大型煤氣化裝置主要設(shè)備安裝設(shè)計

甄崇汀 胡雅芹

中石化寧波工程有限公司 浙江寧波 315103

裝置設(shè)備布置既要有利于生產(chǎn)和工人的操作， 又要節(jié)省投資，少占地，便于施工，它是整個工程設(shè)計中重要的一環(huán)。在裝置設(shè)備布置中，不可忽視設(shè)備安裝設(shè)計的重要性。設(shè)備安裝設(shè)計包括就位方案，吊裝，施工，檢修等內(nèi)容。本文結(jié)合兩段式干煤粉氣化裝置工程安裝實例， 對氣化裝置高層框架主要設(shè)備的安裝設(shè)計進行分析總結(jié)。

1 氣化裝置布置概述

1.1 布置特點

兩段式干煤粉氣化裝置主要有粉煤加壓給料、 煤氣化、除渣、 干/濕法除灰及合成氣洗滌等單元， 設(shè)備集中布置在高約90m的框架內(nèi)。 其布置特點如下：

特點一：主框架高，采用型鋼混凝土—型鋼的特殊混合框架結(jié)構(gòu)。 氣化爐基礎(chǔ)38m以下框架采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，38m以上為鋼框架結(jié)構(gòu)，以增強框架的穩(wěn)定性和有效剛度。

特點二：大型設(shè)備多且安裝位置高。框架上設(shè)備多達170臺左右，設(shè)備高度在20m以上的有7臺，筒徑（寬度）在4m以上的有10臺。 其中氣化爐和合成氣冷卻器均高約40m，分別安裝在+38.0m和+57.0m，總凈重達1390t。

特點三： 設(shè)備多同心豎向布置。 本氣化工藝中煤粉加壓給料、除渣及干法除灰等單元均采用鎖斗系統(tǒng)輸料，因此對設(shè)備布置同心度要求高[1]。

2 設(shè)備布置說明

主框架高約88m，共13層，占地約長×寬（40m×20m），在整個氣化框架內(nèi)按照煤氣化工藝流程自上而下布置主要的工藝設(shè)備，見圖1。

圖1 主要設(shè)備布置圖

粉煤加壓給料單元，3個系列的設(shè)備主要布置在主框架東跨的0m～82m高度范圍內(nèi)。

氣化爐及合成氣冷卻器布置在主框架西跨的30.5m～82m之間， 氣化爐支撐于38m 層， 合成氣冷卻器用恒力彈簧吊于57m層。 除渣單元的設(shè)備主要布置在氣化爐下方空間。

設(shè)備安裝設(shè)計包括設(shè)備吊裝方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備地腳螺栓及管口方位設(shè)計。

3 設(shè)備吊裝方案

由于設(shè)備交叉布置， 設(shè)備吊裝順序安排是否合理也非常重要。 施工現(xiàn)場采用了大型吊車、機械化程度比較高，為了利用這一優(yōu)勢，設(shè)備原則上考慮空投吊裝，按照先下后上、先大后小的吊裝順序， 在鋼結(jié)構(gòu)施工前將下面混凝土框架內(nèi)的大型設(shè)備吊完?；镜跹b原則是38.0m 以下混凝土框架施工完成后先進行內(nèi)部設(shè)備的吊裝。 38.0m 以上的設(shè)備根據(jù)框架施工進度和設(shè)備到貨情況，按照組對一層鋼結(jié)構(gòu)，安裝一層設(shè)備的方法進行，直至施工至88.0m。

3.1 主要設(shè)備吊裝

圖2 主框架東跨38m以上設(shè)備立面布置

3.1.1 東跨吊裝順序和方法

按照組對一層鋼結(jié)構(gòu)，安裝一層設(shè)備的方法，依次吊裝從低往高吊裝設(shè)備，見圖2。

3.1.2 西跨吊裝順序和方法

3.1.2.1 吊裝順序

因氣化爐是安裝在38m 混凝土基礎(chǔ)上， 合成氣冷卻器V-3302則是通過彈簧吊架安裝在57m的框架鋼梁上。 為此，從鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性考慮，必須先吊裝氣化爐，然后吊裝合成氣冷卻器。 氣化爐及合成氣冷卻器西側(cè)框架， 高度在38m～73m范圍內(nèi)的框架需做活動梁， 以滿足氣化爐及合成器冷卻器平移吊裝要求， 最后從上部吊裝傳導(dǎo)段與氣體返向室組合件V-3303。 待V-3303吊裝完成后再吊裝就位氣化爐中壓氣包及高溫高壓過濾器/飛灰收集罐，見圖3[1]。

3.1.2.2 吊裝方法

（1） 氣化爐主體

氣化爐是氣化爐組件三大吊裝單元中吊裝難度最小的，采用提升吊移抬送的吊裝方法進行吊裝。 氣化爐從氣化框架西側(cè)道路運輸進入吊裝現(xiàn)場的指定預(yù)留位置， 按指定位置擺放。 以1600t履帶吊車主吊抬頭，400t吊車配合溜尾，設(shè)備吊裝直立后，撤去溜尾吊車，然后仰起1600t吊車臂桿至合適半徑，再將氣化爐提升至39m高度，朝框架基礎(chǔ)方向轉(zhuǎn)動1600t吊車臂桿，等轉(zhuǎn)到框架預(yù)留開口位置時，水平平移氣化爐安裝就位。氣化爐安裝要求1-B至1-C軸西側(cè)43m至82m層預(yù)留活動鋼梁，以便氣化爐的吊裝。

圖3 主框架西跨38m以上設(shè)備立面布置

（2） 合成氣冷卻器

合成氣冷卻器在框架上分布在氣化爐的北側(cè)， 通過合成氣冷卻器中部的錐體結(jié)構(gòu)利用彈簧吊架安裝在氣化框架57m 層的箱型鋼結(jié)構(gòu)梁底。設(shè)備從框架預(yù)留開口處吊裝進入，待恒力彈簧吊架全部與合成氣冷卻器連接好后，1600t吊車方可回鉤。而18組彈簧吊架安裝在4面箱形梁上，為了縮短吊車懸吊合成氣冷卻器的時間，事先安裝3根箱梁，有13個彈簧吊架可以在合成氣冷卻器吊裝前安裝到位，只預(yù)留了5個彈簧吊架。因彈簧吊架的自然懸垂?fàn)顟B(tài)會遮擋合成氣冷卻器的錐體裙座， 為此應(yīng)用倒鏈將各已經(jīng)安裝在箱梁上的彈簧吊架往外側(cè)拉20°左右，以便合成氣冷卻器順利吊裝[2]。

（3） 傳導(dǎo)段與氣體返向室

質(zhì)量為480t的傳導(dǎo)段與氣體返向室組合體， 結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則，設(shè)備的重心與幾何中心線不重合，是煤氣化裝置中吊裝難度最大的設(shè)備。傳導(dǎo)段與氣體返向室組合體在地面臥式組對后，將氣體返向室與傳導(dǎo)組合件由組裝位置抬吊到沙坑翻轉(zhuǎn)位置，將傳導(dǎo)段與氣體返向室組合件在沙坑內(nèi)周向翻轉(zhuǎn)90°至傳導(dǎo)段位于正上方（圖4），將傳導(dǎo)段與氣體返向室組合件再經(jīng)向翻轉(zhuǎn)90°使兩道口呈水平布置狀態(tài)（圖5），在地面上連接找正索具進行找正， 將傳導(dǎo)段與氣體返向室組合件吊裝到高空就位對口，進行兩道黃金焊縫的焊接與熱處理[3]。

圖4 組合件周向翻轉(zhuǎn)90°

圖5 組合件經(jīng)向翻轉(zhuǎn)90°

3.2 中小型容器設(shè)備吊裝

中小型容器設(shè)備可以用汽車吊裝工具從建、 構(gòu)筑物的一端吊放在所在樓板（上鋪枕木、鋼管）上，然后用卷揚機或者手動葫蘆拖至安裝孔旁（樓面應(yīng)提出設(shè)備有關(guān)荷載），再利用手動起吊工具將容器立起，放入安裝孔，支承在梁上。 如渣水換熱器等設(shè)備。

3.3 場地預(yù)留

場地預(yù)留需在設(shè)備布置時進行合理計劃和安排， 預(yù)留不當(dāng)將會影響后序作業(yè)的施工和吊裝。

傳導(dǎo)段與氣體返向室先行進場， 在氣化框架與南側(cè)公路間預(yù)留35m×30m的空地進行組焊； 氣化爐從氣化框架西側(cè)公路進場， 擺放在氣化框架與西側(cè)公路間預(yù)留的56m×35m的空地位置；待氣化爐吊裝完成后，合成氣冷卻器再進場。 此區(qū)域布置的渣倉及環(huán)形公路，待氣化爐整體吊裝完成后再行施工。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)設(shè)備吊裝方案， 在提交土建一次條件時應(yīng)充分周密設(shè)計安裝開孔、結(jié)構(gòu)梁型式。

4.1 安裝開孔

根據(jù)前述吊裝方案，安裝在混凝土框架內(nèi)的設(shè)備，吊裝時要穿過多層樓板。因此在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時要預(yù)留安裝開孔，安裝孔的大?。戳婚g凈距）必須能通過設(shè)備外緣最大凸起部件。 安裝孔一般為方形，按設(shè)備的直徑（包括保溫厚度）及耳座大小、管口最大伸出長度取最大值， 并考慮距結(jié)構(gòu)梁邊100～150mm凈距確定其開孔尺寸。 當(dāng)設(shè)備在兩層樓板之間因?qū)痈呦拗茻o法垂直吊入，需要借助滑輪組由水平旋轉(zhuǎn)到豎直狀態(tài)的過程中，安裝開孔的確定還應(yīng)避免吊裝過程設(shè)備不與樓板觸碰。 例如氣化爐下方渣收集罐和渣放料罐的吊裝。

提土建條件、 考慮梁間凈距及吊裝方案時， 設(shè)備有可能轉(zhuǎn)45°角度，將四個支耳的位置轉(zhuǎn)至樓板開孔的四個角處（增大凈距）。 設(shè)備吊起，支耳通過開孔角處通過樓板，再轉(zhuǎn)回45°角度將支耳在梁上就位，樓板開孔四周均應(yīng)做圍堰，一般為50mm高度，以防地面上物料或流體流至下一層[4]。

4.2 結(jié)構(gòu)梁設(shè)計

根據(jù)前述吊裝方案，安裝在鋼框架內(nèi)的設(shè)備，對于長徑比很大的設(shè)備可以從建、構(gòu)筑物的側(cè)面進入就位，此時必須設(shè)活動梁（鋼梁）。 設(shè)備吊入時取下活動粱，設(shè)備進入后再安上活動梁，活動梁宜使用螺栓連接。氣化爐、合成氣冷卻器分別從氣化框架的西側(cè)平移吊裝進入框架。 如氣化爐吊裝要求1-B至1-C軸西側(cè)43m至82m層預(yù)留活動鋼梁。

鋼結(jié)構(gòu)及混凝土預(yù)留的活動梁必須在土建藍圖中明確標(biāo)出活動梁的位置，并且要在設(shè)計文件中交代對施工程序的要求，設(shè)計應(yīng)協(xié)助施工單位做好施工組織工作。

對于安裝在混凝土框架內(nèi)的設(shè)備， 當(dāng)下方設(shè)備筒徑大于上方的設(shè)備安裝孔時，上方設(shè)備基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)梁宜設(shè)計為鋼梁。例如除渣系統(tǒng)設(shè)備渣收集罐V-3402和渣放料罐V3403。 V-3403布置(EL.16500)在V-3402(EL.23500)下方，即V-3403需通過EL.23500吊裝孔， 落座在EL.16500層基礎(chǔ)上， 故V-3402的基礎(chǔ)需考慮采用鋼結(jié)構(gòu)做支撐，待V-3403吊裝完畢后，安裝V-3402基礎(chǔ)，再吊裝V-3402。

5 地腳螺栓設(shè)計

5.1 地腳螺栓安裝方式

5.1.1 框架上地腳螺栓安裝

建、構(gòu)筑物為鋼結(jié)構(gòu)時，容器設(shè)備支耳或裙座一般采用預(yù)留螺栓孔安裝設(shè)計。

建、構(gòu)筑物為混凝土結(jié)構(gòu)時，容器設(shè)備支耳或裙座一般采用預(yù)埋地腳螺栓安裝設(shè)計。

5.1.2 地面上地腳螺栓安裝

塔類、較高的容器、換熱器、球罐和振動較小的機械設(shè)備，采用預(yù)埋地腳螺栓安裝設(shè)計。

振動大的機泵及壓縮機，采用預(yù)留地腳螺栓孔安裝設(shè)計。

5.2 螺栓孔安裝設(shè)計要求

5.2.1 預(yù)留地腳螺栓孔

預(yù)留孔的尺寸A×A最小為100×100（mm）。 設(shè)備安裝要求規(guī)定螺栓距孔壁的凈空e不得小于15mm即螺栓鉤距孔壁尺寸e 宜≥20mm；孔壁距基礎(chǔ)邊的尺寸b≥100mm，當(dāng)b不能滿足100mm時，可采用預(yù)埋方式或?qū)A(chǔ)配筋加固。 螺栓鉤距孔底尺寸B取80mm，L2根據(jù)埋入深度和基礎(chǔ)灌漿層（50mm）確定。 孔深（C）＝地腳螺栓埋入深度（L2）+B（mm）。

圖6 預(yù)留孔尺寸圖

5.2.2 貫穿鋼梁的螺栓孔

鋼梁上預(yù)留螺栓孔尺寸比地腳螺栓規(guī)格大一等級即可。 安裝在鋼梁上的設(shè)備，其地腳螺栓應(yīng)貫穿型鋼上下翼緣。當(dāng)鋼梁較大，設(shè)備較小時，也可只固定在型鋼的上翼緣上。

5.3 螺栓尺寸設(shè)計

根據(jù)地腳螺栓的擰緊要求，計入螺紋力矩的影響，確定地腳螺栓的計算載荷值，再根據(jù)計算載荷值確定地腳螺栓的直徑。

5.3.1 預(yù)埋地腳螺栓露頭長度

L=設(shè)備支座或底座、 支腿底板厚度＋2.5×重型螺母厚度（mm）

5.3.2 安裝在鋼梁上的設(shè)備，螺栓長度

（貫穿型安裝） L=設(shè)備底座或支座、支腿底板厚度＋型鋼高度及上下翼緣厚度+5×重型螺母厚度（mm）

（穿上翼緣型安裝） L=設(shè)備底座或支座、支腿底板厚度＋上翼緣厚度+5×重型螺母厚度（mm）

5.4 地腳螺栓方位要求

布置在地面上的設(shè)備，地腳螺栓宜跨中均布。 因為設(shè)備的大多管口方位與北向都是呈0°，90°，180°，270°夾角， 如果地腳螺栓居中均布，與管口投影在同一水平位置，管口泄露時，容易造成地腳螺栓腐蝕；布置在框架上的設(shè)備，地腳螺栓宜居中均布，便于安裝定位。如帶四個支耳的設(shè)備，地腳螺栓跨中均布，支耳就無法坐落在主梁上，需另設(shè)八卦梁，不便于安裝。

6 設(shè)備管口方位設(shè)計

框架內(nèi)布置的設(shè)備，其管口方位除了要滿足配管要求外，還應(yīng)考慮設(shè)備安裝過程中避開結(jié)構(gòu)梁，標(biāo)高相近（距離小于結(jié)構(gòu)梁高）的管口方位盡量相隔90°或180°分布。 同時，吊耳的正上方不應(yīng)布置管口。 吊裝過程中可以利用方形開孔的四角空間穿過樓板，而無需放大安裝孔尺寸。

7 結(jié)束語

隨著氣化裝置規(guī)模大型化，配套的設(shè)備隨之變大，設(shè)備安裝設(shè)計中設(shè)備吊裝成了制約裝置建設(shè)周期的關(guān)鍵因素， 特別是不規(guī)則、 偏心的設(shè)備吊裝難度較大。 所以如果忽視了設(shè)備安裝設(shè)計，會造成施工不便甚至不必要的返工，給生產(chǎn)操作，裝置維修，甚至安全生產(chǎn)帶來后果。設(shè)備安裝設(shè)計是蘊含在設(shè)計過程中的，本文僅就氣化裝置框架內(nèi)設(shè)備安裝設(shè)計的進行了簡單梳理，在具體設(shè)備安裝時還應(yīng)具體分析。

1 吳銀成 李建良 朱鴻濱.殼牌工藝煤氣化裝置主要設(shè)備的吊裝技術(shù)[J]石油化工建設(shè)，2010，(2)：71-75.

2 江堅平.煤氣化氣化爐組件吊裝施工技術(shù)[J]石油工程建設(shè)，2007，第33卷第4期:36-40.

3 潘文江.煤氣化偏心組合體的優(yōu)化吊裝[J]石油工程建設(shè)，2007，第33卷第3期:41-43.

4 陶炯心.化工工藝設(shè)計中的設(shè)備安裝設(shè)計問題[J]江蘇化工，1996，(1):28-30.