60米钢烟囱吊装方法的改进

文/富振东 中石化第四建设有限公司 天津 300270

1、工程概况

炼油装置中60米钢烟囱属于薄壁、细长设备，其吊装难度大，较为典型。其整体吊装比起分段吊装不但节省了内外架设，而且在安全、质量和进度上均明显优于分段吊装，但因钢烟囱为薄壁长细设备，且内部衬里属于脆性材料，所以在整体吊装过程中需要解决以下几个问题：

（1）如何控制吊装时（起吊时）的挠度，减小变形对衬里的影响？

（2）如何控制吊耳处设备壁板的局部应力值？

2、设计思路

（1）针对第一个问题，从力学计算角度上，可以将钢烟囱起吊时的受力形式简化为一根由简支梁和悬臂梁组合而成的梁，根据力学知识，可以通过调整外伸长度和跨距从而减小弯矩值进而实现减小挠度值的目的，在施工方案中用增加吊点（主吊点或抬尾吊点）方式得以实现，相当于力学计算中增加梁的支点；

（2）针对第二个问题，当钢烟囱直立时，其主吊耳处设备壁板局部应力值最大，那么在控制挠度增加吊点时，首选增加主吊点，这样可以减小单个主吊点的受力值，进而减小了吊耳处设备壁板的局部应力；其次，因为局部应力值与“应力系数”成正比，“应力系数”与“查表系数”成正比，而“查表系数”与吊耳管和补强圈的规格成反比，所以可以通过增大吊耳管和补强圈规格来减小局部应力；

3、实际操作

以某石化项目置60 米钢烟囱为例，其金属重量100t，衬里重量43t，使用400 吨级履带吊整体吊装，在实际操作中需要完成的重点内容如下：

3.1 工况选择

（1）鉴于钢烟囱自身的特殊性，在核算其自重时，要充分考虑其衬里的含水量，按照以往的施工经验，衬里重量按照图纸重量的1.2 倍考虑，因此钢烟囱自重为100t+43t×1.2 ≈152t，吊钩索具自重为13t，所以吊装重量为165t；

（2）钢烟囱长度为59.7m，安装标高为0.3m，地脚螺栓标高为1.2m，考虑到吊装索具长度和吊钩限位，选择77m 主臂，在不卡杆和满足提升高度的前提下将就位半径控制在22m 以内；

3.2 吊耳设计

钢烟囱吊装设置3 对吊耳，其中2 对主吊耳和1 对抬尾吊耳，设计吊耳标高时要考虑以下几点：

（1）有利于控制挠度，原则上均分L1～L4 的长度，但因提升高度和索具长度限制，达不到均分的程度，但从力学计算角度上考虑，因L1 属于悬臂梁结构，仅一侧有支点，L3 属于简支梁结构，两侧都有支点，所以即使达不到均分，在索具长度允许的条件下，L3 可略大于L1；

（2）因同一角度的上下两个主吊耳使用1 根钢丝绳连接，所以钢丝绳长度

≥L1+（L1+L2） ；

（3）因同一角度的上下2 个主吊耳使用1根钢丝绳1 弯2 股连接，同1 根钢丝绳2 股的长度从钢烟囱水平至直立过程中发生变化，因此使用滑轮组平衡长度和受力，为防止钢烟囱直立后2 股钢丝绳重叠，设计吊耳方位时，上下2 对吊耳各水平偏出钢烟囱轴线500mm，水平间距为1000mm，大于滑轮直径+钢丝绳直径×2=520+90×2=700mm；

（4）为减小吊耳处壁板的局部应力，吊耳形式采用“井”字筋的管式吊耳，增大吊耳管规格为Ø478×16mm，增加20mm 厚的补强圈，并在吊耳管的0°和180°处对应的壁板内侧增加2 圈加强环梁（20b 槽钢制作而成）；

（5）为了减小抬尾吊耳处壁板的局部应力，同样选择“井”字筋的管式吊耳，设置抬尾吊耳角度时，2 个抬尾吊耳各由水平方位向正上方偏15°，这样在连接钢丝绳时，只要钢丝绳长度满足，可省略平衡梁；

3.3 索具选择

主要考虑以下几点：

（1）平衡梁下方钢丝绳长度应满足钢烟囱可以顺利划过平衡梁的要求；

（2）Ø90-26m 的钢丝绳1 弯2 股使用，在钢烟囱由水平翻转至直立过程中，同一根钢丝绳的2 股长度发生变化，使用200 吨级滑轮组平衡钢丝绳长度，并起到平衡受力的作用；

（3）为便于摘钩，避免高空作业，Ø90-26m的钢丝绳与主吊耳连接时使用Ø52-6m 的钢丝绳1弯2 股过渡，起吊时绑扎麻绳，钢烟囱就位后落钩后拉动麻绳便可摘钩；

4、计算书

4.1 受力分析

将钢烟囱起吊时的受力形式简化为一根梁受力，钢烟囱自重以均布载荷的形式分布在梁上；根据以往施工经验和吊装方案的最终计算结果，起吊时钢烟囱的最大挠度出现在钢烟囱顶部，因此仅以A 点为例进行挠度计算，其余部分省略。

首先将A-2 段分解为悬臂梁（A-1 段）和简支梁（1-2 段）其力学模型如下：

梁1-2 段相当于左端受到力偶M1（等于q1×170002/2）和竖直载荷（等于q1×17000）并且承受均布载荷的简支梁。

4.2 挠度校核

A 点的挠度由两部分组成：

（1）梁A-1 段自重引起的挠度δ1；

（2）梁A-1 段和梁1-2 段在1 点旋转引起的δ2；

通过挠曲线方程求得A 点的总挠度=δ1+δ2=-8.6-4.2=-12.8mm

最大挠度出现在钢烟囱顶端A 点，为-12.8mm， 与 外 伸 长 度17000mm 比值为0.075%， 远小于外伸长度的1/250（17000/250=68mm），根据以往施工经验，此挠度变形对衬里无影响。

5、附图