杜玉濤，肖建春，吳夏燕，李紹朗，封建波

(貴州大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心，貴州貴陽　550003)

電解槽整體移動(dòng)施工方法的研究與應(yīng)用

杜玉濤，肖建春*，吳夏燕，李紹朗，封建波

(貴州大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心，貴州貴陽550003)

在現(xiàn)代化大型工程建設(shè)項(xiàng)目中，特別是在特殊環(huán)境中，如因地震、山洪等自然災(zāi)害引發(fā)的地基下沉、傾斜等，不可避免地要涉及一些特重特大型設(shè)備、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的整體移動(dòng)。具體在有色冶煉工程來說涉及一些特大型整流變壓器和電解槽的整體移動(dòng)。在綜合分析國內(nèi)外電解槽施工方法的基礎(chǔ)上，介紹了一種在不拆除電解槽內(nèi)部構(gòu)件的基礎(chǔ)上移動(dòng)電解槽的方法，并對施工中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，以供施工人員參考。介紹了電解槽整體移動(dòng)施工方法的應(yīng)用實(shí)例和前景。

電解槽；整體移動(dòng)；場地限制

2008年“5.12汶川特大地震”中處于震源中心區(qū)的阿壩鋁廠電解車間，面臨全世界有色行業(yè)從未遇到過的被8級(jí)特大地震震垮的360kA大型電解槽。電解槽重達(dá)400t左右(地震前準(zhǔn)備啟動(dòng)生產(chǎn)的全部材料都在槽內(nèi))、外形19m(長)×5m(寬)× 6m(高)，地平面下沉和基礎(chǔ)的破壞程度前所未有，電解槽底部沒有固定頂點(diǎn)且大部分地方不能直接作為頂點(diǎn)(內(nèi)有易碎物質(zhì)，一旦頂壞，則整臺(tái)電解槽報(bào)廢)；數(shù)量達(dá)到110臺(tái)；頂升時(shí)經(jīng)常會(huì)受到余震的威脅等特殊情況。

1　鋁電解槽國內(nèi)外現(xiàn)有方法對比

1.1鋁電解槽大修運(yùn)輸系統(tǒng)及方法

沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院2006年申請了鋁電解槽大修運(yùn)輸系統(tǒng)及方法發(fā)明專利(申請(專利) 號(hào):CN200610045683.8)[1]。該方法的要點(diǎn)如下:

驅(qū)動(dòng)裝置及滑輪提升裝置將活動(dòng)吊車梁吊起，將龍門吊車開到此通道上對準(zhǔn)電解車間的吊車梁；陰極天車吊著待修的整個(gè)電解槽開到龍門吊車上，停在龍門吊車上；龍門吊車帶著陰極天車及待修的電解槽通過大修車間的另一端?？浚魂帢O天車吊著電解槽離開龍門吊車沿大修車間移動(dòng)到維修地點(diǎn)，放下待修電解槽；陰極天車再吊起一個(gè)修好的電解槽沿原路返回。

此方法采用驅(qū)動(dòng)裝置、滑輪提升裝置以及龍門吊車等設(shè)備提高了維修效率和質(zhì)量，改善了工人的工作環(huán)境，并減少備用槽的數(shù)量和資金，也縮短了停產(chǎn)的時(shí)間，提高了產(chǎn)能，提高了電解槽維修質(zhì)量，縮短了電解槽維修時(shí)間。但是針對阿壩鋁廠的特殊情況，這種方法并不適用，因?yàn)榈卣鸷蟮孛嬉呀?jīng)遭到嚴(yán)重破壞，場地凹凸不平，隨時(shí)會(huì)發(fā)生余震，并且大型的機(jī)械設(shè)備也無法進(jìn)入電解車間。

1.2大型預(yù)焙陽極鋁電解槽大修工藝優(yōu)化

云南鋁業(yè)股份有限公司公布了186kA大型預(yù)焙陽極鋁電解槽大修工藝優(yōu)化及創(chuàng)新成果信息[2]。自行設(shè)計(jì)了“井”字形吊具，8套專用卸扣，鋼繩以及平衡吊耳。有效降低了現(xiàn)場勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了車間單鉤起吊的安全程度。槽殼矯正主要突出在減少二次變形量方面。自行設(shè)計(jì)專用可移動(dòng)式簡易銑平機(jī)對平衡母線進(jìn)行定位銑削，有效提高導(dǎo)電面光潔度。

此工藝對186kA大型預(yù)焙陽極鋁電解槽大修進(jìn)行了工藝優(yōu)化，采用吊具、卸扣、鋼繩、平衡吊耳等設(shè)備，考慮到阿壩鋁廠是360kA大型電解槽，以及地震后場地的特殊情況，這種方法也有一定的局限性。

2　電解槽整體移動(dòng)施工方法

考慮到前文所述阿壩鋁廠的特殊情形，七冶建設(shè)有限責(zé)任公司經(jīng)過現(xiàn)場勘察，技術(shù)分析，實(shí)驗(yàn)研究，專家論證等過程最終形成電解槽整體移動(dòng)施工方法[3]。該方法操作要點(diǎn)如下:

在電解槽底部兩側(cè)邊對稱均勻布置八個(gè)千斤頂(每邊四個(gè))，為了減少千斤頂直接頂在電解槽上造成局部壓強(qiáng)過大，損傷被頂物件和壓壞千斤頂，故在被頂物件與千斤頂之間設(shè)置鋼扁擔(dān)[4]，千斤頂頂在鋼扁擔(dān)的重心位置；若被頂位置較高，與地面的距離較大時(shí)，還應(yīng)在千斤頂下面根據(jù)空間距離大小選取預(yù)先制作好的鋼支架[5]墊好。布置好千斤頂后，用枕木(按井字形堆放)墊好電解槽，把電解槽墊實(shí)以防千斤頂下滑或遇到余震時(shí)產(chǎn)生的安全隱患；在電解槽一長側(cè)邊先小距離平穩(wěn)頂升，達(dá)到能塞進(jìn)一層枕木時(shí)立即停下來塞一層枕木后再頂升對應(yīng)的另一長側(cè)邊；在頂升過程中應(yīng)相應(yīng)調(diào)節(jié)增加千斤頂下面的鋼支架高度。頂升到搖籃架、端頭梁底部距地面的距離略高于原始安裝高度時(shí)用鋼支架支撐住電解槽，放下千斤頂，把千斤頂和枕木一起移開；用角鋼把相鄰鋼支架連接起來形成框架結(jié)構(gòu)增大穩(wěn)度。

在恢復(fù)的基礎(chǔ)已經(jīng)達(dá)到養(yǎng)生期的電解槽下面用枕木按井字形搭好支撐架，在接近搖籃架底部時(shí)用一整塊厚鋼板鋪在支撐枕木上形成光滑的平臺(tái)利于滾動(dòng)，在搖籃架的底部位置(能承受力的地方)下的鋼板上放一層縱向圓鋼和一層橫向圓鋼，布置完畢后根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況選取平移支撐點(diǎn)和移動(dòng)工器具，若支撐點(diǎn)較近、用作頂點(diǎn)位置距離較小時(shí)可選擇螺旋千斤頂或液壓千斤頂作為動(dòng)力使物件向需要的方向移動(dòng)，若支撐點(diǎn)或固定點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)使用手拉葫蘆或電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)來作為動(dòng)力使物件向需要的方向移動(dòng)。

圖1　電解槽平面圖

針對這種方法，本文重點(diǎn)研究了以下幾個(gè)問題: (1)每次頂升多大距離才不會(huì)損傷電解槽及其內(nèi)部物質(zhì)；(2)不同種類的鋼材制作的鋼扁擔(dān)分別可以頂升多大的距離；(3)怎樣選擇鋼材才更為合理。

方案1.1:采用Q235鋼制作鋼扁擔(dān)，根據(jù)圖1取中間的一個(gè)搖籃架進(jìn)行分析。分析中采用ANSYS有限元分析軟件[6，7]，使用 solid92單元，所使用模型如圖2所示:

圖2　ANSYS分析模型

分析結(jié)果圖見3所示:

圖3　方案1.1位移云圖

從圖3中可以看到當(dāng)電解槽一端的總位移達(dá)到206mm時(shí)，鋼扁擔(dān)局部應(yīng)力達(dá)到215MPa，從保護(hù)電解槽內(nèi)部生產(chǎn)物質(zhì)[8，9]的角度講，不考慮鋼材腹板屈曲后的強(qiáng)度利用。得出結(jié)論:在不考慮千斤頂最大行程的情況下，當(dāng)一端的總位移為206mm時(shí)，鋼扁擔(dān)所受應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)極限，此時(shí)搖籃架整體應(yīng)力都相對較小，頂升后可以保護(hù)電解槽。

從圖3中還可以看到，鋼扁擔(dān)所受應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)極限時(shí)，腹板所受應(yīng)力最大。改變腹板厚度，重新對此模型進(jìn)行分析，如方案1.2，方案 1.3所述。

方案1.2:在方案1.1的基礎(chǔ)上，加厚鋼扁擔(dān)的腹板厚度，其余分析條件同方案1.1

分析結(jié)果如圖4所示:

圖4　方案1.2位移云圖

從圖4中可以看到，在不考慮千斤頂最大行程的情況下，電解槽一端的總位移為160mm時(shí)，鋼扁擔(dān)所受應(yīng)力即達(dá)到設(shè)計(jì)極限。

方案1.3:在方案1.1的基礎(chǔ)上，減少鋼扁擔(dān)的腹板厚度，其余分析條件同方案1.1

分析結(jié)果如圖5所示:

圖5　方案1.3位移云圖

從圖5中可以看到，在不考慮千斤頂最大行程的情況下，電解槽一端的總位移為275mm時(shí)，鋼扁擔(dān)所受應(yīng)力即達(dá)到設(shè)計(jì)極限。

方案1.4:在方案1.1的基礎(chǔ)上，把千斤頂?shù)奶嵘υ龃?0%。其余分析條件同方案1.1

分析結(jié)果如圖6所示:

圖6　方案1.4位移云圖

從圖6中可以看到，雖然增大了千斤頂?shù)奶嵘?，但是最大總位移并沒有明顯的變化。

方案2.1:采用Q345鋼制作鋼扁擔(dān)，分析模型和所使用的單元同方案1.1

分析結(jié)果如圖7所示:

圖7　方案2.1位移云圖

從圖7中可以看到當(dāng)電解槽一端的總位移達(dá)到314mm時(shí)，鋼扁擔(dān)局部應(yīng)力達(dá)到315MPa，同方案1.1，不考慮鋼材腹板屈曲后的強(qiáng)度利用。得出結(jié)論:在不考慮千斤頂最大行程的情況下，電解槽一端的總位移為314mm時(shí)，鋼扁擔(dān)所受應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)極限。此時(shí)搖籃架整體應(yīng)力都相對較小，頂升后可以保護(hù)電解槽。

方案2.2:在方案2.1的基礎(chǔ)上，增加鋼扁擔(dān)的腹板厚度，其余分析條件同方案2.1

分析結(jié)果見圖8所示:

圖8　方案2.2位移云圖

從圖8中可以看到，在不考慮千斤頂最大行程的情況下，電解槽一端的總位移為245mm時(shí)，鋼扁擔(dān)所受應(yīng)力即達(dá)到設(shè)計(jì)極限。

方案2.3:在方案2.1的基礎(chǔ)上，減少鋼扁擔(dān)的腹板厚度，其余分析條件同方案2.1

分析結(jié)果如圖9所示:

圖9　方案2.3位移云圖

從圖9中可以看到，在不考慮千斤頂最大行程的情況下，電解槽一端的總位移為416mm時(shí)，鋼扁擔(dān)所受應(yīng)力即達(dá)到設(shè)計(jì)極限。

方案2.4:在方案2.1的基礎(chǔ)上，把千斤頂?shù)奶嵘υ龃?0%。其余分析條件同方案2.1

分析結(jié)果如圖10所示。

圖10　方案2.4位移云圖

從圖10中可以看到，雖然增大了千斤頂?shù)奶嵘?，但是最大總位移并沒有明顯的變化。以上各方案的結(jié)果如表1所示。

表1　結(jié)果對比

3　工程應(yīng)用

該方法已經(jīng)在下列工程中得到應(yīng)用:

(1)阿壩鋁廠11kt/a電解鋁360kA特大型電解槽在遭受四川汶川“5.12”特大地震后的恢復(fù)重建工程

工程結(jié)構(gòu)為三聯(lián)跨鋼結(jié)構(gòu)廠房，跨距為27m，長度為380m，兩邊跨各布置360kA特大型電解槽55臺(tái)。2008年5月10日建成投產(chǎn)，同年5月12日遭受四川汶川“5.12”特大地震災(zāi)害襲擊。導(dǎo)致整個(gè)車間一片狼藉，慘不忍睹，電解槽東倒西歪，基礎(chǔ)下沉(最嚴(yán)重者下沉1500mm之多)。

阿壩鋁廠2008年7月15日正式開工，在受交通、通訊、電力、余震等眾多因素的影響下，于2008 年12月12日勝利完成了110臺(tái)360kA特大型電解槽的災(zāi)害重建任務(wù)，并一次送電成功，使用至今運(yùn)行情況良好，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

(2)青海黃河水電鋁型材聯(lián)營項(xiàng)目黃河鑫業(yè)有限公司電解鋁工程

黃河水電鋁型材聯(lián)營項(xiàng)目黃河鑫業(yè)有限公司電解鋁工程，為25萬t/A電解鋁，使用350kA電解槽型。自項(xiàng)目建成生產(chǎn)后，因地質(zhì)情況原因，出現(xiàn)地基下沉，使電解槽產(chǎn)生位移。采用了電解槽整體移動(dòng)施工工法，對產(chǎn)生位移的電解槽進(jìn)行整體糾偏處理，效果顯著，縮短了工期，降低了成本，安全可靠，自2009年12月18日投產(chǎn)以來，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行情況良好。

(3)青銅峽鋁業(yè)股份有限公司異地改造一期項(xiàng)目

青銅峽鋁業(yè)股份有限公司異地改造一期項(xiàng)目，為20萬t/A電解鋁，使用350kA電解槽型。項(xiàng)目從2009年5月18日開始進(jìn)行電解槽整體處理，在建設(shè)單位分批停產(chǎn)后，采用電解槽整體移動(dòng)施工方法，在要求時(shí)間內(nèi)高效地完成修復(fù)任務(wù)，并一次送電成功，使用至今運(yùn)行情況良好，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4　結(jié)　論

分析以上結(jié)果，得出結(jié)論如下:

(1)在不考慮千斤頂最大行程的情況下，使用Q345鋼材制作的鋼扁擔(dān)可以達(dá)到更大的頂升位移。

(2)在同類鋼材的情況下，腹板厚度的影響也不容忽略。在腹板高厚比允許的條件下，適當(dāng)?shù)臏p小腹板厚度可以增加每次頂升的高度。

(3)其他條件相同的情況下，增加千斤頂?shù)奶嵘Σ⒉荒苡行У脑黾涌偽灰?，即千斤頂?shù)奶嵘Y(jié)果影響不大。在具體操作時(shí)根據(jù)被頂升物體的情況選擇適當(dāng)?shù)那Ы镯敿纯伞?/p>

(4)在頂升過程中，如果每次頂升的距離過大，超過了千斤頂?shù)脑试S行程，千斤頂會(huì)出現(xiàn)軸變形、密封圈損壞噴油等情況，并且傾角過大也容易損壞電解槽內(nèi)部的生產(chǎn)物質(zhì)，所以每次應(yīng)選取一個(gè)適當(dāng)?shù)捻斏嚯x?？紤]到現(xiàn)場實(shí)際情況，每次頂升的距離選取一個(gè)枕木(截面尺寸:寬200mm×高150mm)的高度。這個(gè)取值既可以保證鋼扁擔(dān)在頂升過程中不被損壞，同時(shí)也在千斤頂?shù)脑试S行程之內(nèi)，還可以把已經(jīng)升起的電解槽的下部墊實(shí)，避免出現(xiàn)懸空的情況，也有利于工人實(shí)際操作。

[1]沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限.鋁電解槽大修運(yùn)輸系統(tǒng)及方法:中國，CN2006100456-83.8[P].2008-12-19.

[2]車立志，詹正學(xué)，王燦.大型預(yù)焙陽極鋁電解槽生產(chǎn)管理實(shí)踐[J].云南冶金，2010.39(51):27-29

[3]七冶建設(shè)有限責(zé)任公司.電解槽整體移動(dòng)方法:中國，201010168712.6[P].2011-03-01.

[4]七冶建設(shè)有限責(zé)任公司，頂升保護(hù)裝置:中國，ZL2009 2 0125984.0[P].2010-11-03

[5]七冶建設(shè)有限責(zé)任公司，支架:中國，ZL2009 2 0125983.6[P]. 2010-10-27

[6]支架[P].專利號(hào):ZL2009 2 0125983.6

[7]王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[M].北京:人民交通出版社，2014:233-265.

[8]GB50586-2010，鋁母線焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[9]GB50883-2013，輪金屬冶煉機(jī)械設(shè)備安裝工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

(責(zé)任編輯:王先桃)

Research and Application of the Method of the Whole Movement of Electrolyzer

DU Yutao，XIAO Jianchun*，WU Xiayan，LI Shaolang，F(xiàn)ENG Jianbo
(Space Structure Research Center，Guizhou University，Guiyang 550003，China)

In the modern large-scale construction projects，especially in the special environment，such as the foundation subsidence which was caused by the earthquake，mountain torrents and other natural disasters，it is inevitable to the whole movement of some large equipment and non-standard equipment.More specifically speaking，it refers to the whole movement of large rectifier transformers and electrolyzer in the field of melting engineering.On the basis of analyzing the construction method of electrolyzer，a new method of moving the electrolyzer without destroying the inside material was introduced，and the key technology was analyzed.The application and its prospect of the whole movement of the electrolyzer were introduced

electrolyzer；whole movement；site restriction

TU312

B

1000-5269(2016)01-0107-05DOI:10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.01.25

2015-12-20

貴州省科技廳創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(Z143068)

杜玉濤(1991-)男，在讀碩士，研究方向:空間鋼結(jié)構(gòu)及組合結(jié)構(gòu)。Email:gzdxdyt＠163.com.

肖建春，Email:jcxiaogzu＠163.com.