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        C8 切割塔整體吊裝技術(shù)探討

        2022-03-07 09:26:14
        石油化工建設(shè) 2022年11期
        關(guān)鍵詞:見式彎曲應(yīng)力吊耳

        姬 鵬 孫 賀

        中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266500

        某石油化工集團(tuán)千萬噸級煉化一體化項目中,苯乙烯裝置有兩臺超大型塔器,其中C8切割塔長度近80m、直徑2.8m、壁厚22mm,是典型的細(xì)長薄壁設(shè)備。此臺塔的吊裝是本裝置建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點,通過優(yōu)化設(shè)計吊耳的形式和位置,以及相關(guān)計算校核,確定了C8切割塔的吊裝方案,保證設(shè)備的安全順利吊裝。

        1 主吊車和抬尾吊車受力計算

        C8切割塔凈重161t,附件(含附塔管線、梯子平臺、電儀和保溫等)重量為45t,鉤頭重量15t,吊索具重量5t,所以吊裝總重量為226t。

        重心計算見式(1)。

        式中:Gi——設(shè)備各部件重量;

        G——設(shè)備總重量;

        Xi——設(shè)備各部件重心高度;

        X——設(shè)備重心高度。

        主吊車和抬尾吊車受力計算見式(2)。

        式中:F1——起吊時主吊車承載設(shè)備重量;

        F2——起吊時抬尾吊車承載設(shè)備重量;

        X1——主吊耳距重心距離;

        X2——抬尾吊耳距重心距離。

        根據(jù)以上公式即可計算出設(shè)備的重心高度、起吊時主吊車和抬尾吊車受力(起吊時主吊耳和抬尾吊耳受力)。根據(jù)圖1 中設(shè)備的主吊耳位置,將各部件重量代入上式,求得起吊時主吊車承載124t,抬尾吊車承載82t。

        圖1 主吊耳位置示意圖

        2 吊車配置

        根據(jù)現(xiàn)場平面布置、設(shè)備高度和重量,擬采用XGC12000 型800t 級履帶式起重機主吊、QUY300 型300t 級履帶式起重機抬尾。主吊車和抬尾吊車工藝參數(shù)見表1 和表2。

        表1 起升時吊裝參數(shù)

        表2 就位時吊裝參數(shù)表

        3 吊耳設(shè)計

        主吊耳設(shè)計為管軸式吊耳,為了減小設(shè)備局部應(yīng)力,將吊耳管軸外徑增加至600mm。為了降低設(shè)備起吊時的撓度,主吊耳設(shè)置位置向下移動至距離上封頭切線11.7m 處,設(shè)計圖見圖2。抬尾吊耳根據(jù)規(guī)范選用2 只50t級板式吊耳。

        圖2 主吊耳設(shè)計圖(材質(zhì)Q345R)

        C8切割塔壁厚僅22mm,為了確保吊耳處設(shè)備局部強度滿足要求,依據(jù)WR107 公報,使用SW6- 2011 分別在設(shè)備起吊和就位兩種情況下進(jìn)行校核計算。

        3.1 校核基本參數(shù)

        圖3 為吊耳應(yīng)力計算簡圖。柱殼內(nèi)徑Di=2800.00mm;柱殼公稱厚度T=22.00mm;圓形附件或接管外徑D2=600.00mm;接管伸出長度H=240.00mm;附件位置L=11700.00mm;水平力V1=1030000.00N;水平力V2=620000.00N。

        圖3 吊耳應(yīng)力計算簡圖

        殼體集中系數(shù)和幾何系數(shù):徑向力Fz=0N;軸向力Vx=103.0 ×104N; 周 向 力 Vy=62.0 ×104N; 彎 矩Mx=1488.0×105N·mm;彎矩My=- 2472.0×105N·mm;扭矩Mt=0N·mm;薄膜應(yīng)力集中系數(shù)Kn=1;彎曲應(yīng)力集中系數(shù)Kb=1;殼體幾何參數(shù)γ=Rm/ (T- C+T3)=64.136;連接件幾何參數(shù)β=0.5×0.875×D2/ Rm=0.186。

        3.2 應(yīng)力計算公式

        Fz 引起的薄膜應(yīng)力:

        Fz_M=Kn×W×Fz/ (Rm×TT);

        Fz 引起的彎曲應(yīng)力:

        Fz_B=6×Kb×W×Fz/ (TT×TT);

        Mx 引起的薄膜應(yīng)力:

        Mx_M=Kn×W×Mx/ (Rm×Rm×β×TT);

        Mx 引起的彎曲應(yīng)力:

        Mx_B=6×Kb×W×Mx/ (Rm×β×TT×TT);

        My 引起的薄膜應(yīng)力:

        My_M=Kn×W×My/ (Rm×Rm×β×TT);

        My 引起的彎曲應(yīng)力:

        My_B=6×Kb×W×My/ (Rm×β×TT×TT);

        P 引起的周向薄膜應(yīng)力:P_MC=P×R/ T1;

        P 引起的軸向薄膜應(yīng)力:P_MA=0.5×P×R/ T1;

        Mt 引起的剪應(yīng)力:

        Mt_S=Mt/ (2×π×R0×R0×TT);

        Vx 引起的剪應(yīng)力:Vx_S=Vx/ (π×R0×TT);

        Vy 引起的剪應(yīng)力:Vy_S=Vy/ (π×R0×TT);

        3.3 應(yīng)力計算結(jié)果

        最大表面應(yīng)力Smax=545.1MPa;

        最大膜應(yīng)力Sm=192.0MPa;

        材料許用應(yīng)力Sa=185.0MPa;

        Smax≤3Sa=3×185.0=555.0MPa),且Sm≤1.5Sa=555.0MPa,滿足要求。

        4 吊索具配置

        設(shè)備直徑為2.8m,主吊耳為管軸式吊耳,因此選用支撐長度3.3m 的300t 級支撐式組合平衡梁一組。根據(jù)吊裝重量、提升高度、吊裝方法和索具規(guī)格、尺寸等因素選擇主吊車鋼絲繩及卸扣。鋼絲繩在繞過不同尺寸的銷軸或滑輪時,其強度能力應(yīng)根據(jù)彎曲情況折減。折減后的鋼絲繩強度能力可依據(jù)《石油化工工程起重施工規(guī)范》SH/ T3536- 2011 確定。吊裝示意圖見圖4。起吊時設(shè)備彎矩圖見圖5。

        圖4 主吊裝示意圖

        圖5 起吊時設(shè)備彎矩圖

        5 整體穩(wěn)定性及撓度校核

        5.1 基本參數(shù)

        設(shè)備材質(zhì)Q345;材料許用應(yīng)力[σ]=181MPa;材料彈性模量E=206000N/ mm2;吊裝重量G=2060000N;設(shè)備高度H=77650mm;設(shè)備外徑D=2844mm;設(shè)備壁厚S=22mm;主吊耳到頂部距離X=11700mm。

        設(shè)備慣性矩(I)計算見式(3)。

        主吊耳到抬尾吊耳距離的計算式見式(4)。

        L=H- X=77650- 11700=65950mm (4)

        5.2 強度計算

        均布載荷(q)的計算見式(5)。

        設(shè)備抗彎截面模量(Wr)計算見式(6)。

        主吊耳下部彎矩(ML)的計算見式(7)。

        主吊耳上部彎矩(MX)的計算見式(8)。

        最大彎矩(Mmax) 取ML 和MX 較大值, 即Mmax=352.96×107N·mm。

        彎曲應(yīng)力(σW)的計算見式(9)。

        σW<[σ]=181,滿足要求。

        5.3 撓度計算

        撓度的計算見式(10)。

        則,ωL<H/ 300=77650/ 300=258.83,滿足要求。

        6 結(jié)語

        C8切割塔的成功吊裝就位,證明吊裝技術(shù)規(guī)劃是合理可行的。對于細(xì)長設(shè)備,可以通過調(diào)整主吊耳位置,將主吊耳的位置向重心偏移一定距離,來減小設(shè)備撓度。對于薄壁設(shè)備,可以采用加大吊耳管軸直徑的方法,來降低吊耳處的設(shè)備局部應(yīng)力。

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