大型化工項目大件設(shè)備吊裝的研究

周爭義

上海華誼集團(tuán)股份有限公司 上海 200040

大型化工項目中的大件設(shè)備通常屬于關(guān)鍵核心裝備，在整個項目建設(shè)過程中占有重要的地位。大件設(shè)備的吊裝工作是整個項目安裝階段的重要內(nèi)容，其管理水平的高低直接影響著項目建設(shè)安全、質(zhì)量、進(jìn)度和費(fèi)用管理水平[1]。

為了更好地開展大件設(shè)備吊裝各項工作，通常業(yè)主會委托一家大件設(shè)備吊裝公司負(fù)責(zé)整個項目的所有大件設(shè)備吊裝，包括編制詳細(xì)吊裝方案、組織協(xié)調(diào)、計劃統(tǒng)籌、吊裝實(shí)施等全部工作。業(yè)主組織對大件設(shè)備吊裝方案進(jìn)行審核，并牽頭成立大件吊裝工作小組，組織各EPC 單位、設(shè)備制造商、大件吊裝公司、大件運(yùn)輸公司等相關(guān)單位定期召開大件設(shè)備吊裝工作推進(jìn)會，落實(shí)設(shè)備制造、到貨和吊裝計劃，確保大件設(shè)備吊裝各項工作順利實(shí)施。

1 項目概況

上海華誼集團(tuán)擬在廣西欽州石化園區(qū)建設(shè)華誼欽州化工新材料一體化基地，其中一期工業(yè)氣體島項目建設(shè)內(nèi)容包括粉煤氣化裝置、凈化及CO 分離裝置,甲醇合成及精餾裝置、乙二醇裝置、醋酸裝置，以及相關(guān)的配套輔助設(shè)施及公用工程，主要由7 個EPC 承包商進(jìn)行裝置建設(shè)，項目總投資過百億。

本項目定義現(xiàn)場需要400t 以上履帶吊吊裝的設(shè)備為大件設(shè)備，最終確定本項目大件設(shè)備共199 臺，詳見表1。

表1 大件設(shè)備情況

通過對199 臺大件設(shè)備的吊裝重量、吊裝高度和工作內(nèi)容等進(jìn)行研究后，確定本項目需要的吊機(jī)包括4000t 級、1000t 級、750t 級履帶吊各1 臺，400t 級履帶吊2 臺。

考慮到本項目規(guī)模較大，設(shè)備布置緊湊，在吊裝過程中要科學(xué)合理地做好方案策劃，充分考慮各裝置大件設(shè)備及吊裝場地的特點(diǎn)，依托三維數(shù)字化進(jìn)行吊裝模擬，合理安排吊裝施工工序，以達(dá)到預(yù)期效果。

2 大件設(shè)備吊裝工藝方法

本項目大件設(shè)備有臥式和立式兩種，針對不同的情況采用不同的吊裝工藝方法。

2.1 臥式到貨的立式設(shè)備

對于臥式到貨的立式設(shè)備，采用單主機(jī)抬吊遞送法進(jìn)行吊裝。使用1 臺能力較大的起重機(jī)作為主吊車提升設(shè)備的頭部，1 臺能力較小的起重機(jī)配合溜尾抬送設(shè)備的尾部；兩臺起重機(jī)先將設(shè)備抬起，主吊車負(fù)責(zé)提升設(shè)備，溜尾吊車負(fù)責(zé)向前遞送，逐漸將設(shè)備由平臥狀態(tài)過渡到垂直狀態(tài)；待設(shè)備達(dá)到直立狀態(tài)后，溜尾吊車脫鉤，主吊車回轉(zhuǎn)，將設(shè)備安裝在基礎(chǔ)上；找正后，固定地腳螺栓，摘除索具，完成吊裝工作。注意設(shè)備到貨時，必須確保兩只主吊耳水平，溜尾吊耳豎直向上。

2.2 立式到貨的立式設(shè)備

對于立式到貨的立式設(shè)備，采用單機(jī)直接提升法進(jìn)行吊裝。使用1 臺吊裝能力合適的起重機(jī)作為主吊車，吊點(diǎn)對稱分布在設(shè)備重心位置兩側(cè)，將設(shè)備提升一定高度后，主吊車回轉(zhuǎn)，將設(shè)備安裝在基礎(chǔ)上，找正后，固定地腳螺栓，摘除索具，完成吊裝工作。

2.3 臥式設(shè)備

對于臥式設(shè)備，采用單機(jī)直接提升法進(jìn)行吊裝。使用1 臺吊裝能力合適的起重機(jī)作為主吊車，吊點(diǎn)對稱分布在設(shè)備重心位置兩側(cè)，將設(shè)備提升一定高度后，主吊車回轉(zhuǎn)，將設(shè)備安裝在基礎(chǔ)上，找正后，固定地腳螺栓，摘除索具，完成吊裝工作。注意設(shè)備到貨時，要確保設(shè)備的兩個鞍座水平放置在車板上方。

3 吊耳設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

設(shè)計和選用合適的吊耳對吊裝工作的順利開展具有舉足輕重的影響。本項目吊耳主要選用管軸式吊耳和板式吊耳[2]。吊耳原則上由大件吊裝單位進(jìn)行設(shè)計選型和確定焊接位置及方位，經(jīng)EPC 校核確認(rèn)后委托設(shè)備制造廠進(jìn)行制造、安裝焊接和檢測，確保安裝質(zhì)量滿足吊裝所需的要求。吊耳設(shè)計原則如下：

（1）吊耳要滿足自身強(qiáng)度和設(shè)備局部強(qiáng)度的要求；

（2）吊耳要滿足設(shè)備本體的可焊性，吊耳材質(zhì)宜與設(shè)備材質(zhì)相同或相近；

（3）立式設(shè)備主吊耳一般采用管軸式吊耳，溜尾吊耳一般采用板式吊耳；

（4）臥式設(shè)備一般不設(shè)吊耳，采用捆綁式吊裝；

（5）大型反應(yīng)器類及分離器等不宜與本體焊接吊耳的設(shè)備，主吊耳采用吊蓋和連接件，溜尾吊耳采用板式；

（6）對于需要在現(xiàn)場穿衣戴帽的設(shè)備，吊耳設(shè)計時，要考慮其保溫層厚度，主吊耳采用有外筋板的管式吊耳，以保證吊裝前保溫材料的安裝。

3.2 性能計算

3.2.1 管軸式主吊耳強(qiáng)度校核計算

管軸式主吊耳在設(shè)備直立狀態(tài)時受力最大，故只需校核該狀態(tài)下的強(qiáng)度能力，吊耳力學(xué)模型如圖1 所示。

圖1 管軸式主吊耳力學(xué)模型

3.2.2 板式溜尾吊耳強(qiáng)度校核計算

板式溜尾吊耳分別在設(shè)備起吊狀態(tài)及直立過程對其危險截面進(jìn)行強(qiáng)度校核，設(shè)備起吊狀態(tài)力學(xué)模型如圖2 所示。

以凈化及CO 分離裝置甲醇洗滌塔Ⅰ為例，主吊耳采用管軸式吊耳，溜尾吊耳采用板式吊耳。對主吊耳及溜尾吊耳強(qiáng)度校核發(fā)現(xiàn)，所有吊耳的應(yīng)力和剪應(yīng)力均滿足要求。

4 設(shè)備整體強(qiáng)度及剛度計算

以凈化及CO 分離裝置甲醇洗滌塔Ⅰ為例進(jìn)行設(shè)備起吊狀態(tài)整體強(qiáng)度及剛度校核計算。

圖2 板式溜尾吊耳力學(xué)模型

4.1 重心位置計算

考慮到大件設(shè)備左右基本對稱，設(shè)備重心近似在中軸線上。根據(jù)力矩法原理，設(shè)備重心在中軸線方向高度位置計算力學(xué)模型如圖3 所示。

圖3 設(shè)備重心示意圖

重心計算公式如式（1）所示。

式中：mi——各部件質(zhì)量；

xi——各部件重心標(biāo)高；

m——設(shè)備計算質(zhì)量；

x——設(shè)備重心標(biāo)高。

最終計算得到甲醇洗滌塔Ⅰ的設(shè)備計算質(zhì)量（構(gòu)件質(zhì)量及保溫）為824.32t；構(gòu)件關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)力矩和為3770.46 萬t·mm；設(shè)備重心關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)位置為45740mm；設(shè)備重心標(biāo)高為45740mm。

4.2 抬頭、抬尾力計算

設(shè)備水平起吊時抬頭、抬尾力計算力學(xué)模型如圖4所示。

圖4 設(shè)備水平G起吊時力學(xué)模型

設(shè)備水平起吊時抬頭、抬尾力計算公式如式（2）所示。

式中：F1——抬頭力；

F2——抬尾力；

L1——主吊耳至設(shè)備重心的水平距離；

L2——溜尾吊耳至設(shè)備重心的水平距離；

G——設(shè)備總質(zhì)量。

以甲醇洗滌塔Ⅰ為例計算起吊時的抬頭力和抬尾力分別為463.54t 和360.78t。

4.3 設(shè)備強(qiáng)度計算

將甲醇洗滌塔Ⅰ起吊狀態(tài)力學(xué)模型簡化為一種承受均布載荷的外伸梁模型，如圖5 所示。計算表明，甲醇洗滌塔Ⅰ起吊狀態(tài)強(qiáng)度滿足要求。

5 鋼絲繩強(qiáng)度計算

5.1 主吊鋼絲繩核算

甲醇洗滌塔Ⅰ鋼絲繩選用2 根GJT168mm×76m的高接頭繩圈，每根兩圈使用。經(jīng)校核計算，主吊鋼絲繩強(qiáng)度滿足要求。

5.2 抬尾鋼絲繩核算

抬尾鋼絲繩選用2 根Φ118mm×32m 的鋼絲繩，每根一彎兩股使用。經(jīng)校核計算，抬尾鋼絲繩強(qiáng)度滿足要求。

圖5 甲醇洗滌塔Ⅰ簡化受力模型

6 大件設(shè)備吊裝實(shí)施

本項目大件設(shè)備吊裝分布在6 個裝置，共有199臺，總重量接近3 萬t，單體最重約1200t，設(shè)備最長超過100m，直徑最大超過8m。以典型設(shè)備華誼爐為例對技術(shù)方案進(jìn)行闡述。

6.1 吊裝工藝方法及模擬

華誼爐采用單主機(jī)抬吊遞送法的吊裝工藝進(jìn)行吊裝，主吊車為XGC88000 型4000t 級履帶吊，溜尾吊車為SCC7500 型750t 級履帶吊，華誼爐具體吊裝工藝參數(shù)如表2 所示。

表2 華誼爐吊裝工藝參數(shù)表

機(jī)索具重量/ t 121吊裝重量/ t 1212+121=1333吊裝負(fù)荷率/ %88.2溜尾車參數(shù)型號SCC7500 型750t 履帶式起重機(jī)工況/ m 超起主臂36吊鉤750t 級工作半徑/ m 10超起半徑/ m 15超起配重/ t 220額定載荷/ t 719分布重量/ t 624溜尾重量/ t 624+26=650吊裝負(fù)荷率/ $90.4索具計算主吊索具：φ168×38m 2 只、φ168×76m 2 只；額定載荷：403.1t/ 圈；對折使用，403.1×2×2×0.8=1289.92t＞1212t溜尾索具：φ118×32m 2 只；額定載荷：205.7t;一彎兩股，205.7×2×2×0.8=658.24t＞624t

為了更好地完成華誼爐吊裝工作，提前對華誼爐的整個吊裝過程進(jìn)行了三維模擬，圖6 是基于三維軟件solidworks 對吊裝進(jìn)行高精度的動畫模擬[3]，其中吊車、設(shè)備、框架等尺寸均按照實(shí)際情況進(jìn)行模擬。通過模擬進(jìn)一步優(yōu)化吊裝方案，同時對相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行形象化的技術(shù)交底。

圖6 三維吊裝過程模擬

6.2 華誼爐吊裝施工

華誼爐吊裝整個施工過程如下：

（1）4000t 級履帶式起重機(jī)進(jìn)場至吊裝站位，將索具與其吊鉤相連；

（2）750t 級履帶式起重機(jī)進(jìn)場至吊裝站位，將繩索具與其吊鉤相連：

（3）華誼爐運(yùn)輸至現(xiàn)場指定位置；

（4）系掛4000t 級履帶式起重機(jī)索具，將索具與主吊耳相連；

（5）系掛750t 級履帶式起重機(jī)索具，將索具與溜尾吊耳相連；

（6）各方在現(xiàn)場對吊裝前各項程序進(jìn)行聯(lián)合檢查，檢查合格后簽署吊裝作業(yè)審批表；

（7）先進(jìn)行試吊，4000t 級履帶式起重機(jī)與750t 級履帶式起重機(jī)同時緩慢提升吊鉤，使設(shè)備離開鞍座0.2m 左右；觀察吊車、索具、平衡梁的受力情況，檢查吊車地基情況，復(fù)核設(shè)備重量，確認(rèn)安全后開始正式吊裝；

（8）4000t 級履帶式起重機(jī)繼續(xù)提升吊鉤，750t 級履帶式起重機(jī)配合抬送，使設(shè)備直立；

（9）摘除750t 級履帶式起重機(jī)索具；

（10）4000t 履帶式起重機(jī)繼續(xù)起鉤，起升高度46m；

（11）4000t 履帶式起重機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)到設(shè)備基礎(chǔ)方向，調(diào)整臂桿使設(shè)備位于基礎(chǔ)正上方；

（12）4000t 級履帶式起重機(jī)回鉤，回至設(shè)備裙座其基礎(chǔ)高出約1m；

（13）由安裝單位確認(rèn)并調(diào)整設(shè)備方位，緩慢回鉤，使設(shè)備就位；

（14）由安裝單位確認(rèn)設(shè)備與基礎(chǔ)固定完畢，并已經(jīng)達(dá)到摘鉤條件后，摘除吊裝索具，完成華誼爐吊裝。

整個吊裝的過程要求緩慢、平穩(wěn)，在轉(zhuǎn)桿過程中要有專人監(jiān)視臂桿、超起配重與周邊框架、管廊等設(shè)施的距離，以及設(shè)備和吊車的空中干涉情況，并且各崗位人員要配備對講機(jī)隨時與起重指揮保持信號傳遞。整個華誼爐吊裝過程嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的吊裝方案執(zhí)行，最終順利完成整個吊裝過程。圖7 為吊裝現(xiàn)場。

圖7 華誼爐吊裝現(xiàn)場

7 制度保障

為確保大件設(shè)備吊裝的順利實(shí)施，業(yè)主牽頭成立了大件吊裝工作小組，成員包括業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)部門，長、大件設(shè)備吊裝單位，各EPC 單位項目經(jīng)理和施工經(jīng)理，大件設(shè)備運(yùn)輸公司項目負(fù)責(zé)人等。大件設(shè)備吊裝單位作為項目具體實(shí)施主體，成立專門的項目部，配備相關(guān)人員，明確工作職責(zé)，建立完整的質(zhì)量保證措施、HSE 管理體系（包括各項作業(yè)安全措施）、各項應(yīng)急預(yù)案及處置方法。同時，業(yè)主制定吊裝作業(yè)安全管理規(guī)定，明確大件設(shè)備吊裝分級管理流程和機(jī)制，規(guī)定作業(yè)申請和許可（包括作業(yè)前的各項檢查內(nèi)容和表式），明確“十不吊”，要求“一吊一方案一審批”。在具體實(shí)施中要求提前一天發(fā)布大件設(shè)備吊裝工作安排，包括設(shè)備基礎(chǔ)交安、設(shè)備基礎(chǔ)復(fù)測、預(yù)埋孔檢查、預(yù)埋螺栓位置檢查情況，地基處理、吊車行走、工況更改、索具準(zhǔn)備、司索人員到位情況，以及大件設(shè)備吊裝預(yù)計時間等關(guān)鍵內(nèi)容。在大件設(shè)備正式吊裝前，各相關(guān)人員必須到現(xiàn)場檢查，內(nèi)容包括已經(jīng)批準(zhǔn)的吊裝方案審批單、設(shè)備基礎(chǔ)交安工序表、設(shè)備基礎(chǔ)復(fù)測表、設(shè)備到場開箱驗(yàn)收記錄表、現(xiàn)場警示設(shè)置情況、人員到場情況、吊車情況檢查表、吊裝前檢查記錄表和現(xiàn)場定制化管理情況等，符合要求后才能開始正式吊裝。通過一系列制度和規(guī)定，確保了大件設(shè)備吊裝工作平穩(wěn)有序推進(jìn)。

8 結(jié)語

本項目主要大件設(shè)備共199 臺，目前已完成197臺大件設(shè)備的吊裝工作，華誼爐部分設(shè)備和火炬正在收尾。在每個大件設(shè)備吊裝過程中，根據(jù)實(shí)際情況及時優(yōu)化吊裝方案，做好各項準(zhǔn)備工作；各相關(guān)人員主動做好本職工作，嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的吊裝方案和項目管理制度要求執(zhí)行，使項目的大件設(shè)備吊裝在穩(wěn)定有序的節(jié)奏中推進(jìn)。