大件吊裝設(shè)備吊耳常見問題分析

鄒衛(wèi)清

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

隨著各類化工項目規(guī)模和產(chǎn)能的不斷提高，其關(guān)鍵工藝設(shè)備的尺寸和質(zhì)量也在不斷增大。在項目施工過程中，這些大型設(shè)備的吊裝毫無疑問地成為項目建設(shè)的關(guān)鍵點之一。目前，隨著大型起重機械的不斷應(yīng)用，大型設(shè)備吊裝的方案策劃和施工實施變得越來越便捷。然而，筆者在近年參與過的幾個項目中，發(fā)現(xiàn)越來越多的問題出現(xiàn)在設(shè)備吊耳的設(shè)計與選型上。其原因之一就是設(shè)計人員缺乏工程施工經(jīng)驗，缺少對設(shè)備吊裝的理解，忽視了設(shè)備吊耳的重要性，從而輕視了其設(shè)計與選型；另外一個原因是，具備大型設(shè)備吊裝經(jīng)驗的施工人員未能參與到設(shè)備吊耳的設(shè)計過程中，沒能做到對影響吊裝的各類因素進(jìn)行全面把控。本文結(jié)合以往項目吊裝實施過程中經(jīng)常出現(xiàn)的吊耳相關(guān)問題及采取的相應(yīng)措施，分類匯總并作簡要分析，不僅可供設(shè)計人員在設(shè)計和選型時參考，還可作為吊裝從業(yè)人員的過程管控依據(jù)。

1 溜尾吊耳

通常情況下，大件設(shè)備沒有設(shè)計主吊耳的情況是幾乎不會，也不應(yīng)該出現(xiàn)的，但沒有設(shè)計溜尾吊耳的情況卻經(jīng)常發(fā)生。對于大型設(shè)備吊裝工程來講，吊裝的設(shè)備動輒上百噸，吊裝高度為幾十米或上百米，設(shè)計一個可靠適用的設(shè)備吊耳是吊裝工程設(shè)計、策劃的首要控制點。但部分經(jīng)驗不足的設(shè)計人員對設(shè)備吊裝沒有具體概念，沒有理解和親歷設(shè)備如何吊裝，特別是對于立式設(shè)備的翻身直立缺乏直觀的認(rèn)識，導(dǎo)致漏設(shè)計溜尾吊耳情況的出現(xiàn)。出現(xiàn)漏設(shè)計溜尾吊耳的原因還在于設(shè)備設(shè)計過程中圖紙審查得不認(rèn)真，具有吊裝經(jīng)驗的人員參與設(shè)計程度較淺甚至沒有參與等。溜尾吊耳缺失的問題非常嚴(yán)重，但可采取直接捆綁設(shè)備尾部、在設(shè)備底環(huán)板上安裝臨時吊耳、在設(shè)備本體上補焊吊耳等方案解決。

1.1 直接捆綁設(shè)備尾部

直接捆綁設(shè)備尾部溜尾的方法(見圖1)通常適用于設(shè)備質(zhì)量不大、設(shè)備底部有變徑或有可靠的防滑部件能防止繩索竄動、設(shè)備底部筒體強度足夠大，不會因為綁扎引起變形等情況。如圖1左側(cè)所示，設(shè)備下部存在變徑，且剛好有裙座可防止繩索竄動，因此可采取直接捆綁設(shè)備尾部溜尾的方式。在保證溜尾繩索不竄動的情況下，還應(yīng)保證在設(shè)備直立過程中，繩索捆綁牢固，即不會左右張開，可采取卸扣捆扎繩索或者在繩索兩側(cè)增加擋塊的措施。如圖，在裙座圓筒上焊接了兩個擋桿，分別擋在溜尾鋼絲繩的兩側(cè)，以防止在設(shè)備直立過程中鋼絲繩順著裙座圓弧向兩側(cè)滑動張開。除了確保繩索不會滑動外，還應(yīng)采取必要的包覆保護(hù)措施，防止繩索不被設(shè)備上的刃角損傷，設(shè)備表面不受繩索損傷。如圖1右側(cè)所示，在裙座刃角處包覆了半圓管，在繩索和設(shè)備筒體之間包覆了橡膠皮。

圖1 直接捆綁設(shè)備尾部溜尾

1.2 在設(shè)備上補焊吊耳

部分設(shè)備由于沒有捆綁繩索的空間、沒有能夠確保繩索不會竄動的部件、筒壁太薄無法承受捆綁溜尾的力等原因，而無法采用直接捆綁設(shè)備尾部進(jìn)行溜尾的方式。此時，如果沒有設(shè)備筒體等部件熱處理或者禁止焊接的強制要求，則可以重新設(shè)計溜尾吊耳，并補焊到設(shè)備相應(yīng)的位置(見圖2)。此設(shè)備尾部雖有變徑，但是下部的接管和筒體太薄弱，無法承受溜尾載荷，而且筒體上相應(yīng)位置沒有足夠的容繩空間，無法采用捆綁設(shè)備溜尾的方式。最后經(jīng)和設(shè)計人員溝通，確認(rèn)可以在設(shè)備筒體上增加溜尾吊耳，采取補焊吊耳的方式來解決無溜尾吊耳的問題。

圖2 設(shè)備上補焊吊耳

1.3 在設(shè)備底環(huán)板上安裝臨時吊耳

如果出現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量非常大、設(shè)備尾部根本無法捆綁，以及沒有有效的防竄動條件、也不允許在設(shè)備本體上焊接等情況，導(dǎo)致以上兩種方式均不可用，可采用在設(shè)備底環(huán)板上安裝臨時吊耳的方式。這種方式通常是將單獨設(shè)計制作的吊耳使用高強螺栓安裝到設(shè)備底環(huán)板上，吊耳的結(jié)構(gòu)型式和強度，以及需要安裝螺栓的數(shù)量和緊固力矩都需要專業(yè)的設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計核算，其相關(guān)文件需作為吊裝質(zhì)量控制程序文件一并提交審批。在筆者所參與的一個項目中，有兩臺單體質(zhì)量超過600t的關(guān)鍵設(shè)備，在設(shè)備設(shè)計和制造階段，未能及時發(fā)現(xiàn)并解決溜尾吊耳的問題，最后采取了這種在底環(huán)板上安裝臨時溜尾吊耳的方式，成功實現(xiàn)了制作一套溜尾吊耳完成同樣兩臺設(shè)備的吊裝。臨時吊耳的組裝和使用見圖3。

圖3 臨時吊耳的組裝和使用

2 軸式吊耳

軸式吊耳主要作為立式設(shè)備的主吊耳使用，其較少用作臥式設(shè)備的主提升吊耳和立式設(shè)備的溜尾吊耳。軸式吊耳在設(shè)備上的位置取決于設(shè)備及附屬結(jié)構(gòu)、吊裝時設(shè)備受力和吊裝空間等因素，其一般結(jié)構(gòu)型式即按HG/T 21574—2018《化工設(shè)備吊耳設(shè)計選用規(guī)范》中明確規(guī)定的AXA、AXB、AXC三種。設(shè)計人員通常都是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計選用相應(yīng)的吊耳，吊耳自身的強度和局部應(yīng)力的核算都能保證，但是在吊裝實施過程中，考慮到具體的安全操作和增加可靠性等因素的影響，會對吊耳和設(shè)備采取必要的補強措施。以下分三種情況對軸式吊耳進(jìn)行分析。

2.1 軸式吊耳外側(cè)擋板加固

軸式吊耳外側(cè)的擋板主要是用于防止繞軸的繩索從吊耳上滑脫，一般情況下，擋板所受的水平力并不大，按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計選用并無大礙。但是在吊裝過程中會存在一些特殊情況，比如有時為了避免繩索和吊耳上方的設(shè)備附件及接管相碰，會選擇較長的平衡梁，使得掛在吊耳上的繩索與設(shè)備軸線夾角變大，從而造成繩索和吊耳上方的設(shè)備筒壁間距變大，這會導(dǎo)致繩索擠壓吊耳外擋板的力變大；另一方面，也是在吊裝過程中經(jīng)常發(fā)生的，掛在吊耳上的繩索會在設(shè)備直立過程中緩慢偏向設(shè)備一側(cè)(因設(shè)備的接管、人孔等質(zhì)量分布不均所致)，造成一側(cè)吊耳上的繩索靠近設(shè)備筒壁，另一側(cè)吊耳上的繩索擠壓擋板的力變大。這些情況一旦發(fā)生，會導(dǎo)致吊裝繩索施加給擋板的水平力變大，使得薄弱的擋板有失效的風(fēng)險。另外，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用軸式吊耳有一個缺點，即單個吊耳額定載荷選用相應(yīng)的鋼絲繩索后，會發(fā)現(xiàn)幾乎所有鋼絲繩的直徑都比對應(yīng)吊耳擋板的有效高度大，在設(shè)備由水平變直立過程中，鋼絲繩存在繞上擋板而滑脫的安全風(fēng)險，且鋼絲繩被擋板刃角割傷的風(fēng)險也相應(yīng)增加。

為了減小上述安全風(fēng)險，必須要采取一些增加擋板高度和強度的措施。在筆者參與的一個項目中，曾有一臺質(zhì)量500t、高度58m、吊耳處設(shè)備直徑達(dá)6m多的塔式設(shè)備，由于其吊耳凈容繩空間較小，但為避免吊裝過程中繩索和吊耳上方的附件相碰，被迫選用了一根8m的平衡梁，為了降低、避免上述安全風(fēng)險，采取了在原有吊耳擋板的高度上增加一圈環(huán)板，并在外側(cè)增加加強筋板的措施，來達(dá)到加高、加固吊耳外側(cè)擋板的目的，從而成功地使該設(shè)備吊裝就位。加高加固方案圖紙和實際加固措施見圖4。

圖4 加高加固方案圖紙和實際加固措施

2.2 軸式吊耳內(nèi)側(cè)增加擋板

有時不但要防止外側(cè)擋板失效，還需要考慮防止繩索向靠近設(shè)備筒體的方向滑動。即使設(shè)備吊耳足夠長、吊裝繩索足夠外張，在設(shè)備吊裝過程中，一旦繩索因質(zhì)量分布不均，向內(nèi)側(cè)滑動，設(shè)備本體上的附件、接管就難免阻礙吊裝繩索，產(chǎn)生吊裝安全風(fēng)險。為了避免這類情況的發(fā)生，有時會考慮在吊耳上靠近設(shè)備筒體的相應(yīng)位置增加擋板，以防止吊裝過程中繩索向靠近設(shè)備筒體的方向滑動。此時，內(nèi)側(cè)擋板就起到了限位的作用，規(guī)避了上述風(fēng)險，提高了吊裝安全性。

在筆者最近參與的一個項目中，在幾臺鍋爐煙筒的吊裝中就采取了上述措施。這幾臺煙筒的上部設(shè)計有導(dǎo)流板，經(jīng)過模擬計算，確定可以在不拆卸導(dǎo)流板的情況下完成煙筒的翻身直立，但要求吊耳上的繩索在整個吊裝過程中一直緊貼在吊耳外側(cè)擋板，不能向內(nèi)側(cè)滑動。為此，現(xiàn)場在軸式吊耳內(nèi)側(cè)焊接擋板(見圖5)，保證了上述吊裝要求，成功完成了幾臺煙筒的吊裝。

圖5 軸式吊耳內(nèi)側(cè)焊接擋板

2.3 繩索與設(shè)備附件相碰的處理辦法

在吊裝時，采用軸式吊耳的立式設(shè)備最常碰到的問題是，吊裝繩索和吊耳上方的設(shè)備附件相碰，這些附件通常是管口、梯子平臺支撐、管支架、保溫支撐或加強圈、頂部吊柱支撐等。針對這類問題，拆除和切割影響吊裝的附件是最常用的處理辦法，但類似人孔、主要大口徑接管就不能采用此方法。在某項目吊裝策劃階段，筆者發(fā)現(xiàn)一臺高塔設(shè)備的主吊耳上方有一個人孔與吊耳所在方位臨近，經(jīng)過模擬核算，發(fā)現(xiàn)人孔法蘭在設(shè)備立直前有可能擦碰吊裝繩索(下圖中主吊大噸位鋼絲繩的直徑截面為120mm)，且在設(shè)備直立后有很大概率會扛住吊裝繩索，導(dǎo)致設(shè)備無法完全直立就位。反復(fù)考慮各種方案、精確模擬計算后，現(xiàn)場將軸式吊耳上部繩索從一定位置綁扎起來(見圖6)，防止繩索張開就能避免吊裝時繩索和人孔相碰。筆者認(rèn)為，這種方式可以在類似的情況中使用，既避免拆除切割設(shè)備附件(實際不可切割)，又保證了吊裝的安全性、可行性。

圖6 將軸式吊耳上部繩索從某處綁扎

3 板式吊耳

板式吊耳的使用最為廣泛，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和使用范圍，可分成如下幾類：立式設(shè)備主吊耳的側(cè)壁板式吊耳和頂部板式吊耳、臥式設(shè)備主吊耳的各類板式吊耳、立式設(shè)備翻身的溜尾用的板式吊耳、設(shè)備翻身的主吊耳、法蘭吊蓋板式吊耳等。雖然板式吊耳花樣繁多，但其用法僅一種，即使用卸扣將吊耳和繩索連接。所以對于板式吊耳，卸扣是關(guān)鍵，而卸扣和吊耳的尺寸不匹配是最為常見的一種問題。除匹配性外，板式吊耳由于其結(jié)構(gòu)特性，在使用時，除非經(jīng)過核算或加強處理，施加在吊耳上的外力應(yīng)盡可能與吊耳板中心平面重合，否則會有折彎失效的風(fēng)險。以下針對板式吊耳使用中的普遍問題舉例分析。

3.1 板式吊耳與卸扣的匹配問題

板式吊耳與卸扣的連接方式?jīng)Q定了幾個影響其匹配性的關(guān)鍵尺寸。吊耳簡圖見圖7，其中的關(guān)鍵尺寸有吊耳板實際厚度T(主吊耳板加兩側(cè)環(huán)板總厚度)、吊耳孔直徑D和吊耳中心高度H。

圖7 吊耳簡圖

圖8 常見卸扣的尺寸

常見卸扣的尺寸見圖8，與吊耳關(guān)鍵尺寸對應(yīng)的為:卸扣凈檔距e/吊耳板實際厚度T、卸扣軸徑b/吊耳孔直徑D、卸扣軸心高度(h-a-f-1/2b)/吊耳中心高度H。吊耳和卸扣的尺寸匹配性問題常常會涉及這幾個關(guān)鍵尺寸。

造成尺寸不匹配的原因可以從兩個方面來分析：其一，在設(shè)計階段，吊耳尺寸的選定不嚴(yán)謹(jǐn)，比如設(shè)備本身質(zhì)量不大，但是設(shè)計吊耳時太過保守，就會導(dǎo)致吊耳厚度大、吊耳開孔卻太小，找不到合適尺寸的卸扣與其相匹配；其二，施工機具資源調(diào)配的問題，一般的建筑施工單位不能保證配備各種規(guī)格和尺寸的卸扣，所以在碰到尺寸特殊的吊耳時，往往在施工現(xiàn)場無法找到適用的卸扣。為了不影響既定的施工計劃，必須在保證安全和通過強度核算的前提下，對吊耳進(jìn)行現(xiàn)場緊急加工處理，比如磨薄吊耳板厚度或直接將吊耳兩側(cè)環(huán)板磨掉，或進(jìn)行擴孔處理，或?qū)⒂绊懶犊凼褂玫脑O(shè)備附件割除等。打磨減薄后吊耳兩側(cè)的環(huán)板見圖9。

圖9 打磨減薄后吊耳兩側(cè)的環(huán)板

3.2 雙板式吊耳的卸扣安裝問題

如圖9所示，雙板式吊耳存在一種容易忽視的要素，甚至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中(見圖10)也忽視了這個問題，即當(dāng)溜尾吊耳為雙板式或者法蘭吊蓋是雙板式吊耳時，兩個吊耳的間距必須保證能容下兩個卸扣。兩板式吊耳的間距太小，而重型設(shè)備的吊耳又偏大，需要的卸扣也較大，會導(dǎo)致無法同時并排容下兩個卸扣。

圖10 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的雙吊耳板

另外，板式吊耳伸出長度太短，也就是吊耳孔中心高度太低，即吊耳中心高度H小于卸扣軸心高度(h-a-f-1/2b)，會導(dǎo)致卸扣軸無法正常穿入。但以上兩個問題在設(shè)計階段即可避免：第一個可適當(dāng)加大兩個板式吊耳的間距，第二個可加大板式吊耳的高度。這兩種方式對吊耳強度都沒有任何影響。

3.3 板式吊耳的吊耳板角度問題

由于板式吊耳的結(jié)構(gòu)特性，在使用時，施加在吊耳上的外力應(yīng)盡可能與吊耳板中心平面重合。這就對板式吊耳的吊耳板方向有了嚴(yán)格要求，如果吊耳板的方向不合適，設(shè)計好的吊耳就無法使用。如圖11所示，殼牌氣化爐關(guān)鍵設(shè)備TD&SGC的一次翻身吊耳，由于在翻身時吊耳的方位不能滿足正向受力，最后決定不使用現(xiàn)有吊耳翻身，而只是作為一次翻身過程和二次翻身做準(zhǔn)備時的保護(hù)受力點。

圖11 方向不合適的板式吊耳的吊耳板

板式吊耳的吊耳板還在如下幾種情況會出現(xiàn)關(guān)于方向的問題：臥式設(shè)備的主吊耳板與設(shè)備軸線不一致甚至是垂直、作為立式設(shè)備主吊耳的兩個頂部板式吊耳的吊耳板同向布置、立式設(shè)備的溜尾吊耳板和設(shè)備軸線垂直等，導(dǎo)致板式吊耳受力時，吊耳板實際是全部受剪力，而不是拉力，這對于板式吊耳是不可接受的。在使用這類板式吊耳吊裝時，由于其真實受力和設(shè)計核算的受力方式不一致，需要根據(jù)實際吊裝時吊耳的受力，重新核算其強度是否能滿足吊裝需求。

4 結(jié)語

對于大型設(shè)備的吊裝，不管是主提升吊耳或者是溜尾吊耳，其結(jié)構(gòu)、尺寸和位置都對吊裝操作和安全影響巨大。如果出現(xiàn)問題，一方面，短時間內(nèi)不太可能協(xié)調(diào)到合適的索具，影響既定的吊裝計劃和項目整體計劃；另一方面，即使在現(xiàn)場可以采取一定的補救措施，但畢竟無法完全消除其中的隱患，從吊裝安全角度來講仍舊不合適。所以，吊裝工程師應(yīng)盡量參與吊耳結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計選定，核查軸式吊耳方位問題，核查板式吊耳和所選用的吊裝索具的匹配性等。在項目設(shè)計階段，吊裝工程師能夠參與設(shè)備的設(shè)計，通過了解設(shè)備制造和到貨形式，提前做好吊裝策劃，并在過程中提前做出核查，對出現(xiàn)的特殊情況及時提出解決方案，在吊裝實施時能夠做到有備無患，同時也保證吊裝的安全性、可行性和經(jīng)濟性。