孫洪峰

(南京海陸化工科技有限公司，南京 200015)

近年來，隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)化學(xué)品需求的增長以及工程建設(shè)能力的飛速進(jìn)步，石化、煉化裝置設(shè)備朝著大型化發(fā)展，石油化工裝置中大型反應(yīng)器、高塔的噸位和高度與過去相比已不可同日而語【1】。以往1 000 t以上的反應(yīng)器和80 m以上的高塔非常少見，而今噸位2 000 t以上的反應(yīng)器和高度100 m以上的塔器在芳烴、乙烯及煤化工裝置里已屢見不鮮。以往設(shè)備的吊耳由設(shè)計(jì)院通盤考慮，隨設(shè)備一同出圖。伴隨著設(shè)備大型化帶來的吊裝技術(shù)和大型吊裝機(jī)械的發(fā)展變化,以及項(xiàng)目管理模式、專業(yè)分工和設(shè)計(jì)工程師自身工程經(jīng)驗(yàn)等方面的限制，對(duì)吊耳結(jié)構(gòu)與設(shè)置上的考慮受到設(shè)備設(shè)計(jì)思維影響較多，對(duì)吊裝工程機(jī)械與吊裝工藝的考慮尚不全面。盡管吊耳自身的設(shè)計(jì)制造費(fèi)用占整個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)制造費(fèi)用的比例是很小的，但吊耳設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響到吊裝工程的進(jìn)度、質(zhì)量、安全和成本等諸多方面，因此要引起重視，全面考慮。

1 吊裝總質(zhì)量的確定

由于整體吊裝效率高，吊裝工藝技術(shù)簡單，能最大限度地縮短吊裝工期，減少高空作業(yè)，保證人員作業(yè)的安全，保證設(shè)備組對(duì)、焊接及焊后熱處理的質(zhì)量，并且設(shè)備上的附件(包括附塔管線、電氣儀表、防腐保溫、防火結(jié)構(gòu)以及梯子平臺(tái)、埋板等)安裝可隨設(shè)備一起起吊。在工程建設(shè)過程中，業(yè)主也希望“穿衣戴帽，塔起燈亮”，樹立形象，因此，大型設(shè)備一般來說都盡可能采用整體吊裝。當(dāng)塔器采用整體吊裝時(shí)，確定塔器吊裝時(shí)的實(shí)際總質(zhì)量至關(guān)重要，它是決定吊耳型式與結(jié)構(gòu)尺寸的重要因素。塔器吊裝時(shí)的實(shí)際總質(zhì)量應(yīng)考慮以下因素【2】:

1) 設(shè)備自身質(zhì)量，包括筒體、錐段、封頭、法蘭、接管、人孔及裙座等；

2) 隨塔安裝的塔盤、填料及其支撐梁、支撐環(huán)、分布器、再分布器、噴頭等內(nèi)件質(zhì)量；

3) 保溫(保冷)、防腐、防火層及其支撐圈質(zhì)量；

4) 梯子平臺(tái)、欄桿、扶手等勞動(dòng)保護(hù)設(shè)施質(zhì)量；

5) 附塔管線、埋板、管架、托架等依附于設(shè)備的構(gòu)件質(zhì)量。

以上質(zhì)量中，塔盤、填料及其支撐梁、支撐環(huán)、分布器、再分布器、噴頭等內(nèi)件往往由專業(yè)塔內(nèi)件制造商供貨；梯子平臺(tái)、欄桿、扶手等勞動(dòng)保護(hù)設(shè)施，附塔管線、管架、托架等依附于設(shè)備的構(gòu)件需要預(yù)制并在現(xiàn)場進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)組裝；保溫(保冷)、防腐、防火層一般進(jìn)行專業(yè)分包，由專業(yè)施工隊(duì)伍完成。一方面，設(shè)計(jì)工程師將以上種種因素考慮到吊裝質(zhì)量中，齊全且準(zhǔn)確是比較困難的。因?yàn)榇笮驮O(shè)備除設(shè)備自身質(zhì)量外，其余因素占吊裝總質(zhì)量的比例很大，設(shè)計(jì)工程師為了保證吊裝的安全進(jìn)行，只能將吊裝總質(zhì)量的裕量放得很大，再疊加上吊裝所需的較大的安全系數(shù)，易引起殼體厚度隨之增加。另一方面，由于大型設(shè)備(特別是反應(yīng)器、塔器)的制造周期較長，需要提前訂貨，設(shè)備的施工圖設(shè)計(jì)往往在項(xiàng)目前期就已經(jīng)完成，而此時(shí)設(shè)計(jì)工程師尚無法掌握塔內(nèi)件到貨計(jì)劃、現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制情況、專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)場計(jì)劃等相關(guān)資料，甚至在設(shè)計(jì)階段業(yè)主也無法確認(rèn)哪些內(nèi)件在設(shè)備吊裝前安裝，吊裝前是否安裝勞動(dòng)保護(hù)設(shè)施，以及附塔管線、保溫(保冷)、防腐、防火層等結(jié)構(gòu)是否隨設(shè)備一起吊裝。因此，在設(shè)計(jì)階段，即便設(shè)計(jì)工程師能夠準(zhǔn)確計(jì)算出以上各項(xiàng)質(zhì)量數(shù)值，除EPC總承包項(xiàng)目外，若項(xiàng)目采用平行發(fā)包模式，要想準(zhǔn)確確定吊裝總質(zhì)量也是十分困難的。

2 管軸式吊耳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在石化、煉化工程建設(shè)中，管軸式吊耳是立式設(shè)備吊裝中最常見的吊耳型式。現(xiàn)以管軸式吊耳為例進(jìn)行探討。目前，國內(nèi)的設(shè)備管軸式吊耳一般按HG/T 21574—2018《化工設(shè)備吊耳設(shè)計(jì)選用規(guī)范》選取，采用小口徑薄壁管軸并在內(nèi)腔加復(fù)雜筋板的方式(結(jié)構(gòu)形式如圖1所示)。而國際上通常采用的管軸式吊耳，管軸內(nèi)不設(shè)筋板，或?yàn)橹锌帐?，或設(shè)加強(qiáng)環(huán)，通過加大管子的直徑和厚度來滿足強(qiáng)度要求(結(jié)構(gòu)形式如圖2所示)。這種吊耳由于筒體吊耳處的焊接應(yīng)力小，且容易焊接，明顯優(yōu)于國內(nèi)吊耳標(biāo)準(zhǔn)系列。從管軸長度來看，國際上通常以大繩徑少股數(shù)吊索為前提條件，將管軸設(shè)計(jì)得較短，而國內(nèi)吊耳標(biāo)準(zhǔn)則以小繩徑多股數(shù)吊索為前提條件，不得不將管軸設(shè)計(jì)得較長。從理論上講，前者明顯更為合理，因?yàn)楣茌S受力后，彎曲應(yīng)力約占吊耳強(qiáng)度的2/3【3】。從吊裝實(shí)踐來看，福建煉油乙烯項(xiàng)目吊裝單位承擔(dān)該項(xiàng)目的大型設(shè)備吊裝任務(wù)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了優(yōu)化，即在設(shè)備吊耳設(shè)計(jì)時(shí)摒棄吊耳標(biāo)準(zhǔn)的弊端，超出國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中列出的標(biāo)準(zhǔn)管軸式吊耳的模式和類別，借鑒國際上管軸式吊耳設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念，加大鋼絲繩繩徑以減少股數(shù)，從而縮短了管軸長度，使吊耳的結(jié)構(gòu)形式更為合理。在吊裝方案審查時(shí)，作為吊裝方案中的一個(gè)亮點(diǎn)得到了中國石化集團(tuán)吊裝組專家的肯定【4】。

3 吊耳位置的確定

吊耳位置的確定取決于設(shè)備的吊裝條件。設(shè)計(jì)工程師在確定吊耳周向方位時(shí)，僅能事先了解設(shè)備的管口、梯子平臺(tái)外伸梁等的布置情況，清楚其周向方位布置，從而充分考慮其對(duì)設(shè)備吊裝的影響，避免軸式吊耳正上方及附近方位有影響吊裝的管口或梯子平臺(tái)外伸梁的存在。但是吊耳軸向位置的確定，還需要綜合考慮吊裝現(xiàn)場場地情況、吊裝單位可投入的吊車情況、臺(tái)班費(fèi)用、吊裝單位現(xiàn)有的機(jī)索具以及設(shè)備制造排板等情況。

圖1 國內(nèi)的管軸式吊耳形式

圖2 國際通用的管軸式吊耳形式

從理論上說，對(duì)于整體吊裝的立式設(shè)備，主吊耳的位置只要在設(shè)備的重心以上即可滿足吊裝要求。但對(duì)于高度較大的立式設(shè)備，由于吊耳可選擇的軸向位置范圍較大，常常存在把握不準(zhǔn)的情況。從受力的角度分析，吊耳位置若位于設(shè)備重心以上并靠近重心附近,其優(yōu)點(diǎn)是可以減小設(shè)備吊裝時(shí)的溜尾力，以便選用較小級(jí)別的溜尾吊車，節(jié)約吊車出場費(fèi)和臺(tái)班費(fèi)。同時(shí)，對(duì)于細(xì)高形薄壁設(shè)備，吊耳設(shè)置在設(shè)備重心附近，還可降低吊裝時(shí)的彎曲應(yīng)力，防止設(shè)備變形。但吊耳設(shè)置在設(shè)備重心附近、遠(yuǎn)離頂部存在以下弊端【5】：

1) 需要有較寬闊的吊裝場地。設(shè)備正面起吊時(shí)，其頂部會(huì)頂?shù)降踯嚤蹢U；若側(cè)面起吊，則平衡梁正對(duì)吊車臂桿，需要有較大的作業(yè)半徑，才能避免平衡梁與吊車臂桿相碰。如果吊裝現(xiàn)場空間狹小，受到管廊、鋼結(jié)構(gòu)及周邊設(shè)備的制約，則會(huì)增大設(shè)備吊裝的難度。

2) 不利于吊裝過程控制。設(shè)備吊裝達(dá)到脫排臨界角時(shí)，因設(shè)備自身的慣性，溜尾吊車難以控制設(shè)備的擺動(dòng)，而設(shè)備的左右搖擺會(huì)對(duì)吊車臂桿產(chǎn)生側(cè)向力，可能對(duì)吊車臂桿產(chǎn)生較大危害。

3) 如果設(shè)備重力產(chǎn)生的力矩不足以克服吊耳與鋼絲繩之間摩擦力產(chǎn)生的力矩，設(shè)備脫排后無法直立。

4) 吊耳距離設(shè)備頂部較遠(yuǎn)，吊裝單位的繩索、纜索未必能滿足長度要求。

因此， 吊耳的軸向位置在滿足設(shè)備自身強(qiáng)度的前提下， 最理想的選擇是視吊裝的具體情況決定。

4 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)吊耳設(shè)計(jì)分工的規(guī)定

NB/T 47041—2014《塔式容器》并未明確設(shè)備吊耳的設(shè)計(jì)是由設(shè)計(jì)單位完成還是由吊裝單位完成，僅在第6.9.2條規(guī)定：“塔式容器設(shè)置吊耳時(shí)，吊耳的結(jié)構(gòu)、位置及數(shù)量應(yīng)考慮吊裝方式及塔式容器的質(zhì)量，由設(shè)計(jì)單位和施工單位協(xié)同確定，且應(yīng)考慮塔殼的局部應(yīng)力?！庇捎凇端饺萜鳌肥撬髟O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性規(guī)范，因此目前國內(nèi)一些設(shè)計(jì)院將塔器的吊耳設(shè)計(jì)納入其工作范圍。

GB 50798—2012《石油化工大型設(shè)備吊裝工程規(guī)范》第5.1.2條規(guī)定：“設(shè)備吊耳應(yīng)由施工單位提出技術(shù)條件，并應(yīng)由設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。設(shè)備吊耳宜與設(shè)備制造同步完成?！?/p>

SY/T 6279—2016《大型設(shè)備吊裝安全規(guī)程》第5.2.3及5.3.7.2條、SH/T 3515—2017《石油化工大型設(shè)備吊裝工程施工技術(shù)規(guī)程》第5.1.4條皆明確規(guī)定吊耳設(shè)計(jì)由吊裝單位完成。

另外，SH/T 3074—2018《石油化工鋼制壓力容器》第7.9.1規(guī)定：“大型設(shè)備吊耳的設(shè)計(jì)應(yīng)按SH/T 3515由吊裝單位負(fù)責(zé)完成。設(shè)計(jì)單位選用的或制造廠自帶的吊裝設(shè)施，應(yīng)在吊裝單位核算確認(rèn)后，才能夠在現(xiàn)場吊裝時(shí)采用?！逼錀l文說明中也對(duì)該條進(jìn)行了補(bǔ)充說明：“按照SH/T 3515的規(guī)定，起重施工技術(shù)文件(包括吊耳的計(jì)算)應(yīng)由吊裝單位編制，并由吊裝單位的總工批準(zhǔn)。容器的設(shè)計(jì)單位不具備吊裝資質(zhì)和技術(shù)。對(duì)于特殊設(shè)備，吊裝單位可以根據(jù)吊裝方案，向容器的設(shè)計(jì)或制造單位提出安裝吊耳(包括吊耳、尾耳、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等)的要求(包括材料、結(jié)構(gòu)、方位和技術(shù)要求)，由設(shè)計(jì)單位確認(rèn)不會(huì)影響容器使用后，再完成吊耳的制作及安裝。”

5 設(shè)備吊裝一體化總承包模式對(duì)吊裝設(shè)計(jì)分工的啟示

2004年，中國石化茂名石化乙烯改擴(kuò)建工程實(shí)行大型設(shè)備吊裝一體化總承包，這種新型管理模式顯示出其內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。由于全廠大型設(shè)備吊裝工程實(shí)行統(tǒng)一總承包，總承包方可根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃、現(xiàn)場場地情況及自身的吊裝資源情況進(jìn)行細(xì)致、全面的考慮，選擇最優(yōu)的吊耳設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，大型設(shè)備吊裝一體化管理，還可使吊裝工程自始至終得到強(qiáng)有力的技術(shù)支持和保障?？偝邪炭梢砸劳械某蓡T來自業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等單位的吊裝專家組，可對(duì)大型設(shè)備吊裝方案進(jìn)行嚴(yán)格的專家級(jí)審核【6】。同時(shí)，大型設(shè)備吊裝一體化總承包克服了先前吊耳的設(shè)計(jì)與使用分屬不同單位造成的協(xié)調(diào)困難、職責(zé)不清這一缺陷。此后，在中石化海南石化、青島煉化、福建石化等石化、煉化的大型項(xiàng)目上的應(yīng)用，進(jìn)一步體現(xiàn)了大型設(shè)備吊裝一體化總承包模式的專業(yè)化優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)論

1) 吊裝單位綜合考慮大型塔器的吊裝、吊耳的設(shè)計(jì)由吊裝單位負(fù)責(zé)完成，更加適應(yīng)現(xiàn)代石化、煉化工程設(shè)備大型化的特點(diǎn)。

2) 吊裝屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程。吊耳的設(shè)計(jì)由吊裝單位負(fù)責(zé)完成，并不意味著設(shè)計(jì)單位對(duì)吊耳的設(shè)計(jì)撒手不管?？偟膩碚f，塔器的設(shè)計(jì)單位和吊裝單位在工程管理目標(biāo)上是一致的，都是要確保塔器吊裝萬無一失。因此，吊裝單位完成吊耳設(shè)計(jì)后，經(jīng)設(shè)計(jì)單位審核確認(rèn)各種細(xì)節(jié)，再交給制造廠連同設(shè)備本體一起進(jìn)行制造，并做好后續(xù)吊耳的驗(yàn)收工作，能夠更加全面地確保吊耳滿足吊裝要求，安全可靠。