薄壁細長設備雙尾吊點整體吊裝工藝簡述

周文昊

中石化重型起重運輸工程有限責任公司 北京 100029

隨著國內大型設備吊裝行業的迅速興起，常規吊裝技術的應用日趨成熟，非常規設備的吊耳設計、吊裝方案的安全性，以及施工便捷程度的有效提高成為新的挑戰。隨著工藝的進步，裝置建設規模越來越大，大型薄壁細長設備的規格不斷增大，對整體吊裝技術的要求越來越高。國內現有的薄壁細長設備整體吊裝時，主吊耳一般選用兩對管式吊耳，尾吊耳選用一對管式（板式）吊耳。國內某項目凈化裝置尾氣放空筒97.5m，設備的長細比值過大，若采用現有技術設置吊耳，設備整體吊裝時會產生塑性變形，質量不能保證，因而如何優化吊耳設計型式成為吊裝過程中考慮的著重點。

1 概述

該項目主要生產氫氣、合成氣、氮氣等工業氣體供園區內用戶使用，并生產甲醇、乙二醇、醋酸等化工產品，項目大型設備主要分布在凈化及CO 分離裝置、甲醇裝置、煤氣化裝置、華誼爐裝置、乙二醇裝置和醋酸6套裝置中。其中凈化裝置尾氣放空筒總長97500mm，直徑1626mm，壁厚10mm，重46t。考慮到分段吊裝工期施工長，以及高處作業內容增加帶來的安全風險，決定采用整體吊裝，選用兩臺履帶式起重機（SCC7500 型750t 級履帶式起重機主吊，QUY75 型75t 級履帶式起重機溜尾）整體吊裝就位。

2 吊耳設計

設備整體吊裝時，撓度變形對設備影響較大。為了防止撓度變形的影響，在現有四主吊點整體吊裝工藝的基礎上，采用多增設尾部吊點的辦法，創新設計了一種新型尾部吊耳。即采用4 只管式主吊耳和2 只管式尾吊耳的吊裝工藝。其中4 只主吊耳按照傳統工藝上、下相互錯開設置；2 只尾吊耳在同一方位上、下對稱設置（尾吊耳1 和尾吊耳2 在設備筒體的軸向方向上下間隔一定距離，且在設備筒體的徑向方向沿軸線對稱設置），單個管軸吊耳采用立板與設備筒體連接，設計圖紙如圖1 和圖2 所示[1]。

圖1 尾氣放空筒吊耳設置圖

圖2 尾氣放空筒溜尾吊耳詳圖

3 應力校核分析

尾氣放空筒筒體材質為S30408，吊耳材質均為S30408。根 據GB150—2011，S30408 許 用 應 力[σ]=137MPa，[σ]焊=[σ]×0.7=95.9MPa，[τ]=[σ]×0.7=95.9MPa，彈性模量E=2.04e+11n/ m2。

3.1 整體吊裝受力分析

以設備起吊狀態校核設備整體強度及剛度，在力學模型中，將設備簡化為承受均布載荷的外伸梁模型，取均布載荷q=4717.95N/ m。

根據尾氣放空筒水平起吊時的力學模型模擬計算，得出尾氣放空筒剪力彎矩匯總表，見表1。

表1 尾氣放空筒水平起吊時剪力彎矩匯總 N·m

可知，尾氣放空筒水平起吊時最大彎矩：Mmax=681743.775N·m

水平起吊時各截面的慣性矩：

I=Π（D4- d4）/ 64=0.0166m4

水平起吊時各截面的抗彎模量：

W=ΠD3（1- a4）/ 32=0.02m3

尾氣放空筒橫截面的最大彎曲應力：

σmax=Mmax/ W=34.08MPa

可見，σmax<[σ]，其中[σ]為尾氣放空筒筒體許用應力。

尾氣放空筒最大線應變：

ε=σmax/ E=1.67×10-6m。

尾氣放空筒水平起吊時，各段的位移匯總于表2。

表2 尾氣放空筒水平起吊時各段位移匯總 m

由各段位移和轉角可知，尾氣放空筒水平起吊時最大撓度為29.97mm。綜合以上計算結果可知，選用4 點吊裝可滿足尾氣放空筒吊裝條件。

3.2 主吊耳受力分析

3.2.1 水平吊裝狀態吊耳焊接處應力計算

以上計算數值中，取最大絕對應力值：16.8MPa<[σ][2]。

綜上計算，主吊耳吊裝全過程安全。

3.3 抬尾吊耳受力分析

新型管式抬尾吊耳采用管軸與筒體通過立板焊接的型式，連接示意圖如圖3 所示。

根據以上力學模型模擬計算可知，尾吊吊裝過程中，內側立板受力情況最差，故只需對內側立板進行強度校核。內側立板示意圖見圖3。

圖3 內側立板示意圖

以上力學模型計算均較為保守，主吊及尾吊所設筋板均未計入計算范圍，且在充分考慮動載系數的情況下，通過計算證明，吊裝過程不會對設備造成損傷。

4 吊裝過程分析

4.1 主吊點吊裝工藝

結合廣西華誼項目現有吊裝索具情況，采用已有的成熟吊裝工藝方法，索具選擇θ52×4m 鋼絲繩4根、θ36×36m 鋼絲繩2 根、θ48×14m 鋼絲繩4 根，120t 轉輪2 只，2.6m 的150t 吊裝梁1 根，配套卸扣10只。

主吊耳通過鋼絲繩與滑輪連接，滑輪通過鋼絲繩與平衡梁連接，平衡梁通過鋼絲繩與吊鉤連接，保證設備從水平至豎直狀態過程中，4 個主吊耳受力均勻，平穩過渡。索具設置詳見圖4[4]。

4.2 尾吊點吊裝工藝

抬尾索具選擇φ52×4m 鋼絲繩1 根、φ42×20m鋼絲繩1 根、55t 轉輪1 只，配套卸扣1 只。

抬尾吊耳通過鋼絲繩與轉輪連接，轉輪通過鋼絲繩與吊鉤連接，同樣保證了設備從水平至豎直狀態過程中抬尾吊耳受力均勻，平穩過渡。索具設置如圖5 所示[4]。

5 結語

在尾氣放空筒吊裝過程中，通過對尾吊耳的設計及優化，采用獨特的四主吊耳和雙尾吊耳工藝方法，安全高效地完成了設備吊裝。在吊裝過程，通過實際測量，對理論數據和實際吊裝數據進行互相印證，達到了安全控制的要求。吊裝完成后經檢查測量，設備未發生變形，安裝垂直度找正完好。通過以上措施，很好地避免了以往同類設備吊裝過程中容易產生的設備質量問題。在該項目凈化裝置中，采用此方法順利完成了兩臺尾氣防空筒的吊裝。實踐證明，采用雙尾吊的多吊點整體吊裝工藝對尾氣放空筒等細長、薄壁、大噸位設備的吊裝是安全可行的。細長設備無論截面如何，只要撓度、設備吊耳處的局部應力、設備起吊的強度等方面達不到兩主吊點的要求，都可以采用此種工藝方法，安全方便，經濟可行，縮短工期，效果良好，可為同類大型設備整體吊裝提供參考。因此，該吊裝工藝可以拓展到更加廣泛的領域。