三吊車旋轉(zhuǎn)火炬整體吊裝方法

楊國(guó)斌，郝玉軍，謝寬涯遼河油田建設(shè)工程公司，遼寧盤錦 124010

三吊車旋轉(zhuǎn)火炬整體吊裝方法

楊國(guó)斌，郝玉軍，謝寬涯
遼河油田建設(shè)工程公司，遼寧盤錦 124010

在石油化工行業(yè)的大型場(chǎng)站建設(shè)中常常會(huì)用到放空火炬，火炬因其高度高、質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)特殊等特點(diǎn)，在安裝和吊裝過程中均具有一定的難度。結(jié)合克拉蘇氣田克深處理廠火炬塔架及火炬筒組合件一次性整體吊裝工程，對(duì)火炬整體吊裝方法進(jìn)行闡述。詳細(xì)介紹了火炬塔架及火炬筒組合件的重心（高度重心和截面重心）計(jì)算、組合件各狀態(tài)下吊點(diǎn)的承重分配、組合件組裝方法、吊裝前的準(zhǔn)備事項(xiàng)、三吊車旋轉(zhuǎn)吊裝方法和步驟，并進(jìn)行了吊裝參數(shù)的校核。此吊裝方法在克拉蘇氣田克深處理廠火炬整體一次性吊裝中應(yīng)用成功，不論從工期、還是在安全、質(zhì)量、成本控制等方面，都有顯著成效，確保了火炬安裝的順利實(shí)施，驗(yàn)證了火炬一次性整體吊裝的可行性。

火炬；整體吊裝；校核；試安裝

1　工程概況

在石油化工行業(yè)的大型場(chǎng)站建設(shè)中常常會(huì)用到放空火炬，火炬因其高、重、結(jié)構(gòu)變化等特點(diǎn)，在安裝和吊裝過程中均具有一定的難度。本文結(jié)合克拉蘇氣田克深處理廠工程放空火炬的吊裝對(duì)火炬整體吊裝方法進(jìn)行論述。

克拉蘇氣田克深處理廠設(shè)有放空火炬1座，包含1個(gè)火炬塔架、2個(gè)火炬筒（高壓和低壓）和2個(gè)火炬頭，如圖1所示?；鹁嫠芨叨葹?6.5 m、火炬筒高度為67 m，火炬頭安裝后總高度為70 m，塔架、火炬筒及火炬頭總質(zhì)量為85.25 t。火炬塔架開根為12 m的正三角形，頂面為6 m的正三角形。高壓火炬筒規(guī)格為D 762 mm×14 mm，低壓火炬筒為D 325 mm×10 mm/D 219.1 mm×10 mm。本次吊裝主要工程量包括火炬塔架、高/低壓火炬筒體和高/低壓火炬頭。

圖1　克拉蘇氣田克深處理廠放空火炬

克深處理廠放空火炬與以往項(xiàng)目類似火炬相比具有如下特點(diǎn)：其一，質(zhì)量大，該放空火炬總質(zhì)量達(dá)85.25 t，而同高度的類似放空火炬總質(zhì)量只有50 t多；其二，結(jié)構(gòu)型式特殊，該火炬塔架為正三角形開根，設(shè)置雙火炬筒，而同高度的類似火炬塔架為正方形開根，且為單火炬筒。

根據(jù)本工程實(shí)際情況，從安全、成本、質(zhì)量、工期等方面綜合分析比較后，選擇火炬塔架及火炬筒整體吊裝、火炬頭單獨(dú)吊裝的施工方案。

2　組合件重心

火炬塔架及火炬筒體、梯子、平臺(tái)等附加件（以下簡(jiǎn)稱組合件），其重心分高度重心和截面重心，其中高度重心作為選擇主吊點(diǎn)高度的依據(jù)。

2.1高度重心

根據(jù)塔架、平臺(tái)、梯子等所在位置，將放空火炬進(jìn)行分段①-⑧，如圖2所示，其中各段質(zhì)量分布見表1。

圖2　　放空火炬結(jié)構(gòu)及高度重心

根據(jù)塔架、平臺(tái)、梯子等所在位置，進(jìn)行分段組合計(jì)算，確定組合件高度重心點(diǎn)。通過詳細(xì)計(jì)算，本工程組合件高度方向重心在距離塔架底部約28 m處，如圖2所示。

表1　各段質(zhì)量分布

2.2截面重心

放空火炬截面重心計(jì)算參數(shù)見表2和圖3。

表2　　放空火炬截面重心計(jì)算參數(shù)

圖3　　放空火炬截面重心

根據(jù)火炬筒的布置（忽略梯子、平臺(tái)對(duì)塔架中心的影響），計(jì)算得出組合件截面重心點(diǎn)在高低壓火炬筒中心連線上，距離高壓火炬筒中心約0.13 m，根據(jù)塔架構(gòu)架和爬梯布置圖綜合考慮，組合件截面重心基本與高壓火炬筒重心重合。

3　組裝、吊裝方案

3.1組裝

高低壓放空火炬共用1個(gè)鋼塔架。塔架采用焊接、螺栓組合連接；火炬頭和火炬筒采用法蘭螺栓連接；塔架、火炬筒（從段⑦分段，除兩火炬筒下部1節(jié)）采用臥式組對(duì)，整體吊裝，質(zhì)量72.5 t；因火炬筒整體旋轉(zhuǎn)，下部地腳螺栓很難穿入，安裝困難，因此兩火炬筒下部1節(jié)在組合件整體吊裝前，不進(jìn)行安裝，待整體安裝就位后單獨(dú)組裝；火炬頭單獨(dú)吊裝。先利用1臺(tái)35 t和1臺(tái)25 t汽車吊把塔架桿件組對(duì)成整體，兩個(gè)火炬筒單獨(dú)組對(duì)、焊接完成，并檢測(cè)合格后，采用3臺(tái)25 t汽車吊將火炬筒穿入塔架，并按設(shè)計(jì)位置固定于塔架內(nèi)。

3.2組合件各狀態(tài)各吊點(diǎn)承重分配

本工程采取三臺(tái)吊車同時(shí)起吊、旋轉(zhuǎn)的吊裝方法，將組合件從水平狀態(tài)轉(zhuǎn)變成豎直狀態(tài)，達(dá)到組合件的整體安裝就位，如圖4所示。根據(jù)組合件重心、吊裝方法及各吊點(diǎn)設(shè)置，按力矩平衡原理，計(jì)算各狀態(tài)各吊車的重量分配。兩主吊分別選擇260 t和350 t汽車吊，溜尾副吊選擇180 t汽車吊。

圖4　　吊車起吊站位及初始狀態(tài)平面示意

本工程組合件在初始水平狀態(tài)下，兩主吊分別受力243.8、121.7 kN；溜尾副吊345.0 kN。在組合件垂直狀態(tài)下，兩主吊分別受力435.2、236.0 kN。

3.3吊裝準(zhǔn)備

組合件采用三機(jī)旋轉(zhuǎn)吊裝法將其吊裝就位，即采用三臺(tái)吊車將組合件從水平變?yōu)榇怪保缓罄脙膳_(tái)主吊車進(jìn)行吊裝就位。

（1）吊裝前進(jìn)行場(chǎng)地處理。吊裝前檢查所用的吊裝索具，嚴(yán)格控制作業(yè)半徑和吊車負(fù)載率。單機(jī)吊裝負(fù)載率控制在85%以內(nèi)，雙機(jī)吊裝負(fù)載率控制在75%以內(nèi)，鋼絲繩嚴(yán)格使用8倍安全系數(shù)。

（2）主、副吊點(diǎn)的選擇。兩主吊均高于組合件高度重心位置，副吊位置可靠近組合件下部。為了保證整個(gè)吊裝過程始終處于平穩(wěn)狀態(tài)，兩主吊點(diǎn)高度盡量保持一致，本工程兩主吊點(diǎn)均設(shè)置在44.5 m處，分別連接2個(gè)、1個(gè)主肢。副吊點(diǎn)位置需保證組合件在吊裝過程中不因兩主吊起吊不平衡發(fā)生扭轉(zhuǎn)，本工程副吊位置在主肢標(biāo)高10.53 m處，連接兩主肢，采用鋼絲繩捆綁連接。

（3）為了保證組合件從水平位置逐漸進(jìn)入垂直位置過程中鋼絲繩及兩肢受力的均衡，在連接兩個(gè)主肢的主吊點(diǎn)位置設(shè)置動(dòng)滑輪一個(gè)（見圖5）?；喴?guī)格型號(hào)等根據(jù)實(shí)際情況選取。

圖5　動(dòng)滑輪連接

（4）兩個(gè)火炬筒體除塔構(gòu)件固定在塔架內(nèi)外，分別在標(biāo)高15、30、45、60 m處用環(huán)形抱箍、倒鏈固定在橫梁上，火炬筒體要比實(shí)際安裝位置高出500mm的距離；一般情況下，火炬筒抱箍直徑設(shè)計(jì)稍大于火炬筒直徑，為了防止組合件在旋轉(zhuǎn)過程中火炬筒體下滑，采取三組加固即可：火炬筒標(biāo)高10、20 m處在火炬筒上分別加設(shè)墊板、吊耳，采用吊帶+倒鏈將火炬筒與火炬塔架主肢相連，連接方向?yàn)榕c火炬筒成40°夾角，并預(yù)拉20 kN的力。另一組加固措施在火炬上部，火炬筒上加設(shè)墊板及平行于火炬筒的擋板，圓周方向均布?；鹁嫱布庸桃妶D6。

圖6　　火炬筒加固

4　參數(shù)校核

4.1吊裝參數(shù)校核

吊裝參數(shù)校核時(shí)主要考慮吊裝質(zhì)量、吊鉤質(zhì)量、鋼絲繩質(zhì)量及滑輪質(zhì)量、動(dòng)載系數(shù)及不均衡系數(shù)。多機(jī)吊裝負(fù)載率控制在75%以內(nèi)，動(dòng)載系數(shù)及不均衡系數(shù)可取1.1［1-3］。

以主吊車1（額定吊裝質(zhì)量29.6 t）為例，組合件初始水平狀態(tài)時(shí)，吊裝質(zhì)量12.42 t，吊鉤質(zhì)量0.8 t，鋼絲繩質(zhì)量0.35 t，考慮動(dòng)載系數(shù)及不均衡系數(shù)均取1.1，吊車最大吊裝質(zhì)量：

Q主1max=（12.42+0.8+0.35）×1.1×1.1=16.42（t）＜29.6 t，滿足吊裝要求。

其他吊車的吊裝參數(shù)校核方法同上，經(jīng)計(jì)算，均滿足要求。

4.2繩索具校核

吊裝過程中采用了大量的優(yōu)質(zhì)鋼絲繩作為吊索，其安全系數(shù)應(yīng)大于8［4］。

以主吊車1為例，其使用φ52 mm/12 m優(yōu)質(zhì)鋼絲繩1根，一彎兩股，單股破壞拉力為1 490 kN［5］。

考慮動(dòng)載系數(shù)及不均衡系數(shù)均為1.1，即：

吊裝質(zhì)量×1.1×1.1=24.14×1.1×1.1=29.2（t），相應(yīng)的吊裝荷載為286 252 N，單根鋼絲繩受拉力為143 126 N。

安全系數(shù)=1 490 000/143 126=10.4＞8，滿足安全要求。

其他繩索具的校核方法同上，若鋼絲繩與連接件（或水平面）有夾角，在計(jì)算單根繩受力時(shí)需注意，經(jīng)校核，均滿足要求。

4.3其余參數(shù)校核

為確保吊裝的安全，本工程進(jìn)行了地基承載力［6］、塔架強(qiáng)度、吊點(diǎn)位置塔架橫梁穩(wěn)定性和吊裝過程中塔架與火炬筒間拉桿的強(qiáng)度等校核。經(jīng)過計(jì)算、校核，各項(xiàng)參數(shù)均滿足要求。

5　吊裝

5.1試安裝

為了保證整體吊裝就位過程順利，必須進(jìn)行塔架底座與基礎(chǔ)之間的試安裝作業(yè)，采用100 t汽車吊進(jìn)行試安裝。試安裝前臨時(shí)加固肢腳，試安裝后拆除臨時(shí)加固，安裝較為穩(wěn)定的加固組件。此工作完成后，吊出試裝段，與組合件組裝成一體后，整體吊裝。

本工程臨時(shí)加固采?。?00槽鋼，試安裝后更換為D 168 mm×6 mm的20#鋼管及20 mm厚度鋼板成組件，進(jìn)行穩(wěn)定性加固，見圖7。

圖7　塔架開根部加固

5.2試吊裝

設(shè)備正式吊裝之前，進(jìn)行試吊裝。嚴(yán)格按照吊裝參數(shù)中的工作半徑、主吊及溜尾吊裝按方案將組裝件吊離地面約500 mm，靜止觀察5 min，觀察吊車各受力點(diǎn)、組裝件首尾端的變化情況，主、副吊裝機(jī)站位區(qū)域的地基、吊裝機(jī)、吊索具等無異常情況發(fā)生時(shí)，方可進(jìn)行正式吊裝。

5.3正式吊裝

5.3.1組合件吊裝

（1）三臺(tái)汽車吊按照原定位置站位，連接繩索具。拉設(shè)警戒線，與吊裝無關(guān)人員退出警戒線以外。

（2）正式吊裝開始后，兩主吊吊車提升，350 t汽車吊自東向北轉(zhuǎn)桿、260 t汽車吊自東向南轉(zhuǎn)桿，輔助吊車保持距離地面500 mm緩慢送進(jìn)，自西向東轉(zhuǎn)桿，將塔架組合件從水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到垂直狀態(tài)，置于基礎(chǔ)正上方。

（3）隨著組裝件從水平轉(zhuǎn)向垂直狀態(tài)過程中，350 t汽車吊的作業(yè)半徑從18 m逐漸變小到8 m，扒桿長(zhǎng)度為46.2 m；260 t汽車吊的作業(yè)半徑從18 m逐漸變小到10 m，扒桿長(zhǎng)度位52.4 m；180 t汽車吊的作業(yè)半徑控制在12 m，扒桿長(zhǎng)度為31.09 m。

（4）輔助吊車撤離現(xiàn)場(chǎng)，主吊吊車確定組合件正對(duì)基礎(chǔ)正上方后，同時(shí)回鉤，使組裝件就位。

（5）在設(shè)備找正，地腳螺栓戴上初緊固后方可摘鉤。

5.3.2高壓火炬頭

（1）350 t汽車吊按照原定位置站位，連接繩索具。拉設(shè)警戒線，與吊裝無關(guān)人員退出警戒線以外。

（2）吊車起吊，吊裝作業(yè)半徑控制在26 m。

（3）吊車起升高度使火炬頭下端超過段①平臺(tái)后旋轉(zhuǎn)，使火炬頭下端處于高壓火炬筒正上方。

（4）在火炬頭與筒體法蘭螺栓初緊固后方可摘鉤。

6　注意事項(xiàng)

（1）起吊過程中，溜尾副吊保持組合件距離地面500 mm左右保持不變，根據(jù)另外兩臺(tái)主吊吊起高度的變化，隨之送進(jìn)。

（2）溜尾副吊使用鋼絲繩必須足夠長(zhǎng)，以增大鋼絲繩與上一主肢間的水平間距，保證組合件能夠起升旋轉(zhuǎn)到65°以上，并且鋼絲繩能夠繞過組合件設(shè)計(jì)平臺(tái)等附件。

（3）兩臺(tái)主吊從開始起吊到整個(gè)組合件旋轉(zhuǎn)過程中，兩臺(tái)主吊吊點(diǎn)鋼絲繩均向組合件兩側(cè)方向保持一定的張力，并且張角盡量保持一致，以保證起吊時(shí)組合件不向任一側(cè)偏悠，以及組合件整體旋轉(zhuǎn)過程中吊臂端部及吊鉤、滑輪不與組合件本體碰撞；同時(shí)避免滑輪靠近組合件正上方，增大滑輪側(cè)吊車及吊具等的受力，超出吊裝安全范圍。

（4）鋼絲繩長(zhǎng)度、夾角等計(jì)算盡量精確，尤其大型吊車側(cè)，鋼絲繩長(zhǎng)度、吊車幅度及出桿長(zhǎng)度，必須計(jì)算精確，避免吊臂端部標(biāo)高超出平臺(tái)標(biāo)高，給吊裝就位帶來不便和安全方面的影響。

7　結(jié)束語

此次克深處理廠整體吊裝組合件高度67 m、質(zhì)量72.5 t，整體吊裝、就位一次成功，驗(yàn)證了本方案的可行性，可在類似工程中推廣應(yīng)用。

從工程質(zhì)量和安全方面來說，本次整體吊裝作業(yè)經(jīng)各方位測(cè)量，塔架及火炬筒中心線垂直度、頂標(biāo)高等控制項(xiàng)目均在允許偏差之內(nèi)，質(zhì)量完全得到了保證；同時(shí)，在安全方面，減少了高空作業(yè)內(nèi)容，降低了高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

從工程施工工期方面來說，本施工方案不但大大減少了腳手架施工工作量，減少了不必要的工裝制作，而且縮短了大型吊裝作業(yè)工期，工期縮短了1個(gè)月。

從工程施工成本方面來說，本施工方案腳手架費(fèi)用節(jié)省30萬元，機(jī)械費(fèi)節(jié)省17萬元（本工程采用大型吊車整體吊裝的機(jī)械費(fèi)為19萬元，而采用分段吊裝的機(jī)械費(fèi)則需36萬元），人工費(fèi)節(jié)省10萬元，同類似工程施工相比，總節(jié)省成本可達(dá)72萬元，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］SH/T3536-2011，石油化工工程起重施工規(guī)范［S］.

［2］李風(fēng)雷，王留栓，葉觀清，等.大型塔架式火炬的吊裝研究［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2006，19（11）：307-308.

［3］許再勝.鐘誠(chéng).普光氣田凈化廠重型超高全焊接式火炬施工技術(shù)［J］.石油工程建設(shè)，2014，40（2）：56-60.

［4］SY6279-2008，大型設(shè)備吊裝安全規(guī)程［S］.

［5］GB/T8918-2006，重要用途鋼絲繩［S］.

［6］GB 50798-2012，石油化工大型設(shè)備吊裝工程規(guī)范［S］.

IntegralRotaryHoisting Method for Flare Stack with Three Cranes

YANG Guobin，HAO Yujun，XIE Kuanya
Liaohe Oilfield Construction Engineering Company，Panjin 124010，China

In large station construction of petrochemical industry，venting flare stacks are often used.Because of the high，heavy and varying structural characteristics of a flare stack，certain difficulty will exist in the processes of installa tion and hoisting.Combined with the integral hoisting project of tower frame and cylinder in Keshen Treatment Plant of Kelasu Gas Field，this paper describes the integral hoisting method and procedure，including the gravity center calculation（the gravity center in height and the gravity center in cross-section）of the assembled tower frame and cylinder，the bearing weight distribution among hoisting points，the assembly method，the preparation work for hoisting，the hoisting approach and procedure using three cranes，and then checks the hoisting parameters.This hoisting method is successfully applied in the integralhoisting of tower frame and cylinder in Keshen Treatment Plant and gains obvious effects on working period，safety，quality and cost control.

flare；integralhoisting；check；test installation

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.020

楊國(guó)斌（1976-），男，遼寧盤錦人，工程師，1999年畢業(yè)于承德石油高等?？茖W(xué)校，2008年本科畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），主要從事長(zhǎng)輸管道、站場(chǎng)工程的技術(shù)質(zhì)量管理工作。

Email：511298596@qq.com

2015-03-10；

2015-12-01