空分壓縮機上蓋組合吊裝翻轉(zhuǎn)一例

岳彩閣

（中石化第十建設(shè)有限公司，山東 青島 266555）

1 概述

1.1 工程概況說明

國內(nèi)福建某項目空分裝置引進一臺2008年產(chǎn)進口壓縮機，該壓縮機在2008年生產(chǎn)完以后引進國內(nèi)，一直放置在業(yè)主位于上海的碼頭倉庫內(nèi)，2016年轉(zhuǎn)運至福建項目。

此設(shè)備布置于裝置東側(cè)的壓縮機廠房內(nèi)，廠房尺寸：54 m×27 m×21 m，廠房為鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼板構(gòu)造形式，內(nèi)有保溫板和隔音板構(gòu)造。廠房內(nèi)設(shè)置1臺60噸級頂部操作式橋式起重機，跨度25.5 m，軌頂標高為18 m。該壓縮機為分體式供貨，分體形式為上蓋、下蓋、轉(zhuǎn)子、內(nèi)置冷卻卻器管束幾部分。其中上蓋部分需要進行現(xiàn)場進行180°翻轉(zhuǎn)更換內(nèi)部的二級diffuser和wall，更換完畢后，再次進行180°翻轉(zhuǎn)，然后吊裝就位，此設(shè)備廠家要求必須在壓縮機廠房封閉后相關(guān)作業(yè)。上蓋重量40 t，外形尺寸4 103 mm×3 562 mm×2 770 mm，見圖1。

圖1 拆除兩側(cè)軸承蓋及頂部冷卻器端蓋后的尺寸圖

2 方案的選定

2.1 吊裝空間分析與模擬

上蓋翻轉(zhuǎn)空間要求：4 717 mm×3 562 mm×9 300 mm；

橋式起重機可提供的操作空間：19.8 m×15 m×15 m；

壓縮機廠房可提供的操作空間：18 m×18 m ×20 m；

流動式起重機的操作空間：14 m×7.3 m×20 m，吊車通行空間要求：13.93 m×2.8 m×3.575 m；

廠房門洞的通行空間分析：6 m×5.5 m；

運輸板車尺寸要求：12 m×3 m×1.5 m。

經(jīng)以上分析，結(jié)合cad 進行空間布置模擬，翻轉(zhuǎn)空間見圖2，運輸及卸車空間見圖3。

圖2 翻轉(zhuǎn)空間模擬圖

圖3 運輸及卸車空間模擬圖

2.2 吊裝受力分析

起吊時主輔吊車的受力簡圖見圖4。

圖4 主輔吊車受力圖

橋式起重機大吊鉤受力分析：

橋式起重機大鉤額定負荷65 t；

輔吊選取QY70K-I型吊車，主臂19.82 m，支腿全伸，工作半徑7 m，額定起重量28.5 t。

表1 主輔吊鉤從水平位置至翻轉(zhuǎn)90°位置受力變化曲線對比圖

主輔吊點索具三維空間布置見圖5，鋼絲繩受力分析見圖6。

圖5 主輔吊點索具三維空間布置

圖6 翻轉(zhuǎn)吊耳吊點鋼絲繩受力示意圖

由圖6可知，主吊點：連接翻轉(zhuǎn)吊耳鋼絲繩 （按翻轉(zhuǎn)至90°位置狀態(tài)為最大受力狀態(tài)分析）。

鋼絲繩選型吊重計算按42 t，鋼絲繩型號為6X37 （a） ，纖維芯_公稱抗拉強度1 960 MPa。

鋼絲繩安全系數(shù)：

式中：P—鋼絲繩最小破斷拉力 （kN）；N—鋼絲繩股數(shù)，取N=4；E—鋼絲繩效率系數(shù)；T—沿鋼絲繩方向的拉力 （kN）。

①鋼絲繩最小破斷拉力P：

式中：K′—最小破斷力系數(shù)；查表可知K′=0.33；d—鋼絲繩公稱直徑 （mm），取d=56 mm；R0—鋼絲繩公稱抗拉強度 （MPa），取R0=1 960 MPa；α—考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，α=0.82；計算得P=1 663.26 kN。

②鋼絲繩效率系數(shù)E：

先根據(jù)公式計算繩索的比例系數(shù)：

式中：D—銷軸或滑軸直徑 （mm），取D=57 mm；d—繩索公稱直徑 （mm），取d=56 mm；計算得R=1.02。

繩索效率系數(shù)E按下式計算，可得E=0.5。

式中：mt—鋼絲繩吊重 （kg），取mt=41；g—重力加速度g=9.8 m/s2，α—鋼絲繩與水平線夾角，取α=66°；k1—動載系數(shù)，取k1=1.1；計算得T=483.81 kN。

經(jīng)計算得K=6.94≥6，滿足要求。輔吊點鋼絲繩受力示意圖如圖7所示。

圖7 輔吊點鋼絲繩受力示意圖

輔吊吊點：連接頂部吊耳鋼絲繩 （按水平抬吊時0°狀態(tài)為最大受力狀態(tài)分析）

21.892 723×5=109.463 615 t，鋼絲繩選型吊重計算按23 t計算，L=3 m，單股使用選型計算如下：

鋼絲繩型號為6X37 （a），纖維芯公稱抗拉強度1 670 MPa。

鋼絲繩安全系數(shù)可按下式計算：

式中：P—鋼絲繩最小破斷拉力 （kN）；N—鋼絲繩股數(shù)，取N=2；E—鋼絲繩效率系數(shù)；T—沿鋼絲繩方向的拉力 （kN）。

①鋼絲繩最小破斷拉力P按下式計算：

式中：K′—最小破斷力系數(shù)；查表可知K′=0.33；d—鋼絲繩公稱直徑 （mm），取d=60 mm；R0—鋼絲繩公稱抗拉強度 （MPa），取R0=1 670 MPa；α—考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，α=0.82；計算得P=1 626.85 kN。

②鋼絲繩效率系數(shù)E：

先根據(jù)公式計算繩索的比例系數(shù)：

式中：D—銷軸或滑軸直徑 （mm），取=219 mm；d—繩索公稱直徑 （mm），取=60 mm；計算得R=3.65。

繩索效率系數(shù)E按下式計算，可得E=0.74。

式中：mt—鋼絲繩吊重 （kg），取mt=23；g—重力加速度g=9.8 m/s2；α—鋼絲繩與水平線夾角，取α=56°；k1—動載系數(shù)，取k1=1.1；計算得T=299.07。

經(jīng)計算得K=8.03≥6，滿足SH/T 3515—2017中表7.2.2安全系數(shù)要求。

吊耳的安全校核，提升蓋和設(shè)備整體受力圖如圖8所示。

圖8 提升蓋和設(shè)備整體受力圖

1.許用應(yīng)力σ

對于塑性材料 （大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼和鋁合金）

式中：σs—塑性桿件材料的屈服極限；n—安全系數(shù)，n=1.5～2.5，n取1.5。

吊蓋選用材質(zhì)為：Q345A，查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017—2003）可知σs=295 MPa，故σ=196.67 MPa。

2.提升蓋吊耳板的強度校核

（1） 設(shè)備呈臥態(tài)時。

① 設(shè)備成臥態(tài)時，作用于提升蓋上的提升力FH為：

式中：FH—設(shè)備成臥態(tài)時，作用于提升蓋上的提升力 （N） ；mc1—設(shè)備的計算吊裝質(zhì)量 （kg）；g—吊裝所在地的重力加速度g=9.8 m/s2；L1—設(shè)備重心至提升力FH的水平距離 （mm），取值為1 386 mm；L2—設(shè)備重心至溜尾力FT的水平距離 （mm），取值為1 842 mm。

② 設(shè)備的計算吊裝質(zhì)量mc1為：

式中：mc—設(shè)備、提升蓋和連接螺柱螺母三者質(zhì)量之和 （kg），取值為35 000 kg；k—載荷系數(shù)，取k=1.21，計算得FH=236 829.39 N。

③ C-C截面的彎曲應(yīng)力為：

式中：M—彎矩 （N· mm） ；W—抗彎截面模量（mm3）；h—提升蓋吊耳板圓孔中心至C-C截面的距離 （mm），取值為100 mm；t2—提升蓋吊耳板厚度（mm），取值為50 mm；R—提升蓋吊耳板圓弧半徑（mm），取值為120 mm。

④ C-C截面應(yīng)滿足的強度條件

當(dāng)C-C截面為焊縫時：

式中：σC-C—吊耳板焊縫的許用應(yīng)力 （ MPa），一般取0.7×0.85σ；計算得σC-C=49.34 MPa＜σhf=117.02 MPa，可知滿足要求。

（2） 設(shè)備呈立態(tài)時。

設(shè)備呈立態(tài)時提升蓋的受力，如圖9所示。

圖9 立態(tài)時提升蓋受力圖

① B-B截面的拉應(yīng)力為：

式中：Fv—設(shè)備直立時作用于提升蓋上的垂直提升力（N） 。

② A-A截面的剪應(yīng)力為：

③ 若σB-B≤σ、τA-A≤τ=0.7σ時，設(shè)備直立時提升蓋的強度滿足要求。計算得：

σB-B=38.11 MPa＜σ=196.67 MPa；

τA-A=76.22 MPa＜τ=137.67 MPa。

根據(jù)以上計算可知提升蓋的吊耳板強度滿足要求。

3.提升蓋法蘭盲板的強度校核

（1） 設(shè)備呈臥態(tài)時。

法蘭盲板的彎曲應(yīng)力為：

式中：FH—設(shè)備臥態(tài)時，作用于提升蓋上的提升力；r0—提升蓋法蘭盲板上吊耳板處的當(dāng)量半徑（ mm），計算得r0=72.5 mm；t1—法蘭盲板厚度（ mm），取值為50 mm；t2—吊耳板厚度（ mm），取值為50 mm；m—泊松比的倒數(shù)，3.7（ 泊松比μ取μ=0.27）；Rb—法蘭盲板螺栓圓半徑（ mm），Rb=0.5Db，取值為100 mm；K1—系數(shù)，計算得K1=0.24。

（2） 設(shè)備呈立態(tài)時。

法蘭盲板的彎曲應(yīng)力為：

（3） 校核。

強度校核條件：

當(dāng)σmw≤σ，σm1≤σ時滿足要求，式中：σ—鋼材的許用彎應(yīng)力。計算得：

σmw=45.37 MPa＜σ=196.67 MPa ；

σm1=108.19 MPa＜σ=196.67 MPa。

根據(jù)計算可知提升蓋法蘭盲板的強度滿足要求。

綜合以上計算可知，吊耳板強度滿足要求，法蘭盲板滿足要求，故吊蓋滿足要求。

3 吊裝前的準備工作

吊裝前需與總包溝通好、需要將廠房結(jié)構(gòu)的施工、廠房行車的施工計劃統(tǒng)籌好；廠房的主體結(jié)構(gòu)施工完以后，立即組織軌道和滑觸線槽的施工，軌道施工完畢，即可同步履行特種設(shè)備安裝告知，廠房頂棚結(jié)構(gòu)施工除北側(cè)一跨用于吊裝外，其余均可進行封閉施工，待其余封閉完成，將行車大車在地面組裝好和小車分兩次吊入，然后施工剩余部分頂棚結(jié)構(gòu)；行車吊入后，接線完畢，連接臨時電將主輔吊鉤的卷揚機鋼絲繩卷入，安裝上鉤頭、力矩限位器，然后通知當(dāng)?shù)氐馁|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局見證橋式起重機的空載試驗、靜載試驗和動載試驗。試驗合格后，由質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局出具正式特種設(shè)備使用許可證之前的準許使用的臨時許可證，將復(fù)印件報送總包安全管理部門予以備案，同時張貼1份復(fù)印件于現(xiàn)場。橋式起重機設(shè)置專職經(jīng)過培訓(xùn)合格的持證操作司機，橋式起重機即具備使用條件。

橋式起重機正式吊裝前，確認橋式起重機的臨時接電箱無任何其他工作負載接入，避免工作過程中出現(xiàn)欠壓、過載導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘問題；橋式起重機大小車行走、大小鉤升降與抱閘制動功能，大小車限位功能正常，橋式起重機空鉤模擬一下整個吊裝過程。

流動式汽車的伸縮臂，主卷揚、旋轉(zhuǎn)變位均正常、鉤頭與鋼絲繩倍率均符合要求，燃料充足，支腿系統(tǒng)工作正常、墊板鋪設(shè)穩(wěn)固到位。

將兩個翻轉(zhuǎn)吊耳組裝到壓縮機的上蓋上，內(nèi)六角螺栓擰緊，用力矩扳手檢查擰緊力矩滿足要求后方可為驗收合格。

將橋式起重上鉤頭掛上四根鋼絲繩，將流動起重機上掛上兩根鋼絲繩。將上蓋兩側(cè)影響翻轉(zhuǎn)的軸承蓋從箱體拆除。將4個卸扣穿入鋼絲繩后連接到吊耳上，再進行一遍全面檢查確認無誤后，由一名起重機信號工統(tǒng)一指揮。吊裝指揮系統(tǒng)見圖10。

圖10 吊裝指揮系統(tǒng)

吊裝的組織機構(gòu)人員職責(zé)：

（1） 吊裝總指揮：全面負責(zé)現(xiàn)場吊裝工作；協(xié)調(diào)現(xiàn)場安全、技術(shù)、后勤、施工及應(yīng)急保障力量，確?，F(xiàn)場吊裝工作安全順利進行；負責(zé)吊裝過程的應(yīng)急處理工作；吊裝前簽發(fā)吊裝令。

（2） 技術(shù)負責(zé)人：負責(zé)吊裝方案的編制工作；負責(zé)吊裝技術(shù)交底；負責(zé)檢查落實吊裝過程中的技術(shù)細節(jié)；執(zhí)行情況；負責(zé)吊裝技術(shù)文件的整理歸檔。

（3） 安全負責(zé)人：負責(zé)吊裝安全監(jiān)督檢查工作；負責(zé)吊裝安全技術(shù)交底；負責(zé)安排落實吊裝警戒；負責(zé)制止吊裝過程不安全的行為；負責(zé)吊裝安全方面相關(guān)許可證辦理；負責(zé)吊裝人員及機械進場許可辦理；負責(zé)安全相關(guān)資料的整理歸檔。

（4） 吊裝指揮：負責(zé)吊裝期間現(xiàn)場施工安排；負責(zé)吊裝過程細節(jié)控制，確保設(shè)備安全順利就位；負責(zé)吊裝過程中指揮的協(xié)調(diào)同步；負責(zé)吊裝過程起重施工配合作業(yè)的具體安排；

（5） 設(shè)備負責(zé)人：吊裝前對機械進行全面檢查，確保機械性能完好；負責(zé)機械故障的修理工作；負責(zé)吊裝過程機械故障應(yīng)急處理。

（6） 橋式起重機操作工：負責(zé)橋式起重機的檢查、操作。

（7） 流動起重機操作工：負責(zé)流動式起重機的檢查、操作。

（8） 應(yīng)急保障：負責(zé)吊裝過程的應(yīng)急保障工作，現(xiàn)場出現(xiàn)應(yīng)急事項時，立即啟動應(yīng)急程序，確?，F(xiàn)場已經(jīng)過程相應(yīng)迅速，高效地完成應(yīng)急處理工作。

4 吊裝過程中操作步驟及注意事項

上蓋中分面自下而上翻轉(zhuǎn)180°操作。首先，起重信號工指揮橋式起重機和流動式起重機同步施加1 t力，這是還不足以將設(shè)備抬起，指揮起重工再次確認卸扣有無卡頓，手觸鋼絲繩感覺張緊力是否均衡。確認無誤后，發(fā)出指揮信號，雙機同步將上蓋同步提升離地200 mm位置，暫停5 min，再檢查吊耳、繩索無誤后正式吊裝。接著，起重工發(fā)出指揮信號，雙機同步將上蓋抬至m位置，保持水平，起重工發(fā)出指揮信號，輔吊緩慢回鉤，橋式起重機同步向前溜送1m后停止。輔機漲桿縮小作業(yè)半徑1 m，然后橋式起重機保持不動，向輔機發(fā)出信號緩慢變幅回鉤至溜送至90°位置。在90°位置將輔機索具松吊，將上蓋繞橋式起重機大鉤旋轉(zhuǎn)180°，將索具懸掛于靠近中分面的2個上吊耳處。橋式起重機保持不動，輔助吊車緩慢提升。

翻轉(zhuǎn)過程的輔機變幅及負荷變化情況見表2，翻轉(zhuǎn)過程見圖11～16。

表2 翻轉(zhuǎn)過程輔吊受力及作業(yè)半徑變化

圖11 0°起吊

圖12 翻轉(zhuǎn)至45°狀態(tài)

圖13 翻轉(zhuǎn)至90°狀態(tài)

圖14 繞行車主鉤頭旋轉(zhuǎn) 180°后調(diào)整吊點

圖15 主吊不動，輔吊起鉤

圖16 輔吊起鉤將上蓋吊至 中分面水平落下完成

上蓋中分面自上而下翻轉(zhuǎn)180°，操作為逆向操作。

5 吊裝后的處理

吊裝完畢后，將上蓋兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)吊耳拆除，吊耳處的悶蓋復(fù)位；將上蓋兩側(cè)的軸承蓋復(fù)位。

6 安全注意事項

（1） 吊車回轉(zhuǎn)吊裝就位的時候安全監(jiān)護注意吊車后方周邊的障礙物。

（2） 設(shè)備起升到框架頂部就位的過程中吊車操作要慢，指揮特別注意框架和吊臂的安全距離。

（3） 所有參加吊裝的人員必須按勞保要求著裝，2 m以上高處作業(yè)必須系掛安全帶。

（4） 吊裝區(qū)域要求設(shè)警戒繩，無關(guān)人員不得進入。

（5） 吊裝時要求用指揮哨和指揮旗指揮。

（6） 起重指揮要與起重機司機溝通好，指揮信號要明確、統(tǒng)一。

（7） 吊裝作業(yè)時要求使用溜繩。

（8） 吊裝前，仔細檢查吊裝索具的質(zhì)量好壞，一旦發(fā)現(xiàn)吊裝索具質(zhì)量不合格，立即更換。

（9） 吊裝前，仔細檢查吊裝吊耳焊接質(zhì)量，一旦發(fā)現(xiàn)吊耳有缺陷，立即采取加固措施。

（10） 吊裝作業(yè)前安排橋式起重機作業(yè)人員充分休息，保證操作時能夠以最佳狀態(tài)進行相關(guān)操作

（11） 吊裝現(xiàn)場派2名安全監(jiān)督員進行全過程監(jiān)督監(jiān)護。

7 經(jīng)濟效益分析

與常規(guī)思路采用200 t吊車和70 t吊車翻轉(zhuǎn)后再用400 t吊車自頂部吊入組裝相比較：

常規(guī)思路翻轉(zhuǎn)費用：200 t汽車吊市場臺班價格：12 000 元；70 t流動式汽車吊市場臺班價格：3 800 元。

采用橋式起重機和70ton流動起重機進行翻轉(zhuǎn)費用：橋式起重機市場臺班價格：0 元；70 t流動起重機市場臺班價格：3 800 元；翻轉(zhuǎn)費用節(jié)約：12 000 元。

常規(guī)思路吊裝費用：按400 t吊車計算：每臺班50 000 元；采用橋式起重機費用：0 元；吊裝費用節(jié)約：50 000 元。

共計節(jié)約費用：62 000 元，經(jīng)濟效率可觀。

8 結(jié)語

經(jīng)實施工作驗證，采用此方案從技術(shù)上可行，從經(jīng)濟上實現(xiàn)了較少投入，從技術(shù)方案優(yōu)化改進上面真正實現(xiàn)了節(jié)約項目成本的項目管理目標。