60 m法兰式火炬塔分段拆除施工技术

孙更柱

大庆油田工程建设有限公司安装公司，黑龙江大庆163416

火炬系统经多年使用，火炬塔架和火炬筒壁已发生严重腐蚀，在产能升级改造时，需要在原火炬位置拆除旧有火炬系统，新建火炬系统。火炬塔拆除施工时存在高度高、结构稳定性差、结构腐蚀严重等施工难点[1-2]。且由于施工高度较高，高空中的风荷载成为施工中最大的不确定因素，容易导致对风荷载产生的叠加荷载未采取安全控制措施而引发事故[3]。

某工程拆除的火炬塔类型为法兰式火炬塔，结构形式为三棱锥体桁架。业主要二次利用火炬塔架，要求拆除过程中不能发生变形；同时该工程处于边远地区，难以租赁大型吊车拆除，只能依据现有吊车进行极限工况分析。本文根据火炬塔制作图纸、施工现场吊车吊装能力、场区施工平面图等资料，决定采用分段拆除的施工方法。确定了分段拆除节点，设计了主、副吊点和加固结构，并校核了风荷载对火炬塔拆除作业的影响，顺利拆除了法兰式火炬塔所有结构，实现了法兰式火炬塔拆除的高效性、经济性和可行性。

1 火炬塔结构特点

主火炬筒高度60m，质量约11.5t，塔架为三棱锥体桁架结构，高55.5 m，质量30.5 t。主火炬筒材质为Q345B，筒体直径DN800，筒壁钢板厚10mm，火炬头是筒体标高55.5～60 m、直径DN1 200的法兰连接燃烧器。在距塔中心0.8 m处分别设置2根DN150管道作为氨气和酸性气排气火炬，塔架横截面为等边三角锥台体结构，塔底柱每两根的中心距离为10m，逐步向上缩小为4m，塔柱和上下横腹杆均由无缝钢管焊接而成。塔架内设置4层休息平台、2层操作平台，如图1所示。火炬筒、塔架总质量约为53.263 t，安装于标高0.5 m的基础上。火炬塔架上分别安装了排液、燃气、蒸汽、污水等工艺管道。

图1 火炬塔平面示意

2 火炬塔分段拆除吊装

依据火炬塔结构特点，参照施工现场吊车吊装能力，兼顾休息平台或操作平台的位置，确定标高55.5、41.5、26.5 m处为拆除节点，将火炬塔架、火炬筒、仪表管道等分段整体拆除吊装。火炬塔结构分段拆除基本数据如表1所示。

3 风荷载对火炬塔吊装的影响

火炬塔在吊装过程中，由于塔架及火炬筒较高，承受的风荷载会增大火炬的吊装重量，对高空吊装影响很大，特别是在极限工况下吊装时，必须进行风荷载验算，提高吊装的安全性。

在进行风荷载计算时，分别计算塔架、火炬筒及其主要连接管道的挡风面积所引起的风荷载，不考虑相互挡风的影响。根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》[4]，风荷载wk按照下式计算：

式中：wk为风荷载标准值，kN/m2；βz为高度Z处的风振系数，根据标准规范公式计算，也可引用文献中风振系数确定[5]；μz为风压高度变化系数，根据地面粗糙度类别确定；w0为基本风压，kN/m2；μs为风荷载体型系数[6]，塔架体型系数应根据挡风系数和主要构件截面类型按荷载规范选取，火炬筒及主要配管的体型系数可取0.7[7]。

表1 火炬塔结构分段拆除数据

由于基本风压w0为建设地点50年重现期的风压，而吊装规范规定风速≥10.8 m/s时不得进行吊装作业。因此需要对基本风压w0进行修正，修正的基本风压为w′0。风荷载wk计算公式调整为：

式中：γ为空气重度，标态下取0.012 25 kN/m3；g为重力加速度，取9.8 m/s2；Vh为高度H处的风速，m/s；V0为基准高度10 m的风速，取3.4 m/s；n为幂指数，一般取0.2；H0为基准高度，取10 m。

火炬塔分段结构风荷载质量G1计算如下：

式中：wki分别为塔架、火炬筒及其主要连接管道的风荷载，kN/m2；Ai分别为塔架、火炬筒及其主要连接管道的迎风面积，m2。

根据上述公式，求得第一段、第二段、第三段火炬塔吊装因风荷载产生的附加质量分别为315.2、 293.5、 468.7 kg。

从近似和保守角度考虑，火炬塔分段吊装总质量G为：

式中：G1为火炬塔分段结构风荷载质量；G2为火炬塔分段结构质量；G3为跳板平台、加固结构等质量；G4为吊钩、钢丝绳等附件质量，取值2.5 t；K1为吊装动载系数，取值1.1。

第一段火炬塔吊装质量：

（ 9.836+0.315 2+2.5）×1.1=13.92（ t）

第二段火炬塔吊装质量：

（ 10.827+0.293+0.43+2.5）×1.1=15.46（ t）

第三段火炬塔吊装质量：

（ 31.1+0.468 7+0.65+2.5）×1.1=38.19（ t）

根据火炬塔吊装总质量、吊装高度、工作半径等参数，以及建设地点周边区域的吊车设备情况，主吊车选用了260 t汽车吊，副吊车选用了50 t汽车吊。风荷载在高空会产生较大摆动力矩，会造成吊装困难，钢丝绳越往下放，摆幅越大，安全风险越大，需要增加溜尾，提高吊装安全性。

4 工程实施

4.1 火炬头拆除

火炬头上自带吊耳。拆除前应检测火炬头吊耳的锈蚀程度，采用手工除锈方法清除吊耳表面锈蚀物质，用游标卡尺测量吊耳的实际厚度和吊耳截面尺寸，计算出的吊耳剪切应力须小于材质的屈服强度。吊耳验算满足吊装要求后，穿入吊环，用钢丝绳吊起，拆卸火炬头与火炬筒的法兰端面连接螺栓、氨气和酸性气排气管的法兰端面连接螺栓，缓慢吊装至地面，如图2所示。

图2 火炬头拆除

4.2 第一段火炬塔拆除

将火炬塔架、火炬筒、梯子平台、仪表管道等附件整体吊装，采用超声波测厚仪测量出火炬塔架立柱、横杆钢管的实际厚度，检查火炬塔塔架各杆件的腐蚀情况，特别是节点处焊缝腐蚀、开裂情况。火炬塔架主吊点设置在塔顶操作平台底部横杆上，对称布置3个吊点，用钢丝绳、卸扣绑扎牢固。火炬塔架副吊点设置在立柱上，立柱与火炬筒采用手拉葫芦连接牢固。火炬筒吊点采用板式吊耳，吊耳外径尺寸与火炬筒法兰外径尺寸一致，厚度为30mm，用8.8级螺栓连接火炬筒和板式吊耳，见图3。

图3 火炬筒板式吊耳

在55.5 m高处拆除火炬塔顶部栏杆，避免火炬塔水平放置时钢丝绳与栏杆发生干涉碰撞，同时拆除影响钢丝绳绑扎的塔顶操作平台区域。在41.5 m高处搭设跳板，平铺跳板并用钢丝固定。依次拆卸塔架立柱法兰端面连接螺栓、斜拉杆法兰端面连接螺栓。采用氧乙炔火焰切割火炬筒、梯子平台等附件，为了方便切割作业，切割位置设置在42.5 m高处。火炬筒切割前，需完成火炬筒内吹扫和置换工作，对火炬筒进行可燃气体检测，确保不会发生爆炸险情后，方可动火作业。

第一段火炬塔架整体结构采用1台主吊车吊装，见图4。火炬塔架吊装至地面后，选用1台吊车辅助吊装平放至枕木上。采用吊装带绑住1个塔架立柱，其余立柱、火炬筒与辅助吊点采用手拉葫芦连接。

4.3 第二段火炬塔拆除

首先测量塔架立柱、横杆钢管的厚度，检查塔架各杆件的腐蚀情况。此段整体吊装拆除的主吊点设置在41.5 m高处火炬塔横杆与立柱交接处，采用钢丝绳缠绕2圈，并捆绑牢固。火炬塔副吊点设置在立柱上，立柱与火炬筒采用手拉葫芦连接牢固。火炬筒吊点设置42.4 m处，开孔直径100 mm，穿入U型卸扣连接钢丝绳，见图5。在26.5 m高处搭设跳板，平铺跳板并用钢丝固定。依次拆卸塔架立柱法兰端面连接螺栓、斜拉杆法兰端面连接螺栓，采用氧乙炔火焰切割火炬筒、梯子平台等附件，火炬塔结构吊装如图6所示。

图4 第一段火炬塔拆除

图5 火炬筒吊点设置

图6 第二段火炬塔拆除

4.4 第三段火炬塔拆除

火炬塔架主吊点设置在26.5 m高处横杆与立柱交接处，采用钢丝绳缠绕2圈，并捆绑牢固。火炬塔副吊点设置在立柱上，立柱与火炬筒采用手拉葫芦连接牢固。为防止火炬筒水平平放时出现滑动，采用槽钢进行加固，如图7所示。

图7 第三段火炬塔拆除

应用此技术顺利完成60 m火炬塔拆除，拆除节点数量少，吊点设置合理，避免了大量的高空作业，降低了风载荷产生的安全风险，拆除过程高效、安全、经济性好。

5 结束语

本文采用合理可行的火炬塔拆除吊装工艺，优化了吊点位置和加固结构，计算了风荷载对高处拆除吊装作业的影响，保证了火炬塔分段拆除过程中不发生变形，完善了吊装风荷载计算方法，实现了火炬塔拆除吊装的安全性、准确性和经济性，为今后的大型火炬塔拆除和高空吊装作业提供了借鉴和理论指导。