大型可拆卸式分段火炬吊裝方案設計

張 妍

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

隨著中國經濟建設的高速發展和我國對能源需求的不斷增加，國內新上了許多大型煉油裝置和與之配套的儲運設施。火炬放空系統是石油化工裝置中廢棄可燃氣體泄壓燃燒排放必不可少的設施,國內大型火炬燃燒排放系統的火炬筒體和塔架組合結構,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構,附塔管線、航空警示燈、梯子等附屬設施均固定于塔架。鑒于GB 50160-2008 《石油化工企業設計防火規范》,對大型火炬燃燒放空系統的安全防火距離有明確要求: 以火炬筒中心為圓心,80 ～100 m 半徑范圍內不得布置除與火炬放空系統相關的其他石油化工設施。但隨著新時代石油化工裝置規模大型化,全廠火炬排放系統多為兩個或更多個火炬塔架,同時由于國家環保質量要求日漸提高,傳統的單一筒體捆綁式火炬塔架結構由于其占地面積大、投資多、航燈警示燈檢修困難等弊端也日漸顯現。因此多筒體可拆卸式火炬結構替代單一筒體結構的火炬布置方式優勢明顯。本文以某煉油項目全廠火炬設施為例，詳細闡述大型可拆卸式火炬吊裝方案的設計。該項目按照業主招標文件要求,全廠唯一的一套廢氣燃燒處理排放系統,要求以一個公用火炬塔架為支承,附帶四套可拆卸火炬筒體(其中一套預留安裝位置),在該項目中火炬結構采用通過設在火炬塔架外側的垂直導軌和自設的翻轉、提升系統實現水平放置的分段火炬筒體的翻轉和提升功能,附屬航空警示燈也能在地面操作實現升降安裝,航空警示燈故障時也可在地面完成航空警示燈的檢修更換和復位工作。

1 結構特征

該全廠火炬設施共設計有三套可拆卸火炬，其中2套火炬筒為DN1200mm，一套火炬筒為DN450mm，分別各6節，總高150m。預留一套DN1200mm火炬，火炬設計參數詳見表1。

表1 火炬設計參數

該火炬設施采用分段火炬筒安裝方案，分段火炬筒是當火炬頭出現故障時可將其拆卸下來進行檢修，四套火炬筒(其中一套為預留)共用一座由四根圓柱形立柱組成四棱形變截面高聳結構塔架，節省占地面積，整個裝卸過程僅使用卷揚機及滑輪，設備簡單，操作方便。

2 載荷計算

2.1 提升載荷計算

最大提升載荷計算是以提升DN1200mm火炬為計算：

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節火炬筒的質量，kg；

Q火炬頭——火炬頭的質量，kg。

代數計算結果：

Qmax=69.23t

2.2 翻轉載荷計算

最大翻轉載荷計算是以翻轉DN1200mm火炬的第6節火炬筒附加火炬頭為計算：

按照現場實際情況，翻轉載荷可作簡圖輔助計算，見圖1。

圖1 翻轉載荷簡圖

圖1中：ab段-火炬頭，長度Lab=5m，重量Q火炬頭=5000kg；bc段-第6節火炬筒，長度Lbc=24.1m，重量Q6 =13286kg；P-翻轉所需拉力；α-為按現場布置，第6節火炬筒連同火炬頭水平放置時翻轉拉力角。

根據力學公式

代數計算結果：

拉力P=156.68kN

3 設備選型

3.1 提升系統選型

根據上述最大提升載荷計算結果，提升總重量：69.23噸

火炬筒提升高度：40m

按照經驗，嘗試選擇拉力為12t的慢速電動卷揚機，5輪動靜滑輪組，進行反推算：

根據相關資料，5輪十繩動靜滑輪組效率為80%，提升時需要的拉力S=0.12Q,代數計算如下：

根據計算結果，上述選型滿足要求。

提升卷揚機詳細設計參數

設備型號：JM12F

額定拉力：120kN

容 繩 量：500m

電機功率：30kW

數量：1臺

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

3.2 翻轉系統選型

根據上述最大翻轉載荷計算結果，所需最大翻轉拉力：156.68kN

按照經驗，嘗試選擇拉力為5t的慢速電動卷揚機，3輪動靜滑輪組，進行反推算：

根據相關資料，3輪六繩動靜滑輪組效率為87%，提升時需要的拉力S=0.19Q,代數計算如下：

根據計算結果，上述選型滿足要求。

翻轉卷揚機詳細設計參數

設備型號：JM5

額定拉力：50kN

容 繩 量：300m

電機功率：11kW

數 量：1臺

3.3 平衡卷揚機選型

該項目火炬及塔架較高，在火炬筒提升過程中，擺動較大，所以在地面設置兩臺3t平衡卷揚機以利于火炬筒體吊裝過程中火炬筒的扶正。

平衡卷揚機詳細設計參數

設備型號：JM3

額定拉力：30kN

容 繩 量：280m

電機功率：11kW

數 量：2臺

3.4 航空警示燈提升系統選型

根據航空燈提升系統的設計，單套提升系統載荷700kg，所以可選擇拉力為1.5t的帶鎖死功能的手動卷揚機。

航空燈提升卷揚機詳細設計參數

設備型號：JS1.5

額定拉力：15kN

容 繩 量：320m

數 量：4臺

4 系統布置

4.1 火炬筒裝卸系統卷揚機平面布置

圖2 火炬筒裝卸系統卷揚機平面布置圖

圖3 火炬筒裝卸系統滑輪組及鋼絲繩走向布置

項目設計中，因塔架地面設備較多，而各卷揚機鋼絲繩既不能與其他設備及基礎相碰，又要保證鋼絲繩繞到卷筒中間時，鋼絲繩和卷筒軸線成直角，同時卷筒軸線和導向滑輪中間還應該保持一定的距離L，使鋼絲繩的偏斜角不大于1.5°(對于無槽卷筒)到2°(對于有槽卷筒)，所以各卷揚機及其地面導向滑輪布置較為困難，經過多次與其他相關專業協調，火炬筒裝卸系統卷揚機平面布置圖詳見圖2。

4.2 火炬筒裝卸系統滑輪組及鋼絲繩走向布置

為配合卷揚機使用，在地面上設置了一套提升系統的地面導向滑輪和一套翻轉系統的地面導向滑輪。在塔架上為避免鋼絲繩與塔架摩擦與擺動，在塔架立柱和吊裝梁上設置了七個導向滑輪。走向布置詳見圖3。

4.3 平衡卷揚機布置

兩臺平衡卷揚機布置在地面導軌的外側，布置圖如圖4。

圖4 兩臺平衡卷揚機布置圖

4.4 航空警示燈提升系統的布置

根據相關標準，四組可拆卸式航空警示燈懸掛于塔頂四周，每組導纜上懸掛有三盞警示燈，標高分別為145m、90m、45m。當某一警示燈出現故障的時候，不用人工上塔更換，只需利用位于塔架地面相應的1.5t手動卷揚機將其拆卸下來，更換新的航空燈后，再將其吊裝上去。

5 滑輪和鋼絲繩系統的安裝

5.1 穿卷揚機繩索

5.1.1 穿翻轉繩索系統

在固定了地面上的滑輪之后，利用平衡卷揚機繩索將滑輪吊起并固定。

三輪靜滑輪組由翻轉卷揚機吊起并固定。

滑輪安裝完畢后，將翻轉卷揚機的鋼絲繩通過單滑輪拉出，穿過靜、動三滑輪組，使靜、動滑輪組平行排列，鋼絲繩的終端附在靜三滑輪組上。

5.1.2 穿提升繩索系統

在固定了地面上的滑輪之后，利用平衡卷揚機繩索將導向滑輪吊起并固定。

五輪靜滑輪組由翻轉卷揚機吊起并固定。滑輪安裝完畢后，將提升卷揚機的鋼絲繩通過單滑輪拉出，穿過靜、動五滑輪組，使靜動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 鋼絲繩系統試驗

塔架安裝完后，起吊火炬筒之前，作第一次鋼絲繩系統載荷試驗。

6 翻轉和起吊程序

6.1 準備工作

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接，軌道小車車輪可以在兩條軌道上滾動，在安裝或拆卸過程中，將火炬筒水平移動。放在小車上的火炬筒必須完成所有配管、導管、接線盒和絕緣等以后才能進行安裝。

6.2 火炬筒翻轉程序

火炬筒與翻轉臺聯接之后，將動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直至火炬筒接近垂直位置。

使用翻轉卷揚機緩緩提升火炬筒，拆除小車腳輪與火炬筒支撐鞍座之間的螺栓，在火炬筒翻轉前，平臺必須作好準備，利用位于該層標高的手動卷揚機，將相碰的平臺吊起。使用翻轉卷揚機小心的緩緩提升火炬筒，在火炬筒就要達到垂直位置時，平衡繩索要張緊。

在翻轉過程中，翻轉卷揚機操作者與平衡卷揚機操作者之間要密切配合，以避免火炬筒失控轉動，火炬筒處垂直位置后，將翻轉檢修平臺放到水平位置，放好平臺后，平衡繩索可以放松，翻轉繩索保持張緊。

6.3 起吊程序

將動五滑輪組與火炬筒底部吊耳相連，拆卸火炬筒法蘭與翻轉臺之間的螺栓。

保持翻轉繩索的張緊狀態，起吊火炬筒，起升約500mm后，翻轉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預定位置時停止，在這一位置，起吊卷揚機必須“鎖住”以防火炬筒下落。

6.4 翻轉和起吊節2至節6

當第一節火炬筒懸掛在塔架上之后，第二節火炬筒就可以移動，移動到位后與翻轉臺用螺栓連接。

重復6.2所述的翻轉過程。

圖5 翻轉和起吊節2至節6

火炬筒翻轉到垂直位置后，上一節的底部法蘭與下一節的頂部法蘭之間留500mm間隙，吹掃點火器和燃氣管線，清潔所有法蘭面，安裝新墊片，放下懸掛一節到法蘭上，用螺栓聯接法蘭。

從第一節火炬筒拆下動五滑輪組，聯接到第二節火炬筒上，吊起第二節火炬筒，重復翻轉和起吊程序，直到吊裝完全部的各節火炬筒，見圖5。

7 火炬的拆卸

當火炬頭出現故障需要檢修或其他原因需要拆卸火炬筒時，聯接動五滑輪組的索具到第六節火炬筒的底部吊耳上。

除去蒸汽管、燃氣管和點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,以便最下面這節翻轉。當火炬筒懸掛的時候，起吊卷揚機應“鎖住”。

7.1 起吊和翻轉

將動三滑輪組的索具聯接到火炬筒頂部吊耳上，并張緊繩索。

將平衡繩索聯接到火炬筒頂部吊耳上，緩緩的拉緊繩索，并放松翻轉繩索，將火炬筒的重心拉到翻轉位置，火炬筒的重量完全由翻轉卷揚機的纜繩承擔，在這期間，需要翻轉卷揚機操作者與平衡卷揚機操作者之間密切配合。

火炬筒翻轉到達水平位置之前，將小車腳輪與火炬筒支撐鞍座用螺栓聯接，從火炬筒上拆卸平衡繩索，放下火炬筒直到安全落在轉運軌道上。

放松翻轉繩索，將動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臺聯接螺栓上的拉力，然后拆下翻轉臺處的法蘭螺栓，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5

翻轉臺返回到水平位置后，放下其余火炬筒，將火炬筒與翻轉臺用螺栓固定。

將動五滑輪組的索具松開，然后與下一節火炬筒吊耳聯接，翻轉繩索聯到最下面一節垂直火炬筒的上部吊耳。

重復翻轉和放下過程，拆卸火炬筒2到5節。

7.3 放下帶有火炬頭的頂部火炬筒(第6節)

第6節火炬筒與火炬頭一起放下，頂部火炬筒放到翻轉臺后，用螺栓固定它，將動三滑輪組索具聯到火炬筒的上部吊耳，緩緩張緊繩索，將動五滑輪組的起吊繩索從火炬筒上拆下，拉緊繩索聯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到水平位置。

8 安裝設備的儲存

安裝工作完成后，清潔鋼絲繩并卷到相應的卷揚機上。

鋼絲繩滑輪、卸扣、螺栓、螺母、墊片等必須涂潤滑脂后儲存。

因為裝置現場環境氣候較差，存在較為嚴重的鹽霧氣候，各卷揚機在火炬提升成功后會長時間放置不用，各電動卷揚機可拆卸下來，倉庫保存，其埋地的地腳螺栓應涂脂加以保護。

9 結束語

大型可拆卸式分段火炬作為新技術，由于其占地面積少，吊裝設備簡單，火炬頭維修維護方便，在之前的項目中，已經有大量的成功業績，積累了大量的經驗，此技術適合在諸多的新項目中予以推廣。