C8 切割塔整體吊裝技術探討

姬 鵬 孫 賀

中石化第十建設有限公司 山東青島 266500

某石油化工集團千萬噸級煉化一體化項目中，苯乙烯裝置有兩臺超大型塔器，其中C8切割塔長度近80m、直徑2.8m、壁厚22mm，是典型的細長薄壁設備。此臺塔的吊裝是本裝置建設的關鍵節點，通過優化設計吊耳的形式和位置，以及相關計算校核，確定了C8切割塔的吊裝方案，保證設備的安全順利吊裝。

1 主吊車和抬尾吊車受力計算

C8切割塔凈重161t，附件（含附塔管線、梯子平臺、電儀和保溫等）重量為45t，鉤頭重量15t，吊索具重量5t，所以吊裝總重量為226t。

重心計算見式（1）。

式中：Gi——設備各部件重量；

G——設備總重量；

Xi——設備各部件重心高度；

X——設備重心高度。

主吊車和抬尾吊車受力計算見式（2）。

式中：F1——起吊時主吊車承載設備重量；

F2——起吊時抬尾吊車承載設備重量；

X1——主吊耳距重心距離；

X2——抬尾吊耳距重心距離。

根據以上公式即可計算出設備的重心高度、起吊時主吊車和抬尾吊車受力（起吊時主吊耳和抬尾吊耳受力）。根據圖1 中設備的主吊耳位置，將各部件重量代入上式，求得起吊時主吊車承載124t，抬尾吊車承載82t。

圖1 主吊耳位置示意圖

2 吊車配置

根據現場平面布置、設備高度和重量，擬采用XGC12000 型800t 級履帶式起重機主吊、QUY300 型300t 級履帶式起重機抬尾。主吊車和抬尾吊車工藝參數見表1 和表2。

表1 起升時吊裝參數

表2 就位時吊裝參數表

3 吊耳設計

主吊耳設計為管軸式吊耳，為了減小設備局部應力，將吊耳管軸外徑增加至600mm。為了降低設備起吊時的撓度，主吊耳設置位置向下移動至距離上封頭切線11.7m 處，設計圖見圖2。抬尾吊耳根據規范選用2 只50t級板式吊耳。

圖2 主吊耳設計圖（材質Q345R）

C8切割塔壁厚僅22mm，為了確保吊耳處設備局部強度滿足要求，依據WR107 公報，使用SW6- 2011 分別在設備起吊和就位兩種情況下進行校核計算。

3.1 校核基本參數

圖3 為吊耳應力計算簡圖。柱殼內徑Di=2800.00mm；柱殼公稱厚度T=22.00mm；圓形附件或接管外徑D2=600.00mm；接管伸出長度H=240.00mm；附件位置L=11700.00mm；水平力V1=1030000.00N；水平力V2=620000.00N。

圖3 吊耳應力計算簡圖

殼體集中系數和幾何系數：徑向力Fz=0N；軸向力Vx=103.0 ×104N； 周 向 力 Vy=62.0 ×104N； 彎 矩Mx=1488.0×105N·mm；彎矩My=- 2472.0×105N·mm；扭矩Mt=0N·mm；薄膜應力集中系數Kn=1；彎曲應力集中系數Kb=1；殼體幾何參數γ=Rm/ (T- C+T3)=64.136；連接件幾何參數β=0.5×0.875×D2/ Rm=0.186。

3.2 應力計算公式

Fz 引起的薄膜應力:

Fz_M=Kn×W×Fz/ (Rm×TT)；

Fz 引起的彎曲應力:

Fz_B=6×Kb×W×Fz/ (TT×TT)；

Mx 引起的薄膜應力:

Mx_M=Kn×W×Mx/ (Rm×Rm×β×TT)；

Mx 引起的彎曲應力:

Mx_B=6×Kb×W×Mx/ (Rm×β×TT×TT)；

My 引起的薄膜應力:

My_M=Kn×W×My/ (Rm×Rm×β×TT)；

My 引起的彎曲應力:

My_B=6×Kb×W×My/ (Rm×β×TT×TT)；

P 引起的周向薄膜應力:P_MC=P×R/ T1；

P 引起的軸向薄膜應力:P_MA=0.5×P×R/ T1；

Mt 引起的剪應力:

Mt_S=Mt/ (2×π×R0×R0×TT)；

Vx 引起的剪應力:Vx_S=Vx/ (π×R0×TT)；

Vy 引起的剪應力:Vy_S=Vy/ (π×R0×TT)；

3.3 應力計算結果

最大表面應力Smax=545.1MPa；

最大膜應力Sm=192.0MPa；

材料許用應力Sa=185.0MPa；

Smax≤3Sa=3×185.0=555.0MPa)，且Sm≤1.5Sa=555.0MPa,滿足要求。

4 吊索具配置

設備直徑為2.8m，主吊耳為管軸式吊耳，因此選用支撐長度3.3m 的300t 級支撐式組合平衡梁一組。根據吊裝重量、提升高度、吊裝方法和索具規格、尺寸等因素選擇主吊車鋼絲繩及卸扣。鋼絲繩在繞過不同尺寸的銷軸或滑輪時，其強度能力應根據彎曲情況折減。折減后的鋼絲繩強度能力可依據《石油化工工程起重施工規范》SH/ T3536- 2011 確定。吊裝示意圖見圖4。起吊時設備彎矩圖見圖5。

圖4 主吊裝示意圖

圖5 起吊時設備彎矩圖

5 整體穩定性及撓度校核

5.1 基本參數

設備材質Q345；材料許用應力[σ]=181MPa；材料彈性模量E=206000N/ mm2；吊裝重量G=2060000N；設備高度H=77650mm；設備外徑D=2844mm；設備壁厚S=22mm；主吊耳到頂部距離X=11700mm。

設備慣性矩（I）計算見式（3）。

主吊耳到抬尾吊耳距離的計算式見式（4）。

L=H- X=77650- 11700=65950mm （4）

5.2 強度計算

均布載荷（q）的計算見式（5）。

設備抗彎截面模量（Wr）計算見式（6）。

主吊耳下部彎矩（ML）的計算見式（7）。

主吊耳上部彎矩（MX）的計算見式（8）。

最大彎矩（Mmax) 取ML 和MX 較大值, 即Mmax=352.96×107N·mm。

彎曲應力（σW）的計算見式（9）。

σW＜[σ]=181,滿足要求。

5.3 撓度計算

撓度的計算見式（10）。

則，ωL＜H/ 300=77650/ 300=258.83,滿足要求。

6 結語

C8切割塔的成功吊裝就位，證明吊裝技術規劃是合理可行的。對于細長設備，可以通過調整主吊耳位置，將主吊耳的位置向重心偏移一定距離，來減小設備撓度。對于薄壁設備，可以采用加大吊耳管軸直徑的方法，來降低吊耳處的設備局部應力。