張繼選 張培玲 張志剛 侯學(xué)綱

（1.中石油第二建設(shè)有限公司，甘肅蘭州 730060；2.甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院，甘肅蘭州 730050）

0.引言

隨著煉油化工裝置長時(shí)間運(yùn)行，部分較大型框架內(nèi)設(shè)備由于運(yùn)行時(shí)間長，達(dá)到報(bào)廢期或工藝落后，需要整體更換，根據(jù)框架現(xiàn)狀、實(shí)際情況選擇合理、安全、優(yōu)質(zhì)的更換方法顯得尤為重要。蘭州石化公司120萬噸/年重油催化裂化裝置預(yù)熱回收系統(tǒng)框架內(nèi)設(shè)備省煤器由于運(yùn)行時(shí)間長，工藝落后，有四組省煤器需要拆舊換新，且四組省煤器在框架中部，上部框架高、設(shè)備多，加之改造工期有限，整體從上到下拆除不現(xiàn)實(shí)，工程技術(shù)人員通過現(xiàn)場勘查，優(yōu)化方案，最后采用制作整體框架，每具省煤器整體水平拖運(yùn)、吊裝更換的一種創(chuàng)新方法，有效解決了問題[1]。

1.設(shè)備最大規(guī)格尺寸

（1）舊省煤器規(guī)格尺寸：5600×3500×3400最大重量60000kg；（2）新省煤器規(guī)格尺寸：5600×3500×3400最大重量45000kg。

2.框架設(shè)計(jì)說明

（1）在原有框架正南面制作新框架。

（2）新框架必須經(jīng)過計(jì)算可以承重單臺(tái)省煤器最大整體重量。

（3）框架高度是最高處省煤器最底部高度，如最上部省煤器底部高度12000mm，框架高度就設(shè)計(jì)、制作為12000mm高。

（4）框架設(shè)計(jì)計(jì)算說明。鋼架設(shè)計(jì)為方形鋼架，均由H型鋼組裝焊接而成。鋼框架規(guī)格尺寸為：5000×4500×12000mm，軌道支撐架主要由立柱、主梁、次梁組成。主立柱主要承受軸向壓應(yīng)力，主橫梁承受彎曲應(yīng)力，次梁加固主梁保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

本計(jì)算書僅對(duì)主梁和立柱進(jìn)行核算，次梁和斜撐不做計(jì)算，這樣的計(jì)算結(jié)果更為安全。本結(jié)構(gòu)中所有的材料包括立柱、主梁、次梁等全部使用Q235-A。Q235-A屈服應(yīng)力σs=235MPa（GB700-88），許用應(yīng)力[σ]=σs/1.5=156.7MPa，許用剪切應(yīng)力 [τ]=0.7[σ]=109.7MPa。

立柱、橫梁承載最大重量按60000kg考慮，考慮受力不均衡系數(shù)取1.3，則鋼架立柱的設(shè)計(jì)載荷為78000kg。

1）立柱設(shè)計(jì)計(jì)算。立柱采用350×350×6×12的WH型鋼，在5000mm段上有兩根立柱承受壓力。按最不利狀態(tài)計(jì)算，假設(shè)兩根立柱承受設(shè)備所有的重量，則單根立柱承受的壓力為F0=78000/2=39000kg，立柱高度12000mm。不考慮結(jié)構(gòu)連接加強(qiáng)的部分，按所有重量由單根立柱承擔(dān)受壓進(jìn)行計(jì)算[2]。

面積A=10356mm2，最大慣性矩Ix=257340000mm4，截面抗彎模量Wx=1470000mm3，截面慣性半徑i=157.6mm，L=12000mm，長度因子μ=1。

計(jì)算長細(xì)比λ=μL/i=76。

對(duì)應(yīng)查表（3）得到軸向壓桿穩(wěn)定系數(shù)φ=0.807。

則立柱壓應(yīng)力 σ1=F0/φA==46.6MPa＜ [σ]=156.7MPa，滿足要求，安全。對(duì)應(yīng)的計(jì)算結(jié)果見表1所示。

表1 立柱計(jì)算表

由長細(xì)比可查穩(wěn)定系數(shù)，不同的材料穩(wěn)定系數(shù)不同，此鋼架采用Q235作為立柱計(jì)算，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)見表2所示。

表2 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)(Q235)

2）水平拖運(yùn)軌道梁設(shè)計(jì)計(jì)算。水平牽引時(shí)，四根水平主梁受力最大的是5000mm段的中部處（中部彎曲最大），按四根梁同時(shí)承受設(shè)備的重量均布載荷的彎曲應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)計(jì)采用焊接H型鋼，規(guī)格WH300×300×6×12，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 WH焊接H型截面特性參數(shù)表

σ=M/W=114.3＜[σ]=156.7MPa，滿足要求，安全。

3）結(jié)論。經(jīng)上述計(jì)算，立柱及水平拖運(yùn)主梁均滿足要求，設(shè)計(jì)的鋼架安全可靠。

3.施工程序及要領(lǐng)

（1）拆除安裝順序?yàn)樽陨隙逻M(jìn)行更換，就是將最上部拆除、安裝結(jié)束后，再進(jìn)行第二臺(tái)作業(yè)、以此類推。（2）作業(yè)人員在需要更換的省煤器下方拆除阻擋設(shè)備水平運(yùn)輸?shù)母郊斑B接件，將兩更根H型鋼在省煤器合適位置支放（一直延伸到設(shè)計(jì)的框架最南邊緣）、將兩根H型鋼焊接成整體，并固定坐落在外部設(shè)計(jì)的鋼架水平橫梁上。（3）用四臺(tái)20t手拉葫蘆，將原有框架需要更換的最上部省煤器提起（脫離原有支座50mm），割開正南面小型H型鋼（阻擋省煤器水平運(yùn)輸），移走。（4）四臺(tái)20t手拉葫蘆同時(shí)落鉤，將需要更換的省煤器落在焊接好的H型鋼上。（5）兩臺(tái)20t手拉葫蘆在設(shè)計(jì)的新框架最南面拉運(yùn)，將更換的省煤器水平向南運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)讲糠殖雠f框架時(shí)，選擇合適位置吊車提升，以減輕水平倒鏈拉力，互相配合直到省煤器完全從舊框架出來。（6）大型吊車將省煤器吊下，完成省煤器拆除任務(wù)。（7）同樣方法將新省煤器安裝到位。（8）將新設(shè)計(jì)的框架整體割開吊走（最上部高度和需要更換的下一臺(tái)省煤器底部一樣高）。（9）同樣方法更換下一臺(tái)，順序同樣方法更換完四臺(tái)省煤器[3]。

4.結(jié)語

該施工方法將120萬噸/年重油催化裂化裝置四臺(tái)省煤器順利更換到位。實(shí)踐證明，該方法新框架可以提起施工，提高了效率，為裝置改造節(jié)約了寶貴時(shí)間，主要是所有更換過程提升高度低（相當(dāng)于提升50mm左右），安全有了可靠保障，是一種值得推廣使用的新方法，值得同行們借鑒。