大型可拆卸式分段火炬吊裝方案設(shè)計(jì)

張 妍

(中石化洛陽(yáng)工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和我國(guó)對(duì)能源需求的不斷增加，國(guó)內(nèi)新上了許多大型煉油裝置和與之配套的儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施。火炬放空系統(tǒng)是石油化工裝置中廢棄可燃?xì)怏w泄壓燃燒排放必不可少的設(shè)施,國(guó)內(nèi)大型火炬燃燒排放系統(tǒng)的火炬筒體和塔架組合結(jié)構(gòu),固定式捆綁式火炬多布置成三棱體或四棱體，塔架中心固定火炬筒體的結(jié)構(gòu),附塔管線、航空警示燈、梯子等附屬設(shè)施均固定于塔架。鑒于GB 50160-2008 《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》,對(duì)大型火炬燃燒放空系統(tǒng)的安全防火距離有明確要求: 以火炬筒中心為圓心,80 ～100 m 半徑范圍內(nèi)不得布置除與火炬放空系統(tǒng)相關(guān)的其他石油化工設(shè)施。但隨著新時(shí)代石油化工裝置規(guī)模大型化,全廠火炬排放系統(tǒng)多為兩個(gè)或更多個(gè)火炬塔架,同時(shí)由于國(guó)家環(huán)保質(zhì)量要求日漸提高,傳統(tǒng)的單一筒體捆綁式火炬塔架結(jié)構(gòu)由于其占地面積大、投資多、航燈警示燈檢修困難等弊端也日漸顯現(xiàn)。因此多筒體可拆卸式火炬結(jié)構(gòu)替代單一筒體結(jié)構(gòu)的火炬布置方式優(yōu)勢(shì)明顯。本文以某煉油項(xiàng)目全廠火炬設(shè)施為例，詳細(xì)闡述大型可拆卸式火炬吊裝方案的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目按照業(yè)主招標(biāo)文件要求,全廠唯一的一套廢氣燃燒處理排放系統(tǒng),要求以一個(gè)公用火炬塔架為支承,附帶四套可拆卸火炬筒體(其中一套預(yù)留安裝位置),在該項(xiàng)目中火炬結(jié)構(gòu)采用通過(guò)設(shè)在火炬塔架外側(cè)的垂直導(dǎo)軌和自設(shè)的翻轉(zhuǎn)、提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水平放置的分段火炬筒體的翻轉(zhuǎn)和提升功能,附屬航空警示燈也能在地面操作實(shí)現(xiàn)升降安裝,航空警示燈故障時(shí)也可在地面完成航空警示燈的檢修更換和復(fù)位工作。

1 結(jié)構(gòu)特征

該全廠火炬設(shè)施共設(shè)計(jì)有三套可拆卸火炬，其中2套火炬筒為DN1200mm，一套火炬筒為DN450mm，分別各6節(jié)，總高150m。預(yù)留一套DN1200mm火炬，火炬設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 火炬設(shè)計(jì)參數(shù)

該火炬設(shè)施采用分段火炬筒安裝方案，分段火炬筒是當(dāng)火炬頭出現(xiàn)故障時(shí)可將其拆卸下來(lái)進(jìn)行檢修，四套火炬筒(其中一套為預(yù)留)共用一座由四根圓柱形立柱組成四棱形變截面高聳結(jié)構(gòu)塔架，節(jié)省占地面積，整個(gè)裝卸過(guò)程僅使用卷?yè)P(yáng)機(jī)及滑輪，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。

2 載荷計(jì)算

2.1 提升載荷計(jì)算

最大提升載荷計(jì)算是以提升DN1200mm火炬為計(jì)算：

Qmax=Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q火炬頭

式中：Qmax——最大提升載荷，kg；

Q2～6——第2～6節(jié)火炬筒的質(zhì)量，kg；

Q火炬頭——火炬頭的質(zhì)量，kg。

代數(shù)計(jì)算結(jié)果：

Qmax=69.23t

2.2 翻轉(zhuǎn)載荷計(jì)算

最大翻轉(zhuǎn)載荷計(jì)算是以翻轉(zhuǎn)DN1200mm火炬的第6節(jié)火炬筒附加火炬頭為計(jì)算：

按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，翻轉(zhuǎn)載荷可作簡(jiǎn)圖輔助計(jì)算，見(jiàn)圖1。

圖1 翻轉(zhuǎn)載荷簡(jiǎn)圖

圖1中：ab段-火炬頭，長(zhǎng)度Lab=5m，重量Q火炬頭=5000kg；bc段-第6節(jié)火炬筒，長(zhǎng)度Lbc=24.1m，重量Q6 =13286kg；P-翻轉(zhuǎn)所需拉力；α-為按現(xiàn)場(chǎng)布置，第6節(jié)火炬筒連同火炬頭水平放置時(shí)翻轉(zhuǎn)拉力角。

根據(jù)力學(xué)公式

代數(shù)計(jì)算結(jié)果：

拉力P=156.68kN

3 設(shè)備選型

3.1 提升系統(tǒng)選型

根據(jù)上述最大提升載荷計(jì)算結(jié)果，提升總重量：69.23噸

火炬筒提升高度：40m

按照經(jīng)驗(yàn)，嘗試選擇拉力為12t的慢速電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，5輪動(dòng)靜滑輪組，進(jìn)行反推算：

根據(jù)相關(guān)資料，5輪十繩動(dòng)靜滑輪組效率為80%，提升時(shí)需要的拉力S=0.12Q,代數(shù)計(jì)算如下：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，上述選型滿足要求。

提升卷?yè)P(yáng)機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)備型號(hào)：JM12F

額定拉力：120kN

容 繩 量：500m

電機(jī)功率：30kW

數(shù)量：1臺(tái)

由于塔架空間有限，在吊裝DN450mm的火炬筒時(shí)，可換用一組3輪動(dòng)靜滑輪組。

3.2 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)選型

根據(jù)上述最大翻轉(zhuǎn)載荷計(jì)算結(jié)果，所需最大翻轉(zhuǎn)拉力：156.68kN

按照經(jīng)驗(yàn)，嘗試選擇拉力為5t的慢速電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，3輪動(dòng)靜滑輪組，進(jìn)行反推算：

根據(jù)相關(guān)資料，3輪六繩動(dòng)靜滑輪組效率為87%，提升時(shí)需要的拉力S=0.19Q,代數(shù)計(jì)算如下：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，上述選型滿足要求。

翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)備型號(hào)：JM5

額定拉力：50kN

容 繩 量：300m

電機(jī)功率：11kW

數(shù) 量：1臺(tái)

3.3 平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)選型

該項(xiàng)目火炬及塔架較高，在火炬筒提升過(guò)程中，擺動(dòng)較大，所以在地面設(shè)置兩臺(tái)3t平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)以利于火炬筒體吊裝過(guò)程中火炬筒的扶正。

平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)備型號(hào)：JM3

額定拉力：30kN

容 繩 量：280m

電機(jī)功率：11kW

數(shù) 量：2臺(tái)

3.4 航空警示燈提升系統(tǒng)選型

根據(jù)航空燈提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，單套提升系統(tǒng)載荷700kg，所以可選擇拉力為1.5t的帶鎖死功能的手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)。

航空燈提升卷?yè)P(yáng)機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)備型號(hào)：JS1.5

額定拉力：15kN

容 繩 量：320m

數(shù) 量：4臺(tái)

4 系統(tǒng)布置

4.1 火炬筒裝卸系統(tǒng)卷?yè)P(yáng)機(jī)平面布置

圖2 火炬筒裝卸系統(tǒng)卷?yè)P(yáng)機(jī)平面布置圖

圖3 火炬筒裝卸系統(tǒng)滑輪組及鋼絲繩走向布置

項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，因塔架地面設(shè)備較多，而各卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩既不能與其他設(shè)備及基礎(chǔ)相碰，又要保證鋼絲繩繞到卷筒中間時(shí)，鋼絲繩和卷筒軸線成直角，同時(shí)卷筒軸線和導(dǎo)向滑輪中間還應(yīng)該保持一定的距離L，使鋼絲繩的偏斜角不大于1.5°(對(duì)于無(wú)槽卷筒)到2°(對(duì)于有槽卷筒)，所以各卷?yè)P(yáng)機(jī)及其地面導(dǎo)向滑輪布置較為困難，經(jīng)過(guò)多次與其他相關(guān)專業(yè)協(xié)調(diào)，火炬筒裝卸系統(tǒng)卷?yè)P(yáng)機(jī)平面布置圖詳見(jiàn)圖2。

4.2 火炬筒裝卸系統(tǒng)滑輪組及鋼絲繩走向布置

為配合卷?yè)P(yáng)機(jī)使用，在地面上設(shè)置了一套提升系統(tǒng)的地面導(dǎo)向滑輪和一套翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的地面導(dǎo)向滑輪。在塔架上為避免鋼絲繩與塔架摩擦與擺動(dòng)，在塔架立柱和吊裝梁上設(shè)置了七個(gè)導(dǎo)向滑輪。走向布置詳見(jiàn)圖3。

4.3 平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)布置

兩臺(tái)平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)布置在地面導(dǎo)軌的外側(cè)，布置圖如圖4。

圖4 兩臺(tái)平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)布置圖

4.4 航空警示燈提升系統(tǒng)的布置

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，四組可拆卸式航空警示燈懸掛于塔頂四周，每組導(dǎo)纜上懸掛有三盞警示燈，標(biāo)高分別為145m、90m、45m。當(dāng)某一警示燈出現(xiàn)故障的時(shí)候，不用人工上塔更換，只需利用位于塔架地面相應(yīng)的1.5t手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)將其拆卸下來(lái)，更換新的航空燈后，再將其吊裝上去。

5 滑輪和鋼絲繩系統(tǒng)的安裝

5.1 穿卷?yè)P(yáng)機(jī)繩索

5.1.1 穿翻轉(zhuǎn)繩索系統(tǒng)

在固定了地面上的滑輪之后，利用平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)繩索將滑輪吊起并固定。

三輪靜滑輪組由翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)吊起并固定。

滑輪安裝完畢后，將翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩通過(guò)單滑輪拉出，穿過(guò)靜、動(dòng)三滑輪組，使靜、動(dòng)滑輪組平行排列，鋼絲繩的終端附在靜三滑輪組上。

5.1.2 穿提升繩索系統(tǒng)

在固定了地面上的滑輪之后，利用平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)繩索將導(dǎo)向滑輪吊起并固定。

五輪靜滑輪組由翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)吊起并固定。滑輪安裝完畢后，將提升卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩通過(guò)單滑輪拉出，穿過(guò)靜、動(dòng)五滑輪組，使靜動(dòng)滑輪組之間垂直排列，鋼絲繩的終端附在靜五滑輪組上。

5.2 鋼絲繩系統(tǒng)試驗(yàn)

塔架安裝完后，起吊火炬筒之前，作第一次鋼絲繩系統(tǒng)載荷試驗(yàn)。

6 翻轉(zhuǎn)和起吊程序

6.1 準(zhǔn)備工作

安裝前先將火炬筒按安裝順序放置在軌道小車上，并用螺栓將小車與火炬筒上的鞍座相聯(lián)接，軌道小車車輪可以在兩條軌道上滾動(dòng)，在安裝或拆卸過(guò)程中，將火炬筒水平移動(dòng)。放在小車上的火炬筒必須完成所有配管、導(dǎo)管、接線盒和絕緣等以后才能進(jìn)行安裝。

6.2 火炬筒翻轉(zhuǎn)程序

火炬筒與翻轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)接之后，將動(dòng)三滑輪組與火炬筒相連，平衡繩索連在位于火炬筒頂部的吊耳上，平衡繩索始終保持松弛狀態(tài)直至火炬筒接近垂直位置。

使用翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)緩緩提升火炬筒，拆除小車腳輪與火炬筒支撐鞍座之間的螺栓，在火炬筒翻轉(zhuǎn)前，平臺(tái)必須作好準(zhǔn)備，利用位于該層標(biāo)高的手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，將相碰的平臺(tái)吊起。使用翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)小心的緩緩提升火炬筒，在火炬筒就要達(dá)到垂直位置時(shí)，平衡繩索要張緊。

在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)操作者與平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)操作者之間要密切配合，以避免火炬筒失控轉(zhuǎn)動(dòng)，火炬筒處垂直位置后，將翻轉(zhuǎn)檢修平臺(tái)放到水平位置，放好平臺(tái)后，平衡繩索可以放松，翻轉(zhuǎn)繩索保持張緊。

6.3 起吊程序

將動(dòng)五滑輪組與火炬筒底部吊耳相連，拆卸火炬筒法蘭與翻轉(zhuǎn)臺(tái)之間的螺栓。

保持翻轉(zhuǎn)繩索的張緊狀態(tài)，起吊火炬筒，起升約500mm后，翻轉(zhuǎn)索具可以從火炬筒上卸下。

小心的緩緩起吊火炬筒直到底部法蘭到達(dá)預(yù)定位置時(shí)停止，在這一位置，起吊卷?yè)P(yáng)機(jī)必須“鎖住”以防火炬筒下落。

6.4 翻轉(zhuǎn)和起吊節(jié)2至節(jié)6

當(dāng)?shù)谝还?jié)火炬筒懸掛在塔架上之后，第二節(jié)火炬筒就可以移動(dòng)，移動(dòng)到位后與翻轉(zhuǎn)臺(tái)用螺栓連接。

重復(fù)6.2所述的翻轉(zhuǎn)過(guò)程。

圖5 翻轉(zhuǎn)和起吊節(jié)2至節(jié)6

火炬筒翻轉(zhuǎn)到垂直位置后，上一節(jié)的底部法蘭與下一節(jié)的頂部法蘭之間留500mm間隙，吹掃點(diǎn)火器和燃?xì)夤芫€，清潔所有法蘭面，安裝新墊片，放下懸掛一節(jié)到法蘭上，用螺栓聯(lián)接法蘭。

從第一節(jié)火炬筒拆下動(dòng)五滑輪組，聯(lián)接到第二節(jié)火炬筒上，吊起第二節(jié)火炬筒，重復(fù)翻轉(zhuǎn)和起吊程序，直到吊裝完全部的各節(jié)火炬筒，見(jiàn)圖5。

7 火炬的拆卸

當(dāng)火炬頭出現(xiàn)故障需要檢修或其他原因需要拆卸火炬筒時(shí)，聯(lián)接動(dòng)五滑輪組的索具到第六節(jié)火炬筒的底部吊耳上。

除去蒸汽管、燃?xì)夤芎忘c(diǎn)火管法蘭上的保溫層和螺栓，主火炬筒的法蘭螺栓最后拆卸。聯(lián)接部位的螺栓都拆卸后，將上部火炬筒提升約500mm,以便最下面這節(jié)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)火炬筒懸掛的時(shí)候，起吊卷?yè)P(yáng)機(jī)應(yīng)“鎖住”。

7.1 起吊和翻轉(zhuǎn)

將動(dòng)三滑輪組的索具聯(lián)接到火炬筒頂部吊耳上，并張緊繩索。

將平衡繩索聯(lián)接到火炬筒頂部吊耳上，緩緩的拉緊繩索，并放松翻轉(zhuǎn)繩索，將火炬筒的重心拉到翻轉(zhuǎn)位置，火炬筒的重量完全由翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的纜繩承擔(dān)，在這期間，需要翻轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)操作者與平衡卷?yè)P(yáng)機(jī)操作者之間密切配合。

火炬筒翻轉(zhuǎn)到達(dá)水平位置之前，將小車腳輪與火炬筒支撐鞍座用螺栓聯(lián)接，從火炬筒上拆卸平衡繩索，放下火炬筒直到安全落在轉(zhuǎn)運(yùn)軌道上。

放松翻轉(zhuǎn)繩索，將動(dòng)三滑輪組索具從水平火炬筒上卸下。

將千斤頂放在火炬筒法蘭下面，并將其頂起，以便減少火炬筒與翻轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)接螺栓上的拉力，然后拆下翻轉(zhuǎn)臺(tái)處的法蘭螺栓，并將火炬筒放到小車上。

為給后面的火炬筒提供空間，應(yīng)將水平放置在小車軌道的火炬筒移走。

7.2 放下火炬筒2到節(jié)5

翻轉(zhuǎn)臺(tái)返回到水平位置后，放下其余火炬筒，將火炬筒與翻轉(zhuǎn)臺(tái)用螺栓固定。

將動(dòng)五滑輪組的索具松開(kāi)，然后與下一節(jié)火炬筒吊耳聯(lián)接，翻轉(zhuǎn)繩索聯(lián)到最下面一節(jié)垂直火炬筒的上部吊耳。

重復(fù)翻轉(zhuǎn)和放下過(guò)程，拆卸火炬筒2到5節(jié)。

7.3 放下帶有火炬頭的頂部火炬筒(第6節(jié))

第6節(jié)火炬筒與火炬頭一起放下，頂部火炬筒放到翻轉(zhuǎn)臺(tái)后，用螺栓固定它，將動(dòng)三滑輪組索具聯(lián)到火炬筒的上部吊耳，緩緩張緊繩索，將動(dòng)五滑輪組的起吊繩索從火炬筒上拆下，拉緊繩索聯(lián)接到火炬筒頂部附近的吊耳上。

同上述方法，將火炬筒與火炬頭翻轉(zhuǎn)到水平位置。

8 安裝設(shè)備的儲(chǔ)存

安裝工作完成后，清潔鋼絲繩并卷到相應(yīng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)上。

鋼絲繩滑輪、卸扣、螺栓、螺母、墊片等必須涂潤(rùn)滑脂后儲(chǔ)存。

因?yàn)檠b置現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境氣候較差，存在較為嚴(yán)重的鹽霧氣候，各卷?yè)P(yáng)機(jī)在火炬提升成功后會(huì)長(zhǎng)時(shí)間放置不用，各電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)可拆卸下來(lái)，倉(cāng)庫(kù)保存，其埋地的地腳螺栓應(yīng)涂脂加以保護(hù)。

9 結(jié)束語(yǔ)

大型可拆卸式分段火炬作為新技術(shù)，由于其占地面積少，吊裝設(shè)備簡(jiǎn)單，火炬頭維修維護(hù)方便，在之前的項(xiàng)目中，已經(jīng)有大量的成功業(yè)績(jī)，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，此技術(shù)適合在諸多的新項(xiàng)目中予以推廣。