丁 然 華陸工程科技有限責(zé)任公司 西安 710065

本文以某70萬t/a煤制烯烴項目凈化裝置的甲醇洗滌塔吊裝為例,進(jìn)行大型塔器吊裝過程介紹。甲醇洗滌塔分五段在制造廠進(jìn)行預(yù)制，預(yù)制完畢后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。甲醇洗滌塔在現(xiàn)場組對焊接后由2500t液壓提升系統(tǒng)進(jìn)行整體吊裝，采用1600t履帶式起重機(jī)進(jìn)行抬尾配合。甲醇洗滌塔的規(guī)格、重量見表1。

表1 甲醇洗滌塔規(guī)格重量表

1 吊車吊裝施工準(zhǔn)備

1.1 吊裝方式的確定

根據(jù)大型設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式、吊裝參數(shù)以及結(jié)合實際的大型吊裝設(shè)備的吊裝能力和以往經(jīng)驗，確定吊裝方法。

吊裝一般分為分段吊裝和整體吊裝兩種方式。其中，分段吊裝對空間、起重設(shè)備起升能力要求不高，能夠利用較簡單的設(shè)備完成復(fù)雜的吊裝任務(wù)，但存在工時長、操作復(fù)雜、安全隱患多、焊接質(zhì)量難控制等缺點(diǎn)；而整體吊裝能最大限度地保證設(shè)備組對和焊接的質(zhì)量，技術(shù)操作簡單，有利于安全施工，還能縮短工期。以往的整體吊裝方式受到起重設(shè)備起吊能力的限制，但近年來液壓頂升系統(tǒng)在實際操作中廣泛應(yīng)用，很好地解決了這個問題。

1.2 起重機(jī)確定

在選擇起重機(jī)械時，要按起重機(jī)械的《起重性能表》選擇滿足要求且安全的起重設(shè)備。

1.3 吊索具的確定

選擇吊索具首先是考慮吊耳的形式，吊耳的結(jié)構(gòu)形式和起吊能力由設(shè)計方來確定，然后再根據(jù)大型設(shè)備的實際尺寸來選擇吊具。

吊耳可分為：頂部板式吊耳、側(cè)壁板式吊耳、管軸式吊耳三大類，其中,管軸式吊耳適用于較高或較重型立式設(shè)備的吊裝，其結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)異、使用方便，因此在化工工程建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛。

1.4 行車及站位基礎(chǔ)的確定

設(shè)備基礎(chǔ)周圍的吊裝場地應(yīng)提前進(jìn)行平整夯實處理，并進(jìn)行地基承載力檢測，使其滿足負(fù)載起重機(jī)的能力要求，這是行車及吊裝安全的保證。

1.5 設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)輸管理

大型設(shè)備至現(xiàn)場的運(yùn)輸需要安排專業(yè)人員予以管理控制。

1.6 吊裝前現(xiàn)場安全檢查及準(zhǔn)備

吊裝前，現(xiàn)場要停車檢修，清理吊裝障礙物，并準(zhǔn)備好吊裝機(jī)具；吊車進(jìn)場時，根據(jù)設(shè)備要求進(jìn)行施工機(jī)具的調(diào)試、站位，檢查其它機(jī)具的運(yùn)轉(zhuǎn)是否良好，確定全部機(jī)具質(zhì)量檢驗合格后方能投入使用；設(shè)置吊裝警戒區(qū)，起重施工人員到位，吊裝手續(xù)齊全；吊索捆綁仔細(xì)，特殊部位采用防磨措施，避免鋼絲的損壞；保證吊裝新設(shè)備及基礎(chǔ)座漿塊墊鐵質(zhì)量驗收合格。

2 吊裝方案

采用提升吊移抬送的工藝方法，即采用1套2500t液壓提升系統(tǒng)作為主吊機(jī)械，并采用1臺CC8800-1型1600t履帶吊車作為抬尾吊車配合抬送設(shè)備尾部。

2.1 工藝措施

該套提升系統(tǒng)參數(shù)見圖1。

圖1 提升系統(tǒng)參數(shù)

提升系統(tǒng)底排中心連線與0°方向角度為順時針30°；立柱間距為16000mm；立柱節(jié)數(shù)為18節(jié)；有效高度為111200mm；有效寬度為11200mm；吊裝能力為2500t。

2.2 地基處理

地基處理分為以下兩個部分：

(1)提升系統(tǒng)吊裝站位處桅桿底座下的地基處理

采用換填法進(jìn)行處理。處理方法為：將需要處理區(qū)域的表層土挖走(挖開深度1.9m，挖至灰土擠密樁頂標(biāo)高)，然后用毛石進(jìn)行回填(粒徑300mm～400mm)，回填深度為1.21m。每回填0.5m用振搗壓路機(jī)進(jìn)行壓實處理，每層碾壓4遍以上，每遍輪痕重疊20%，最終輪痕深度小于10mm時開始回填上一層，按此方法回填深度1.21m。在距離表層埋置2500t專用路基箱，路基箱規(guī)格(10000×6000×690)mm。

(2)提升系統(tǒng)空載行走區(qū)域桅桿底座下的地基處理

采用換填法進(jìn)行處理。處理方法為：將需要處理區(qū)域的表層土挖走(挖開深度0.5m)，用振搗壓路機(jī)(振搗力≥25t/m2)將基坑底部壓實。然后鋪設(shè)1600t路基箱板(規(guī)格7000mm×2300mm×440mm，單側(cè)橫向鋪設(shè)3塊)，上部鋪設(shè)60mm素土，按此方法回填至與裝置地表平。抬尾吊車行走地基處理方法為將需要處理的表層土挖走(挖開深度1.9m，挖至灰土擠密樁頂標(biāo)高)，用振搗壓路機(jī)(振搗力≥25t/m2)將基坑底部壓實，然后用素土進(jìn)行分層回填，每回填300mm用振搗壓路機(jī)進(jìn)行壓實處理，每層碾壓4遍以上，每遍輪痕重疊20%，最終輪痕深度小于10mm時開始回填上一層，按此方法回填至與裝置地表齊平。

2.3 地下管線保護(hù)

在進(jìn)行地管附近地基處理時應(yīng)采用人工開挖，避免將地管防腐層破壞，靠近地管附近應(yīng)采用人工夯實，切勿使用振搗壓路機(jī)碾壓。吊車經(jīng)過時在上部鋪設(shè)路基箱。

2.4 吊具

(1)主吊吊具：2500t門式液壓提升系統(tǒng)懸掛一套1250t級旋轉(zhuǎn)平衡梁，用Φ104mm～120mm的鋼絲繩連接到設(shè)備主吊耳上，在吊耳和吊板之間涂抹黃油和石墨粉的混合物。吊板與吊耳之間的連接示意圖,見圖2。

圖2 主吊吊具連接形式示意圖

(2)抬尾索具：1600t吊車掛一對Φ114mm、套長18m、200t級的鋼絲繩套(周長36m)，配合2個300t卸扣連接到設(shè)備底部板式吊耳上(連接示意圖見圖5)。

2.5 主吊千斤頂及鋼絞線配置

主吊千斤頂：650t級×4臺；主吊鋼絞線：Φ18-36根/臺×4臺。

2.6 牽索系統(tǒng)配置

牽索系統(tǒng)組成：牽索機(jī)構(gòu)由Φ18mm的鋼絞線、牽索千斤頂、錨點(diǎn)和控制系統(tǒng)組成。牽索千斤頂包括4臺180t液壓千斤頂和2臺100t液壓千斤頂，4臺180t液壓千斤頂放置在提升系統(tǒng)兩側(cè)立桿平面的正面，2臺100t液壓千斤頂放置在兩側(cè)。錨點(diǎn)為埋置式結(jié)構(gòu)，共設(shè)置6個，與牽索千斤頂相連?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置在中控室，可以同時監(jiān)控6臺牽索液壓千斤頂。

2.7 錨點(diǎn)平面布置(見圖3)

圖3 錨點(diǎn)平面布置圖

錨點(diǎn)結(jié)構(gòu)：埋置式錨點(diǎn)是在錨點(diǎn)處開挖長×寬×深度為(5×3×4.5)m的基坑，將2個規(guī)格為(1.2×1.2×4)m的混凝土塊放置到基坑內(nèi)，混凝土塊上下疊加放置。

3 吊裝過程

在1600t吊車起吊位置與設(shè)備中心之間用白灰打一條直線；將6個錨點(diǎn)的動力包開動，用經(jīng)緯儀在互成90°方向觀測提升系統(tǒng)立柱的垂直度，調(diào)整6個錨點(diǎn)的牽索，保證立柱垂直度在50mm以內(nèi)；將主吊具和抬尾吊具連接好，主吊點(diǎn)加載至200t，抬尾吊點(diǎn)加載至100t，檢查提升系統(tǒng)、1600t吊車、地基、吊具、設(shè)備吊耳和本體有無異常；斷開鞍座和設(shè)備之間的連接，拆除所有架設(shè)，檢查塔附屬管線、勞動保護(hù)等與塔壁的連接點(diǎn)是否牢固；提升系統(tǒng)以每次200t的增量分步緩慢加載，直至設(shè)備頭部被抬起，當(dāng)設(shè)備頭部離開鞍座約0.2m時提升系統(tǒng)停止提升。

1600t吊車緩慢起鉤，當(dāng)設(shè)備整體離開鞍座后,提升系統(tǒng)繼續(xù)提升，將設(shè)備水平抬起，當(dāng)設(shè)備離開鞍座約0.5m時,停止起升。

觀測提升系統(tǒng)、1600t吊車、地基、吊具、設(shè)備吊耳和本體有無異常，如果一切正常則提升系統(tǒng)繼續(xù)提升，在提升系統(tǒng)提升時主吊指揮在提升系統(tǒng)底排中心連線上觀測提升系統(tǒng)鋼絞線的偏斜度，指揮1600t吊車向前走車，保證鋼絞線的偏斜量不超過1m(鋼絞線的偏移量用經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測)；當(dāng)設(shè)備頭部高度超過自提升框架時提升系統(tǒng)停止提升，將設(shè)備下的支撐吊走。

1600t吊車緩慢將設(shè)備底部放低，直至設(shè)備底部距離地面約0.5m，提升系統(tǒng)繼續(xù)提升；在吊裝過程中用挖掘機(jī)和吊車配合，沿1600t起吊位置與設(shè)備中心之間的白灰線鋪設(shè)1600t履帶吊車的路基箱；主千斤頂繼續(xù)提升直至設(shè)備立直，下端超過基礎(chǔ)上的螺栓高度；1600t吊車摘鉤，提升系統(tǒng)將設(shè)備落低，將設(shè)備就位，完成吊裝。

2500t門式液壓提升系統(tǒng)每小時提升行程為8m/h，就位后設(shè)備主吊耳距離地面高度為76m，設(shè)備起吊時主吊耳距離地面約4m。則吊裝用時約9h。

4 吊裝計算

4.1 設(shè)備主吊力和抬尾力計算

設(shè)備重心、主吊力及抬尾力計算見表2。

表2 設(shè)備重心、主吊力及抬尾力計算

4.2 吊耳強(qiáng)度計算

主吊吊耳：主吊耳設(shè)計為2個井字筋管軸式吊耳，吊耳方位75°/255°，吊耳中心線距離設(shè)備頂部法蘭面10000mm,見圖4。

圖4 主吊耳示意圖

抬尾吊耳：抬尾吊耳為板式結(jié)構(gòu)，尾部吊耳方位165°,見圖5。

圖5 抬尾吊耳示意圖

4.2.1 主吊吊耳根部強(qiáng)度計算

主吊耳根部強(qiáng)度計算見表3。

表3 主吊耳根部強(qiáng)度計算

4.2.2 主吊吊耳對焊處強(qiáng)度計算

主吊耳焊接處強(qiáng)度計算見表4。

表4 主吊耳焊接處強(qiáng)度計算

名稱符號計算公式吊耳數(shù)據(jù)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)吊耳管外徑,mmD1200.0吊耳管壁厚,mmδ40.0加強(qiáng)筋距離,mmc460.0吊耳管內(nèi)經(jīng),mmd=D-2δ1120.0加強(qiáng)筋厚度,mmt實際厚度t=40mm,校核時保守處理,只計算管軸,不計算筋板。0.0管軸/內(nèi)筋板材質(zhì)SA203GRE材料許用應(yīng)力,MPa[σ]146.7材料許用剪力,MPa[τ]103.7二吊耳強(qiáng)度豎向載荷,NFv=G×10000/n7416000.0橫向載荷,NFh=Fv×tgθ258972.4徑向彎矩,N·mmM=Fv×L3708000000.0加強(qiáng)筋高度,mmH=(d2-c2)0.51021.2吊耳管橫截面積,mm2A1=π(D2-d2)/4145696.0加強(qiáng)筋截面積,mm2A2=4×H×t0.0吊耳總結(jié)面積,mm2A=A1+A2145696.0吊耳管截面積慣性矩,mm4I1=π(D4-d4)/6424535206400.0吊耳加強(qiáng)筋截面慣性距,mm4I2=2[tH3/12+t3H/12+(c/2)2tH]0.0吊耳總截面模量,mm3W=(I1+I2)/(0.5D)40892010.7吊耳對焊處拉應(yīng)力,MPaσ=Fh/A1.8吊耳對焊處彎矩應(yīng)力,MPaδLt=M/W90.7吊耳對焊處剪應(yīng)力,MPaτ=Fh/A50.9根據(jù)第四強(qiáng)度理論吊耳對焊處組合應(yīng)力,MPaσ組=[(σ+σLt)2+3τ2]0.5137.5三計算結(jié)果τ<[τ]滿足要求σ組<[σ]滿足要求

4.2.3 抬尾吊耳強(qiáng)度計算

抬尾吊耳材質(zhì)為Q345R，許用應(yīng)力為[σ] =230 MPa、[τ]=132.8 MPa起吊時吊耳孔受向上的剪力作用，當(dāng)設(shè)備逐漸立直時抬尾力減小，即吊耳孔處受到的剪力減小。但吊兒根部開始受彎剪聯(lián)合作用，剪力先增大后減小。吊耳孔受力處的剪應(yīng)力如圖6所示，計算公式為：

圖6 尾部吊耳處剪應(yīng)力示意圖

τ=KF/A

式中，K為動載系數(shù)，取值1.2；F為剪力，對吊耳孔F=N/2，對吊耳根部F=N2=Nsinθ/2；A為受剪面積。

尾耳強(qiáng)度計算結(jié)果統(tǒng)計見圖7。

圖7 尾耳強(qiáng)度計算結(jié)果統(tǒng)計圖

5 結(jié)語

本文以某70萬t/a煤制烯烴項目的甲醇洗滌塔為例，介紹了大型設(shè)備的吊裝過程。從多年的經(jīng)驗以及吊裝后大型設(shè)備的性能來看，整體吊裝的優(yōu)越性十分突出，所以液壓裝頂升系統(tǒng)聯(lián)合重型吊車進(jìn)行的對大型設(shè)備、超大型設(shè)備的整體吊裝是現(xiàn)在以及今后發(fā)展的方向。另外，需對設(shè)備的主吊耳及抬尾吊耳的受力進(jìn)行計算，以保證大型設(shè)備在吊裝過程中的安全進(jìn)行。