高壓精餾塔一體化吊裝技術研究

賀延偉 王景濤 崔鵬宇

陜西化建工程有限責任公司 陜西楊凌 712100

隨著石油化工、冶金等建設規模的不斷擴大，工程中的關鍵設備正在向特重、特大型方向發展，特別是化工項目的塔器設備更是如此。同時，建設工程項目為更快地投產，從而獲得經濟收益，吊裝的工期逐漸縮短，大部分塔器設備會在施工現場采用穿衣戴帽的形式進行整體吊裝及運輸。為此，以海南逸盛石化項目的高壓精餾塔吊裝為依托，開展塔器設備一體化吊裝技術研究。

海南逸盛石化有限公司250 萬t/ a 精對苯二甲酸（PTA）項目高壓精餾塔, 到場后采用4000t 履帶吊和1250t 履帶吊整體吊裝就位。該設備外形尺寸為Φ8500/ 7600×80500，凈設備重1278t。

1 方案特點

（1）使用SPMT 液壓軸線車運輸設備。液壓軸線車具有自行動力、承載力強、操作方便、轉向靈活、升降功能，以及縱、橫向任意組合等特點。

（2）使用叉車擺放支墩，該方法既節約時間，又能克服場地狹小的問題。

（3）使用4000t 履帶吊配備的2600t 級專用平衡梁。保持被吊設備的平衡，避免吊索損壞設備；縮短吊索的高度，減小動滑輪的起吊高度；利用專用的平衡梁，設備吊裝時，易于設備回轉，可以解決索具與設備本體接管、法蘭等發生的干涉；減少索具對設備的擠壓或使設備發生變形，大大降低設備質量風險、吊裝安全風險。

2 設備運輸及卸車方案

2.1 卸船

高壓精餾塔到達海南逸盛石化項目碼頭后，首先確認設備船舶裝貨情況，將船舶上影響大型設備滾卸的物件進行清理；其次，在潮汐達到高潮的狀況下，進行設備的滾卸。設備卸船利用SPMT 液壓軸線車的升降功能，先降低低于支墩高度，之后再行升高落，使設備重量全部作用在液壓板車上，然后駛出碼頭。

2.2 設備運輸

設備運輸最重要的是前期準備，包含車輛拼裝、場地的清理及平整。車輛拼裝：高壓精餾塔運輸采用四輛六軸線、四輛四軸線模塊車及操作控制系統，2 個組合成為2輛16 軸線2 縱列模塊車，模塊車寬度為6m。運輸路線的清理及平整：由技術人員根據現場實際情況，對設備運輸路線首先進行模擬，確定需清理的區域。

2.3 卸車

高壓精餾塔卸車通過利用SPMT 液壓軸線車的升降功能，首先與吊裝區域相連，確定吊裝幅度；然后從設備主吊耳處確定支墩擺放位置，再使用叉車將12 個支墩擺放至卸車位置；液壓軸線車升高超過支墩高度，到達位置之后再行降低落至支墩上面；液壓板車上的載荷達到設備重量的20%時，觀察支墩是否出現下陷；如果沒有出現地基下陷，則繼續泄壓，使設備的重量全部作用在支墩上，完成卸車。圖1 為支墩擺放圖。

圖1 支墩擺放圖

3 設備吊裝方案

設備重心分裙座和筒體兩段計算：L1為裙座質心距離設備基礎環板距離，L2為設備筒體質心距離設備底部距離。

根據公式（1）計算總質心位置。

式中：L——設備重心距設備基礎環板距離，mm；

n——設備分段數，n＝2；

Gi——各分段的重量（i＝1，…，n）,t；

Li——各分段質心Si到各段底面的距離（i＝1，…，n）,mm。

4 吊裝機械受力計算

設備重量、主、副起重機起吊時承載設備重量分別為G、F1、F2。根據計算，重心位置和主、副吊點位置如圖2 所示。

圖2 設備吊點布置圖

設備起吊時，F+T=G=1381.5t，F2=1381.5-F1

依據力矩平衡原理∑MF2=0，得：F1×(L1-L2)=G×(L-L2)

已知，L1=66675mm；L2=436mm；L=35461.43mm。

解得，F1=714.63t，F2=667.17t

設備直立過程中，主吊車受力增大，溜尾吊車受力減小。

5 吊裝計算

本次吊裝采用單主機抬吊遞送法吊裝工藝，即用1臺4000t 履帶吊主吊，1 臺1250t 履帶吊配合溜尾。

主吊車為XGC880004000t 履帶吊，SSL 工況，2000t超起配重，29m 超起半徑；114m 主臂工況，24m 作業半徑；額定起重量為1765t；設備吊裝重量為1621.5t[1278t（設備）+103.5t（勞動保護）+240t（吊索具）]；負荷率為91.87%（1621.5t÷1765t）。

溜尾吊車為徐工XGC16000 1250t 履帶吊，480t 超起配重，21m 超起半徑；72m 主臂，16m 作業半徑；額定起重量為763t；設備吊裝重量為702.17t[667.17t（溜尾力）+35t（吊索具）]；負荷率為92.03%（702.17t÷763t）。

綜上，吊裝機械在此工況下，滿足如圖所示吊裝站位，則起重性能滿足吊裝要求。

6 主要技術

6.1 主吊耳核算

6.1.1 設計和強度核算

主吊耳結構設計如圖3 所示。

圖3 主吊耳結構圖

主吊耳材料為Q345，屈服強度σs=325MPa；許用應力 [σ]=325/ 1.6=203MPa；許用剪應力 [τ]=203×0.6=121MPa。

根據《化工設備吊耳及工程技術要求》（HG/ T 21574- 2018）對主吊耳進行校核。吊耳管根部截面積尺寸按照Φ1600mm×58mm 進行校核。

式中：K——綜合影響系數，1.5；

G——設備本體質量，1278t；

θ——吊索張角，吊索與豎直方向的夾角，最大允許張角5°；

L——主吊耳最大受彎力臂長度，600mm；

D0——主吊耳外徑；

S—吊耳管厚度，58mm。

根據以上計算可知，主吊耳能夠滿足強度要求。

6.1.2 有限元分析

管軸式主吊耳按照設備圖紙進行3D 建模，并劃分為104 個區域。對管軸式主吊耳墊板及吊耳管軸施加約束，將吊耳受力面移至靠近擋圈360mm 處，加載1.0×107N的力。根據計算機給出的靜應力分析圖及總變形圖，最小應力部分數值為1.3147×10-3MPa，所產生的總變形量為1.9178×10-6mm；最大應力數值為3.2852MPa ＜[σ]=325MPa，所產生的總變形量為9.8223×10-2mm，故主吊耳安全可用。

6.1.3 主吊耳的檢測報告

高壓精餾塔軸耳根據相關規定進行超色、磁粉、TOFD 檢測。對本臺設備軸耳的焊縫進行了100%UT MT TOFD 檢測，檢測長度共計2.4m。根據NB/ T 47013- 2015 標準，以上焊縫最終檢測結果合格。

6.2 溜尾吊耳設計、強度核算

溜尾吊耳材料為Q345；

屈服強度：σs=315MPa；

許用應力：[σ]=315/ 1.6=196MPa；

許用剪應力：[τ]=196×0.6=117MPa；

許用擠壓應力：[σhz]=2σs=630MPa。

根據《化工設備吊耳設計選用規范》（HG/ T 21574- 2018）對溜尾吊耳進行校核。

6.2.1 吊耳孔擠壓強度

吊耳孔擠壓強度計算見式（2）。

式中：K——綜合影響系數，1.5；

F——最大溜尾力，667.17t；

n——吊耳數量，4；

S——吊耳板厚度，120mm；

S1——補強板厚度，20mm；

D——吊耳孔直徑，140mm；

dr——卡環銷軸直徑，134mm；

E——彈性模量，200GPa；

R——吊耳頂部圓弧半徑，200mm；

D1——補強板直徑，300mm。

由以上計算可知，溜尾吊耳孔擠壓強度滿足要求。

6.2.2 截面強度計算

圖4 為溜尾吊耳示意圖。

圖4 溜尾吊耳示意圖

7 吊裝場地處理

7.1 作業場地需求

4000t 吊車履帶寬度2.2m，長度為19.2m（受力實際長度17.5m），此工況下起重機前車重2900t。吊裝設備直立時對地壓力最大，吊裝設備及索具總質量1622t[1278t+104t (附加) +240t(鉤頭索具)]。由于超起后車不離開地面，可認為后車對前車產生的拉力質量同為1622t。吊裝時每條履帶下鋪設8 塊路基箱以分散起重機對地面的壓力（實際受壓7 塊），路基箱尺寸8000mm×2800mm×280mm，單塊重16t，吊裝時單側路基箱對地面的實際接觸面積為S=B×L=2.8×8×7=156.8m2。

考慮載荷分布不均勻因素影響，取1.25 的系數。故4000t 吊車前車對地表面產生的平均壓強計算見式（3）。

式中：S——路基箱對地面的實際接觸面積，m2；P1——鋪設路基箱之后對地表產生的壓強，Pa；

B——路基箱寬度,m；

L——路基箱鋪設長度（實際受壓）,m。為此，地表的地基承載力特征值達到25.38t/ m2，即可滿足4000t 履帶吊車吊裝需求。同理，4000t 履帶吊車后車，地表的地基承載力特征值達到15.86t/ m2，即可滿足4000t 履帶吊車后車吊裝需求。

7.2 吊裝場地處理方案

大件設備吊裝場地根據地質勘探結果和起重機對地壓強要求，現場內一般場地不適宜直接作為吊裝場地的天然地基。根據海南逸盛石化項目地勘報告勘點平面布置圖，同時查看工程土質刨面圖，4000t 履帶吊吊裝區域為雜填土地基承載力特征值為80kPa。采用如下換填法地基處理措施：先對地面下挖2300mm，然后向上鋪設路基石2200mm，進行平整后填灌混合料200mm，并使用壓路機分層壓實壓平。處理后的場地坡度不大于2°，接地比壓大于0.2538MPa。

7.3 地基承載力檢測

通過計算4000t 履帶吊車吊裝地表的地基承載力特征值達到25.38t/ m2，即可滿足需求。因此，在地基處理完成后，委托具有資質的第三方進行地基承載力檢測。吊裝站位處，左、右履帶各取兩個試驗點進行檢測，試驗荷載520kPa，靜載24h 后，沉降量12.16mm，故4000t 履帶吊吊裝區域可安全使用。

8 結論

大型設備運輸、卸車及吊裝一體化方案中的理論計算是重點，是指導作業的有力依據，必須準確、詳細的核算。吊裝方案中還有其他關鍵環節的計算也不可忽視，例如平衡梁核算、鋼絲繩核算、地耐力強度核算等。總之，大型設備吊裝中的每個環節必須核實并確定安全，才能確保吊裝順利安全的完成。同時，設備運輸路線的清理及平整，確保設備能夠安全有效地運至吊裝區域也是不可或缺的。