陳孫藝

(茂名重力石化裝備股份公司,廣東茂名 525024)

0 引言

聚烯烴串管反應(yīng)器又稱環(huán)管反應(yīng)器,是多條細(xì)長(zhǎng)夾套直管和180°回彎頭串聯(lián),夾套直管之間通過連接梁支撐組裝成框架或桁架的立式管柱鋼結(jié)構(gòu)形夾套容器,該反應(yīng)器同時(shí)具有反應(yīng)和換熱功能,如圖1所示。文獻(xiàn)[1]基于其制造質(zhì)量,綜述了聚烯烴串管反應(yīng)器的模塊式組裝技術(shù);文獻(xiàn)[2]中介紹了串管反應(yīng)器拼接、吊裝的施工方法、技術(shù)措施及安全措施;文獻(xiàn)[3]中介紹了串管反應(yīng)器框架、風(fēng)載的確定及計(jì)算、荷載的確定及組合、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法等事項(xiàng),這些方法及相關(guān)參數(shù)的選取對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)的吊裝和安裝方案的設(shè)計(jì)計(jì)算也具有參考價(jià)值。但是這些文獻(xiàn)都沒有考慮串管反應(yīng)器的運(yùn)輸過程對(duì)模塊結(jié)構(gòu)的限制,也沒有詳細(xì)介紹串管反應(yīng)器在工地吊裝對(duì)模塊結(jié)構(gòu)的要求。文獻(xiàn)[4-5]的文題名義上是大型壓力容器的現(xiàn)場(chǎng)組裝,實(shí)際上是組焊,其關(guān)于沒有條件在工廠內(nèi)組裝焊接的超重、超寬、超長(zhǎng)的大型容器產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到工地現(xiàn)場(chǎng)去組裝焊接制造的技術(shù)內(nèi)容,在概念上完全不是在工廠內(nèi)全部組焊好的大型串管反應(yīng)器而在現(xiàn)場(chǎng)不需要再焊接的組裝技術(shù)。目前,純粹以大型壓力容器現(xiàn)場(chǎng)組裝為主題內(nèi)容的資料尚未見公開報(bào)道。

圖1 串管反應(yīng)器吊裝現(xiàn)場(chǎng)Fig.1 Hoisting site of tandem reactor

近20多年來,在串管反應(yīng)器模塊的現(xiàn)場(chǎng)安裝中,有項(xiàng)目因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)方案不當(dāng)而耗費(fèi)工期長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月。從各種問題的總結(jié)中認(rèn)識(shí)到,大型反應(yīng)器長(zhǎng)距離運(yùn)輸對(duì)其組裝的要求與現(xiàn)場(chǎng)吊裝對(duì)其組裝的要求是兩方面工作,而且兩方面關(guān)系密切。吊裝對(duì)組裝的一些要求最好在運(yùn)輸裝車時(shí)就能得到落實(shí),可以說吊裝對(duì)組裝的要求對(duì)運(yùn)輸組裝具有一定的指引作用,在符合交通規(guī)范的前提下,運(yùn)輸裝車方案應(yīng)盡量滿足現(xiàn)場(chǎng)吊裝的要求,為吊裝質(zhì)量和效率提供良好的基礎(chǔ)。因此,業(yè)務(wù)相聯(lián)的單位就串管反應(yīng)器零部件的組裝、運(yùn)輸和吊裝施工應(yīng)加強(qiáng)研究,協(xié)定交到現(xiàn)場(chǎng)的模塊結(jié)構(gòu)形式,對(duì)反應(yīng)器的順利安裝很有意義。

1 基于運(yùn)輸安全的組裝技術(shù)

串管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與常見的塔式反應(yīng)器有著諸多不同,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)徑比較高而極易產(chǎn)生柔性撓曲,螺栓緊固件連接多而容易產(chǎn)生裝配的累加誤差或強(qiáng)力裝配,還具有多波形膨脹節(jié)這一薄弱部位,存在于整體組對(duì)和吊裝環(huán)節(jié)的一些技術(shù)難度,在運(yùn)輸環(huán)節(jié)會(huì)以其他的形式表現(xiàn)出來。基于運(yùn)輸?shù)慕M裝技術(shù)以安全為主要目的,具有過程的動(dòng)態(tài)性和一定的難以預(yù)測(cè)性,又帶有臨時(shí)性,需要專業(yè)性強(qiáng)的公司執(zhí)行。

1.1 陸路運(yùn)輸?shù)呐R時(shí)組裝

1.1.1 單條夾套直管裝運(yùn)

長(zhǎng)距離運(yùn)輸常裝運(yùn)單條夾套直管,如圖2所示。在細(xì)長(zhǎng)夾套直管裝車、卸車、轉(zhuǎn)移、組裝等過程中,使整條夾套直管保持平直狀態(tài)的安全操作更加困難,位于夾套直管兩相鄰運(yùn)輸支座的間距中間的彎曲位移往往是最大的,對(duì)設(shè)置于其中的膨脹節(jié)損傷也大,而位于夾套直管兩端的彎曲位移一般都是最小的,因此要關(guān)注膨脹節(jié)的保護(hù)。

圖2 單條夾套直管裝運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.2 Shipment site of single jacket straight tube

懸臂的許可長(zhǎng)度應(yīng)該經(jīng)過力學(xué)計(jì)算校核確定,其中涉及路況、車速、結(jié)構(gòu)尺寸及自重等因素。單條夾套直管裝運(yùn)時(shí),夾套直管全長(zhǎng)被運(yùn)輸鞍座分為支承段和懸臂段兩大部分,如果不考慮受力模型中支承段對(duì)懸臂段的影響,把端部的運(yùn)輸鞍座和捆綁件對(duì)夾套直管的作用視作固支,則固支的懸臂段模型較為符合裝車實(shí)際,而且計(jì)算結(jié)果將略偏保守。懸臂段的自重靜載荷受力模型如圖3所示,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可按均布載荷下受約束懸臂梁分析,關(guān)鍵技術(shù)有如下5點(diǎn)。

圖3 懸臂段靜載荷受力分析Fig.3 Force analysis of static load of cantilever section

(1)在計(jì)算夾套直管的抗彎剛度或抗彎截面系數(shù)時(shí),其組合結(jié)構(gòu)橫截面對(duì)中性軸的慣性矩可參考GB/T 150.1—2011《壓力容器 第1部分:通用要求》中復(fù)合鋼板許用應(yīng)力的計(jì)算方法,以及文獻(xiàn)[6]中關(guān)于薄壁內(nèi)襯復(fù)合管殼泊松比和加權(quán)平均密度的確定方法,并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)按下式進(jìn)行計(jì)算:

(1)

式中,I為夾套內(nèi)管和外管的組合慣性矩;?為夾套結(jié)構(gòu)緊密系數(shù),基于夾套內(nèi)墊塊結(jié)構(gòu)形狀、分布狀況、組焊形式、尺寸和裝配間隙等因素和工程經(jīng)驗(yàn)來確定,通常不超過0.9;Ii為夾套內(nèi)管的慣性矩;Io為夾套外管的慣性矩;δi為夾套內(nèi)管的壁厚;δo為夾套外管的壁厚。

(2)裝車時(shí)充分利用夾套外管上的支梁座作為支承點(diǎn),使受力模型符合自重引起的均布載荷q=mg/L的特征。自重產(chǎn)生的最大彎矩作用在固支點(diǎn)處截面上,計(jì)算式為:

(2)

(3)以外管上的支梁座作為裝車的支承點(diǎn)時(shí),將除考慮夾套直管懸臂段沿長(zhǎng)度L均布自重的靜力作用外,還考慮運(yùn)輸中動(dòng)態(tài)荷載的影響,受力模型如圖4所示。

圖4 懸臂段動(dòng)態(tài)荷載受力分析Fig.4 Force analysis of dynamic load of cantilever section

動(dòng)態(tài)荷載分為一般和特殊兩種情況。一般情況下按簡(jiǎn)化模型(見圖4(a)),考慮懸臂段自重m及其偶遇路面凹坑時(shí)垂直加速度在質(zhì)心位置0.5L處所引起的垂直載荷F的作用,垂直加速度最大值取自由落體加速度g時(shí)的計(jì)算式為:

F=mg

(3)

產(chǎn)生的力矩:

(4)

也可以按細(xì)分模型(見圖4(b)),考慮離根部支點(diǎn)距離為xi處1個(gè)長(zhǎng)度單位的懸臂段自重mg/L,偶遇路面凹坑時(shí)垂直加速度引起的垂直載荷Fi產(chǎn)生的力矩:

(5)

式(5)和式(4)的結(jié)果一致,說明細(xì)分模型與簡(jiǎn)化模型(見圖4)等效。雖然式(5)和式(4)的結(jié)果也和式(2)的結(jié)果一致,但是并不能說明圖4模型與圖3模型是等效的,因模型的性質(zhì)不同,圖4模型是偶然出現(xiàn)的,圖3模型是必然存在的。

動(dòng)態(tài)荷載在特殊情況下則考慮設(shè)備懸臂段較長(zhǎng)時(shí)間在凹凸不平路面運(yùn)行時(shí)顛簸疲勞的影響,可引入載荷譜進(jìn)行分析,這種情況尚無先例。兩種動(dòng)態(tài)荷載的影響都可以采用有限元模型進(jìn)行更深入地分析,且通過控制該運(yùn)輸過程為低速行駛而可降低上述計(jì)算式中垂直加速度的取值,降低了懸臂段承受的力矩,從而使不良影響得到緩解。

(4)以另外設(shè)計(jì)制造的運(yùn)輸鞍座代替外管上的支梁座作為裝車的支承點(diǎn)時(shí),支梁座成為模型中的一個(gè)集中載荷,模型載荷除考慮夾套直管懸臂段沿長(zhǎng)度L均布自重的靜力作用外,還應(yīng)考慮支梁座這個(gè)集中載荷,在基于細(xì)分模型(見圖4(b))計(jì)算彎矩時(shí),式(5)中最后一個(gè)等號(hào)的右邊將由不只一項(xiàng)組成,懸臂段全長(zhǎng)的均布載荷中間將加上一個(gè)集中載荷,兩種載荷分別按各自在模型上所分布的位置計(jì)算。

(5)夾套直管下部的剛性環(huán)安裝支座尺寸龐大而且其較大的自重容易成為集中載荷,通常將這一段放置在車板上,車板支承安裝支座。因此帶多波形膨脹節(jié)的頂段就成為懸臂端,膨脹節(jié)與安裝拉桿的環(huán)板之間要全焊透,需要鎖緊所有防護(hù)拉桿的內(nèi)外定位螺母。防護(hù)拉杠的結(jié)構(gòu)性能和強(qiáng)度也應(yīng)經(jīng)過計(jì)算校核,且滿足運(yùn)輸過程的防護(hù)要求。

1.1.2 懸臂裝運(yùn)的加強(qiáng)技術(shù)

式(4)或式(5)的彎矩產(chǎn)生的最大應(yīng)力也位于固支處截面上,與式(2)彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力相加即是固支處截面的最大組合應(yīng)力。在這些公式中,懸臂段長(zhǎng)度L對(duì)彎矩及其應(yīng)力的直接影響是線性正比例的,通過移動(dòng)運(yùn)輸鞍座的位置或增加運(yùn)輸鞍座的數(shù)量來調(diào)整懸臂段長(zhǎng)度L,即可控制最大組合應(yīng)力不超過結(jié)構(gòu)材料的許用應(yīng)力,確保組裝方案的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠。當(dāng)計(jì)算校核初步組裝方案的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足時(shí),一般不采用結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的對(duì)策,以免增加型材的消耗。

懸臂裝運(yùn)的另一項(xiàng)加強(qiáng)技術(shù)是雙夾套直管組合裝運(yùn)。圖5示出通過支梁座臨時(shí)把兩條夾套直管連接到一起,組成抗彎防振的新結(jié)構(gòu),取得類似于一雙筷子不易折斷的效果。一車裝運(yùn)兩條夾套直管的方案通常在短距離運(yùn)輸中使用。

圖5 2條夾套直管裝運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.5 Shipment site of two jacket straight tubes

1.1.3 分段裝運(yùn)

圖6、圖7所示的分兩段制造再連接起來的方案是專門為了便于運(yùn)輸而設(shè)的,應(yīng)在預(yù)組裝檢測(cè)合格后的分段接口標(biāo)記上對(duì)中符號(hào),以便異地重新組裝時(shí)作為基準(zhǔn)。

圖6 分段對(duì)焊組裝Fig.6 Sectional buttwelding assembly

圖7 分段法蘭組裝Fig.7 Sectional flange assembly

1.2 陸路運(yùn)輸?shù)挠谰媒M裝

(1)用于安裝的局部模塊的組裝。

圖8所示為U形片狀模塊式裝運(yùn)方案,因?yàn)橐淮芜\(yùn)輸多個(gè)零部件而提高運(yùn)輸效率,還省去了內(nèi)管連接彎頭、夾套連通管的拆卸和重新裝配,從而提高工程效率,也避免在現(xiàn)場(chǎng)重新組裝時(shí)對(duì)質(zhì)量的不良影響,但模塊外形尺寸較大,受限于交通管制,不宜長(zhǎng)距離運(yùn)輸。

圖8 U形片狀模塊裝運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.8 Shipment site of U-shaped sheet module

(2)用于安裝的整體裝運(yùn)。

圖9所示的4條或6條夾套直管立體大模塊式裝運(yùn)效率最高,省去大量的零部件拆卸、包裝和再裝配工作,完好地保持在制造廠組裝的質(zhì)量,但是需要保證沿途安全運(yùn)輸?shù)目尚行?實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工程效率。

圖9 反應(yīng)器整體組裝運(yùn)輸Fig.9 Overall assembly and transportation of reactor

2 基于吊裝施工的高效組裝技術(shù)

文獻(xiàn)[7]中分析的風(fēng)筒類設(shè)備具有直徑小、管壁薄、管筒長(zhǎng)、易變形等特點(diǎn),與串管反應(yīng)器的一根夾套直管在結(jié)構(gòu)上是較為相似的,其吊裝難度及技術(shù)值得借鑒。但是基于安裝施工的組裝技術(shù)更注重安裝質(zhì)量的可靠性和高效性,與吊裝的反應(yīng)器模塊結(jié)構(gòu)、技術(shù)裝備、工地環(huán)境及施工技術(shù)等因素有關(guān),串管反應(yīng)器的吊裝從來不采用逐條夾套直管吊裝的方案,而是采用模塊吊裝的方案,大體上分為局部模塊組裝和整體組裝兩種。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)U形片狀模塊的吊裝及其對(duì)組裝的影響

(1)片狀模塊的組裝。

文獻(xiàn)[8]中針對(duì)某20萬t/a串管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)單條夾套直管吊裝、2條夾套直管組裝成U形片狀模塊吊裝,以及4條夾套直管組裝成三維結(jié)構(gòu)吊裝等3種吊裝方案進(jìn)行比較分析,指出各方案的優(yōu)缺點(diǎn),確定采用2條夾套直管組裝成圖10所示U形片狀模塊吊裝方法吊裝2臺(tái)反應(yīng)器。類似的吊裝現(xiàn)場(chǎng)如圖11(a)所示,由圖中可見第1件模塊上、下兩側(cè)面的支梁座等附件結(jié)構(gòu)的伸出長(zhǎng)度略有區(qū)別。最后一片模塊吊裝后如圖11(b)所示,由圖中可見后面一件模塊的吊索可能會(huì)受到前面一件模塊的阻礙,因此組焊到模塊上的主吊耳和尾吊耳在方位上有明確規(guī)定,要避免組裝錯(cuò)誤。

圖11 U形片狀模塊吊裝現(xiàn)場(chǎng)及受力分析Fig.11 Hoisting site and force analysis of U-shaped sheet module

(2)片狀模塊吊裝效率的提高。

一方面優(yōu)化吊點(diǎn)。在石油化工裝置中,設(shè)備吊裝一般常將主吊耳、尾吊耳分別設(shè)置在設(shè)備的首、尾兩端,細(xì)長(zhǎng)設(shè)備吊裝時(shí)容易產(chǎn)生較大的撓度和變形,文獻(xiàn)[9]則在串管反應(yīng)器U形片狀模塊的上部設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn),可以大大減少設(shè)備因自重引起的撓度變形,設(shè)備不易發(fā)生偏斜,確保了吊裝質(zhì)量和吊裝效率。這一方法在大型串管反應(yīng)器得到廣泛應(yīng)用,取代了圖11(a)所示的上部只設(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)法。

另一方面優(yōu)化吊具。文獻(xiàn)[10]中介紹了蘭州石化60萬t/a乙烯技術(shù)改造工程中30萬t/a聚丙烯裝置串管反應(yīng)器的吊裝及吊裝過程中因中外標(biāo)準(zhǔn)的差異產(chǎn)生的問題及其處理情況。由于設(shè)備制造方意大利Tecnimont公司是按照國(guó)際施工規(guī)范結(jié)合歐洲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備的吊裝提出要求,吊裝用的設(shè)備(吊耳及平衡梁)的設(shè)計(jì)也按照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,而國(guó)內(nèi)的吊裝機(jī)具與制造商提供的設(shè)備(吊耳及平衡梁)存在不能配套使用的問題,國(guó)內(nèi)安裝單位提出的吊裝技術(shù)方案在2臺(tái)反應(yīng)器吊裝中所用工期為12天,此前采用2條夾套直管組裝的U形片狀模塊吊裝方法吊裝2臺(tái)反應(yīng)器,所用工時(shí)曾達(dá)約25天。

(3)片狀模塊吊裝的局限。

分析串管反應(yīng)器傳統(tǒng)的吊裝施工,其技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)不在模塊的組裝上,存在幾個(gè)問題:①主體吊裝方案大同小異,沒有從施工方法的改變及技術(shù)本質(zhì)的升級(jí)上達(dá)到提高效率和效益的目的,反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)客觀上存在的精度偏差隨著零部件及其組裝工序呈分散性,難以集中在某一結(jié)構(gòu)位置及某一工序一次性處理,分散的偏差會(huì)被累積到最后,成為安裝時(shí)難以處理的問題;②相同的吊裝方案或相同的施工企業(yè)、施工技術(shù)及裝備,也可能會(huì)出現(xiàn)不同的吊裝、組裝偏差;③不同吊裝方案或不同施工企業(yè)因施工技術(shù)及裝備的差異,導(dǎo)致具體方案中吊具和吊耳結(jié)構(gòu)功能的差異,不同項(xiàng)目在關(guān)聯(lián)吊耳結(jié)構(gòu)、質(zhì)量及安全標(biāo)準(zhǔn)方面不統(tǒng)一,組焊在頂部的多個(gè)大吊耳的質(zhì)量通常難以在整體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及應(yīng)力分析設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確考慮,需要依據(jù)吊裝組裝經(jīng)驗(yàn)預(yù)先假設(shè)確定;④串管反應(yīng)器有別于其他大直徑殼體反應(yīng)器的一個(gè)特點(diǎn),就是其建造過程多個(gè)環(huán)節(jié)存在預(yù)組裝工序,現(xiàn)場(chǎng)組裝技術(shù)方案主要基于工地施工條件編制而成,沒有把前面的設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、預(yù)組裝檢測(cè)及運(yùn)輸?shù)冗^程對(duì)安裝相關(guān)技術(shù)的交互影響關(guān)聯(lián)到一起,難以起到前后環(huán)節(jié)互補(bǔ)的作用。

石油化工設(shè)備安裝過程中的吊裝是一項(xiàng)極為重要的技術(shù)。歐美很多國(guó)家對(duì)于大型化設(shè)備基本采用的是整體吊裝,將所有的塔內(nèi)附件均在地面安裝完成后進(jìn)行整體吊裝,而我國(guó)大型化、特種化石油化工設(shè)備的重量越來越大,高度也越來越高,安裝的難度也隨之加大,十幾年前大多采用的是分段吊裝,造成了一系列問題的產(chǎn)生[11]。因此,串管反應(yīng)器傳統(tǒng)的模塊吊裝過程組裝的方案需要在實(shí)踐中不斷向整體組裝后吊裝的技術(shù)方向探索,引領(lǐng)組裝技術(shù)的發(fā)展,才能在國(guó)際市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)整體三維立體結(jié)構(gòu)吊裝

(1)整體吊裝的條件。

首先是現(xiàn)場(chǎng)具有相應(yīng)的吊裝能力,主要包括主吊機(jī)械和副吊機(jī)械,廣義上則包括吊梁、吊耳及索具等配套能力。其次是現(xiàn)場(chǎng)有足夠的作業(yè)空間,安全的作業(yè)空間由串管反應(yīng)器整體及其加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的外形尺寸,以及吊裝機(jī)具的運(yùn)轉(zhuǎn)空間需求共同確定。在原有裝置周邊新建、擴(kuò)建、續(xù)建或是改建新的裝置時(shí),施工現(xiàn)場(chǎng)的吊裝空間是有限的。再次是經(jīng)驗(yàn)豐富的吊裝技術(shù)隊(duì)伍,包括相應(yīng)技術(shù)素質(zhì)工程技術(shù)人員、指揮吊裝人員及操作工人等。最后是可靠的吊裝技術(shù)方案,串管反應(yīng)器整體防吊裝變形控制可通過吊裝過程仿真分析及局部薄弱結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)等對(duì)策來實(shí)現(xiàn),優(yōu)化的方案通常來自多種吊裝方案的比較和反復(fù)修訂。在結(jié)構(gòu)自重和吊裝過程外來載荷動(dòng)態(tài)組合作用下,各夾套直管之間通過復(fù)雜的主體結(jié)構(gòu)和輔助結(jié)構(gòu)交互牽連,必須通過有限元數(shù)值分析技術(shù)才能進(jìn)行整體吊裝方案的設(shè)計(jì)校核。

(2)早期對(duì)整體吊裝的分析。

文獻(xiàn)[8]中指出4條夾套直管組裝成三維立體結(jié)構(gòu)吊裝的方案存在4個(gè)缺點(diǎn):①吊裝重量大,狹窄的施工現(xiàn)場(chǎng)很難滿足吊裝要求;②在地面組裝時(shí)會(huì)占用較大的施工場(chǎng)地,在地面上臥式組裝為“口”字型結(jié)構(gòu)施工難度也較大;③夾套直管之間所有H型鋼連接梁上的螺栓都是安裝螺栓,設(shè)計(jì)要求吊裝就位前不允許焊接固定連接梁,兩鉛垂面內(nèi)的所有連接梁均為平行桿結(jié)構(gòu),吊裝時(shí)上下兩個(gè)平面會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng),形成平行四邊形結(jié)構(gòu),從而不利于反應(yīng)器的吊裝與就位;④兩個(gè)頂部180°回彎頭無法隨筒體一起吊裝,需另外設(shè)置吊點(diǎn)、吊具,從而增加了施工成本。

(3)接近整體吊裝的主體吊裝實(shí)踐。

文獻(xiàn)[12]中對(duì)串管反應(yīng)器現(xiàn)場(chǎng)整體組裝后的吊裝方案進(jìn)行了分析,并在中國(guó)石化海南煉化公司20萬t/a聚丙烯串管反應(yīng)器的吊裝中,把4根管徑609 mm、長(zhǎng)39 000 mm的夾套直管在現(xiàn)場(chǎng)臥式組裝成外形尺寸為4 800 mm×4 800 mm×39 000 mm的主體。為了保證整體的組裝精度,臥式組裝中也裝配了3件180°的回彎頭,然后拆卸下彎頭,利用安裝在夾套直管頂部法蘭上的盲板蓋附帶的板式吊耳,成功地吊裝了只有夾套直管的反應(yīng)器主體,最后再3次吊裝主體頂部的回彎頭。這一實(shí)踐由于整體結(jié)構(gòu)不完整,以及現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)3件大彎頭進(jìn)行組裝、拆卸再組裝,離一次性整體吊裝反應(yīng)器尚有差距。

(4)整體吊裝的技術(shù)進(jìn)步及應(yīng)用。

文獻(xiàn)[13]根據(jù)串管反應(yīng)器需要現(xiàn)場(chǎng)組裝后再吊裝安裝的工程實(shí)際,指出組裝工藝視吊裝方案的不同也各有差異,一般采用整體組裝和分片組裝兩種吊裝工藝。由此表明整體吊裝的可行性,兩種吊裝方案都得到了業(yè)內(nèi)認(rèn)可。鑒于文獻(xiàn)[12]只針對(duì)反應(yīng)器主體吊裝,未能對(duì)反應(yīng)器整體進(jìn)行一次性吊裝的不足,實(shí)踐表明串管反應(yīng)器最佳的吊裝技術(shù)是一次性整體吊裝技術(shù),該技術(shù)關(guān)鍵應(yīng)在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核時(shí)就作為必須考慮的因素,為無損安裝鋪墊好技術(shù)基礎(chǔ),當(dāng)反應(yīng)器設(shè)計(jì)技術(shù)文件中沒有關(guān)于設(shè)備吊裝和安裝方面的規(guī)定時(shí),現(xiàn)場(chǎng)的吊裝和安裝方案也應(yīng)經(jīng)過反應(yīng)器設(shè)計(jì)方的會(huì)審。

整體組裝運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的建造形式具有明顯的優(yōu)點(diǎn):確保反應(yīng)器在現(xiàn)場(chǎng)安裝的尺寸精度更高,明顯縮小現(xiàn)場(chǎng)組裝夾套直管所需要的場(chǎng)地面積及其他場(chǎng)地條件,減少現(xiàn)場(chǎng)組裝夾套直管的環(huán)節(jié),提高運(yùn)輸效率和現(xiàn)場(chǎng)施工效率,整體結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度的抗損傷能力強(qiáng),最大程度保持反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)完整性,是該反應(yīng)器建造技術(shù)發(fā)展中應(yīng)有的創(chuàng)新舉措,代表國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。為此需要采取一系列技術(shù)對(duì)策:確保螺栓連接節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度,增強(qiáng)防止結(jié)構(gòu)錯(cuò)動(dòng)的定位,加強(qiáng)吊裝過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。2022年,國(guó)內(nèi)先后兩次分別起吊由4條和6條夾套直管組裝的串管反應(yīng)器整體(見圖12),均一次性吊裝成功,安裝過程順利,只需1天工期。這兩次實(shí)踐表明了串管反應(yīng)器在制造廠整體組裝后再整體短距離運(yùn)輸并整體吊裝的可行性,這一工程建設(shè)新形式在國(guó)內(nèi)還是領(lǐng)先的。

(5)整體吊裝的技術(shù)創(chuàng)新。

2023年1月,天津石化50萬噸INEOS工藝HDPE環(huán)管反應(yīng)器整體模塊化設(shè)計(jì)制造運(yùn)輸?shù)跹b方案評(píng)審會(huì)在茂名召開,來自業(yè)主、工程建設(shè)公司、重型起重運(yùn)輸公司、施工建設(shè)公司和設(shè)備制造廠的專家學(xué)者對(duì)方案進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的論證和評(píng)審。這是世界上HDPE環(huán)管反應(yīng)器整體模塊化設(shè)計(jì)制造、運(yùn)輸?shù)跹b的最新技術(shù),也是整體模塊化建造的最大的一套環(huán)管反應(yīng)器,于當(dāng)年順利實(shí)施,標(biāo)志著國(guó)內(nèi)烯烴裝置環(huán)管反應(yīng)器的設(shè)計(jì)制造、運(yùn)輸安裝模式的又一個(gè)里程碑。

3 附件的設(shè)計(jì)及組裝

從作業(yè)的主線及重要性來看,吊具的設(shè)計(jì)制造及附件的安裝雖然不是組裝技術(shù)的主要內(nèi)容,也對(duì)反應(yīng)器組裝的安全和效率有明顯的影響。反應(yīng)器分片組裝后進(jìn)行安裝的吊耳結(jié)構(gòu)禁忌選用圖13所示的軸式吊耳,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度過剩、焊接容易導(dǎo)致夾套主體的變形,難以修復(fù),結(jié)構(gòu)又引起夾套原結(jié)構(gòu)形狀的顯著突變,尤其是在每一條夾套直管的頂部增加了不容忽略的集中質(zhì)量,地震載荷作用時(shí)該集中質(zhì)量增大了頂部的橫向慣性,在反應(yīng)器自重作用中增加了彎矩。反應(yīng)器設(shè)計(jì)中如果沒有考慮諸多吊耳的集中質(zhì)量,所做的模態(tài)分析將偏離實(shí)際,其結(jié)果失去可靠性,危險(xiǎn)工況下反應(yīng)器的安全性難以判斷,總的判斷這種吊耳值得商榷的因素較多。

圖13 軸式吊耳Fig.13 Axle lug

對(duì)此,設(shè)計(jì)分析中應(yīng)預(yù)計(jì)適當(dāng)?shù)牡醵亓?吊裝專業(yè)應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)吊耳。文獻(xiàn)[13]中以某工程20萬t/a 聚丙烯裝置第一/第二串管反應(yīng)器吊裝用的吊耳及平衡梁的設(shè)計(jì)選型為例,論證吊耳的設(shè)計(jì)和平衡梁的選用,建議吊耳結(jié)構(gòu)選用捆綁式和焊接板式兩種形式,其中捆綁式吊耳不需要再在反應(yīng)器本體上焊接其他輔助性設(shè)施,吊裝準(zhǔn)備工作量較少,是較為適當(dāng)考慮的吊耳結(jié)構(gòu)。具體的捆綁式吊耳最好是可拆式組裝結(jié)構(gòu)[14],組裝時(shí)通過螺栓連接,螺栓連接的不是吊耳和反應(yīng)器之間的結(jié)構(gòu),而是吊耳本身的組合結(jié)構(gòu),螺栓主要起組合吊耳的組合和定位作用,但螺栓不直接承受反應(yīng)器自重,可拆吊耳在拆卸后應(yīng)檢測(cè)確認(rèn)無損傷,妥善保管、反復(fù)使用。板式吊耳可選用HG/T 21574—94《設(shè)備吊耳》中的TP型,除吊耳板材質(zhì)、焊接位置及要求、強(qiáng)度計(jì)算校核外,還要結(jié)合平衡梁的設(shè)計(jì)選型、索具的規(guī)格型號(hào)及長(zhǎng)度等綜合考慮。

4 結(jié)語

串管反應(yīng)器是一種特殊結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器,據(jù)粗略統(tǒng)計(jì),國(guó)產(chǎn)化串管反應(yīng)器已達(dá)200臺(tái)(套),而且出口國(guó)外多個(gè)國(guó)家,在國(guó)際市場(chǎng)上已具有相當(dāng)強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。反應(yīng)器通過模塊化預(yù)制是為了便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝,無論是預(yù)組裝還是現(xiàn)場(chǎng)安裝,質(zhì)量技術(shù)的進(jìn)步,都或多或少包含設(shè)備工程管理和設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新兩方面。

串管反應(yīng)器的組裝與吊裝雖然都屬于安裝的部分內(nèi)容,但是一方面兩者的概念是有區(qū)別的,組裝既有在地面的模塊式組裝,也有模塊在高空中構(gòu)成整體的組裝;另一方面,兩者的施工內(nèi)容是交互影響的,局部組裝或整體組裝都是吊裝的前提,而局部組裝好的模塊逐一吊裝到框架上后也是進(jìn)一步組裝成整體的條件。原來在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行組裝的施工內(nèi)容已經(jīng)可以前移到制造廠完成,現(xiàn)場(chǎng)的施工內(nèi)容主要是一次性整體吊裝,這一技術(shù)進(jìn)步是不斷地通過漸進(jìn)的小步跨越來實(shí)現(xiàn)的,是衡量該反應(yīng)器建造水平的重要標(biāo)志。

這一技術(shù)進(jìn)步的實(shí)踐中既有工程技術(shù)管理對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的引領(lǐng),也有技術(shù)創(chuàng)新對(duì)工程管理的促進(jìn),行業(yè)內(nèi)關(guān)聯(lián)企業(yè)的通力合作、聯(lián)創(chuàng)聯(lián)用是提高安裝質(zhì)量的必要手段,也是一次性順利安裝的重要保證,是業(yè)內(nèi)多方通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、開拓實(shí)踐來共同豐富的。

這一技術(shù)進(jìn)步的內(nèi)容已成為關(guān)聯(lián)到設(shè)備采購(gòu)、設(shè)計(jì)、制造、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)及吊裝等環(huán)節(jié)的一體化過程,運(yùn)輸中的轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)難度明顯提高了,需要項(xiàng)目初始就預(yù)定最后的組裝目標(biāo)及其實(shí)現(xiàn)方式,以吊裝環(huán)節(jié)的技術(shù)進(jìn)步引領(lǐng)前面各環(huán)節(jié)的技術(shù)進(jìn)步。

這一技術(shù)進(jìn)步的應(yīng)用帶有條件適應(yīng)屬性,涉及到場(chǎng)地環(huán)境、起重機(jī)具、吊裝方案及工程管理等因素,其中項(xiàng)目業(yè)績(jī)和工程經(jīng)驗(yàn)十分關(guān)鍵,成為與專利許可技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范同等重要的內(nèi)容。