60 m法蘭式火炬塔分段拆除施工技術(shù)

孫更柱

大慶油田工程建設(shè)有限公司安裝公司，黑龍江大慶163416

火炬系統(tǒng)經(jīng)多年使用，火炬塔架和火炬筒壁已發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，在產(chǎn)能升級(jí)改造時(shí)，需要在原火炬位置拆除舊有火炬系統(tǒng)，新建火炬系統(tǒng)。火炬塔拆除施工時(shí)存在高度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重等施工難點(diǎn)[1-2]。且由于施工高度較高，高空中的風(fēng)荷載成為施工中最大的不確定因素，容易導(dǎo)致對(duì)風(fēng)荷載產(chǎn)生的疊加荷載未采取安全控制措施而引發(fā)事故[3]。

某工程拆除的火炬塔類型為法蘭式火炬塔，結(jié)構(gòu)形式為三棱錐體桁架。業(yè)主要二次利用火炬塔架，要求拆除過程中不能發(fā)生變形；同時(shí)該工程處于邊遠(yuǎn)地區(qū)，難以租賃大型吊車拆除，只能依據(jù)現(xiàn)有吊車進(jìn)行極限工況分析。本文根據(jù)火炬塔制作圖紙、施工現(xiàn)場(chǎng)吊車吊裝能力、場(chǎng)區(qū)施工平面圖等資料，決定采用分段拆除的施工方法。確定了分段拆除節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了主、副吊點(diǎn)和加固結(jié)構(gòu)，并校核了風(fēng)荷載對(duì)火炬塔拆除作業(yè)的影響，順利拆除了法蘭式火炬塔所有結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了法蘭式火炬塔拆除的高效性、經(jīng)濟(jì)性和可行性。

1 火炬塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主火炬筒高度60m，質(zhì)量約11.5t，塔架為三棱錐體桁架結(jié)構(gòu)，高55.5 m，質(zhì)量30.5 t。主火炬筒材質(zhì)為Q345B，筒體直徑DN800，筒壁鋼板厚10mm，火炬頭是筒體標(biāo)高55.5～60 m、直徑DN1 200的法蘭連接燃燒器。在距塔中心0.8 m處分別設(shè)置2根DN150管道作為氨氣和酸性氣排氣火炬，塔架橫截面為等邊三角錐臺(tái)體結(jié)構(gòu)，塔底柱每?jī)筛闹行木嚯x為10m，逐步向上縮小為4m，塔柱和上下橫腹桿均由無縫鋼管焊接而成。塔架內(nèi)設(shè)置4層休息平臺(tái)、2層操作平臺(tái)，如圖1所示。火炬筒、塔架總質(zhì)量約為53.263 t，安裝于標(biāo)高0.5 m的基礎(chǔ)上。火炬塔架上分別安裝了排液、燃?xì)狻⒄羝⑽鬯裙に嚬艿馈?/p>

圖1 火炬塔平面示意

2 火炬塔分段拆除吊裝

依據(jù)火炬塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，參照施工現(xiàn)場(chǎng)吊車吊裝能力，兼顧休息平臺(tái)或操作平臺(tái)的位置，確定標(biāo)高55.5、41.5、26.5 m處為拆除節(jié)點(diǎn)，將火炬塔架、火炬筒、儀表管道等分段整體拆除吊裝。火炬塔結(jié)構(gòu)分段拆除基本數(shù)據(jù)如表1所示。

3 風(fēng)荷載對(duì)火炬塔吊裝的影響

火炬塔在吊裝過程中，由于塔架及火炬筒較高，承受的風(fēng)荷載會(huì)增大火炬的吊裝重量，對(duì)高空吊裝影響很大，特別是在極限工況下吊裝時(shí)，必須進(jìn)行風(fēng)荷載驗(yàn)算，提高吊裝的安全性。

在進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)，分別計(jì)算塔架、火炬筒及其主要連接管道的擋風(fēng)面積所引起的風(fēng)荷載，不考慮相互擋風(fēng)的影響。根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[4]，風(fēng)荷載wk按照下式計(jì)算：

式中：wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；βz為高度Z處的風(fēng)振系數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范公式計(jì)算，也可引用文獻(xiàn)中風(fēng)振系數(shù)確定[5]；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，根據(jù)地面粗糙度類別確定；w0為基本風(fēng)壓，kN/m2；μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)[6]，塔架體型系數(shù)應(yīng)根據(jù)擋風(fēng)系數(shù)和主要構(gòu)件截面類型按荷載規(guī)范選取，火炬筒及主要配管的體型系數(shù)可取0.7[7]。

表1 火炬塔結(jié)構(gòu)分段拆除數(shù)據(jù)

由于基本風(fēng)壓w0為建設(shè)地點(diǎn)50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓，而吊裝規(guī)范規(guī)定風(fēng)速≥10.8 m/s時(shí)不得進(jìn)行吊裝作業(yè)。因此需要對(duì)基本風(fēng)壓w0進(jìn)行修正，修正的基本風(fēng)壓為w′0。風(fēng)荷載wk計(jì)算公式調(diào)整為：

式中：γ為空氣重度，標(biāo)態(tài)下取0.012 25 kN/m3；g為重力加速度，取9.8 m/s2；Vh為高度H處的風(fēng)速，m/s；V0為基準(zhǔn)高度10 m的風(fēng)速，取3.4 m/s；n為冪指數(shù)，一般取0.2；H0為基準(zhǔn)高度，取10 m。

火炬塔分段結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載質(zhì)量G1計(jì)算如下：

式中：wki分別為塔架、火炬筒及其主要連接管道的風(fēng)荷載，kN/m2；Ai分別為塔架、火炬筒及其主要連接管道的迎風(fēng)面積，m2。

根據(jù)上述公式，求得第一段、第二段、第三段火炬塔吊裝因風(fēng)荷載產(chǎn)生的附加質(zhì)量分別為315.2、 293.5、 468.7 kg。

從近似和保守角度考慮，火炬塔分段吊裝總質(zhì)量G為：

式中：G1為火炬塔分段結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載質(zhì)量；G2為火炬塔分段結(jié)構(gòu)質(zhì)量；G3為跳板平臺(tái)、加固結(jié)構(gòu)等質(zhì)量；G4為吊鉤、鋼絲繩等附件質(zhì)量，取值2.5 t；K1為吊裝動(dòng)載系數(shù)，取值1.1。

第一段火炬塔吊裝質(zhì)量：

（ 9.836+0.315 2+2.5）×1.1=13.92（ t）

第二段火炬塔吊裝質(zhì)量：

（ 10.827+0.293+0.43+2.5）×1.1=15.46（ t）

第三段火炬塔吊裝質(zhì)量：

（ 31.1+0.468 7+0.65+2.5）×1.1=38.19（ t）

根據(jù)火炬塔吊裝總質(zhì)量、吊裝高度、工作半徑等參數(shù)，以及建設(shè)地點(diǎn)周邊區(qū)域的吊車設(shè)備情況，主吊車選用了260 t汽車吊，副吊車選用了50 t汽車吊。風(fēng)荷載在高空會(huì)產(chǎn)生較大擺動(dòng)力矩，會(huì)造成吊裝困難，鋼絲繩越往下放，擺幅越大，安全風(fēng)險(xiǎn)越大，需要增加溜尾，提高吊裝安全性。

4 工程實(shí)施

4.1 火炬頭拆除

火炬頭上自帶吊耳。拆除前應(yīng)檢測(cè)火炬頭吊耳的銹蝕程度，采用手工除銹方法清除吊耳表面銹蝕物質(zhì)，用游標(biāo)卡尺測(cè)量吊耳的實(shí)際厚度和吊耳截面尺寸，計(jì)算出的吊耳剪切應(yīng)力須小于材質(zhì)的屈服強(qiáng)度。吊耳驗(yàn)算滿足吊裝要求后，穿入吊環(huán)，用鋼絲繩吊起，拆卸火炬頭與火炬筒的法蘭端面連接螺栓、氨氣和酸性氣排氣管的法蘭端面連接螺栓，緩慢吊裝至地面，如圖2所示。

圖2 火炬頭拆除

4.2 第一段火炬塔拆除

將火炬塔架、火炬筒、梯子平臺(tái)、儀表管道等附件整體吊裝，采用超聲波測(cè)厚儀測(cè)量出火炬塔架立柱、橫桿鋼管的實(shí)際厚度，檢查火炬塔塔架各桿件的腐蝕情況，特別是節(jié)點(diǎn)處焊縫腐蝕、開裂情況。火炬塔架主吊點(diǎn)設(shè)置在塔頂操作平臺(tái)底部橫桿上，對(duì)稱布置3個(gè)吊點(diǎn)，用鋼絲繩、卸扣綁扎牢固。火炬塔架副吊點(diǎn)設(shè)置在立柱上，立柱與火炬筒采用手拉葫蘆連接牢固。火炬筒吊點(diǎn)采用板式吊耳，吊耳外徑尺寸與火炬筒法蘭外徑尺寸一致，厚度為30mm，用8.8級(jí)螺栓連接火炬筒和板式吊耳，見圖3。

圖3 火炬筒板式吊耳

在55.5 m高處拆除火炬塔頂部欄桿，避免火炬塔水平放置時(shí)鋼絲繩與欄桿發(fā)生干涉碰撞，同時(shí)拆除影響鋼絲繩綁扎的塔頂操作平臺(tái)區(qū)域。在41.5 m高處搭設(shè)跳板，平鋪跳板并用鋼絲固定。依次拆卸塔架立柱法蘭端面連接螺栓、斜拉桿法蘭端面連接螺栓。采用氧乙炔火焰切割火炬筒、梯子平臺(tái)等附件，為了方便切割作業(yè)，切割位置設(shè)置在42.5 m高處。火炬筒切割前，需完成火炬筒內(nèi)吹掃和置換工作，對(duì)火炬筒進(jìn)行可燃?xì)怏w檢測(cè)，確保不會(huì)發(fā)生爆炸險(xiǎn)情后，方可動(dòng)火作業(yè)。

第一段火炬塔架整體結(jié)構(gòu)采用1臺(tái)主吊車吊裝，見圖4。火炬塔架吊裝至地面后，選用1臺(tái)吊車輔助吊裝平放至枕木上。采用吊裝帶綁住1個(gè)塔架立柱，其余立柱、火炬筒與輔助吊點(diǎn)采用手拉葫蘆連接。

4.3 第二段火炬塔拆除

首先測(cè)量塔架立柱、橫桿鋼管的厚度，檢查塔架各桿件的腐蝕情況。此段整體吊裝拆除的主吊點(diǎn)設(shè)置在41.5 m高處火炬塔橫桿與立柱交接處，采用鋼絲繩纏繞2圈，并捆綁牢固。火炬塔副吊點(diǎn)設(shè)置在立柱上，立柱與火炬筒采用手拉葫蘆連接牢固。火炬筒吊點(diǎn)設(shè)置42.4 m處，開孔直徑100 mm，穿入U(xiǎn)型卸扣連接鋼絲繩，見圖5。在26.5 m高處搭設(shè)跳板，平鋪跳板并用鋼絲固定。依次拆卸塔架立柱法蘭端面連接螺栓、斜拉桿法蘭端面連接螺栓，采用氧乙炔火焰切割火炬筒、梯子平臺(tái)等附件，火炬塔結(jié)構(gòu)吊裝如圖6所示。

圖4 第一段火炬塔拆除

圖5 火炬筒吊點(diǎn)設(shè)置

圖6 第二段火炬塔拆除

4.4 第三段火炬塔拆除

火炬塔架主吊點(diǎn)設(shè)置在26.5 m高處橫桿與立柱交接處，采用鋼絲繩纏繞2圈，并捆綁牢固。火炬塔副吊點(diǎn)設(shè)置在立柱上，立柱與火炬筒采用手拉葫蘆連接牢固。為防止火炬筒水平平放時(shí)出現(xiàn)滑動(dòng)，采用槽鋼進(jìn)行加固，如圖7所示。

圖7 第三段火炬塔拆除

應(yīng)用此技術(shù)順利完成60 m火炬塔拆除，拆除節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，吊點(diǎn)設(shè)置合理，避免了大量的高空作業(yè)，降低了風(fēng)載荷產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，拆除過程高效、安全、經(jīng)濟(jì)性好。

5 結(jié)束語

本文采用合理可行的火炬塔拆除吊裝工藝，優(yōu)化了吊點(diǎn)位置和加固結(jié)構(gòu)，計(jì)算了風(fēng)荷載對(duì)高處拆除吊裝作業(yè)的影響，保證了火炬塔分段拆除過程中不發(fā)生變形，完善了吊裝風(fēng)荷載計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了火炬塔拆除吊裝的安全性、準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性，為今后的大型火炬塔拆除和高空吊裝作業(yè)提供了借鑒和理論指導(dǎo)。