“板繩”結(jié)合在大型設(shè)備吊裝中的應(yīng)用

王加銀

中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266555

傳統(tǒng)的立式設(shè)備吊裝時(shí)索具選用鋼絲繩或繩圈，但有的設(shè)備因吊耳位置的特殊性不適用鋼絲繩，若特意采購一對很長的鋼絲繩來吊裝的話又浪費(fèi)成本。為此，特設(shè)計(jì)一種新的索具連接方式來解決此類問題。

新浦烯烴(泰興)有限公司110 萬t/ a 輕烴綜合利用項(xiàng)目位于泰興經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，由中國寰球工程公司設(shè)計(jì)。項(xiàng)目中丙烯精餾塔屬于細(xì)長設(shè)備且重量較大，考慮到設(shè)備起吊時(shí)的撓度難以保證，寰球工程公司（設(shè)計(jì)單位）經(jīng)與總承包單位溝通，將管式主吊耳的焊接位置確定在距離頂部法蘭口以下17.9m。以下重點(diǎn)對丙烯精餾塔的吊耳設(shè)計(jì)、吊裝索具選取及校核進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 主要技術(shù)參數(shù)

丙烯精餾塔是110 萬t/ a 輕烴綜合利用項(xiàng)目大型設(shè)備吊裝工程中最重、最高的設(shè)備，尺寸為φ6100mm×110000mm，筒體壁厚46mm，殼體重905.1t，重心距設(shè)備底部55792mm。擬使用XGC88000 型4000t 級履帶式起重機(jī)主吊、LR1600/ 2 型600t 級履帶式起重機(jī)溜尾，對其進(jìn)行整體吊裝。丙烯精餾塔附件重量構(gòu)成見表1。

表1 丙烯精餾塔附件重量構(gòu)成明細(xì)

2 施工流程

2.1 方案編制評審

本設(shè)備吊裝重量在300t 以上，所以其吊裝方案屬于重大施工技術(shù)方案，由項(xiàng)目部完成審批后，再由公司技術(shù)質(zhì)量部組織公司相關(guān)專業(yè)人員審批。

2.2 安全技術(shù)交底

設(shè)備吊裝前要對主起重機(jī)和溜尾起重機(jī)的站位、吊裝半徑、吊裝參數(shù)、吊裝索具的選擇和吊裝過程等進(jìn)行安全技術(shù)交底。并要求起重機(jī)司機(jī)和起重工熟知吊裝過程。

2.3 吊裝前應(yīng)完成的工作

（1）設(shè)備基礎(chǔ)驗(yàn)收合格，墊鐵準(zhǔn)備完畢，具備設(shè)備吊裝、安裝條件。

（2）設(shè)備進(jìn)場后，業(yè)主組織監(jiān)理單位、吊裝單位和安裝單位等對設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合檢查，檢查內(nèi)容包括設(shè)備材質(zhì)、焊接質(zhì)量、管口方位和吊耳焊接等。如有不合格，嚴(yán)禁吊裝，并及時(shí)通知有關(guān)部門處理。

（3）對吊裝機(jī)索具、起重機(jī)運(yùn)行情況等仔細(xì)檢查，并做好檢查記錄。

2.4 吊裝區(qū)域警戒

設(shè)備吊裝時(shí)設(shè)置警戒區(qū)，警戒區(qū)周圍拉設(shè)醒目的警戒線，設(shè)立警示牌，無關(guān)人員嚴(yán)禁入內(nèi)。

2.5 起重機(jī)站位檢查

主、輔助起重機(jī)依照吊裝方案站位后，由技術(shù)質(zhì)量檢查人員及專業(yè)人員進(jìn)行測量確認(rèn)。

2.6 索具與設(shè)備的連接

首先檢查吊裝索具，合格后方可使用。然后依照吊裝方案，將索具與設(shè)備吊耳、起重機(jī)吊鉤進(jìn)行連接，并檢查。

2.7 索具預(yù)緊力檢查

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，主、輔助起重機(jī)在起重指揮的信號下，開始緩慢提升，使吊索伸直，此時(shí)要檢查吊索連接是否合適；狀況正常后，起重機(jī)繼續(xù)緩慢提升，使吊索受力，再檢查吊索受力是否均勻。

2.8 試吊

起重機(jī)繼續(xù)提升，使設(shè)備與鞍座脫離50～100mm；然后對吊索、卸扣的受力情況、起重機(jī)的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行仔細(xì)檢查，一切正常后方可進(jìn)行正式吊裝。

2.9 正式吊裝

在起重指揮的信號下，主起重機(jī)按要求緩慢提升，溜尾起重機(jī)同時(shí)緩慢提升；待設(shè)備高過設(shè)備鞍座時(shí)，主起重機(jī)繼續(xù)提升，輔助起重機(jī)平緩向前遞送，兩臺起重機(jī)配合將設(shè)備逐漸豎起；當(dāng)設(shè)備仰角達(dá)到90°時(shí)，輔助起重機(jī)脫鉤；主起重機(jī)將設(shè)備繼續(xù)起升，待設(shè)備裙座高于地腳螺栓頂標(biāo)高200～300mm，將設(shè)備吊于基礎(chǔ)正上方，調(diào)整并確認(rèn)設(shè)備管口方位；將設(shè)備緩慢回落到基礎(chǔ)上，初步調(diào)整設(shè)備的垂直度后，緊固地腳螺栓；設(shè)備吊裝就位，緊固地腳螺栓后，起重機(jī)回鉤、轉(zhuǎn)桿，使主吊裝索具與設(shè)備脫離，吊裝結(jié)束。

3 主吊耳設(shè)計(jì)及校核

設(shè)計(jì)1000t 級管式吊耳一對，按1000t 校核如下：

主吊耳結(jié)構(gòu)圖見圖1。吊耳材質(zhì)為Q345R，許用應(yīng)力〔δ〕=181MPa， 許 用 剪 切 應(yīng) 力 〔τ〕= 〔δ〕×0.8=144.8MPa，取綜合影響系數(shù)取K=1.2。

圖1 主吊耳結(jié)構(gòu)圖

其徑向載荷：F=1000×1000×10×1.2=1.2×107N

徑向彎矩：M=F×L=1.2×107×[180+58+550/ 2]

=6.156×109N·mm

吊耳管截面慣性矩：

J1=π(D4- d4)/ 64=3.14×(14504- 13504)/ 64

=5.39×1010mm4

吊耳抗彎截面模量：

W=J1/ 0.5D=2×5.39×1010/ 1450=7.437×107

吊耳根部受到的最大彎曲應(yīng)力：

σMax=M/ W=6.156×109/ 7.437×107=82.8N/ mm2

=82.8MPa＜〔δ〕=181MPa

吊耳總截面積：A=3.14（14502－13502）/ 4

=2.2×105mm2

吊耳剪應(yīng)力：τ=F/ A=1.2×107/ 2.2×105

=54.5MPa ＜〔τ〕=144.8MPa

組合應(yīng)力：σ=σMax+τ=82.8+54.5

=137.3MPa＜〔δ〕=181MPa

本校核截面積未算“井”字形筋板吊耳強(qiáng)度能滿足吊裝要求。計(jì)算證明，含“井”字筋板亦能滿足吊裝要求。

4 撓度的校核

開始起吊時(shí)設(shè)備撓度最大，要求設(shè)備撓度不大于L/ 500。設(shè)備的慣性矩（I）和最大撓度變形量（ω）計(jì)算分別見式（1）和式（2）。

式中：D——設(shè)備外徑；

d——設(shè)備內(nèi)徑；

G——設(shè)備吊裝重量；

L——設(shè)備長度；

E——彈性模量；

I——設(shè)備慣性矩。

丙烯精餾塔參數(shù)：D=6.192m；d=6.1m；L=92.1m；G=1055.1t；E =210×109N/ m2

則計(jì)算得慣性矩：

I=π(D4－d4)/ 64=3.14×(6.1924－6.14)/ 64=4.2m4

最大撓度變形量：ω=5GL3/ 384EI=5×1055.1×104×92.13/ 384 ×210 ×109×4.2=0.122m=122mm＜L/ 500=184.2mm

所以撓度變形在允許范圍內(nèi)，設(shè)備本體是安全的。

5 主吊索具的選取及校核

5.1 主吊索具的連接方式

主吊索具系掛示意圖如圖2 所示，使用3000t 級吊裝梁，上部選擇2 根GJT198mm×28m 高強(qiáng)度無接頭繩圈，中間連接6 對拉板，下部通過GJT264mm×14m 高強(qiáng)度無接頭繩圈與設(shè)備吊耳相連。索具、拉板之間用銷軸連接。

圖2 主吊索具系掛示意圖

5.2 主吊索具的校核

5.2.1 上部繩圈的校核

取GJT198 高強(qiáng)度無接頭繩圈2 根，對折使用，使4股受力。單只繩圈額定載荷559.9t，吊裝總重量為1055.1t。首先根據(jù)式（3）計(jì)算鋼絲繩的比例系數(shù)（R）。

式中：D——銷軸直徑，mm；

d——鋼絲繩公稱直徑，mm。

則得到，R=350/ 198=1.77＜6

再根據(jù)規(guī)范《SHT3536- 2011 石油化工工程起重施工規(guī)范》計(jì)算索具栓掛效率系數(shù)（E），其計(jì)算式見式（4）。

則負(fù)荷率：1055.1t÷（4×559.9t×62.4%）=75.5%，滿足使用要求。

5.2.2 下部繩圈校核

取GJT264 高強(qiáng)度無接頭繩圈2 根，2 股受力，單只繩圈額定載荷966.5t，吊裝總重量為1055.1t。

根據(jù)規(guī)范《SHT3536- 2011 石油化工工程起重施工規(guī)范》計(jì)算索具栓掛效率系數(shù)，詳見式（5）。

E=（100- 50/ R0.5）%=[100- 50/ (D/ d)0.5] %

=[100- 50/ (350/ 264)0.5]%=57%

則負(fù)荷率：1055.1t÷（2×966.5×57%）=95.7%,滿足使用要求。

5.2.3 拉板的校核

設(shè)備吊裝總重量為1055.1t, 每對拉板受力為1055.1÷2=527.55t,每對拉板由2 件拉板組成，則每件拉板受力527.55÷2=263.775t。

拉板設(shè)計(jì)圖如圖3 所示。拉板的材質(zhì)為Q345，許用應(yīng)力〔δ〕=181MPa， 許 用 剪 切 應(yīng) 力〔τ〕= 〔δ〕×0.8=144.8MPa。

圖3 拉板設(shè)計(jì)圖

取綜合影響系數(shù)K=1.2，

其徑向載荷

F=263.775×1000×10×1.2=3.17×106N。

拉板銷軸孔處橫截面積：A1= （730- 355）×40+（700- 355）×20×2=28800mm2，

拉板銷軸孔處豎向面積：A2= （580- 355/ 2）×40+（540- 355/ 2）×20×2=30600mm2，

則拉板銷軸孔處的拉應(yīng)力：σ1=F/ A1=3.17×106/ 28800=68.0N/ mm2=110MPa＜181MPa；

拉板銷軸孔處的剪應(yīng)力：τ=σ2=F/ A2=3.17×106/ 30600=68.0N/ mm2=103.6MPa＜144.8MPa，滿足要求。

5.2.4 銷軸的校核

5.2.4.1 銷軸的設(shè)計(jì)

銷軸的材料為Q460D，其設(shè)計(jì)圖和連接形式分別見圖4 和圖5。

圖4 銷軸的設(shè)計(jì)圖

圖5 銷軸的連接形式示意圖

銷軸主要受剪應(yīng)力（τ）。銷軸的材質(zhì)為Q460D，屈服強(qiáng)度為460MPa，許用應(yīng)力〔δ〕=460MPa÷2=230MPa，許用剪切應(yīng)力〔τ〕=〔δ〕×0.8=184MPa。取綜合影響系數(shù) 取K=1.2, 則， 剪 力F=263.775 ×1000 ×10 ×1.2=3.17×106N。

銷軸的總截面積：A=3.14×3502/ 4=96163mm2，

則，剪應(yīng)力：τ=F/ A=3.17×106/ 96163=33MPa＜184MPa，滿足要求。

6 注意事項(xiàng)

（1）將鋼絲繩與吊耳及鉤頭掛好后，需仔細(xì)檢查確認(rèn)；

（2）拉板的焊縫需進(jìn)行檢測，保證合格；

（3）設(shè)備直立過程中與索具碰撞的附件需要預(yù)留；

（4）連接銷軸的直徑要足夠大，否則索具的折減太大。

7 結(jié)語

對于細(xì)長且重量較大的設(shè)備，主吊耳無法靠近頂部位置焊接，本方案可以有效解決這一問題。并且節(jié)省了采購大型吊索具的成本，節(jié)約費(fèi)用，為以后類似設(shè)備的吊裝提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。