大型氣化爐雙機(jī)抬吊法吊裝的風(fēng)險(xiǎn)控制

劉中培

中國(guó)化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司 河南開(kāi)封 475002

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 化工工程建設(shè)項(xiàng)目中設(shè)備大型化發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越突出； 裝置的大型設(shè)備工廠化制作和模塊化安裝是近幾年設(shè)備安裝的主流方向，設(shè)備噸位越來(lái)越大，吊裝要求越來(lái)越高。

青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目100萬(wàn)t/a甲醇裝置的氣化爐是水煤漿加壓氣化過(guò)程的核心設(shè)備， 具有設(shè)備重量大（322.68t），就位高度高（35.5m），就位后高度達(dá)到53m，吊裝作業(yè)半徑大等特點(diǎn)， 氣化爐吊裝是近幾年化工裝置整體吊裝設(shè)備的最為典型的代表之一。 與此同時(shí)，設(shè)備吊裝的風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)大。 為了解決氣化爐整體順利吊裝，我們針對(duì)吊裝的安全性，做了吊裝風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并采取了相關(guān)的吊裝安全技術(shù)措施。

1 氣化爐吊裝工藝概述

整體大型立式設(shè)備一次吊裝方法多種多樣， 按照吊裝機(jī)具的不同可以分為“ 吊車(chē)法”、“ 門(mén)式起重機(jī)法”、“ 桅桿法”；按照吊裝原理可以分為“ 抬吊法”、“ 滑移法”、“ 扳轉(zhuǎn)法”。 以上每種吊裝方法因吊點(diǎn)的設(shè)置，吊裝機(jī)具配置、繩索布置形式等因素又分為若干類(lèi)型。隨著我國(guó)大型吊裝機(jī)具的現(xiàn)代化和大型化，同時(shí)對(duì)設(shè)備的吊裝安全要求越來(lái)越高，扳轉(zhuǎn)法等傳統(tǒng)方法逐漸被淘汰。結(jié)合近幾年來(lái)行業(yè)內(nèi)的典型吊裝案例， 目前經(jīng)常使用的吊裝方法如圖1所示。

由于氣化爐就位在氣化框架35.5m的基礎(chǔ)上，考慮到吊裝場(chǎng)地的局限性和安裝工期要求等因素， 決定采取雙吊車(chē)抬吊的吊裝工藝進(jìn)行吊裝作業(yè)。該抬吊法技術(shù)比較成熟，也是最為快捷和技術(shù)難度最低的吊裝工藝， 同時(shí)也是吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)較小的方法之一。

圖1 常用立式大型設(shè)備吊裝方法匯總

2 大型設(shè)備吊裝風(fēng)險(xiǎn)控制措施

2.1 大型設(shè)備吊裝方案專(zhuān)家論證

青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目100萬(wàn)t/a甲醇裝置一標(biāo)段工程，三臺(tái)大型設(shè)備氣化爐吊裝，是本項(xiàng)目重中之重。 為了保障設(shè)備吊裝安全，明確吊裝任務(wù)，控制吊裝風(fēng)險(xiǎn)，確保吊裝過(guò)程順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)安全吊裝，我項(xiàng)目部針對(duì)大型設(shè)備吊裝方案進(jìn)行科學(xué)、合理、可行性專(zhuān)家組論證會(huì)。 專(zhuān)家組針對(duì)大型設(shè)備吊裝方案進(jìn)行科學(xué)、合理、精細(xì)化論證，最終提出吊裝方案內(nèi)的不足之處，及吊裝過(guò)程中（包括大型機(jī)具的組車(chē)細(xì)節(jié)）應(yīng)注意的相關(guān)細(xì)節(jié)。經(jīng)過(guò)大型設(shè)備吊裝方案的專(zhuān)家論證，使氣化爐大型設(shè)備吊裝方案更具有科學(xué)性、合理性、可行性。

圖2 專(zhuān)家論證會(huì)

2.2 大型設(shè)備重心計(jì)算及吊車(chē)受力模型分析

2.2.1 氣化爐重量及重心計(jì)算

氣化爐重量及重心的計(jì)算直接關(guān)系到吊裝方案數(shù)據(jù)來(lái)源的可靠性，重心計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也是確保安全吊裝的可靠性，因此大型設(shè)備氣化爐重量及重心計(jì)算尤為重要。

氣化爐整體重量G=∑M1+M2+…+Mn，即整體重量等于各部件重量之和。 基于力矩平衡原理，GL=∑m1l1+m2l2+…mnln，即： 氣化爐整體重量與重心到設(shè)備底部距離等于各部件重量與各部件重心到設(shè)備底部距離積的和。

氣化爐本體由殼體、各種人孔、法蘭口、儀表接管、支座等相關(guān)部件構(gòu)成，而氣化爐的絕大多數(shù)重量集中于殼體部分。 因此，殼體重量和重心的計(jì)算直接關(guān)系到結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

為確保計(jì)算的準(zhǔn)確性， 可以通過(guò)CAD三維制圖建立1∶1氣化爐殼體模型。首先建立氣化爐的軸向剖面圖，并形成整體面域圖形； 之后利用三維建模工具通過(guò)軸旋轉(zhuǎn)工具形成氣化爐殼體實(shí)體模型；最后，利用工具菜單→查詢→面域/質(zhì)量特性的體積及重心坐標(biāo)。 從而求得設(shè)備重量和重心位置。

圖3 設(shè)備模型圖

其他小型部件的重量及重心可以結(jié)合設(shè)備制造圖和簡(jiǎn)單的幾何知識(shí)一一進(jìn)行估算。

形成數(shù)據(jù)庫(kù)后， 利用EXCEL公式編輯工具， 結(jié)合公式：GL=∑m1l1+m2l2+…mnln， 最終批量計(jì)算得到氣化爐較精確的重心位置。

2.2.2 吊車(chē)受力模型及計(jì)算

雙機(jī)抬吊法吊裝總體分五個(gè)階段，包括：水平抬起階段、設(shè)備豎向起吊立直階段、直立階段、直立起吊階段、設(shè)備就位回鉤階段。其中前三個(gè)階段是吊車(chē)受力發(fā)生明顯變化的重要階段。具體實(shí)例如圖4所示。

氣化爐吊裝受力模型的建立是基于理論力學(xué)力平衡和力矩平衡原理，即：

圖4 吊裝實(shí)例

如圖5所示，建立氣化爐的受力分析圖，當(dāng)α=0°時(shí)，即第一階段，當(dāng)0°＜α＜90°時(shí)，即當(dāng)?shù)诙A段，當(dāng)α=90°時(shí)，即第三階段。

為了得出吊裝過(guò)程中任意階段的主吊點(diǎn)及溜尾吊點(diǎn)的受力以及吊點(diǎn)、溜尾吊點(diǎn)徑向和軸向的分力，可以對(duì)受力圖進(jìn)一步細(xì)化，并結(jié)合相關(guān)幾何和力學(xué)原理，通過(guò)EXCEL工具批量計(jì)算得到相應(yīng)數(shù)據(jù)表（見(jiàn)表1）和曲線圖（圖6、圖7）。 通過(guò)圖表可以清楚地了解各個(gè)受力在任意階段的準(zhǔn)確值， 以及各個(gè)受力的發(fā)展趨勢(shì)，為方案的制定和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

圖5 氣化爐吊裝受力分析圖

圖6 氣化爐主吊點(diǎn)受力分析曲線圖

圖7 氣化爐溜尾吊點(diǎn)受力分析曲線圖

2.3 大型設(shè)備吊裝吊車(chē)選型

主吊吊車(chē)的選型，主要考慮以下幾個(gè)因素：

（1） 設(shè)備重量及索具等附屬重量；

表1 氣化爐受力分析數(shù)據(jù)表

（2） 吊車(chē)規(guī)格及工作性能表；

（3） 設(shè)備就位高度；

（4） 裝置內(nèi)吊裝環(huán)境及設(shè)備就位的空間位置關(guān)系；

（5） 設(shè)備就位周邊框架、設(shè)備等具體外形尺寸；

（6） 設(shè)備吊裝前排放位置規(guī)劃；

（7） 主、輔吊車(chē)資源。

根據(jù)氣化爐設(shè)備重量及大型設(shè)備吊裝吊車(chē)選型條件，并考慮經(jīng)濟(jì)可行的吊車(chē)選擇原則， 決定主吊車(chē)選擇QUY800BR型800t履帶吊；溜尾輔助吊車(chē)選擇CKE2500－Ⅱ型250t履帶吊。

工況選擇：QUY800BR型800t履帶吊選擇主臂48m， 副臂30m，工作半徑20m，超起半徑20m，超起配重300t；CKE2500－Ⅱ型250t履帶吊選擇主臂21.3m，工作半徑7m。

2.4 大型設(shè)備吊裝地基處理及檢驗(yàn)

根據(jù)設(shè)備重量、800t吊車(chē)自重、超起配重、溝通、索具、平衡梁、路基板等綜合計(jì)算出吊裝氣化爐地基所承受重量，即：

G2=g1+g2+g3+g4+g5+g6+g7+g8+8*g9+g10+g11=147 3.88t

負(fù)荷狀態(tài)時(shí)走道板對(duì)地壓力：

P2=1.2×G2/(8×3×6)＝12.3t/m2。

對(duì)氣化爐吊裝地基進(jìn)行地基處理， 并對(duì)處理后的地基進(jìn)行地耐力檢測(cè)。 最終經(jīng)過(guò)地基處理后，檢測(cè)地耐力達(dá)到36t/m2＞12.3t/m2，符合要求，滿足氣化爐安全吊裝。 地基處理見(jiàn)圖8。

圖8 地基處理

2.5 大型設(shè)備吊裝平衡梁選擇

普通平衡梁可以分為兩種，即：吊耳式平衡梁和支撐式平衡梁。 吊耳式平衡梁制作簡(jiǎn)單，但是平衡梁本體所受彎矩較大，不適合100t以上設(shè)備吊裝使用； 支撐式平衡梁所受彎矩較小，但制作工藝較為復(fù)雜，適合重量較大的設(shè)備吊裝。氣化爐吊裝選擇支撐式平衡梁。 平衡梁選擇圖例見(jiàn)圖9。

2.6 大型設(shè)備吊裝索具選擇

圖9 平衡梁選擇圖例

800 t 主 吊 車(chē) 吊 裝 主 繩 扣 選 用 2 根Φ86mm*52m，8*61+FC-1670壓制繩索， 每根用2彎4股，共用8股，每股破斷拉力為3350kN。 繩扣彎曲折減系數(shù)0.75，則繩扣的安全系數(shù)為：

安全系數(shù)K=3350*8*0.75/(2*F1*10)=6.20＞5安全(系掛用繩扣安全系數(shù)5倍)

250 t 溜 尾 吊 車(chē) 吊 裝 主 繩 扣 選 用 2 根Φ52mm*20m，6*37+FC-1670壓制繩索， 每根用2彎4股，共用8股，每股破斷拉力為1330KN。 繩扣彎曲折減系數(shù)0.75，則繩扣的安全系數(shù)為：

安全系數(shù)K=1330*8*0.75/(134.1*10)=5.95＞5安全(系掛用繩扣安全系數(shù)5倍)

2.7 大型設(shè)備吊裝人員、機(jī)、索具資質(zhì)證明文件審查

按照青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目指揮部、 青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目100萬(wàn)t/a甲醇裝置項(xiàng)目部、 廣東國(guó)信工程監(jiān)理有限公司、中國(guó)天辰工程有限公司要求，上報(bào)氣化爐吊裝所需的人員、主輔吊車(chē)、索具等相關(guān)合格證件、資質(zhì)證件審批，審批完成后方可吊裝使用。

2.8 大型設(shè)備吊裝主吊耳選擇

一般設(shè)備本體上需要焊接吊耳作為吊裝機(jī)構(gòu)的連接件。 吊耳需要承受設(shè)備的重量，要保證足夠的強(qiáng)度和可靠度。 同時(shí)，由于應(yīng)力擴(kuò)散的因素，也要考慮吊耳周邊設(shè)備殼體強(qiáng)度。另外吊耳的設(shè)置還要綜合考慮設(shè)備外形特點(diǎn)、管口方位等因素。吊耳形式最為普遍的兩種，即：板式吊耳，管式吊耳。氣化爐主吊耳選擇為管式吊耳。 吊耳圖例見(jiàn)圖10、圖11。

2.9 大型設(shè)備吊裝溜尾吊具設(shè)計(jì)、制作、及檢驗(yàn)

溜尾吊點(diǎn)最為常見(jiàn)的是在設(shè)備尾部， 直接焊接并布置的板式吊耳，通過(guò)卸扣鋼絲繩與吊車(chē)相連接。由于氣化爐形體及設(shè)備工作條件原因，本裝置氣化爐并未設(shè)置溜尾吊耳。為保證氣化爐吊裝溜尾系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定，我們特設(shè)計(jì)一套溜尾法蘭托架吊索具機(jī)構(gòu)。

圖10 吊耳模型圖

圖11 吊耳圖例

該溜尾機(jī)構(gòu)由吊耳耳板部分、箱體部分、底部法蘭托架（凸臺(tái)部分）、支撐兩翼部分、螺栓連接部分構(gòu)成。底板法蘭托架和螺栓部分將承擔(dān)的設(shè)備重量通過(guò)箱體部分傳遞給與箱體焊接一體的吊耳板上，而箱體將各個(gè)部件組合成一個(gè)穩(wěn)定的整體。支撐兩翼部分作為極端情況下（此情況一般不會(huì)發(fā)生），某些部件受損失效的備用受力機(jī)構(gòu)。

圖12 溜尾法蘭吊具

此溜尾法蘭托架吊具， 在所有受力點(diǎn)焊接完畢后做無(wú)損檢測(cè)，經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)合格，并成功安全投入使用。 溜尾法蘭吊具圖見(jiàn)圖12。

3 小結(jié)

青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目100萬(wàn)t/a甲醇裝置氣化爐的成功吊裝，已經(jīng)成為大型設(shè)備吊裝一項(xiàng)經(jīng)典實(shí)例，其中，大型設(shè)備吊裝風(fēng)險(xiǎn)控制措施的應(yīng)用是氣化爐吊裝的成功所在。 我們對(duì)對(duì)氣化爐吊裝所采取的措施進(jìn)行了一一歸納、總結(jié)，以期對(duì)今后大型設(shè)備吊裝具有指導(dǎo)性的作用。

1 《 大型設(shè)備吊裝工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》 SH/T3515-2003

2 《 化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》 HG/T21574-2008

3 《 重型設(shè)備吊裝手冊(cè)》 樊兆馥 著 冶金工藝出版社