哈薩克斯坦PKOP煉廠催化裂化裝置分餾塔整體吊裝工藝

龐學龍

中國石油天然氣第七建設有限公司，山東青島 266300

哈薩克斯坦PKOP 奇姆肯特煉油廠現代化改造工程中，新建200 萬t/a 催化裂化裝置是該工程的核心裝置，大型設備布局集中，安裝方式將直接制約整個施工工期，優化大型設備安裝方式至關重要。

1 裝置概況

分餾塔作為催化裂化裝置最大塔器，在國內分片預制，運輸至哈薩克斯坦施工現場進行組焊，整個施工周期長，占用場地大，制約條件多，對后期工序施工影響大，既要保障分餾塔施工工期，又要保證后續工序正常施工，分餾塔安裝形式成為該裝置安裝考慮的重點。

分餾塔直徑5 400 mm、總高度51 374 mm、殼體總質量257 t，塔盤38 層、塔盤支撐件約40 t，勞動保護結構約50 t，保溫層約10 t，附塔管件等附件約30 t，裝置總質量約387 t。

2 確定吊裝方法

按照設備安裝工藝以及以往同類設備安裝經驗，大型塔器安裝方法主要有以下4 種：其一，分段立式組對，大型吊車分段吊裝；其二，分段臥式組對，大型吊車分段吊裝；其三，臥式組焊成整體，大型吊車主吊，旋轉尾排溜放吊裝就位；其四，臥式組焊成整體，大型吊車主吊，大型吊車輔助吊裝就位。設備整體安裝工藝的工期短、效率高且高空作業量少，并能夠減少后續工序。

本分餾塔分段臥式預制后，在現場組焊成整體；完成設備本體及管道水壓試驗后，安裝完勞動保護、附塔管件及支架、防腐保溫、設備照明等所有附件；采用大型吊車整體吊裝就位，達到“塔起燈亮”效果。

2.1 大型吊裝設備資源

哈薩克斯坦PKOP 施工現場設備資源：DEMAG -CC5800 型1 000t履帶吊車1臺、DEMAG-CC2400 型400t履帶吊車1臺、利勃海爾LR1400 -1 型400t履帶吊車1臺和SANY -SCC2000 型200t履帶吊車1臺。

奇姆肯特周邊資源：多田野TADANO -ATF220G 型220t汽車吊1臺和徐工XCMG -XCA100 型100t 汽車吊1臺。

2.2 吊裝施工工藝

根據現有大型吊裝設備資源和吊裝原則并結合分餾塔的結構形式，采用1臺DEMAG-CC5800型1000t履帶吊車（SSL 工況，主臂帶超起）作為主吊設備，1臺DEMAG-CC2400 型400 t 履帶吊車（SSL 工況）為輔吊設備，在地面各工序施工完畢后，采用“單吊車提升，單吊車滑移法”將分餾塔整體吊裝就位。

3 前期準備

3.1 場地預留

吊裝方法確定后，根據吊裝方法進行現場施工場地策劃，采用大型吊車吊裝需有吊車站位場地，分餾塔位于整套裝置中心位置，東側緊鄰兩器框架，南側緊鄰主管廊，西側緊靠管廊，北側緊鄰泵棚，四個方向沒有大型吊車站位場地。結合施工進度安排，大型吊車站位在分餾塔的東南側位置，分餾塔擺放在分餾塔基礎的正南側，根據分餾塔擺放位置以及吊裝所需場地，預留區域見圖1。

圖1 場地預留

3.2 路基處理

1 000 t 履帶吊車行走及站位處的地基換填2 m戈壁土，每填厚250 mm 采用18 t 及以上振動式壓路機進行壓實，壓實后再鋪設上層戈壁土，整體水平度不大于3°，地基處理區域見圖1 虛線區域內。

3.3 平衡梁設計與制作

國內采購一套500 t 級平衡梁的費用高，且制作、運輸周期長，到貨時間容易滯后不能滿足需要，需自行設計和制作一套500 t 級支撐平衡梁，平衡梁及計算簡圖見圖2。

支撐梁材質：20#鋼；擋板、吊耳材質：Q235鋼；20#和Q235 鋼的許用應力[σ]=140 MPa；動載系數K 取值為1.2。

豎向載荷FV=250×1000×9.8×1.2=2 940（kN）；軸向壓力FN=FV/tan 60°=2 940/tan=60°=1 697.460（kN）；橫截面積A=π（D -δ）δ=π×（610-30）×30=54 636（mm2）；受壓彎矩M=FN×L=1 697.460×420=7.1×105（kN·mm）；抗彎斷面模數W=J /（0.5 D）=2.3×109/（0.5×610）=7.5×106（mm3）。其中：J=πD4·（1-α4）/64=π×6104×（1-0.901 64）/64=2.3×109（mm4）；α=（D-2δ）/D=（610-2×30）/610=0.901 6。

圖2 支撐平衡梁

平衡梁組合應力σ=FN/A + M/W=1 697.460/54 636+7.1×105/7.5×106=125（MPa）。

通過核算σ＜[σ]，平衡梁強度滿足要求。

平衡梁可采用有限元軟件建模校核，其應力云圖見圖3。

圖3 支撐平衡應力分析

圖4 分餾塔主吊耳

3.4 主吊耳設計

500 t 級主吊吊耳在HG/T 21574-2008《化工設備吊耳及工程技術要求》規范中沒有可直接選用的標準，超出了規范內容要求，需按照規范中吊耳強度算例所列方法核算自行設計的主吊吊耳應力強度，按單個吊耳最大起吊質量250 t 核算，主吊耳及計算簡圖見圖4。

管軸材質20#鋼，筋板、擋圈材質為Q235 鋼，20#、Q235 鋼的許用拉應力[σ]L=140 MPa。

綜合影響系數K 取值為1.65；豎向載荷FV=K·m·g=1.65×250×1 000×9.8=4 042 500（N）；橫向載荷FH=FV·tan15°=4 042 500×tan15°=1 083 184（N）；徑向彎矩M=FV·L=4 042 500×470=1.8×109（N·mm）；吊耳橫截面積A=π（D -δ）δ=π×（1 100 -25）×25=84 387（mm2）；吊耳抗彎斷面模數W=J /（0.5 D）=1.22×1010/（0.5×1 100）=2.2×107（mm3），其中：J=πD4·（1-α4）/ 64=π×1 1004×（1 -0.954 54）/64=1.22×1010（mm4），α=（D-2σ）/D=（1 100-2×25）/1 100=0.954 5；吊耳拉應力σLT=FH/ A=1 083 184 / 84 387=12.8（MPa）；吊耳最大彎曲應力σLb=M/W=1.8×109/2.2×107=86.3（MPa）；組合應力σL=σLT+σLb=12.8+86.3=99.1（MPa）。

通過核算σL＜[σ]L，主吊吊耳強度滿足要求。

主吊耳可采用有限元軟件建模校核，其應力云圖詳見圖5。

圖5 分餾塔主吊耳應力分析

4 吊裝工藝

4.1 分餾塔分段運輸

分餾塔分片到貨后，立式組對成節，臥式組對成上下兩段，下段需整體熱處理，上、下段在預制平臺上安裝完塔器支撐件，采用230 t 軸線車分段運輸到施工現場，分餾塔下段質量為175 t，上段質量為122 t。各段運輸裝車時用兩臺400 t 履帶吊車采用“兜底法”雙車抬吊進行裝車，卸車時用單臺1 000 t 吊車采用“兜底法”進行卸車，分餾塔分段裝車見圖6，分餾塔分段運輸見圖7。

圖6 分餾塔分段裝車

圖7 分餾塔分段運輸

4.2 分餾塔擺放

分餾塔整體擺放在基礎的南側，分餾塔頂部朝北，底部朝南，擺放時主吊吊耳為水平向，輔助吊耳朝上布置，具體擺放位置見圖8。

圖8 分餾塔擺放位置

4.3 吊耳設置

主吊吊耳：在分餾塔EL 47 000 mm 位置焊接一對自行設計的500 t 級管式吊耳。

輔助吊耳：在分餾塔EL 3 000 mm 位置設置一對板式吊耳，吊耳選用HG/T 21574-2008《化工設備吊耳及工程技術要求》規范中的AP-150 型管式吊耳。在熱處理前將吊耳焊接完畢，一并進行熱處理。

4.4 吊裝加固

輔助吊耳位置采用無縫鋼管進行口字型加固，防止吊裝過程輔助位置變形。

4.5 索具設置

主吊索具：500 t 級5.5 m 支撐平衡梁一套；1對φ120 mm×30 m 鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩每根一圈使用。

支撐梁連接索具：1 對φ52 mm×10 m 鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩每根一圈使用；采用2個85 t 卸扣與平衡梁吊耳連接。

輔助索具：1 對φ120 mm×20 m 鋼絲繩扣，每根一圈使用；采用2個120 t 卸扣與輔助吊耳連接。

4.6 吊車設置

（1）主吊吊車：1 000 t 履帶吊車SSL 工況，吊車作業半徑24 m，吊車桿長78 m，吊車額定起質量457 t，超起配重質量400 t。

分餾塔本體質量387 t，吊鉤16 t，平衡梁索具12 t，總質量415 t。

吊裝載荷質量為415 t×1.1=456.5 t，滿足吊裝要求（1.1 為吊裝載荷動載系數）。

（2）輔助吊車：400 t 履帶吊車SSL 工況作業半徑14 m，吊車桿長42 m，超起配重質量268 t，超起配重質量120 t。

分餾塔輔助質量210 t，吊鉤7 t，平衡梁索具3 t，總質量220 t。

吊裝載荷質量為220 t×1.1=242 t，滿足吊裝要求（1.1 為吊裝載荷動載系數）。

4.7 吊裝過程控制

（1）吊裝前交底。正式吊裝前進行交底，主要對安裝方法、注意事項進行詳細的交底，確保吊裝一次成功。

（2）吊車站位、系掛索具。主、輔履帶吊車調整吊裝站位位置，與規定半徑相符后系掛索具并將索具預緊，確定吊裝索具和吊車跑繩無可見偏擺。

（3）試吊。將分餾塔水平吊起離開鞍座約0.3m，停止吊裝，進行檢查，檢查合格后，準備正式吊裝。

（4）簽署吊裝令。檢查確認后，簽署“吊裝命令書”，進行正式吊裝。

（5）正式吊裝。指揮人員指揮主吊吊車和輔助吊車相互配合，將分餾塔吊裝直立，然后摘除輔助索具。主吊吊車向分餾塔基礎方向旋轉臂桿、提升，使分餾塔移動到地腳螺栓正上方0.2 m 后調整方位，緩慢落鉤，使分餾塔平穩落到基礎上。分餾塔吊裝見圖9。

圖9 分餾塔吊裝

5 工藝效果

在哈薩克斯坦境內吊裝設備和吊具匱乏的條件下，利用現有資源和自行設計的吊具，實現了超大型設備的整體吊裝，施工周期短并且無任何安全、質量事故發生，節省了吊具購置成本，對今后安裝此類超大型設備有非常好的借鑒意義。

6 結束語

大型設備整體吊裝主要考慮場地的布置、吊點的設置、吊裝設備和索具的選擇等，這幾點是關系到設備能否吊裝成功的關鍵。本臺分餾塔吊裝主要考慮如下問題：

（1）平衡梁的設置：分餾塔吊裝采用自行設計和核算的支撐平衡梁，核算方法和數據至關重要。

（2）主吊吊耳的設置：分餾塔吊耳超出規范選用范圍，需按照規范計算方法自行設計并采用有限元軟件校核其強度。

（3）設備擺放：分餾塔直徑大，長度長，現場場地有限，需預留足夠施工場地擺放。

國內大型塔器整體吊裝技術成熟，但在海外施工受到吊裝設備及機具的限制，實現超大型設備整體吊裝難度很大，因此要充分利用現有資源和施工環境，制訂切實可行的安裝方案并不斷改進，創造更大的經濟效益。