空分壓縮機上蓋組合吊裝翻轉一例

2019-09-09 09:35:26岳彩閣

智能城市 2019年16期

關鍵詞：設備

岳彩閣

（中石化第十建設有限公司，山東青島 266555）

1 概述

1.1 工程概況說明

國內福建某項目空分裝置引進一臺2008年產進口壓縮機，該壓縮機在2008年生產完以后引進國內，一直放置在業主位于上海的碼頭倉庫內，2016年轉運至福建項目。

此設備布置于裝置東側的壓縮機廠房內，廠房尺寸：54 m×27 m×21 m，廠房為鋼結構+彩鋼板構造形式，內有保溫板和隔音板構造。廠房內設置1臺60噸級頂部操作式橋式起重機，跨度25.5 m，軌頂標高為18 m。該壓縮機為分體式供貨，分體形式為上蓋、下蓋、轉子、內置冷卻卻器管束幾部分。其中上蓋部分需要進行現場進行180°翻轉更換內部的二級diffuser和wall，更換完畢后，再次進行180°翻轉，然后吊裝就位，此設備廠家要求必須在壓縮機廠房封閉后相關作業。上蓋重量40 t，外形尺寸4 103 mm×3 562 mm×2 770 mm，見圖1。

圖1 拆除兩側軸承蓋及頂部冷卻器端蓋后的尺寸圖

2 方案的選定

2.1 吊裝空間分析與模擬

上蓋翻轉空間要求：4 717 mm×3 562 mm×9 300 mm；

橋式起重機可提供的操作空間：19.8 m×15 m×15 m；

壓縮機廠房可提供的操作空間：18 m×18 m ×20 m；

流動式起重機的操作空間：14 m×7.3 m×20 m，吊車通行空間要求：13.93 m×2.8 m×3.575 m；

廠房門洞的通行空間分析：6 m×5.5 m；

運輸板車尺寸要求：12 m×3 m×1.5 m。

經以上分析，結合cad 進行空間布置模擬，翻轉空間見圖2，運輸及卸車空間見圖3。

圖2 翻轉空間模擬圖

圖3 運輸及卸車空間模擬圖

2.2 吊裝受力分析

起吊時主輔吊車的受力簡圖見圖4。

圖4 主輔吊車受力圖

橋式起重機大吊鉤受力分析：

橋式起重機大鉤額定負荷65 t；

輔吊選取QY70K-I型吊車，主臂19.82 m，支腿全伸，工作半徑7 m，額定起重量28.5 t。

表1 主輔吊鉤從水平位置至翻轉90°位置受力變化曲線對比圖

主輔吊點索具三維空間布置見圖5，鋼絲繩受力分析見圖6。

圖5 主輔吊點索具三維空間布置

圖6 翻轉吊耳吊點鋼絲繩受力示意圖

由圖6可知，主吊點：連接翻轉吊耳鋼絲繩（按翻轉至90°位置狀態為最大受力狀態分析）。

鋼絲繩選型吊重計算按42 t，鋼絲繩型號為6X37 （a），纖維芯_公稱抗拉強度1 960 MPa。

鋼絲繩安全系數：

式中：P—鋼絲繩最小破斷拉力（kN）；N—鋼絲繩股數，取N=4；E—鋼絲繩效率系數；T—沿鋼絲繩方向的拉力（kN）。

①鋼絲繩最小破斷拉力P：

式中：K′—最小破斷力系數；查表可知K′=0.33；d—鋼絲繩公稱直徑（mm），取d=56 mm；R0—鋼絲繩公稱抗拉強度（MPa），取R0=1 960 MPa；α—考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數，α=0.82；計算得P=1 663.26 kN。

②鋼絲繩效率系數E：

先根據公式計算繩索的比例系數：

式中：D—銷軸或滑軸直徑（mm），取D=57 mm；d—繩索公稱直徑（mm），取d=56 mm；計算得R=1.02。

繩索效率系數E按下式計算，可得E=0.5。

式中：mt—鋼絲繩吊重（kg），取mt=41；g—重力加速度g=9.8 m/s2，α—鋼絲繩與水平線夾角，取α=66°；k1—動載系數，取k1=1.1；計算得T=483.81 kN。

經計算得K=6.94≥6，滿足要求。輔吊點鋼絲繩受力示意圖如圖7所示。

圖7 輔吊點鋼絲繩受力示意圖

輔吊吊點：連接頂部吊耳鋼絲繩（按水平抬吊時0°狀態為最大受力狀態分析）

21.892 723×5=109.463 615 t，鋼絲繩選型吊重計算按23 t計算，L=3 m，單股使用選型計算如下：

鋼絲繩型號為6X37 （a），纖維芯公稱抗拉強度1 670 MPa。

鋼絲繩安全系數可按下式計算：

式中：P—鋼絲繩最小破斷拉力（kN）；N—鋼絲繩股數，取N=2；E—鋼絲繩效率系數；T—沿鋼絲繩方向的拉力（kN）。

①鋼絲繩最小破斷拉力P按下式計算：

式中：K′—最小破斷力系數；查表可知K′=0.33；d—鋼絲繩公稱直徑（mm），取d=60 mm；R0—鋼絲繩公稱抗拉強度（MPa），取R0=1 670 MPa；α—考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數，α=0.82；計算得P=1 626.85 kN。

②鋼絲繩效率系數E：

先根據公式計算繩索的比例系數：

式中：D—銷軸或滑軸直徑（mm），取=219 mm；d—繩索公稱直徑（mm），取=60 mm；計算得R=3.65。

繩索效率系數E按下式計算，可得E=0.74。

式中：mt—鋼絲繩吊重（kg），取mt=23；g—重力加速度g=9.8 m/s2；α—鋼絲繩與水平線夾角，取α=56°；k1—動載系數，取k1=1.1；計算得T=299.07。

經計算得K=8.03≥6，滿足SH/T 3515—2017中表7.2.2安全系數要求。

吊耳的安全校核，提升蓋和設備整體受力圖如圖8所示。

圖8 提升蓋和設備整體受力圖

1.許用應力σ

對于塑性材料（大多數結構鋼和鋁合金）

式中：σs—塑性桿件材料的屈服極限；n—安全系數，n=1.5～2.5，n取1.5。

吊蓋選用材質為：Q345A，查《鋼結構設計規范》（GB 50017—2003）可知σs=295 MPa，故σ=196.67 MPa。

2.提升蓋吊耳板的強度校核

（1）設備呈臥態時。

① 設備成臥態時，作用于提升蓋上的提升力FH為：

式中：FH—設備成臥態時，作用于提升蓋上的提升力（N）；mc1—設備的計算吊裝質量（kg）；g—吊裝所在地的重力加速度g=9.8 m/s2；L1—設備重心至提升力FH的水平距離（mm），取值為1 386 mm；L2—設備重心至溜尾力FT的水平距離（mm），取值為1 842 mm。

② 設備的計算吊裝質量mc1為：

式中：mc—設備、提升蓋和連接螺柱螺母三者質量之和（kg），取值為35 000 kg；k—載荷系數，取k=1.21，計算得FH=236 829.39 N。

③ C-C截面的彎曲應力為：

式中：M—彎矩（N· mm）；W—抗彎截面模量（mm3）；h—提升蓋吊耳板圓孔中心至C-C截面的距離（mm），取值為100 mm；t2—提升蓋吊耳板厚度（mm），取值為50 mm；R—提升蓋吊耳板圓弧半徑（mm），取值為120 mm。

④ C-C截面應滿足的強度條件

當C-C截面為焊縫時：

式中：σC-C—吊耳板焊縫的許用應力（ MPa），一般取0.7×0.85σ；計算得σC-C=49.34 MPa＜σhf=117.02 MPa，可知滿足要求。

（2）設備呈立態時。

設備呈立態時提升蓋的受力，如圖9所示。

圖9 立態時提升蓋受力圖

① B-B截面的拉應力為：

式中：Fv—設備直立時作用于提升蓋上的垂直提升力（N）。

② A-A截面的剪應力為：

③ 若σB-B≤σ、τA-A≤τ=0.7σ時，設備直立時提升蓋的強度滿足要求。計算得：

σB-B=38.11 MPa＜σ=196.67 MPa；

τA-A=76.22 MPa＜τ=137.67 MPa。

根據以上計算可知提升蓋的吊耳板強度滿足要求。

3.提升蓋法蘭盲板的強度校核

（1）設備呈臥態時。

法蘭盲板的彎曲應力為：

式中：FH—設備臥態時，作用于提升蓋上的提升力；r0—提升蓋法蘭盲板上吊耳板處的當量半徑（ mm），計算得r0=72.5 mm；t1—法蘭盲板厚度（ mm），取值為50 mm；t2—吊耳板厚度（ mm），取值為50 mm；m—泊松比的倒數，3.7（泊松比μ取μ=0.27）；Rb—法蘭盲板螺栓圓半徑（ mm），Rb=0.5Db，取值為100 mm；K1—系數，計算得K1=0.24。

（2）設備呈立態時。

法蘭盲板的彎曲應力為：

（3）校核。

強度校核條件：

當σmw≤σ，σm1≤σ時滿足要求，式中：σ—鋼材的許用彎應力。計算得：

σmw=45.37 MPa＜σ=196.67 MPa ；

σm1=108.19 MPa＜σ=196.67 MPa。

根據計算可知提升蓋法蘭盲板的強度滿足要求。

綜合以上計算可知，吊耳板強度滿足要求，法蘭盲板滿足要求，故吊蓋滿足要求。

3 吊裝前的準備工作

吊裝前需與總包溝通好、需要將廠房結構的施工、廠房行車的施工計劃統籌好；廠房的主體結構施工完以后，立即組織軌道和滑觸線槽的施工，軌道施工完畢，即可同步履行特種設備安裝告知，廠房頂棚結構施工除北側一跨用于吊裝外，其余均可進行封閉施工，待其余封閉完成，將行車大車在地面組裝好和小車分兩次吊入，然后施工剩余部分頂棚結構；行車吊入后，接線完畢，連接臨時電將主輔吊鉤的卷揚機鋼絲繩卷入，安裝上鉤頭、力矩限位器，然后通知當地的質量技術監督局見證橋式起重機的空載試驗、靜載試驗和動載試驗。試驗合格后，由質量技術監督局出具正式特種設備使用許可證之前的準許使用的臨時許可證，將復印件報送總包安全管理部門予以備案，同時張貼1份復印件于現場。橋式起重機設置專職經過培訓合格的持證操作司機，橋式起重機即具備使用條件。

橋式起重機正式吊裝前，確認橋式起重機的臨時接電箱無任何其他工作負載接入，避免工作過程中出現欠壓、過載導致出現跳閘問題；橋式起重機大小車行走、大小鉤升降與抱閘制動功能，大小車限位功能正常，橋式起重機空鉤模擬一下整個吊裝過程。

流動式汽車的伸縮臂，主卷揚、旋轉變位均正常、鉤頭與鋼絲繩倍率均符合要求，燃料充足，支腿系統工作正常、墊板鋪設穩固到位。

將兩個翻轉吊耳組裝到壓縮機的上蓋上，內六角螺栓擰緊，用力矩扳手檢查擰緊力矩滿足要求后方可為驗收合格。

將橋式起重上鉤頭掛上四根鋼絲繩，將流動起重機上掛上兩根鋼絲繩。將上蓋兩側影響翻轉的軸承蓋從箱體拆除。將4個卸扣穿入鋼絲繩后連接到吊耳上，再進行一遍全面檢查確認無誤后，由一名起重機信號工統一指揮。吊裝指揮系統見圖10。

圖10 吊裝指揮系統

吊裝的組織機構人員職責：

（1）吊裝總指揮：全面負責現場吊裝工作；協調現場安全、技術、后勤、施工及應急保障力量，確保現場吊裝工作安全順利進行；負責吊裝過程的應急處理工作；吊裝前簽發吊裝令。

（2）技術負責人：負責吊裝方案的編制工作；負責吊裝技術交底；負責檢查落實吊裝過程中的技術細節；執行情況；負責吊裝技術文件的整理歸檔。

（3）安全負責人：負責吊裝安全監督檢查工作；負責吊裝安全技術交底；負責安排落實吊裝警戒；負責制止吊裝過程不安全的行為；負責吊裝安全方面相關許可證辦理；負責吊裝人員及機械進場許可辦理；負責安全相關資料的整理歸檔。

（4）吊裝指揮：負責吊裝期間現場施工安排；負責吊裝過程細節控制，確保設備安全順利就位；負責吊裝過程中指揮的協調同步；負責吊裝過程起重施工配合作業的具體安排；

（5）設備負責人：吊裝前對機械進行全面檢查，確保機械性能完好；負責機械故障的修理工作；負責吊裝過程機械故障應急處理。

（6）橋式起重機操作工：負責橋式起重機的檢查、操作。

（7）流動起重機操作工：負責流動式起重機的檢查、操作。

（8）應急保障：負責吊裝過程的應急保障工作，現場出現應急事項時，立即啟動應急程序，確保現場已經過程相應迅速，高效地完成應急處理工作。

4 吊裝過程中操作步驟及注意事項

上蓋中分面自下而上翻轉180°操作。首先，起重信號工指揮橋式起重機和流動式起重機同步施加1 t力，這是還不足以將設備抬起，指揮起重工再次確認卸扣有無卡頓，手觸鋼絲繩感覺張緊力是否均衡。確認無誤后，發出指揮信號，雙機同步將上蓋同步提升離地200 mm位置，暫停5 min，再檢查吊耳、繩索無誤后正式吊裝。接著，起重工發出指揮信號，雙機同步將上蓋抬至m位置，保持水平，起重工發出指揮信號，輔吊緩慢回鉤，橋式起重機同步向前溜送1m后停止。輔機漲桿縮小作業半徑1 m，然后橋式起重機保持不動，向輔機發出信號緩慢變幅回鉤至溜送至90°位置。在90°位置將輔機索具松吊，將上蓋繞橋式起重機大鉤旋轉180°，將索具懸掛于靠近中分面的2個上吊耳處。橋式起重機保持不動，輔助吊車緩慢提升。

翻轉過程的輔機變幅及負荷變化情況見表2，翻轉過程見圖11～16。