可移動開合式液壓提升門架系統(tǒng)吊裝技術(shù)研究與應用

盧德明

中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266520

最近，由雙門架組合而成的5200t 級無攬風可移動框架式液壓提升系統(tǒng)憑借其吊載能力大、適用范圍廣和成本投入少等顯著特點，出色地完成了茂名石化及浙石化項目多臺超重型漿態(tài)床反應器的吊裝任務，顯示出了廣闊的應用前景。該系統(tǒng)除塔架吊裝不需要攬風系統(tǒng)輔助和可整體滑移等優(yōu)點外，塔架具備開合的特點使其成功解決了設(shè)備干涉的難題。

1 項目概述

茂名石化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化項目260 萬t/ a 漿態(tài)床渣油加氫裝置有3 臺超重型漿態(tài)床反應器A、B、C 自西向東依次布置。由于裝置設(shè)計布局緊湊，為避免塔架的重復拆組，經(jīng)過核算，吊裝順序只能按照A- C- B 依次進行吊裝施工。但在A 塔和C 塔分別吊裝完成以后，A塔M2 管口與西側(cè)塔架干涉453mm，C 塔L1b 管口與東側(cè)塔架干涉27mm，導致塔架無法滑移至B 塔吊裝位置。如圖1 所示。

圖1 B塔吊裝塔架橫移干涉圖

為此，中石化第十建設(shè)有限公司設(shè)計了塔架開合方式的解決方案：在B 塔南側(cè)位置將塔架間距由11.5m 縮短調(diào)整至10.9m，滑移至吊裝位置后，再將塔架間距擴張恢復至11.5m，待B 塔吊裝完成后，利用吊車原地進行塔架拆除工作。

2 塔架開合方案

2.1 開合前準備工作

C 塔吊裝完成以后，按照塔架移位方案，先將塔架整體滑移至B 塔基礎(chǔ)南側(cè)，此時調(diào)整塔架中心與B 塔基礎(chǔ)中心偏西100mm，塔架東側(cè)與C 塔管口的安全距離為73mm，塔架西側(cè)與A 塔管口存在553mm 的干涉區(qū)域（圖2）。塔架到位后，利用卡板和筋板等固定住東側(cè)塔架，確保其不發(fā)生位移，然后拆除連接東西向塔架之間的米字型支撐，拆除固定西側(cè)塔架與頂部吊裝梁的卡板，并按照要求在兩側(cè)塔架40m 標高位置分別張拉臨時纜風繩。

圖2 塔架進入B塔吊裝位置前的狀態(tài)圖

2.2 東西向塔心間距開合方案

（1）在西側(cè)塔架底部托梁外側(cè)布置2 個32t 千斤頂，在西側(cè)塔架頂部大梁外側(cè)布置2 臺32t 千斤頂，然后將東側(cè)塔架底部托梁與滑道之間通過馬板牢牢固定，如圖3 所示。

圖3 頂推前塔頂及底部塔間距縮小用千斤頂布置圖

（2）焊接限位裝置。頂部位置選擇在2 組提升大梁內(nèi)側(cè)下部位置，預先分別焊接一塊長度為800mm 的止擋塊，止擋塊與內(nèi)側(cè)頂升點間距50mm。底部選擇在西側(cè)塔架托梁內(nèi)側(cè)設(shè)置兩組長度為800mm 的限位卡板，且保持擋塊與頂升點間距同樣為50mm。具體如圖4 所示。

圖4 頂推前頂升點和限位板布置圖

（3）準備工作完成以后，上下兩組共4 臺液壓千斤頂同步頂升，同時將西側(cè)塔架向東側(cè)進行頂推，每次頂升的行程是50mm（塔架垂直度允許偏差為100mm，垂直度在可控范圍內(nèi)）；頂升完成后，進行上下同時確認，以確保上下頂升的同步，當千斤頂行程不夠時，通過墊板的方式來進行增加頂推行程；一次頂推完成，垂直度復測確認完畢后，沿限位板長度方向修割50mm；始終保持限位板與止擋裝置之間間隙50mm；直至完成600mm 的塔心距的收縮，至此，東西向塔心間距由11.5m 調(diào)整為10.9m。

（4）待垂直度復測合格后，將頂部大梁與下部橫梁使用卡板臨時焊接固定。另外，割除固定東側(cè)塔架的卡板，打磨滑道上的焊瘤焊疤，按照原滑移方案要求，將塔架整體滑移至B 塔基礎(chǔ)上方。

（5）二次固定東側(cè)塔架，按照同樣的操作規(guī)范和要求，分步驟將西側(cè)塔架向西頂推恢復至600mm，頂推過程中適當調(diào)整塔架的位置，確保其在滑移板上。

（6）塔心間距恢復至11.5m，垂直度復檢合格后，焊接恢復起連接支撐作用的米字型支撐，底部加設(shè)Z字型支撐，確保塔架繼續(xù)成為一個穩(wěn)固的剛性結(jié)構(gòu)，繼續(xù)按照滑移方案使用液壓千斤頂頂推微調(diào)塔架至吊裝位置上，至此，塔架的開合操作完成。

3 塔架開合移位安全措施

（1）為了保證液壓提升系統(tǒng)開合過程中的平穩(wěn)，在東西兩片塔架設(shè)置4 組措施纜風繩，措施風繩通過牽引錨點進行固定。根據(jù)附件纜風受力計算，東側(cè)錨點的兩根纜風受力合計為75kN，西側(cè)錨點的兩根纜風受力合計為73kN，通過計算需要壓載重物為30t，對應配置規(guī)格為Φ24（6×37+1- 1700MPa）的鋼絲繩，滿足拉設(shè)要求。

（2）液壓提升系統(tǒng)在開合過程中，在開合方向設(shè)置監(jiān)測點，通過架設(shè)經(jīng)緯儀，測量塔架東西向垂直度。當垂直度誤差超過50mm 時，通過措施風繩和千斤頂重新調(diào)整塔架垂直度，滿足要求后繼續(xù)開合工作。

（3）塔架開合前清除塔架上部雜物，注意防護好頂部作業(yè)人員作業(yè)工具，防高處墜物。

（4）塔架開合過程中安排專人觀察錨點受力變化情況。

（5）塔架開合過程中，頂部施工機具的防護措施包括：用于塔架開合動力的千斤頂，通過保險繩固定在上部大梁位置，防止掉落；用于千斤頂操作的壓桿，使用人員在使用前需通過安全繩與自身的安全帶連接牢固，防止掉落；其他小型施工用器具在開合作業(yè)前，進行檢查，禁止無固定保護措施就擱置在大梁等其他地方，要及時回收、整理。確保高空無任何浮動物體后方開始開合作業(yè)。

（6）在開合作業(yè)期間，要提前與氣象部門取得聯(lián)系，選擇天氣好的時段進行作業(yè)，將氣象的不利條件對施工作業(yè)的影響降低到最小狀態(tài)。當預報第二天風速≥5 級等惡劣天氣時，及時拉設(shè)臨時纜風，禁止高空作業(yè)和開合作業(yè)。

4 塔架開合受力分析

4.1 結(jié)構(gòu)計算前處理

4.1.1 計算模型

塔架收縮前臨時纜風三維布置圖和塔架支撐布置示意圖分別如圖5 和圖6 所示。

圖5 塔架收縮前臨時纜風三維布置圖

圖6 塔架支撐布置示意圖

提升塔架采用4.2m×4.2m (中心距離3.8m×3.8m)塔架，塔架高度約為77m，由4 個塔架組成本次的提升體系。計算工具采用SAP2000 Nonlinear Version，計算時考慮P- △效應和大位移非線性影響。

塔架在收縮和伸放的過程中，東側(cè)(或西側(cè))塔架不動，移動西側(cè)(或東側(cè))塔架。塔架塔身移動過程中，臨時纜風一直拖帶在塔身上。

塔身的移動通過在塔頂和塔底安裝千斤頂實現(xiàn)，上下千斤頂?shù)淖畲蟛煌骄嚯x為50mm。本次計算，將這50mm 的不均勻位移作為荷載增加在塔架頂部。

根據(jù)實際情況，本次臨時纜風計算和塔架穩(wěn)定計算時，塔架頂部和提升大梁之間，以及塔架底部柱肢和地面之間均按鉸接處理。

4.1.2 荷載計算及受力分析

門式塔架及吊梁自重：程序自動計算,荷載分項系數(shù)取1.2；

作用于結(jié)構(gòu)上的風荷載：按規(guī)范取值，荷載分項系數(shù)取1.4。

4.2 結(jié)構(gòu)整體受力分析

4.2.1 工況條件

按照國家規(guī)范，臨時攬風計算按照不超過6 級風，最大風速13.8m/ s，風壓0.12kN/ m2。

4.2.2 風載有關(guān)的其他參數(shù)

（1）廠區(qū)內(nèi)，地貌按A 類；

（2）塔架總高度77m，風壓高度取77m×2/ 3，Uz=2.04；塔架橫梁的風壓計算高度取77m 處Uz=2.25。

（3）風振系數(shù)，塔架、纜風繩等βz=1.5，其余視情況取值。

（4）其他按桿件形狀分別選取，塔架考慮前后桁架的遮擋。

4.2.3 適用規(guī)范

計算中與風荷載相關(guān)的參數(shù)均嚴格按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，采用的荷載組合及各荷載的組合系數(shù)和分項系數(shù)均嚴格按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》。

4.2.4 結(jié)構(gòu)計算

縱、橫向風載標準值（東西向6 級風）：

式中：μz——風壓高度變化系數(shù)；

μs——風載體型系數(shù)；

βz——風振系數(shù)；

Wo——基本風壓；

A——構(gòu)件迎風面積。

（1）塔架柱（桁架）的風力

門式提升支架柱身(4.2m×4.2m)風力：

∑μsAi=1.90m2/ m

考慮節(jié)點、爬梯迎風的因子后：

∑μsAi=1.90m2/ m×1.2=2.28m2/ m

擋風率：φ=0.33

查得擋風系數(shù)：η=0.65

均布荷載：qwz=μzβz∑μsAiηWo=2.04×1.5×1.9×1.2×（1+0.65）×0.12=1.38kN/ m

其中(1+0.65) 為考慮提升架前后擋風的影響因子。

（2）塔架梁的風力

WDL=μzμsβzWoAL

=2.23×1.3×1.5×0.12×12×4=25kN/ m

（3）單根鋼絞線風力

Q=μzμsβzWoA

=2.04×1.5×0.8×0.12×0.015

=0.0044 kN/ m

塔架頂部單側(cè)沿東西方向施加50mm 的側(cè)向位移，如圖7 所示。

圖7 側(cè)向位移示意圖

4.3 計算結(jié)果

4.3.1 收縮前狀態(tài)時塔架臨時纜風受力

收縮前狀態(tài)臨時纜風變形示意圖和編號示意圖分別如圖8 和圖9 所示。

圖8 收縮前狀態(tài)臨時纜風變形示意圖

圖9 收縮前狀態(tài)臨時纜風編號示意圖

臨時纜風在承受6 級風工況下，各個纜風繩的計算拉力為S1=75kN、S2=73kN、S3=74kN、S4=72kN。

4.3.2 收縮前狀態(tài)塔架整體穩(wěn)定驗算

各階臨界荷載作用下的失穩(wěn)模態(tài)如圖10 所示。

圖10 收縮前狀態(tài)第一、二、三階失穩(wěn)模態(tài)

各階臨界荷載對應的安全系數(shù)如表1 所示。塔架最早開始失穩(wěn)的振型為整體失穩(wěn)，最小穩(wěn)定安全系數(shù)為21.75，大于1，滿足穩(wěn)定安全要求。

表1 各階臨界荷載對應的安全系數(shù)表

4.3.3 伸放前狀態(tài)時塔架臨時纜風受力

伸放前狀態(tài)臨時纜風變形示意圖及編號示意圖分別如圖11 和圖12 所示。

圖11 伸放前狀態(tài)臨時纜風變形示意圖

圖12 伸放前狀態(tài)臨時纜風編號示意圖

臨時纜風在承受6 級風工況下，各個纜風繩的計算拉力為S1=37kN、S2=36kN、S3=38kN、S4=37kN、S5=32kN、S6=30kN、S7=30kN、S8=32kN。

4.3.4 伸放前狀態(tài)塔架整體穩(wěn)定驗算

各階臨界荷載作用下的失穩(wěn)模態(tài)示意圖如圖13所示。

圖13 伸放前狀態(tài)第一、二、三階失穩(wěn)模態(tài)

各階臨界荷載對應的安全系數(shù)如表2 所示。

表2 各階臨界荷載對應的安全系數(shù)表

塔架最早開始失穩(wěn)的振型為整體失穩(wěn)，最小穩(wěn)定安全系數(shù)為20.5，大于1，滿足穩(wěn)定安全要求。