周文昊

中石化重型起重運(yùn)輸工程有限責(zé)任公司 北京 100029

隨著國內(nèi)大型設(shè)備吊裝行業(yè)的迅速興起，常規(guī)吊裝技術(shù)的應(yīng)用日趨成熟，非常規(guī)設(shè)備的吊耳設(shè)計(jì)、吊裝方案的安全性，以及施工便捷程度的有效提高成為新的挑戰(zhàn)。隨著工藝的進(jìn)步，裝置建設(shè)規(guī)模越來越大，大型薄壁細(xì)長設(shè)備的規(guī)格不斷增大，對(duì)整體吊裝技術(shù)的要求越來越高。國內(nèi)現(xiàn)有的薄壁細(xì)長設(shè)備整體吊裝時(shí)，主吊耳一般選用兩對(duì)管式吊耳，尾吊耳選用一對(duì)管式（板式）吊耳。國內(nèi)某項(xiàng)目凈化裝置尾氣放空筒97.5m，設(shè)備的長細(xì)比值過大，若采用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置吊耳，設(shè)備整體吊裝時(shí)會(huì)產(chǎn)生塑性變形，質(zhì)量不能保證，因而如何優(yōu)化吊耳設(shè)計(jì)型式成為吊裝過程中考慮的著重點(diǎn)。

1 概述

該項(xiàng)目主要生產(chǎn)氫氣、合成氣、氮?dú)獾裙I(yè)氣體供園區(qū)內(nèi)用戶使用，并生產(chǎn)甲醇、乙二醇、醋酸等化工產(chǎn)品，項(xiàng)目大型設(shè)備主要分布在凈化及CO 分離裝置、甲醇裝置、煤氣化裝置、華誼爐裝置、乙二醇裝置和醋酸6套裝置中。其中凈化裝置尾氣放空筒總長97500mm，直徑1626mm，壁厚10mm，重46t。考慮到分段吊裝工期施工長，以及高處作業(yè)內(nèi)容增加帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，決定采用整體吊裝，選用兩臺(tái)履帶式起重機(jī)（SCC7500 型750t 級(jí)履帶式起重機(jī)主吊，QUY75 型75t 級(jí)履帶式起重機(jī)溜尾）整體吊裝就位。

2 吊耳設(shè)計(jì)

設(shè)備整體吊裝時(shí)，撓度變形對(duì)設(shè)備影響較大。為了防止撓度變形的影響，在現(xiàn)有四主吊點(diǎn)整體吊裝工藝的基礎(chǔ)上，采用多增設(shè)尾部吊點(diǎn)的辦法，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種新型尾部吊耳。即采用4 只管式主吊耳和2 只管式尾吊耳的吊裝工藝。其中4 只主吊耳按照傳統(tǒng)工藝上、下相互錯(cuò)開設(shè)置；2 只尾吊耳在同一方位上、下對(duì)稱設(shè)置（尾吊耳1 和尾吊耳2 在設(shè)備筒體的軸向方向上下間隔一定距離，且在設(shè)備筒體的徑向方向沿軸線對(duì)稱設(shè)置），單個(gè)管軸吊耳采用立板與設(shè)備筒體連接，設(shè)計(jì)圖紙如圖1 和圖2 所示[1]。

圖1 尾氣放空筒吊耳設(shè)置圖

圖2 尾氣放空筒溜尾吊耳詳圖

3 應(yīng)力校核分析

尾氣放空筒筒體材質(zhì)為S30408，吊耳材質(zhì)均為S30408。根 據(jù)GB150—2011，S30408 許 用 應(yīng) 力[σ]=137MPa，[σ]焊=[σ]×0.7=95.9MPa，[τ]=[σ]×0.7=95.9MPa，彈性模量E=2.04e+11n/ m2。

3.1 整體吊裝受力分析

以設(shè)備起吊狀態(tài)校核設(shè)備整體強(qiáng)度及剛度，在力學(xué)模型中，將設(shè)備簡化為承受均布載荷的外伸梁模型，取均布載荷q=4717.95N/ m。

根據(jù)尾氣放空筒水平起吊時(shí)的力學(xué)模型模擬計(jì)算，得出尾氣放空筒剪力彎矩匯總表，見表1。

表1 尾氣放空筒水平起吊時(shí)剪力彎矩匯總 N·m

可知，尾氣放空筒水平起吊時(shí)最大彎矩：Mmax=681743.775N·m

水平起吊時(shí)各截面的慣性矩：

I=Π（D4- d4）/ 64=0.0166m4

水平起吊時(shí)各截面的抗彎模量：

W=ΠD3（1- a4）/ 32=0.02m3

尾氣放空筒橫截面的最大彎曲應(yīng)力：

σmax=Mmax/ W=34.08MPa

可見，σmax<[σ]，其中[σ]為尾氣放空筒筒體許用應(yīng)力。

尾氣放空筒最大線應(yīng)變：

ε=σmax/ E=1.67×10-6m。

尾氣放空筒水平起吊時(shí)，各段的位移匯總于表2。

表2 尾氣放空筒水平起吊時(shí)各段位移匯總 m

由各段位移和轉(zhuǎn)角可知，尾氣放空筒水平起吊時(shí)最大撓度為29.97mm。綜合以上計(jì)算結(jié)果可知，選用4 點(diǎn)吊裝可滿足尾氣放空筒吊裝條件。

3.2 主吊耳受力分析

3.2.1 水平吊裝狀態(tài)吊耳焊接處應(yīng)力計(jì)算

以上計(jì)算數(shù)值中，取最大絕對(duì)應(yīng)力值：16.8MPa<[σ][2]。

綜上計(jì)算，主吊耳吊裝全過程安全。

3.3 抬尾吊耳受力分析

新型管式抬尾吊耳采用管軸與筒體通過立板焊接的型式，連接示意圖如圖3 所示。

根據(jù)以上力學(xué)模型模擬計(jì)算可知，尾吊吊裝過程中，內(nèi)側(cè)立板受力情況最差，故只需對(duì)內(nèi)側(cè)立板進(jìn)行強(qiáng)度校核。內(nèi)側(cè)立板示意圖見圖3。

圖3 內(nèi)側(cè)立板示意圖

以上力學(xué)模型計(jì)算均較為保守，主吊及尾吊所設(shè)筋板均未計(jì)入計(jì)算范圍，且在充分考慮動(dòng)載系數(shù)的情況下，通過計(jì)算證明，吊裝過程不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損傷。

4 吊裝過程分析

4.1 主吊點(diǎn)吊裝工藝

結(jié)合廣西華誼項(xiàng)目現(xiàn)有吊裝索具情況，采用已有的成熟吊裝工藝方法，索具選擇θ52×4m 鋼絲繩4根、θ36×36m 鋼絲繩2 根、θ48×14m 鋼絲繩4 根，120t 轉(zhuǎn)輪2 只，2.6m 的150t 吊裝梁1 根，配套卸扣10只。

主吊耳通過鋼絲繩與滑輪連接，滑輪通過鋼絲繩與平衡梁連接，平衡梁通過鋼絲繩與吊鉤連接，保證設(shè)備從水平至豎直狀態(tài)過程中，4 個(gè)主吊耳受力均勻，平穩(wěn)過渡。索具設(shè)置詳見圖4[4]。

4.2 尾吊點(diǎn)吊裝工藝

抬尾索具選擇φ52×4m 鋼絲繩1 根、φ42×20m鋼絲繩1 根、55t 轉(zhuǎn)輪1 只，配套卸扣1 只。

抬尾吊耳通過鋼絲繩與轉(zhuǎn)輪連接，轉(zhuǎn)輪通過鋼絲繩與吊鉤連接，同樣保證了設(shè)備從水平至豎直狀態(tài)過程中抬尾吊耳受力均勻，平穩(wěn)過渡。索具設(shè)置如圖5 所示[4]。

5 結(jié)語

在尾氣放空筒吊裝過程中，通過對(duì)尾吊耳的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，采用獨(dú)特的四主吊耳和雙尾吊耳工藝方法，安全高效地完成了設(shè)備吊裝。在吊裝過程，通過實(shí)際測量，對(duì)理論數(shù)據(jù)和實(shí)際吊裝數(shù)據(jù)進(jìn)行互相印證，達(dá)到了安全控制的要求。吊裝完成后經(jīng)檢查測量，設(shè)備未發(fā)生變形，安裝垂直度找正完好。通過以上措施，很好地避免了以往同類設(shè)備吊裝過程中容易產(chǎn)生的設(shè)備質(zhì)量問題。在該項(xiàng)目凈化裝置中，采用此方法順利完成了兩臺(tái)尾氣防空筒的吊裝。實(shí)踐證明，采用雙尾吊的多吊點(diǎn)整體吊裝工藝對(duì)尾氣放空筒等細(xì)長、薄壁、大噸位設(shè)備的吊裝是安全可行的。細(xì)長設(shè)備無論截面如何，只要撓度、設(shè)備吊耳處的局部應(yīng)力、設(shè)備起吊的強(qiáng)度等方面達(dá)不到兩主吊點(diǎn)的要求，都可以采用此種工藝方法，安全方便，經(jīng)濟(jì)可行，縮短工期，效果良好，可為同類大型設(shè)備整體吊裝提供參考。因此，該吊裝工藝可以拓展到更加廣泛的領(lǐng)域。