米桑油田天然氣處理項(xiàng)目塔架式煙囪吊裝技術(shù)

董云濱

海工英派爾工程有限公司，山東青島 266061

米桑油田天然氣處理項(xiàng)目塔架式煙囪吊裝技術(shù)

董云濱

海工英派爾工程有限公司，山東青島 266061

伊拉克米桑油田天然氣處理項(xiàng)目硫磺回收單元尾氣煙囪為塔架式結(jié)構(gòu)，是天然氣處理項(xiàng)目中最高的設(shè)備，也是項(xiàng)目關(guān)鍵性控制工程。塔架高76.2 m，總質(zhì)量136 t，煙囪高80 m，帶襯里總質(zhì)量177 t。針對(duì)塔架式煙囪質(zhì)量大、高且易變形、作業(yè)場(chǎng)地狹窄等施工難點(diǎn)，吊裝方案采用“雙機(jī)抬吊、單機(jī)溜尾”分段吊裝和空中組對(duì)的吊裝工藝，重點(diǎn)對(duì)地面組裝、場(chǎng)地處理、吊耳選擇及索具受力計(jì)算、吊裝流程規(guī)劃、吊機(jī)技術(shù)參數(shù)、吊裝過(guò)程精度等工序重點(diǎn)控制，煙囪按計(jì)劃順利吊裝就位并一次驗(yàn)收成功，對(duì)在中東地區(qū)類似大型吊裝管理具有指導(dǎo)意義。

煙囪；塔架；分段組裝；分段吊裝；垂直度

1 工程概況

伊拉克米桑油田天然氣處理項(xiàng)目硫磺回收單元尾氣煙囪為塔架式結(jié)構(gòu)，主要由塔架、煙囪、附屬管道及梯子、平臺(tái)等組成，其中煙囪高80 m，包括襯里在內(nèi)質(zhì)量約177 t；塔架高76.2 m，質(zhì)量約136 t。煙囪安裝在塔架內(nèi)，采用鋼板支撐與塔架連接。塔架為三棱錐體桁架結(jié)構(gòu)，橫截面為變截面等邊三角形，底部截面邊長(zhǎng)為18 m，頂部截面邊長(zhǎng)為4.5 m。

塔架散件到貨，塔柱和上下橫腹桿采用法蘭連接。塔架采用熱鍍鋅處理，鍍層平均厚度大于85μm。煙囪分六段到場(chǎng)，各段之間焊接連接，主體底部直徑為3 600 mm，材質(zhì)為SA283GrC；頂部直徑1 742 mm，材質(zhì)為304不銹鋼。煙囪內(nèi)壁襯里厚度為160 mm。

煙囪結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1和圖1所示。

表1 塔架式煙囪分段到場(chǎng)規(guī)格

2 吊裝難點(diǎn)

圖1 煙囪和塔架分段示意

項(xiàng)目位于伊拉克米桑油田，當(dāng)?shù)匕踩謩?shì)惡劣，大型吊車資源匱乏，只能選用DemagAC500-1型 500 t汽車吊。吊車司機(jī)為當(dāng)?shù)厝耍c中方的吊裝指揮及安裝工人配合不熟練，行動(dòng)一致性上有待磨合。

鋼煙囪屬于薄壁圓筒型設(shè)備，具有細(xì)長(zhǎng)比大、剛度小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、高空拼接校正困難的特性[1]。本項(xiàng)目煙囪垂直度要求＜筒體高度/3 000+5 mm，且≤50 mm。塔架垂直度偏差要求≤塔架高度/ 3 000+50 mm，且≤53.9 mm。

吊裝工作的難點(diǎn)在于鋼煙囪帶襯里，質(zhì)量大，吊裝作業(yè)高度高，空中進(jìn)行煙囪組對(duì)焊接和塔架法蘭連接要求高。吊裝作業(yè)在1月份，處于當(dāng)?shù)赜昙?，降雨較頻繁，濕度高，對(duì)煙囪吊裝、組對(duì)及焊接造成一定影響。

3 總體吊裝實(shí)施過(guò)程

3.1 吊裝思路及流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)吊裝高度和作業(yè)半徑，結(jié)合吊車性能表，吊裝方案采用地面臥式分段組裝、分段吊裝、空中組對(duì)的吊裝工藝，主吊車選用500 t汽車吊，溜尾吊車選用120 t汽車吊。

為減少高空作業(yè)量，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，塔架在地面采用臥式拼裝的方法，在安裝位置就近組裝，然后直接分段吊裝就位，梯子、平臺(tái)等均安裝在塔架上，避免二次倒運(yùn)。塔架分成6段吊裝就位，以立柱法蘭節(jié)點(diǎn)為界，從下至上分為第1至第6段，各段在地面按照“先單柱，再組片，后整體”的原則組裝，如圖1所示。煙筒分為6段吊裝，在空中組對(duì)并焊接為整體。施工流程：塔架和煙囪地面組裝→基礎(chǔ)驗(yàn)收→第1段鋼煙囪吊裝→塔架第1段分體就位安裝（50 t吊車） →塔架第2段整體就位→塔架第3段整體就位→煙囪第2段就位→塔架第4段整體吊裝→鋼煙囪第3段就位→塔架第5段整體吊裝→鋼煙囪第4段就位→塔架第6段整體吊裝→煙囪第5段就位→煙囪第6段就位→主吊車退場(chǎng)→整體驗(yàn)收。

每段塔架和煙囪吊裝完后要進(jìn)行垂直度驗(yàn)收，合格后才能進(jìn)行下一步工序。

3.2 塔架地面預(yù)制[2-3]

塔架的地面預(yù)制質(zhì)量對(duì)塔架的吊裝有決定性的影響，是塔架吊裝過(guò)程控制的第一步。第1段塔架直接在塔架基礎(chǔ)上進(jìn)行組裝、精度檢查及固定。第2～6段塔架先在地面預(yù)組對(duì)后，分段吊裝。

3.2.1 第1段塔架地面預(yù)制及精度控制

第1段塔架在基礎(chǔ)位置附近先單片組裝，以立柱為主要構(gòu)件組裝成3部分，然后依次吊裝就位，并用高強(qiáng)螺栓連接為整體。

第1段塔架利用50 t吊車和25 t吊車配合直接吊裝就位。50 t吊車工況為主臂25.3 m、作業(yè)半徑為6 m，25 t吊車主臂10.2 m、作業(yè)半徑7 m。用鋼絲繩在立柱頂部采用捆扎法設(shè)置吊點(diǎn)，鋼絲繩與立柱之間應(yīng)設(shè)置隔墊，在立柱底部系掛溜繩以控制方向，吊車將立柱翻轉(zhuǎn)豎立后吊裝就位并將地腳螺栓把緊，同時(shí)為防止立柱傾倒，利用鋼絲繩捆綁立柱上端固定。然后依次吊裝第二根和第三根立柱，將立柱及其橫桿、斜拉桿等組件連成一個(gè)整體。

3.2.2 其余各段塔架預(yù)制及精度控制

第2～6段塔架采用地面臥式拼裝的方法，組裝時(shí)將附屬管道、梯子、平臺(tái)等安裝在塔架上，根據(jù)吊裝平面布置圖依次擺放。

以第2段塔架組裝為例，先在組裝區(qū)域布置吊裝平臺(tái)：制作8個(gè)支架作為支撐點(diǎn)，每個(gè)立柱放置4個(gè)支架，用水準(zhǔn)儀測(cè)量其標(biāo)高一致并固定。先將塔架一面的兩根立柱及其連接桿在平臺(tái)上組裝，初步測(cè)量該梯形平面的對(duì)角線，此時(shí)將螺栓預(yù)緊即可。第三根立柱及其連接桿組裝完后利用吊車將其翻轉(zhuǎn)豎立后與已組裝好的梯形平面部分連接。塔架連成整體后用吊車將其翻轉(zhuǎn)60°安裝其他兩個(gè)面的剩余構(gòu)件及直梯、平臺(tái)等。塔架組裝完成后，分別測(cè)量每個(gè)側(cè)面的對(duì)角線及上下端面的水平度，滿足要求后緊固連接螺栓。

3.3 吊裝場(chǎng)地處理[4]

吊機(jī)站位區(qū)域采用分層回填夯實(shí)的方法進(jìn)行場(chǎng)地平整和處理，每回填300 mm碎石級(jí)配料進(jìn)行灑水并壓實(shí)，壓實(shí)度為95%，取樣檢測(cè)合格后再進(jìn)行上一層的回填。地面處理完成后進(jìn)行局部壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為150 kPa。主吊車自重、配重加副臂的總質(zhì)量t1按240 t計(jì)算，吊物的最大質(zhì)量t2為煙囪第1段加索具共計(jì)90.5 t，每塊路基板規(guī)格2.4 m×3.5 m，四塊路基板的總面積A為33.6 m2，所需的地基承載力f=（t1+t2）/A=98.4 kPa＜150 kPa，符合要求。

3.4 吊耳選用及鎖具受力計(jì)算

3.4.1 吊耳的選用[5]

煙囪選用管式吊耳，各段煙囪上端對(duì)稱焊接兩個(gè)吊耳，尾部設(shè)立兩個(gè)溜尾吊點(diǎn)[6-7]，第1段煙囪吊耳如圖2所示?？紤]到煙囪帶襯里，為防止現(xiàn)場(chǎng)吊耳焊接時(shí)破壞襯里結(jié)合力，在現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)要注意控制好焊接電流，使煙囪受熱均勻。

圖2 煙囪管式吊耳

塔架選用板式吊耳，吊耳通過(guò)螺栓與塔架的三根主立柱上端的法蘭連接，作為吊點(diǎn)[8]。注意吊裝時(shí)板式吊耳安裝位置取向心狀態(tài)[9]，如圖3所示。

圖3 塔架吊耳布置示意

3.4.2 索具受力計(jì)算

以吊裝最重的第1段煙囪為例進(jìn)行索具的受力計(jì)算，選擇長(zhǎng)度為12 m的φ60 mm雙股鋼絲繩連接到雙管式吊耳上。

（1）計(jì)算載荷：

式中：Qj為計(jì)算載荷，N；K1為動(dòng)載系數(shù)，取1.1；K2為不均勻系數(shù)，取1.1；Q為設(shè)備凈重，87 000 kg；g為重力加速度常數(shù)，取9.8 m/s2。

則Qj=1.1×1.1×87 000×9.8=1 031 646 N。

（2）單根吊索受力：

式中：T為單根吊索受力，N；N為受力索具數(shù)量；α為索具與水平面夾角，取75°。

則T=1031 646/（2×0.97） =531 776（N）。

（3）鋼絲繩比例系數(shù)：

式中：R為比例系數(shù)；D為軸銷或滑軸直徑，mm；d為鋼絲繩公稱直徑，mm。

則R=325/60=5.42。

（4）鋼絲繩扣效率系數(shù)：

壓制鋼絲繩索具WBW60的安全工作載荷為385 200 N，采用雙股吊裝，則可承受的工作載荷為385 200×2×0.79=608 616（N） ＞531 776 N，滿足吊裝要求。

3.5 吊裝過(guò)程

煙囪和塔架采用雙機(jī)抬吊，吊車負(fù)荷率不得超過(guò)額定負(fù)荷的80%。

3.5.1 煙囪吊裝

煙囪第1段吊裝，主吊車工況為主臂37.9 m；第2段煙囪吊裝，主吊車工況為主臂32.6 m，副臂42 m；第3～6段煙囪吊裝，主吊車工況為主臂41.9 m，副臂60 m。

以吊裝最重的第1段煙囪為例，采用500 t汽車吊和120 t汽車吊雙機(jī)抬吊，主吊車吊裝參數(shù)如表2所示，溜尾吊車吊裝參數(shù)如表3所示。

主吊車鋼絲繩掛在第1段煙囪頂部?jī)蓚€(gè)管式吊耳上，溜尾吊車鋼絲繩通過(guò)卸扣掛在地腳螺栓孔上。主吊車和輔助吊機(jī)同時(shí)起鉤，先進(jìn)行試吊，試吊合格后主吊車?yán)^續(xù)起升，輔助吊車配合翻轉(zhuǎn)，煙囪在85°時(shí)輔助吊車撤離，由主吊車單獨(dú)進(jìn)行回轉(zhuǎn)就位，如圖4所示。就位前應(yīng)核對(duì)煙囪管口的方位，就位后及時(shí)測(cè)量煙囪的垂直度。

表2 主吊車吊裝參數(shù)

表3 溜尾吊車吊裝參數(shù)

圖4 煙囪和塔架吊裝過(guò)程

3.5.2 塔架吊裝

塔架第1段先在地面分別組裝3個(gè)立柱支腿及其橫桿、斜拉桿，然后采用50 t吊車分別吊裝就位，將3個(gè)支腿通過(guò)橫桿及斜拉桿連接為整體。從第2段起采用500 t主吊車吊裝就位并進(jìn)行空中組對(duì)連接。第2和3段塔架吊裝，主吊車工況為主臂32.6 m，副臂42 m；第4～6段塔架吊裝，主吊車工況為主臂41.9 m，副臂60 m。

以吊裝最重的第2段塔架為例，塔架外形尺寸10 000 mm×6 000 mm×11 050 mm，采用500 t汽車吊和120 t汽車吊雙機(jī)抬吊，主吊車吊裝參數(shù)如表2所示，溜尾吊車吊裝參數(shù)如表3所示。用3根長(zhǎng)8 m、φ60 mm的鋼絲繩和三個(gè)25 t卸扣與主吊車吊鉤連接，輔助吊車通過(guò)一根10 m長(zhǎng)20 t的吊帶捆扎在立柱上尾部，并用25 t卸扣鎖緊，站在側(cè)面進(jìn)行溜尾。吊裝時(shí)為防止塔架底部變形，需采取加固措施，可用吊帶將三根立柱捆綁在一起，將塔架翻轉(zhuǎn)豎立后拆除。吊車起鉤，先進(jìn)行試吊，試吊合格后兩臺(tái)吊機(jī)緩慢翻轉(zhuǎn)、豎立，塔架翻轉(zhuǎn)豎立后拆除輔助吊機(jī)索具。主吊車?yán)^續(xù)起升至高出已安裝的煙囪頂部1 m高度后停止起升，通過(guò)回轉(zhuǎn)、變幅等動(dòng)作將組段塔架吊至安裝位置，如圖4所示。吊車操作應(yīng)緩慢平穩(wěn)，并通過(guò)溜繩控制塔架的方向及晃動(dòng)，避免與其他部件碰撞。塔架組段就位前需再次核對(duì)方向，確認(rèn)無(wú)誤后才能將塔架就位，就位后及時(shí)測(cè)量塔架的垂直度。

3.6 塔架及煙囪精度控制

塔架和煙囪的精度控制指標(biāo)主要是垂直度，需要從吊裝前的檢查、吊裝過(guò)程的組對(duì)控制和吊裝就位后的測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，以確保垂直度合格。

3.6.1 吊裝前的檢查

塔架吊裝前要分段組對(duì)，每一段組裝完后要檢查塔架上下段對(duì)角線、中心線尺寸偏差是否符合要求，偏差過(guò)大時(shí)，吊裝前必須經(jīng)過(guò)校核至合格。煙囪按照要求打磨坡口，在外壁均勻焊接4個(gè)導(dǎo)向定位板以確保組對(duì)精度。

3.6.2 吊裝過(guò)程的組對(duì)控制[10]

塔架吊裝組對(duì)過(guò)程中，在塔架互成90°的兩個(gè)面上分別設(shè)置兩臺(tái)經(jīng)緯儀配合找正，當(dāng)上下段塔架中心線對(duì)中偏差滿足要求后將法蘭螺栓均勻把緊。上段塔架吊裝之前，必須對(duì)下段已安裝的塔架進(jìn)行初找正。發(fā)現(xiàn)垂直度超標(biāo)時(shí)，可利用在立柱局部聯(lián)接法蘭處增加墊片的方法進(jìn)行調(diào)整。

煙囪上下段之間空中組對(duì)，可在筒體端口四周設(shè)置導(dǎo)向塊進(jìn)行初步組對(duì)，并利用經(jīng)緯儀從互成90°的兩個(gè)方向進(jìn)行垂直度復(fù)查，合格后進(jìn)行焊接[11]。焊接要采用分段退焊的方式以防止焊接變形。

3.6.3 吊裝就位后的測(cè)量

塔架垂直度控制：采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀來(lái)校正塔架組對(duì)的垂直度，每組對(duì)一段塔架用經(jīng)緯儀沿垂直方向找正，每一段塔架的斜桿“十”字交叉點(diǎn)在垂直線上，兩個(gè)方向都達(dá)到要求方為塔架組對(duì)合格。

塔架為鋼結(jié)構(gòu)，易受溫度變化的影響。在不均勻受熱的情況下，各個(gè)方向的膨脹變形是不一樣的。因此，驗(yàn)收時(shí)應(yīng)選擇在日出前或選擇在每天固定的時(shí)間段，以減少不同溫度條件下對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

每段塔架及火炬筒吊裝完后利用經(jīng)緯儀復(fù)測(cè)垂直度。本項(xiàng)目安裝結(jié)束后最終驗(yàn)收一次合格，塔架0°方向垂直偏差25 mm，90°方向垂直偏差27 mm；火炬筒0°方向垂直偏差23 mm，90°方向垂直偏差25 mm。

4 吊裝實(shí)施要點(diǎn)

（1）煙囪吊裝施工中，吊裝作業(yè)的安全隱患往往在吊裝過(guò)程控制和吊裝輔助設(shè)施的使用等環(huán)節(jié)上，因此加大地面預(yù)制與組裝工作量，減少高空作業(yè)是吊裝管理的關(guān)鍵之處[12]。

（2）考慮到運(yùn)輸限制及現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件，煙囪要在制造廠做預(yù)先分段和襯里施工，并且要先進(jìn)行吊耳焊接再進(jìn)行襯里的施工，以防止現(xiàn)場(chǎng)吊耳焊接產(chǎn)生的熱量對(duì)襯里的影響，現(xiàn)場(chǎng)煙囪環(huán)焊縫的補(bǔ)襯要在所有焊縫完成后進(jìn)行[13]。

（3）煙囪的空中組對(duì)焊接，要考慮風(fēng)力、濕度及溫度的影響[14]。本項(xiàng)目吊裝時(shí)選擇在上午6～9點(diǎn)鐘之間施工，每天吊裝一節(jié)煙囪或塔架，3名焊工均勻同向焊接，確保焊接質(zhì)量。

（4）吊裝過(guò)程中，要使用溜繩進(jìn)行牽引溜放，以控制被吊物體的方向和防止晃動(dòng)。為防止塔架吊裝過(guò)程中變形，要提前用鋼絲繩及手拉葫蘆將每一段塔架的下支腿固定，塔架處于直立狀態(tài)后，及時(shí)拆除加固設(shè)施[15-16]。

（5）吊裝作業(yè)前必須對(duì)起重機(jī)械的運(yùn)行部位、吊具、索具進(jìn)行詳細(xì)的檢查。吊裝前必須進(jìn)行試吊檢查，將塔架吊離地面200 mm后停下觀察，重點(diǎn)檢查吊車、吊耳、吊繩受力情況以及地基承載狀況。

（6）雙機(jī)抬吊的配合很關(guān)鍵，尤其是當(dāng)?shù)氐乃緳C(jī)和中國(guó)的起重工之間的配合，要選擇有經(jīng)驗(yàn)的吊車司機(jī)和起重工，必要時(shí)先進(jìn)行試吊考試，配置專職翻譯，以確保吊裝安全和質(zhì)量受控。

5 實(shí)施效果

本項(xiàng)目80 m塔架式煙囪的吊裝因地制宜，吊裝作業(yè)一律安排在早晨5點(diǎn)半至9點(diǎn)進(jìn)行，克服了風(fēng)力的影響；伊方吊車司機(jī)和中方起重指揮人員考試合格后才上崗作業(yè)；受運(yùn)輸限制和當(dāng)?shù)氐踯囐Y源單一的影響，煙囪出廠前預(yù)先分為6段且完成襯里，現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行焊縫處襯里的施工?，F(xiàn)場(chǎng)加大地面預(yù)制和組裝深度，減少空中作業(yè)時(shí)間，塔架和煙囪吊裝使用500 t吊車，用時(shí)16 d，比計(jì)劃工期提前2 d完成。塔架采用分段組裝和分段吊裝的方法，煙囪采用分段吊裝和空中組對(duì)焊接的方法，每段吊裝完成后及時(shí)進(jìn)行垂直度的測(cè)量。通過(guò)上述措施確保了整個(gè)吊裝一次順利就位并通過(guò)驗(yàn)收。項(xiàng)目提前進(jìn)行吊裝策劃，在制造階段就確定出廠設(shè)備的尺寸和重量等，現(xiàn)場(chǎng)提前做好場(chǎng)地處理和預(yù)制組裝，對(duì)今后在中東地區(qū)類似的特大型吊裝工程有借鑒意義。

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Hoisting technique oftower frame type chimney in Missan Oilfield naturalgas treatment project

DONG Yunbin

CNOOC-ENPAL Engineering Co.，Ltd.，Qingdao 266061，China

In the sulfur removal unit of Natural Gas Plant of Missan Oilfield in Iraq，the tail gas chimney with tower frame is the highest and key equipment of the natural gas processing project.The tower frame height is 76.2 m and has the mass of 136 t.The chimney has the total mass of 177 t with lining and the height of 80 m.Aimed at the construction difficulties such as heavy and high chimney，high and yielding tower frame and limited operation site，the segmented hoisting process with double cranes lifting and single crane tailing as wellas the aerialassembly process were adopted.The key controlprocessing focused on ground assembly，foundation treatment，form of hoisting ear and calculation of rigging，hoisting process，crane technicalparameters，etc.，which made hoisting construction reach the primary rate of 100%in precisely positioning. This technique has certain reference value to other relevant projects in Middle East area.

chimney；tower frame；segmented assembling；segmented hoisting；verticality

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.010

董云濱（1979-），男，山東青島人，高級(jí)工程師，2003年畢業(yè)于青島科技大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)，主要從事工程總承包項(xiàng)目的管理工作。Email：dongyb2@cnooc.com.cn

2016-10-03；

2016-12-08