在安装好的反应器钢桶桶口用油漆标记。
(2)井口平台搭设。
为节省成本，安装的井口平台仍用安装钢桶时的工字钢平台，只是将内空改为168×168cm，并用厚度为12mm钢板焊一圆环作为该井口平台的外围框架。安装时，井口平台应完全搁置于钢桶上并与钢桶焊接相联。同时，为便于操作，所述井口平台的表面用钢板或木板进行铺装，铺装后所述井口平台的外径为4m。
另外，由于本井口平台的内空为168cm×168cm，而深井高压曝气反应器的水气混合控制器又安装在所安装的内筒的底部，并且该水气混合控制器中设置有供所述内件即多根管道安装的安装孔，所述安装孔与内筒中所预留的安装所述内件的预留孔眼相对应。因而，在搭设井口平台时，先将水气混合控制器吊装入所安装好的钢桶内并进行临时固定。也就是说，所述水气混合控制器中设置有供所述内件安装的安装孔，对应地，在将所述内筒对接在该水气混合控制器上后，在所述内筒内预留安装内件的预留孔。在钢桶桶口的加强环安装完毕后，则吊架就位，先将水气混合控制器吊入钢桶内并用钢板与钢桶内壁进行临时固定，之后再在钢桶桶口上方搭设井口平台。
需注意的是，在吊装装入水气混合控制器之前，应先组合水气混合控制器。本具体实施例中的水气混合控制器由加拿大提供，其分上下两层，每层又分为两个半圆，需要现场组合。组合之前，先在现场搭设一个组合平台，平台上设临时支撑架用于支撑半圆形控制器，该临时支撑架用水准仪抄平并用砼与地面固定。首先，取两个相同编号的半圆吊至组合工作平台上，组合时，需使用上下两个支撑环且两个支撑环底到底的距离为2210±3mm。在水气混合控制器的上下两个圆形体组对好后，高为5042mm，各组件间用连接板进行连接，上下端用螺栓进行固定连接且对应的螺栓孔为椭圆孔，其下端螺栓拧紧，而上端螺栓用手拧紧即可，这样，让上下两部分在自重作用下，通过椭圆孔余量来自动调整上下两部分的距离，螺栓两端与螺帽间用电焊点焊固定，以防止运转过程中螺母松动。需注意的是：组合时要保证3个原则：①组合所用的支撑环要水平，误差小于2mm；②组合所用支撑环的外径不能大于设计值；③组合后保证其内桶内径不小于设计内径。
同时，在井口平台搭设好后，应将方位测量定位中所定的各个方位用洋冲标记于该井口平台上。
第二步、将所需安装的曝气反应器内筒和内件从下至上对应分成多个组段，下沉安装时，采用常规的吊装和接高方法对内筒和内件进行分组，并对每一组段的内筒和内件同时进行安装，整个内筒外侧还设置有多道加强环。本实施例中，内筒上部筒口设置有3道加强环。
首先，先将组成所述内件即安装在所述内筒内的多根管道的每一组段，通过连接组件并按安装固定的位置要求对应平面固定组成一个标准件。在本实施例中，所述内筒的标准组合内筒长为9m，重4.3吨，多个组段所组成的整个内筒共重约43吨(已扣除浮力重量)，吊装时采用130吨汽车吊吊至井位逐段接高。所述内件有5根鼓气管和4根排水管，其各组段的9个管道间通过连接组件即隔板、连接板等，并按安装固定的位置要求对应平面固定捆绑组成一个标准件。
本实施例中，所述内件包括5根鼓气管和4根排水管，其中，4根一级鼓气管和4根排水管均与水气混合控制器的空气分布器相接，采用手工电弧焊接固定。4根3英寸的一级鼓气管与4根排水管按设计的安装尺寸要求在地面组合成多组段标准件，每个组段上端设置有定位隔板，下端设置有临时支撑杆与定位板，对接接高时，割除临时支撑杆并与已安装的管道对接。另外，还有1根直径为2英寸的二级鼓气管与排水管焊接连接在一起，同时该根二级鼓气管也相应由多个组段组成，并且该根二级鼓气管每隔10m或其每个组段分别用100×150×12mm的钢板与排水管进行连接。本实施例中，二级鼓气管长为75m且每个组段长度为6.2-7.2m，分11个接头上下依次连接组成整根管道。
其次，从下至上分组对所述曝气反应器内筒和内件同时交替进行下沉安装，下沉时，所述内筒和内件分别进行吊装且要保证下沉的垂直度。下沉过程中，内件直接搁置在内筒上。
(1)先吊装下沉并临时固定内筒下部的一个或多个组段，再将对应的一个或接高的多个组段的内件下沉装入安装好的内筒的预留孔眼中且进行对中、调平，所述内筒各组段的高度越大，本次一次性安装内筒的组段越少，保证内件能够准确、方便地装入所述预留孔眼中。
由于采用原有施工工艺将内件插入内筒中的预留孔非常困难，则本实施例中对原有的安装工艺进行进一步地改进。先按设计要求吊装下沉内筒下部的两个组段，首先将两个组段的内筒和内件接高且接高时保证整体的垂直度，之后再进行吊装；吊装时，采用常规吊装设备即汽车吊并用常规吊装方法进行吊装，吊装之前，先在两个组段内筒的外壁上且距上部端口1m的位置均匀对称安装4个吊耳，此吊耳同时兼作支撑用的牛腿。本实施例中，其内筒上所安装的吊耳尺寸为：高30cm，长20cm，厚25mm，抗剪强度为30×2×0.8T＝48T/个，4个吊耳所能承受的吊重要比需吊装两个组段的内筒和内件的重量大。而吊孔处抗剪高度大于10cm，吊孔处的抗剪强度为2.5×10×2×0.8T＝40.0T/个，4个吊耳所能承受的吊重要比需吊装两个组段的内筒和内件的重量大76T以上；用4根直径28mm钢丝绳进行吊装。吊点处设置300×300×20mm盲板作局部加强，防止内筒局部变形。同时，用36cm高的B型工字钢加工一根十字形吊装扁担，保证吊点垂直受力。
吊装下沉到位后在施工井口进行临时固定，具体是用2×4根36号工字钢组焊成1个内空168cm×168cm的井字架，并将井字架搁置于所安装好的钢桶上口中心位置，并与钢桶焊接固定。井字架四个交角处用槽钢焊成1个直径为1680cm的圆圈，作为内筒下沉时导向与定位架用。下沉到位后，内筒的吊耳兼牛腿搁置于井口工字钢井字架上，用以临时固定内筒。先吊装下沉并临时固定内筒下部的两个组段后，再对应安装两组内件，并将内件插入内筒的预留孔中且进行对中、调平，这样既保证了内件的顺利安装，又保证了内件不会因焊渣掉落至水气混合控制器的支撑环上而影响内件安装的平整度。
另外一根直径为2英寸，长为75m的二级鼓气管附于内筒上，该根二级鼓气管在离钢桶上支撑环顶面3.175m的位置安装并安装在内筒上，并且该根二级鼓气管跟内筒一起下沉即其与内筒同时安装。该根鼓气管固定在内筒外0度以东钢桶中心弧度250mm的位置上，每个组段隔5m与内筒中间焊支撑架一个，垂直度要求与内筒一样；且该根鼓气管的焊接采取手工电弧焊，单面施焊，双面成形。
相邻两个组段内筒和内件的接高方式均为焊接，焊接之前，先进行铆接，铆接后，用2台经纬仪观测，保证内筒、内件接高时的垂直度，同时将水气混合控制器方位(四个方向)垂直延伸直至内筒顶部409.33m的标高处。内筒接高铆接、焊接工艺为：先用25T汽车吊将所接高的一组内筒组段吊至钢桶桶口并进行竖直定位铆接，其接高的垂直度按设计要求控制在1/1000，用2台经纬仪四个方向测量所接高内筒组段的垂直度，如垂直度偏差超过2mm，则用千斤顶在倾斜方面进行顶托、调整，或将高的该组段一侧用氧割切削，边调整、边测量，直至经纬仪测量其垂直度偏差小于2mm，之后再定位铆接，错边量控制在2mm以内；在定位铆接之后，再采用手工电弧双面焊接进行焊接固定。
(2)依次吊装下沉安装剩余多个组段的内筒和内件：每接高一个组段的内筒，再相应接高对应该组段的内件，之后将所接高后的整体内筒和内件同时进行下沉。其内筒和内件的吊装、接高方式以及吊装、接高过程中的具体要求均与步骤(1)中完全相同，先后将所接高的某组段内筒和内件接高并固定连接好之后，再将所接高后的整体内筒和内件同时进行吊装下沉，其吊装下沉中的步骤以及注意事项均与步骤(1)中完全相同。须注意的是，在吊装下沉之前，应先在所接高的那组内筒组段上安装吊耳以及牛腿，该吊耳的结构、作用和安装位置均与步骤(1)中完全相同；而在吊装下沉时，还需先剔除此时支撑在井口井字架上的吊耳及牛腿。随着内筒重量的不断增加，牛腿的承重能力也逐步加强。实际使用过程中，吊耳也可以兼作支撑用的牛腿。综上，内筒下沉采取井口平台固定的方法，并且要控制内筒的中心点不偏离。
本实施例中，用130T汽车吊将接高后的整体内件与内筒一起吊装下沉，同样要求吊点与固定在内筒或内件的圆周长长度对称均匀、高度一致。严格用钢尺、水准仪测量放样，防止内筒偏离圆心与倾斜，在吊具安装到位后将内件与内筒一起下沉。
由于已经安装好的钢桶下部的内壁上设置有上下两个支撑环，并且上支撑环的内径小于下支撑环的内径；而内筒底部的控制器上对应设置有上下两个法兰盘，并且上法兰盘的直径大于下法兰盘的直径。最终安装好后，钢桶下部的上下两个支撑环分别对应支撑控制器上的上下两个法兰盘。因而当内筒下沉至其底部控制器上的下法兰盘接近所述钢桶上的上支撑环时，临时悬吊固定内件，先后将内筒和内件分别进行吊装下沉，下沉过程中，内件底部与内筒底部不直接接触；当控制器上的下法兰盘通过所述上支撑环后，将内件直接搁置于内筒上，此时将内筒和内件同时进行吊装下沉；最后将所有组段内筒、内件安装到位并对内筒、内件位置进行校正后，再拆除所述井口平台。
本实施例中，当内筒下沉至控制器上的下法兰盘距离钢桶上的上支撑环0.5-1.0m位置时，利用井口吊装支架将内件临时悬吊固定，而用130T汽车吊吊起内筒徐徐下降，井口吊架悬吊内件的手拉葫芦再跟着内筒缓慢下降，以内件重量不落至内筒上、内筒与内件间垂直距离为30-60cm为原则，以减少内件对内筒的偏位影响，减少内件对内筒的重量，防止控制器因承重过大而变形。而当控制器上的下法兰盘通过钢桶上的上支撑环1-100cm后，可将内件直接搁置于内筒上，内筒、内件同时吊装下沉。最终将内筒下沉到位以后，要求校正位置，再拆除井口平台。
当内筒整体下沉到位后，将内筒先临时固定在钢桶内壁上。之后，通过均匀布设4块支撑筋板来支撑内筒的顶盖板，其支撑筋板的一端与内筒焊接固定，另一端通过预埋的槽钢立柱进行固定并且槽钢立柱与支撑筋板间同多用2块角钢相联，而其下部中间焊接固定在钢桶顶面上。另外，支撑筋板也可在内件以及外部管道安装完后再安装。
另外，需要注意的是，在拆除井口平台前还需安装4根给水管。对于均匀分布的4根给水管的安装则非常简单，所述给水管下方搁置于上支撑环上，上方与提升泵站进水管相联。采取单根分段焊接接高吊装下沉的施工方法，用25T汽车吊吊装，手工电弧焊单面焊接，双面成型，吊装时在井口平台上设置一个由16cm槽钢组成的承重框架，在所吊装的给水管上对称焊2个20×15×2cm的牛腿，牛腿搁于槽钢承重框架上用以临时固定。另外，4个给水支架的位置与给水管的位置一致，所述给水支架的一端与内筒焊接，另一端搁置于钢桶的顶面上且能自由滑动。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。