一種塔器吊裝方法和設計

盧沛偉

（中海油能源發展裝備技術有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

0 引言

塔類設備是化工行業常見的主要設備之一。塔類設備安裝的質量、進度以及安全一般為整個工程項目的重點，特別是對于一些超大、超重、超高的塔類設備的吊裝，涉及面廣，安全程度要求高，介紹一套吊裝方案，涉及塔器吊裝用工裝設計，吊裝計算、機械選型等。供同類工程設備吊裝參考。

1 吊裝抱卡和吊耳設計

由于2 個塔的高度高，壁?。ㄆ骄诤?2 mm），塔身強度較弱，且設備設計時未設置用于吊裝的吊點，造成吊裝困難，無法按常規方式吊裝。經過周密考慮，決定采用制作吊裝輔助加強框架對塔身進行加強。采用1 組抱箍抱緊塔身，吊點設在抱卡進行吊裝。此方法可對塔身進行加強，避免塔身在起吊過程中變形。上部吊耳設在吊卡上，對稱布置2 個AX 型軸式吊耳，單個吊重按公稱吊重為40 t 設計。塔B 吊裝抱箍設計驗算

1.1 抱箍的設計

根據塔B 圖紙以及抱箍質量，同時考慮安全因素，可得吊裝質量P=38 t，結合塔B 的結構，設計的抱箍如圖1 所示。

（1）吊耳選用。根據HG/T 21574—2008，抱箍兩側吊耳選用國家標準吊耳AXA 型：AXA-20-DN250 的吊耳，單個吊耳承載力20 t，符合吊裝要求。根據編制要求，吊耳處最小壁厚28 mm（25 mm），材料為GB 712—2011 DH36.

（2）抱箍寬度。抱箍寬度依據SH 30515—1990《大型設備吊裝工程施工工藝標準》選取。其開口薄壁圓筒體（抱箍）補強有效長度B1=B+1.56（R+0.5T）1/2。

式中，B1為筒體有效長度，B 為吊耳直徑，R 為筒體半徑（抱箍內半徑），T 為筒體厚度=25 mm。計算得出B1=1.49 m。抱箍整體寬度為1.5 m，符合要求。

1.2 連接螺栓受力

（1）螺栓預緊力。吊裝中預緊使抱箍抱緊設備后，產生的摩擦力。單組螺栓受力F1=KP/（nμ）。

式中，K 為動載系數1.2，n 為螺栓數目，共計16 組，μ 為摩擦因數，μ=0.38。計算得出F1=73.6 kN。為保守起見，取F1=75 kN。

（2）初始吊裝單組螺栓受力F2=（1.2×P/4）/8=14 kN。

圖1 設備直立后螺栓受力

（3）設備直立后螺栓受力。設備直立后排螺栓受力見圖1。螺栓組所受力矩M=ΣLn×F3=K（P/2）L=22.4 kN·m。ΣLn×F3=22.4 kN·m，F3=3.8 kN。

（4）校核。設備初始起吊時，單組螺栓受力F=F1+F2=89 kN，當設備直立后，單組螺栓受力F=F1+F3=78.8 kN，螺栓有效面積S=Fmax/［σ］，d=（4S/π）0.5。式中：［σ］為35CrMoA，8.8 級螺栓常溫下許用應力，取228 MPa，得d=22.3，所以選用M30 螺栓。

1.3 抱箍連接面受力（表1）

根據表1 分析截面受力：假設螺栓均勻受力，焊縫系數為0.8。M=8×FmaxL=42.7 kN·m，σ=M/W=172.1 MPa，σ/0.8=227 MPa，τ=KP/S=6.0 MPa，τ＜［σ］=135 MPa。

塔下部吊耳依據《化工設備吊耳及工程技術要求》進行初步設計，選型為一個AP 型尾部吊耳，按公稱吊重25 t 進行設計。

為防止抱卡松脫，在塔底部裙座上焊接兩個吊耳，使用30 m 長連接繩從抱卡吊點連接到底部吊耳。塔A 安裝抱卡和安裝位保溫臨時拆除時，需使用載人吊籃作業。

2 塔B 重心計算

2.1 塔B 重心計算

塔B 設備總重29.36 t，安裝完保溫層、小操作臺后，設備吊裝總重按38 t 設計。各部分重量及重心見表2。塔B 中1～12 分項設備重量較重，因其余設備重量較輕且基本均布于整個塔B，故匯總在13 分項中。裙座底板位置為Z 向計算原點。

表1 截面幾何參數

表2 塔B重心計算

2.2 增加吊裝抱卡后重心計算

輔助抱卡，暫估算為1.4 t。安裝高度位于塔身30 m 處。計算得出重心位置，X=0，Y=0，Z=16.19 m。

3 塔B 吊裝步驟及吊耳受力分析

吊裝應在基本無風的情況下進行，吊裝時應控制速度緩慢進行，以下計算未考慮風載荷和重力加速度影響。

（1）吊裝步驟一：吊機1 號、2 號將塔B 水平吊起。根據塔重量、重心、吊耳位置計算可得：吊機一受力F1=18.47 t。吊機二受力F2=18.78 t。

（2）吊裝步驟二：1 號吊機將塔頂端拉起，隨著1 號吊機的上升，塔身逐步翻轉，最終使塔處于豎直狀態。當塔達到豎直狀態時：吊機一與吊機二受力與步驟一相同。

（3）吊裝步驟三：1 號吊機將塔垂直吊裝移位至預定位置。當塔達到豎直狀態時：類型一頂部吊耳受力（為最大值）365 kN。類型二尾部吊耳受力為0。

4 吊車的選用及吊裝參數

（1）吊機初選。根據準備吊裝的設備參數和吊裝經驗，結合現場條件以及可用起重設備等因素，選用主吊機為500 t 汽車式起重機，輔吊機為70 t 汽車式起重機。根據吊機參數對各項吊裝參數進行校核。

（2）吊機站位。結合現場條件選擇吊車站位，吊機一次就位后可同時進行塔A 移位和塔B 安裝。500 t 吊機回轉中心位于離塔A 原位置中心27 m 位置，離塔B 新位置中心20 m。吊機支腿使用鋼板鋪設加強地面承載力。吊機就位路線上需使用鋼板和木方加強，防止地面下陷。

吊裝塔A 時，使用500 t 吊車單車直接吊裝移位。吊裝塔B 時，使用500 t 吊車為主吊機，70 t 汽車式起重機為輔助吊機，先將塔翻轉至豎直后再由500 t 吊車直接就位安裝。70 t汽車吊操作半徑控制在7 m 以內，500 t 吊機操作半徑控制在26 m。

（3）吊裝參數。工作半徑7 m，主臂19.7m，作業角度60.4°，根據吊機參數表，此時吊機允許最大工作載荷28.7 t。負荷系數=尾部吊耳最大受力值/該工況吊機允許最大載荷=66%＜80%，70 t 汽車吊滿足塔B 輔助翻轉的作業要求。

（4）500 t 汽車操作參數選擇。吊裝塔A 時，工作半徑28 m，主臂57.7 m，可作業高度50 m，根據吊機參數表，此時吊機允許最大工作載荷46.1 t。負荷系數=頂部吊耳最大受力值/該工況吊機允許最大載荷=69%＜80%。吊裝塔B，工作半徑26 m，主臂52.5 m，作業角度77.5°，根據吊機參數表，此時吊機允許最大工作載荷52.8 t。負荷系數=頂部吊耳最大受力值/該工況吊機允許最大載荷=72.6%＜80%，500 t 汽車吊滿足塔B 翻轉和吊裝就位作業要求。