賀延偉 王景濤 崔鵬宇

陜西化建工程有限責(zé)任公司 陜西楊凌 712100

隨著石油化工、冶金等建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工程中的關(guān)鍵設(shè)備正在向特重、特大型方向發(fā)展，特別是化工項(xiàng)目的塔器設(shè)備更是如此。同時(shí)，建設(shè)工程項(xiàng)目為更快地投產(chǎn)，從而獲得經(jīng)濟(jì)收益，吊裝的工期逐漸縮短，大部分塔器設(shè)備會(huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)采用穿衣戴帽的形式進(jìn)行整體吊裝及運(yùn)輸。為此，以海南逸盛石化項(xiàng)目的高壓精餾塔吊裝為依托，開(kāi)展塔器設(shè)備一體化吊裝技術(shù)研究。

海南逸盛石化有限公司250 萬(wàn)t/ a 精對(duì)苯二甲酸（PTA）項(xiàng)目高壓精餾塔, 到場(chǎng)后采用4000t 履帶吊和1250t 履帶吊整體吊裝就位。該設(shè)備外形尺寸為Φ8500/ 7600×80500，凈設(shè)備重1278t。

1 方案特點(diǎn)

（1）使用SPMT 液壓軸線車運(yùn)輸設(shè)備。液壓軸線車具有自行動(dòng)力、承載力強(qiáng)、操作方便、轉(zhuǎn)向靈活、升降功能，以及縱、橫向任意組合等特點(diǎn)。

（2）使用叉車擺放支墩，該方法既節(jié)約時(shí)間，又能克服場(chǎng)地狹小的問(wèn)題。

（3）使用4000t 履帶吊配備的2600t 級(jí)專用平衡梁。保持被吊設(shè)備的平衡，避免吊索損壞設(shè)備；縮短吊索的高度，減小動(dòng)滑輪的起吊高度；利用專用的平衡梁，設(shè)備吊裝時(shí)，易于設(shè)備回轉(zhuǎn)，可以解決索具與設(shè)備本體接管、法蘭等發(fā)生的干涉；減少索具對(duì)設(shè)備的擠壓或使設(shè)備發(fā)生變形，大大降低設(shè)備質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 設(shè)備運(yùn)輸及卸車方案

2.1 卸船

高壓精餾塔到達(dá)海南逸盛石化項(xiàng)目碼頭后，首先確認(rèn)設(shè)備船舶裝貨情況，將船舶上影響大型設(shè)備滾卸的物件進(jìn)行清理；其次，在潮汐達(dá)到高潮的狀況下，進(jìn)行設(shè)備的滾卸。設(shè)備卸船利用SPMT 液壓軸線車的升降功能，先降低低于支墩高度，之后再行升高落，使設(shè)備重量全部作用在液壓板車上，然后駛出碼頭。

2.2 設(shè)備運(yùn)輸

設(shè)備運(yùn)輸最重要的是前期準(zhǔn)備，包含車輛拼裝、場(chǎng)地的清理及平整。車輛拼裝：高壓精餾塔運(yùn)輸采用四輛六軸線、四輛四軸線模塊車及操作控制系統(tǒng)，2 個(gè)組合成為2輛16 軸線2 縱列模塊車，模塊車寬度為6m。運(yùn)輸路線的清理及平整：由技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)設(shè)備運(yùn)輸路線首先進(jìn)行模擬，確定需清理的區(qū)域。

2.3 卸車

高壓精餾塔卸車通過(guò)利用SPMT 液壓軸線車的升降功能，首先與吊裝區(qū)域相連，確定吊裝幅度；然后從設(shè)備主吊耳處確定支墩擺放位置，再使用叉車將12 個(gè)支墩擺放至卸車位置；液壓軸線車升高超過(guò)支墩高度，到達(dá)位置之后再行降低落至支墩上面；液壓板車上的載荷達(dá)到設(shè)備重量的20%時(shí)，觀察支墩是否出現(xiàn)下陷；如果沒(méi)有出現(xiàn)地基下陷，則繼續(xù)泄壓，使設(shè)備的重量全部作用在支墩上，完成卸車。圖1 為支墩擺放圖。

圖1 支墩擺放圖

3 設(shè)備吊裝方案

設(shè)備重心分裙座和筒體兩段計(jì)算：L1為裙座質(zhì)心距離設(shè)備基礎(chǔ)環(huán)板距離，L2為設(shè)備筒體質(zhì)心距離設(shè)備底部距離。

根據(jù)公式（1）計(jì)算總質(zhì)心位置。

式中：L——設(shè)備重心距設(shè)備基礎(chǔ)環(huán)板距離，mm；

n——設(shè)備分段數(shù)，n＝2；

Gi——各分段的重量（i＝1，…，n）,t；

Li——各分段質(zhì)心Si到各段底面的距離（i＝1，…，n）,mm。

4 吊裝機(jī)械受力計(jì)算

設(shè)備重量、主、副起重機(jī)起吊時(shí)承載設(shè)備重量分別為G、F1、F2。根據(jù)計(jì)算，重心位置和主、副吊點(diǎn)位置如圖2 所示。

圖2 設(shè)備吊點(diǎn)布置圖

設(shè)備起吊時(shí)，F(xiàn)+T=G=1381.5t，F(xiàn)2=1381.5-F1

依據(jù)力矩平衡原理∑MF2=0，得：F1×(L1-L2)=G×(L-L2)

已知，L1=66675mm；L2=436mm；L=35461.43mm。

解得，F(xiàn)1=714.63t，F(xiàn)2=667.17t

設(shè)備直立過(guò)程中，主吊車受力增大，溜尾吊車受力減小。

5 吊裝計(jì)算

本次吊裝采用單主機(jī)抬吊遞送法吊裝工藝，即用1臺(tái)4000t 履帶吊主吊，1 臺(tái)1250t 履帶吊配合溜尾。

主吊車為XGC880004000t 履帶吊，SSL 工況，2000t超起配重，29m 超起半徑；114m 主臂工況，24m 作業(yè)半徑；額定起重量為1765t；設(shè)備吊裝重量為1621.5t[1278t（設(shè)備）+103.5t（勞動(dòng)保護(hù)）+240t（吊索具）]；負(fù)荷率為91.87%（1621.5t÷1765t）。

溜尾吊車為徐工XGC16000 1250t 履帶吊，480t 超起配重，21m 超起半徑；72m 主臂，16m 作業(yè)半徑；額定起重量為763t；設(shè)備吊裝重量為702.17t[667.17t（溜尾力）+35t（吊索具）]；負(fù)荷率為92.03%（702.17t÷763t）。

綜上，吊裝機(jī)械在此工況下，滿足如圖所示吊裝站位，則起重性能滿足吊裝要求。

6 主要技術(shù)

6.1 主吊耳核算

6.1.1 設(shè)計(jì)和強(qiáng)度核算

主吊耳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 主吊耳結(jié)構(gòu)圖

主吊耳材料為Q345，屈服強(qiáng)度σs=325MPa；許用應(yīng)力 [σ]=325/ 1.6=203MPa；許用剪應(yīng)力 [τ]=203×0.6=121MPa。

根據(jù)《化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》（HG/ T 21574- 2018）對(duì)主吊耳進(jìn)行校核。吊耳管根部截面積尺寸按照Φ1600mm×58mm 進(jìn)行校核。

式中：K——綜合影響系數(shù)，1.5；

G——設(shè)備本體質(zhì)量，1278t；

θ——吊索張角，吊索與豎直方向的夾角，最大允許張角5°；

L——主吊耳最大受彎力臂長(zhǎng)度，600mm；

D0——主吊耳外徑；

S—吊耳管厚度，58mm。

根據(jù)以上計(jì)算可知，主吊耳能夠滿足強(qiáng)度要求。

6.1.2 有限元分析

管軸式主吊耳按照設(shè)備圖紙進(jìn)行3D 建模，并劃分為104 個(gè)區(qū)域。對(duì)管軸式主吊耳墊板及吊耳管軸施加約束，將吊耳受力面移至靠近擋圈360mm 處，加載1.0×107N的力。根據(jù)計(jì)算機(jī)給出的靜應(yīng)力分析圖及總變形圖，最小應(yīng)力部分?jǐn)?shù)值為1.3147×10-3MPa，所產(chǎn)生的總變形量為1.9178×10-6mm；最大應(yīng)力數(shù)值為3.2852MPa ＜[σ]=325MPa，所產(chǎn)生的總變形量為9.8223×10-2mm，故主吊耳安全可用。

6.1.3 主吊耳的檢測(cè)報(bào)告

高壓精餾塔軸耳根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行超色、磁粉、TOFD 檢測(cè)。對(duì)本臺(tái)設(shè)備軸耳的焊縫進(jìn)行了100%UT MT TOFD 檢測(cè)，檢測(cè)長(zhǎng)度共計(jì)2.4m。根據(jù)NB/ T 47013- 2015 標(biāo)準(zhǔn)，以上焊縫最終檢測(cè)結(jié)果合格。

6.2 溜尾吊耳設(shè)計(jì)、強(qiáng)度核算

溜尾吊耳材料為Q345；

屈服強(qiáng)度：σs=315MPa；

許用應(yīng)力：[σ]=315/ 1.6=196MPa；

許用剪應(yīng)力：[τ]=196×0.6=117MPa；

許用擠壓應(yīng)力：[σhz]=2σs=630MPa。

根據(jù)《化工設(shè)備吊耳設(shè)計(jì)選用規(guī)范》（HG/ T 21574- 2018）對(duì)溜尾吊耳進(jìn)行校核。

6.2.1 吊耳孔擠壓強(qiáng)度

吊耳孔擠壓強(qiáng)度計(jì)算見(jiàn)式（2）。

式中：K——綜合影響系數(shù)，1.5；

F——最大溜尾力，667.17t；

n——吊耳數(shù)量，4；

S——吊耳板厚度，120mm；

S1——補(bǔ)強(qiáng)板厚度，20mm；

D——吊耳孔直徑，140mm；

dr——卡環(huán)銷軸直徑，134mm；

E——彈性模量，200GPa；

R——吊耳頂部圓弧半徑，200mm；

D1——補(bǔ)強(qiáng)板直徑，300mm。

由以上計(jì)算可知，溜尾吊耳孔擠壓強(qiáng)度滿足要求。

6.2.2 截面強(qiáng)度計(jì)算

圖4 為溜尾吊耳示意圖。

圖4 溜尾吊耳示意圖

7 吊裝場(chǎng)地處理

7.1 作業(yè)場(chǎng)地需求

4000t 吊車履帶寬度2.2m，長(zhǎng)度為19.2m（受力實(shí)際長(zhǎng)度17.5m），此工況下起重機(jī)前車重2900t。吊裝設(shè)備直立時(shí)對(duì)地壓力最大，吊裝設(shè)備及索具總質(zhì)量1622t[1278t+104t (附加) +240t(鉤頭索具)]。由于超起后車不離開(kāi)地面，可認(rèn)為后車對(duì)前車產(chǎn)生的拉力質(zhì)量同為1622t。吊裝時(shí)每條履帶下鋪設(shè)8 塊路基箱以分散起重機(jī)對(duì)地面的壓力（實(shí)際受壓7 塊），路基箱尺寸8000mm×2800mm×280mm，單塊重16t，吊裝時(shí)單側(cè)路基箱對(duì)地面的實(shí)際接觸面積為S=B×L=2.8×8×7=156.8m2。

考慮載荷分布不均勻因素影響，取1.25 的系數(shù)。故4000t 吊車前車對(duì)地表面產(chǎn)生的平均壓強(qiáng)計(jì)算見(jiàn)式（3）。

式中：S——路基箱對(duì)地面的實(shí)際接觸面積，m2；P1——鋪設(shè)路基箱之后對(duì)地表產(chǎn)生的壓強(qiáng)，Pa；

B——路基箱寬度,m；

L——路基箱鋪設(shè)長(zhǎng)度（實(shí)際受壓）,m。為此，地表的地基承載力特征值達(dá)到25.38t/ m2，即可滿足4000t 履帶吊車吊裝需求。同理，4000t 履帶吊車后車，地表的地基承載力特征值達(dá)到15.86t/ m2，即可滿足4000t 履帶吊車后車吊裝需求。

7.2 吊裝場(chǎng)地處理方案

大件設(shè)備吊裝場(chǎng)地根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果和起重機(jī)對(duì)地壓強(qiáng)要求，現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)一般場(chǎng)地不適宜直接作為吊裝場(chǎng)地的天然地基。根據(jù)海南逸盛石化項(xiàng)目地勘報(bào)告勘點(diǎn)平面布置圖，同時(shí)查看工程土質(zhì)刨面圖，4000t 履帶吊吊裝區(qū)域?yàn)殡s填土地基承載力特征值為80kPa。采用如下?lián)Q填法地基處理措施：先對(duì)地面下挖2300mm，然后向上鋪設(shè)路基石2200mm，進(jìn)行平整后填灌混合料200mm，并使用壓路機(jī)分層壓實(shí)壓平。處理后的場(chǎng)地坡度不大于2°，接地比壓大于0.2538MPa。

7.3 地基承載力檢測(cè)

通過(guò)計(jì)算4000t 履帶吊車吊裝地表的地基承載力特征值達(dá)到25.38t/ m2，即可滿足需求。因此，在地基處理完成后，委托具有資質(zhì)的第三方進(jìn)行地基承載力檢測(cè)。吊裝站位處，左、右履帶各取兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)荷載520kPa，靜載24h 后，沉降量12.16mm，故4000t 履帶吊吊裝區(qū)域可安全使用。

8 結(jié)論

大型設(shè)備運(yùn)輸、卸車及吊裝一體化方案中的理論計(jì)算是重點(diǎn)，是指導(dǎo)作業(yè)的有力依據(jù)，必須準(zhǔn)確、詳細(xì)的核算。吊裝方案中還有其他關(guān)鍵環(huán)節(jié)的計(jì)算也不可忽視，例如平衡梁核算、鋼絲繩核算、地耐力強(qiáng)度核算等?？傊?，大型設(shè)備吊裝中的每個(gè)環(huán)節(jié)必須核實(shí)并確定安全，才能確保吊裝順利安全的完成。同時(shí)，設(shè)備運(yùn)輸路線的清理及平整，確保設(shè)備能夠安全有效地運(yùn)至吊裝區(qū)域也是不可或缺的。