一种塔器吊装方法和设计

卢沛伟

（中海油能源发展装备技术有限公司深圳分公司，广东深圳 518000）

0 引言

塔类设备是化工行业常见的主要设备之一。塔类设备安装的质量、进度以及安全一般为整个工程项目的重点，特别是对于一些超大、超重、超高的塔类设备的吊装，涉及面广，安全程度要求高，介绍一套吊装方案，涉及塔器吊装用工装设计，吊装计算、机械选型等。供同类工程设备吊装参考。

1 吊装抱卡和吊耳设计

由于2 个塔的高度高，壁薄（平均壁厚12 mm），塔身强度较弱，且设备设计时未设置用于吊装的吊点，造成吊装困难，无法按常规方式吊装。经过周密考虑，决定采用制作吊装辅助加强框架对塔身进行加强。采用1 组抱箍抱紧塔身，吊点设在抱卡进行吊装。此方法可对塔身进行加强，避免塔身在起吊过程中变形。上部吊耳设在吊卡上，对称布置2 个AX 型轴式吊耳，单个吊重按公称吊重为40 t 设计。塔B 吊装抱箍设计验算

1.1 抱箍的设计

根据塔B 图纸以及抱箍质量，同时考虑安全因素，可得吊装质量P=38 t，结合塔B 的结构，设计的抱箍如图1 所示。

（1）吊耳选用。根据HG/T 21574—2008，抱箍两侧吊耳选用国家标准吊耳AXA 型：AXA-20-DN250 的吊耳，单个吊耳承载力20 t，符合吊装要求。根据编制要求，吊耳处最小壁厚28 mm（25 mm），材料为GB 712—2011 DH36.

（2）抱箍宽度。抱箍宽度依据SH 30515—1990《大型设备吊装工程施工工艺标准》选取。其开口薄壁圆筒体（抱箍）补强有效长度B1=B+1.56（R+0.5T）1/2。

式中，B1为筒体有效长度，B 为吊耳直径，R 为筒体半径（抱箍内半径），T 为筒体厚度=25 mm。计算得出B1=1.49 m。抱箍整体宽度为1.5 m，符合要求。

1.2 连接螺栓受力

（1）螺栓预紧力。吊装中预紧使抱箍抱紧设备后，产生的摩擦力。单组螺栓受力F1=KP/（nμ）。

式中，K 为动载系数1.2，n 为螺栓数目，共计16 组，μ 为摩擦因数，μ=0.38。计算得出F1=73.6 kN。为保守起见，取F1=75 kN。

（2）初始吊装单组螺栓受力F2=（1.2×P/4）/8=14 kN。

图1 设备直立后螺栓受力

（3）设备直立后螺栓受力。设备直立后排螺栓受力见图1。螺栓组所受力矩M=ΣLn×F3=K（P/2）L=22.4 kN·m。ΣLn×F3=22.4 kN·m，F3=3.8 kN。

（4）校核。设备初始起吊时，单组螺栓受力F=F1+F2=89 kN，当设备直立后，单组螺栓受力F=F1+F3=78.8 kN，螺栓有效面积S=Fmax/［σ］，d=（4S/π）0.5。式中：［σ］为35CrMoA，8.8 级螺栓常温下许用应力，取228 MPa，得d=22.3，所以选用M30 螺栓。

1.3 抱箍连接面受力（表1）

根据表1 分析截面受力：假设螺栓均匀受力，焊缝系数为0.8。M=8×FmaxL=42.7 kN·m，σ=M/W=172.1 MPa，σ/0.8=227 MPa，τ=KP/S=6.0 MPa，τ＜［σ］=135 MPa。

塔下部吊耳依据《化工设备吊耳及工程技术要求》进行初步设计，选型为一个AP 型尾部吊耳，按公称吊重25 t 进行设计。

为防止抱卡松脱，在塔底部裙座上焊接两个吊耳，使用30 m 长连接绳从抱卡吊点连接到底部吊耳。塔A 安装抱卡和安装位保温临时拆除时，需使用载人吊篮作业。

2 塔B 重心计算

2.1 塔B 重心计算

塔B 设备总重29.36 t，安装完保温层、小操作台后，设备吊装总重按38 t 设计。各部分重量及重心见表2。塔B 中1～12 分项设备重量较重，因其余设备重量较轻且基本均布于整个塔B，故汇总在13 分项中。裙座底板位置为Z 向计算原点。

表1 截面几何参数

表2 塔B重心计算

2.2 增加吊装抱卡后重心计算

辅助抱卡，暂估算为1.4 t。安装高度位于塔身30 m 处。计算得出重心位置，X=0，Y=0，Z=16.19 m。

3 塔B 吊装步骤及吊耳受力分析

吊装应在基本无风的情况下进行，吊装时应控制速度缓慢进行，以下计算未考虑风载荷和重力加速度影响。

（1）吊装步骤一：吊机1 号、2 号将塔B 水平吊起。根据塔重量、重心、吊耳位置计算可得：吊机一受力F1=18.47 t。吊机二受力F2=18.78 t。

（2）吊装步骤二：1 号吊机将塔顶端拉起，随着1 号吊机的上升，塔身逐步翻转，最终使塔处于竖直状态。当塔达到竖直状态时：吊机一与吊机二受力与步骤一相同。

（3）吊装步骤三：1 号吊机将塔垂直吊装移位至预定位置。当塔达到竖直状态时：类型一顶部吊耳受力（为最大值）365 kN。类型二尾部吊耳受力为0。

4 吊车的选用及吊装参数

（1）吊机初选。根据准备吊装的设备参数和吊装经验，结合现场条件以及可用起重设备等因素，选用主吊机为500 t 汽车式起重机，辅吊机为70 t 汽车式起重机。根据吊机参数对各项吊装参数进行校核。

（2）吊机站位。结合现场条件选择吊车站位，吊机一次就位后可同时进行塔A 移位和塔B 安装。500 t 吊机回转中心位于离塔A 原位置中心27 m 位置，离塔B 新位置中心20 m。吊机支腿使用钢板铺设加强地面承载力。吊机就位路线上需使用钢板和木方加强，防止地面下陷。

吊装塔A 时，使用500 t 吊车单车直接吊装移位。吊装塔B 时，使用500 t 吊车为主吊机，70 t 汽车式起重机为辅助吊机，先将塔翻转至竖直后再由500 t 吊车直接就位安装。70 t汽车吊操作半径控制在7 m 以内，500 t 吊机操作半径控制在26 m。

（3）吊装参数。工作半径7 m，主臂19.7m，作业角度60.4°，根据吊机参数表，此时吊机允许最大工作载荷28.7 t。负荷系数=尾部吊耳最大受力值/该工况吊机允许最大载荷=66%＜80%，70 t 汽车吊满足塔B 辅助翻转的作业要求。

（4）500 t 汽车操作参数选择。吊装塔A 时，工作半径28 m，主臂57.7 m，可作业高度50 m，根据吊机参数表，此时吊机允许最大工作载荷46.1 t。负荷系数=顶部吊耳最大受力值/该工况吊机允许最大载荷=69%＜80%。吊装塔B，工作半径26 m，主臂52.5 m，作业角度77.5°，根据吊机参数表，此时吊机允许最大工作载荷52.8 t。负荷系数=顶部吊耳最大受力值/该工况吊机允许最大载荷=72.6%＜80%，500 t 汽车吊满足塔B 翻转和吊装就位作业要求。