哈薩克斯坦PKOP煉廠催化裂化裝置分餾塔整體吊裝工藝

龐學(xué)龍

中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266300

哈薩克斯坦PKOP 奇姆肯特?zé)捰蛷S現(xiàn)代化改造工程中，新建200 萬t/a 催化裂化裝置是該工程的核心裝置，大型設(shè)備布局集中，安裝方式將直接制約整個施工工期，優(yōu)化大型設(shè)備安裝方式至關(guān)重要。

1 裝置概況

分餾塔作為催化裂化裝置最大塔器，在國內(nèi)分片預(yù)制，運輸至哈薩克斯坦施工現(xiàn)場進行組焊，整個施工周期長，占用場地大，制約條件多，對后期工序施工影響大，既要保障分餾塔施工工期，又要保證后續(xù)工序正常施工，分餾塔安裝形式成為該裝置安裝考慮的重點。

分餾塔直徑5 400 mm、總高度51 374 mm、殼體總質(zhì)量257 t，塔盤38 層、塔盤支撐件約40 t，勞動保護結(jié)構(gòu)約50 t，保溫層約10 t，附塔管件等附件約30 t，裝置總質(zhì)量約387 t。

2 確定吊裝方法

按照設(shè)備安裝工藝以及以往同類設(shè)備安裝經(jīng)驗，大型塔器安裝方法主要有以下4 種：其一，分段立式組對，大型吊車分段吊裝；其二，分段臥式組對，大型吊車分段吊裝；其三，臥式組焊成整體，大型吊車主吊，旋轉(zhuǎn)尾排溜放吊裝就位；其四，臥式組焊成整體，大型吊車主吊，大型吊車輔助吊裝就位。設(shè)備整體安裝工藝的工期短、效率高且高空作業(yè)量少，并能夠減少后續(xù)工序。

本分餾塔分段臥式預(yù)制后，在現(xiàn)場組焊成整體；完成設(shè)備本體及管道水壓試驗后，安裝完勞動保護、附塔管件及支架、防腐保溫、設(shè)備照明等所有附件；采用大型吊車整體吊裝就位，達到“塔起燈亮”效果。

2.1 大型吊裝設(shè)備資源

哈薩克斯坦PKOP 施工現(xiàn)場設(shè)備資源：DEMAG -CC5800 型1 000t履帶吊車1臺、DEMAG-CC2400 型400t履帶吊車1臺、利勃海爾LR1400 -1 型400t履帶吊車1臺和SANY -SCC2000 型200t履帶吊車1臺。

奇姆肯特周邊資源：多田野TADANO -ATF220G 型220t汽車吊1臺和徐工XCMG -XCA100 型100t 汽車吊1臺。

2.2 吊裝施工工藝

根據(jù)現(xiàn)有大型吊裝設(shè)備資源和吊裝原則并結(jié)合分餾塔的結(jié)構(gòu)形式，采用1臺DEMAG-CC5800型1000t履帶吊車（SSL 工況，主臂帶超起）作為主吊設(shè)備，1臺DEMAG-CC2400 型400 t 履帶吊車（SSL 工況）為輔吊設(shè)備，在地面各工序施工完畢后，采用“單吊車提升，單吊車滑移法”將分餾塔整體吊裝就位。

3 前期準(zhǔn)備

3.1 場地預(yù)留

吊裝方法確定后，根據(jù)吊裝方法進行現(xiàn)場施工場地策劃，采用大型吊車吊裝需有吊車站位場地，分餾塔位于整套裝置中心位置，東側(cè)緊鄰兩器框架，南側(cè)緊鄰主管廊，西側(cè)緊靠管廊，北側(cè)緊鄰泵棚，四個方向沒有大型吊車站位場地。結(jié)合施工進度安排，大型吊車站位在分餾塔的東南側(cè)位置，分餾塔擺放在分餾塔基礎(chǔ)的正南側(cè)，根據(jù)分餾塔擺放位置以及吊裝所需場地，預(yù)留區(qū)域見圖1。

圖1 場地預(yù)留

3.2 路基處理

1 000 t 履帶吊車行走及站位處的地基換填2 m戈壁土，每填厚250 mm 采用18 t 及以上振動式壓路機進行壓實，壓實后再鋪設(shè)上層戈壁土，整體水平度不大于3°，地基處理區(qū)域見圖1 虛線區(qū)域內(nèi)。

3.3 平衡梁設(shè)計與制作

國內(nèi)采購一套500 t 級平衡梁的費用高，且制作、運輸周期長，到貨時間容易滯后不能滿足需要，需自行設(shè)計和制作一套500 t 級支撐平衡梁，平衡梁及計算簡圖見圖2。

支撐梁材質(zhì)：20#鋼；擋板、吊耳材質(zhì)：Q235鋼；20#和Q235 鋼的許用應(yīng)力[σ]=140 MPa；動載系數(shù)K 取值為1.2。

豎向載荷FV=250×1000×9.8×1.2=2 940（kN）；軸向壓力FN=FV/tan 60°=2 940/tan=60°=1 697.460（kN）；橫截面積A=π（D -δ）δ=π×（610-30）×30=54 636（mm2）；受壓彎矩M=FN×L=1 697.460×420=7.1×105（kN·mm）；抗彎斷面模數(shù)W=J /（0.5 D）=2.3×109/（0.5×610）=7.5×106（mm3）。其中：J=πD4·（1-α4）/64=π×6104×（1-0.901 64）/64=2.3×109（mm4）；α=（D-2δ）/D=（610-2×30）/610=0.901 6。

圖2 支撐平衡梁

平衡梁組合應(yīng)力σ=FN/A + M/W=1 697.460/54 636+7.1×105/7.5×106=125（MPa）。

通過核算σ＜[σ]，平衡梁強度滿足要求。

平衡梁可采用有限元軟件建模校核，其應(yīng)力云圖見圖3。

圖3 支撐平衡應(yīng)力分析

圖4 分餾塔主吊耳

3.4 主吊耳設(shè)計

500 t 級主吊吊耳在HG/T 21574-2008《化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》規(guī)范中沒有可直接選用的標(biāo)準(zhǔn)，超出了規(guī)范內(nèi)容要求，需按照規(guī)范中吊耳強度算例所列方法核算自行設(shè)計的主吊吊耳應(yīng)力強度，按單個吊耳最大起吊質(zhì)量250 t 核算，主吊耳及計算簡圖見圖4。

管軸材質(zhì)20#鋼，筋板、擋圈材質(zhì)為Q235 鋼，20#、Q235 鋼的許用拉應(yīng)力[σ]L=140 MPa。

綜合影響系數(shù)K 取值為1.65；豎向載荷FV=K·m·g=1.65×250×1 000×9.8=4 042 500（N）；橫向載荷FH=FV·tan15°=4 042 500×tan15°=1 083 184（N）；徑向彎矩M=FV·L=4 042 500×470=1.8×109（N·mm）；吊耳橫截面積A=π（D -δ）δ=π×（1 100 -25）×25=84 387（mm2）；吊耳抗彎斷面模數(shù)W=J /（0.5 D）=1.22×1010/（0.5×1 100）=2.2×107（mm3），其中：J=πD4·（1-α4）/ 64=π×1 1004×（1 -0.954 54）/64=1.22×1010（mm4），α=（D-2σ）/D=（1 100-2×25）/1 100=0.954 5；吊耳拉應(yīng)力σLT=FH/ A=1 083 184 / 84 387=12.8（MPa）；吊耳最大彎曲應(yīng)力σLb=M/W=1.8×109/2.2×107=86.3（MPa）；組合應(yīng)力σL=σLT+σLb=12.8+86.3=99.1（MPa）。

通過核算σL＜[σ]L，主吊吊耳強度滿足要求。

主吊耳可采用有限元軟件建模校核，其應(yīng)力云圖詳見圖5。

圖5 分餾塔主吊耳應(yīng)力分析

4 吊裝工藝

4.1 分餾塔分段運輸

分餾塔分片到貨后，立式組對成節(jié)，臥式組對成上下兩段，下段需整體熱處理，上、下段在預(yù)制平臺上安裝完塔器支撐件，采用230 t 軸線車分段運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，分餾塔下段質(zhì)量為175 t，上段質(zhì)量為122 t。各段運輸裝車時用兩臺400 t 履帶吊車采用“兜底法”雙車抬吊進行裝車，卸車時用單臺1 000 t 吊車采用“兜底法”進行卸車，分餾塔分段裝車見圖6，分餾塔分段運輸見圖7。

圖6 分餾塔分段裝車

圖7 分餾塔分段運輸

4.2 分餾塔擺放

分餾塔整體擺放在基礎(chǔ)的南側(cè)，分餾塔頂部朝北，底部朝南，擺放時主吊吊耳為水平向，輔助吊耳朝上布置，具體擺放位置見圖8。

圖8 分餾塔擺放位置

4.3 吊耳設(shè)置

主吊吊耳：在分餾塔EL 47 000 mm 位置焊接一對自行設(shè)計的500 t 級管式吊耳。

輔助吊耳：在分餾塔EL 3 000 mm 位置設(shè)置一對板式吊耳，吊耳選用HG/T 21574-2008《化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》規(guī)范中的AP-150 型管式吊耳。在熱處理前將吊耳焊接完畢，一并進行熱處理。

4.4 吊裝加固

輔助吊耳位置采用無縫鋼管進行口字型加固，防止吊裝過程輔助位置變形。

4.5 索具設(shè)置

主吊索具：500 t 級5.5 m 支撐平衡梁一套；1對φ120 mm×30 m 鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩每根一圈使用。

支撐梁連接索具：1 對φ52 mm×10 m 鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩每根一圈使用；采用2個85 t 卸扣與平衡梁吊耳連接。

輔助索具：1 對φ120 mm×20 m 鋼絲繩扣，每根一圈使用；采用2個120 t 卸扣與輔助吊耳連接。

4.6 吊車設(shè)置

（1）主吊吊車：1 000 t 履帶吊車SSL 工況，吊車作業(yè)半徑24 m，吊車桿長78 m，吊車額定起質(zhì)量457 t，超起配重質(zhì)量400 t。

分餾塔本體質(zhì)量387 t，吊鉤16 t，平衡梁索具12 t，總質(zhì)量415 t。

吊裝載荷質(zhì)量為415 t×1.1=456.5 t，滿足吊裝要求（1.1 為吊裝載荷動載系數(shù)）。

（2）輔助吊車：400 t 履帶吊車SSL 工況作業(yè)半徑14 m，吊車桿長42 m，超起配重質(zhì)量268 t，超起配重質(zhì)量120 t。

分餾塔輔助質(zhì)量210 t，吊鉤7 t，平衡梁索具3 t，總質(zhì)量220 t。

吊裝載荷質(zhì)量為220 t×1.1=242 t，滿足吊裝要求（1.1 為吊裝載荷動載系數(shù)）。

4.7 吊裝過程控制

（1）吊裝前交底。正式吊裝前進行交底，主要對安裝方法、注意事項進行詳細(xì)的交底，確保吊裝一次成功。

（2）吊車站位、系掛索具。主、輔履帶吊車調(diào)整吊裝站位位置，與規(guī)定半徑相符后系掛索具并將索具預(yù)緊，確定吊裝索具和吊車跑繩無可見偏擺。

（3）試吊。將分餾塔水平吊起離開鞍座約0.3m，停止吊裝，進行檢查，檢查合格后，準(zhǔn)備正式吊裝。

（4）簽署吊裝令。檢查確認(rèn)后，簽署“吊裝命令書”，進行正式吊裝。

（5）正式吊裝。指揮人員指揮主吊吊車和輔助吊車相互配合，將分餾塔吊裝直立，然后摘除輔助索具。主吊吊車向分餾塔基礎(chǔ)方向旋轉(zhuǎn)臂桿、提升，使分餾塔移動到地腳螺栓正上方0.2 m 后調(diào)整方位，緩慢落鉤，使分餾塔平穩(wěn)落到基礎(chǔ)上。分餾塔吊裝見圖9。

圖9 分餾塔吊裝

5 工藝效果

在哈薩克斯坦境內(nèi)吊裝設(shè)備和吊具匱乏的條件下，利用現(xiàn)有資源和自行設(shè)計的吊具，實現(xiàn)了超大型設(shè)備的整體吊裝，施工周期短并且無任何安全、質(zhì)量事故發(fā)生，節(jié)省了吊具購置成本，對今后安裝此類超大型設(shè)備有非常好的借鑒意義。

6 結(jié)束語

大型設(shè)備整體吊裝主要考慮場地的布置、吊點的設(shè)置、吊裝設(shè)備和索具的選擇等，這幾點是關(guān)系到設(shè)備能否吊裝成功的關(guān)鍵。本臺分餾塔吊裝主要考慮如下問題：

（1）平衡梁的設(shè)置：分餾塔吊裝采用自行設(shè)計和核算的支撐平衡梁，核算方法和數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

（2）主吊吊耳的設(shè)置：分餾塔吊耳超出規(guī)范選用范圍，需按照規(guī)范計算方法自行設(shè)計并采用有限元軟件校核其強度。

（3）設(shè)備擺放：分餾塔直徑大，長度長，現(xiàn)場場地有限，需預(yù)留足夠施工場地擺放。

國內(nèi)大型塔器整體吊裝技術(shù)成熟，但在海外施工受到吊裝設(shè)備及機具的限制，實現(xiàn)超大型設(shè)備整體吊裝難度很大，因此要充分利用現(xiàn)有資源和施工環(huán)境，制訂切實可行的安裝方案并不斷改進，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。