风筒类设备的吊装技术

时昊琰 陈光照

中国化学工程第十一建设有限公司内蒙分公司 河南开封475002

1 工程概况

河南义马气化厂产品结构调整项目硝酸装置位于硝铵装置的北边，生产规模10 万t/ a，占地面积（平面）54m×40m，设备布置于EL0.000 和EL8.00 平面上。

硝酸装置的风筒总长度为70m，采用现场组焊，整体吊装。其尺寸为φ1205mm×70000mm×5mm ,筒体总重量12600kg；风筒上有23 个加强圈，总重332kg；风筒通过抱环和拉杆与吸收塔相连，拉杆共12个，抱环数量共6 个，总重1353kg。风筒吊装总重量为14.3t。

根据设备长度、重量及现场场地情况，主吊车采用500t 履带吊（吊装吸收塔时用500t 履带吊，吸收塔吊装完成后吊风筒，可以节省费用），设3 个吊点，另有50t 汽车吊溜尾协助吊装。

2 吊装工艺原理

综合考虑设备自重、设备平面布置及场地情况，决定采用吊车抬吊法吊装工艺，吊装步骤如下：

（1）主吊车：1 台利勃海尔LR1500 型履带吊提升卧置设备上部；

（2）辅助吊车：1 台50t 汽车吊抬送设备下部, 吊点选择在离设备底部13m 处；

（3）吊车工况：臂长90m，工作半径16m，额定起重量96t，吊车负荷率=15/ 96=15.6%。

风筒起吊状态及吊装平面布置图分别见图1 和图2。

图1 风筒起吊状态

图2 吊装平面布置图

3 吊点的确定

（1）考虑风筒为细长薄壁构件，防止吊装时工件挠度过大；

（2）风筒上装有加强圈，以防止焊接吊耳时破坏原有结构。

吊点位置如图3 所示。

图3 A、B为主吊车吊点位置，E为溜尾吊点位置

由于风筒设备长、细，且壁薄易弯曲，稳定的许用应力较低，故选用多支点吊装。主吊车用两个吊点A、B，溜尾吊车选用一个吊点E。A 吊点设立在离顶部7100mm 处，在顶部第一个抱卡（离顶7400mm）的上部, 吊耳为长130mm，Φ194 无缝钢管；B 吊点设立在离第一个吊点A 的20m 处，吊耳为长210mm 的Φ194 无缝钢管；E 吊点选择在距底部13m 处。另外，主吊车应采用上下二组吊耳，故不应在同一直线上。这样，风筒吊装时，下绳扣不会碰上吊耳，设备易直立。各股绳扣可以带一根麻绳以利脱出绳扣。

4 吊耳加强板设计

根据吊装荷载、设备直径，参照HG/ T21574- 2008，选用2 个对称的DN180，垫板厚度为16mm 的轴式吊耳，标记如下：HG/ T21574 - 2008，吊耳AXA- 180- 16，其额定吊重为25t。根据规范要求，此风筒壁厚为5mm，按照HG/ T21574- 2008 要求，对吊点处设备筒体增厚。在焊接吊耳处的筒体上焊接增厚钢板，增厚钢板由两片组成；材质S32168，钢板规格为400mm×400mm×16mm。为了增强增厚钢板与设备筒体的焊接强度，适当在钢板上开圆孔（4 个Φ50mm塞焊孔），加厚钢板的尺寸见图4。

图4 吊耳加厚钢板的尺寸设计图

增厚钢板与筒体焊接时，增厚板中心位置应位于风筒轴线上。要求此钢板的横向轴线与两吊耳轴线重合，增厚板与筒体曲面应紧密贴合，间隙不大于1mm。环向焊道及塞焊孔焊道均满焊，焊角高度不小于筒体厚度。筒体增厚以后，再在加厚段焊接吊耳。

溜尾吊车不设吊耳，采用捆绑式，脱钩较方便。因设备较轻，用50t 汽车吊即可。

5 平衡梁设计

由于本次吊装采用1 台主吊车提升风筒上部，为保证吊装平稳，采用自制的平衡梁，平衡梁选用φ159mm×6mm 的无缝钢管。平衡梁示意图见图5。

平 衡 梁 长 度：L=1200+2 (210+16+5)+2 ×200=2062mm，取2100mm。

平衡梁上吊耳为板式吊耳，选用Q235 的钢板制作，制作完后与平衡梁焊接,上下均满焊。

图5 平衡梁示意图

6 钢丝绳选用

根据设备重量，选用直径φ22、强度等级1670MPa、结构为6×37+1 的纤维芯钢丝绳100m，使用时采用单股绳。

7 风筒参数计算

7.1 风筒吊装稳定性校核

设备几何尺寸：直径Φ1205mm；厚度5mm；总重量15t；长度70m。

均布荷载：q0=15t/ 70m=2.14N/ mm。

计算均布载荷：q=K×q0=1.2×2.14=2.57N/ mm

式中：K——动载系数，取1.2。

设备截面抗弯断面系数：W=πδR2=3.14×5×602.5=5.699×106mm3。

式中：W——设备截面抗弯断面系数，mm3；

δ——设备壁厚，mm；

R——设备半径，mm。

由于设备的直径较小，壳体壁厚较薄，主要考虑稳定许用应力，按照GB150- 2011 要求：

D/ δ=1205/ 5=241

式中：D 为设备直径，mm。

风筒加强圈间距：L=2m，

L/ D=2000/ 1205=1.66m

风筒许用轴向压缩应力：A=0.094δ/ R=0.094×5/ 602.5=0.00078MPa

由 材 料 弹 性 模 量 E=1.93 ×105MPa，查GB150- 2011 可知，弯曲应力B=50MPa，

故[σ]=B=50MPa，0.00078＜50。

7.2 应力计算

由于风筒长且细，壁薄，稳定许用应力较低，故采用多支点吊装。主吊车选用2 个吊点，辅助吊车选用1个吊点（图3）。

按均布载荷计算，应在B、E、F 点有较大的弯矩：

7.2.1 B 点

MB=0. 125qL2=0. 125 ×2. 57 ×(25 ×103)2=200.78N/ mm

σB= MB/ W=200.78/ 5.699=35.23＜[σ]=50

式中：MB——设备筒体内弯矩，单N/ mm；

σB——轴向应力，MPa；

W——设备截面抗弯断面系数，mm3。

7.2.2 E 点

ME=qm2/ 2=2.57×(13×106)/ 2=217 N/ mm σE= ME/ W=217/ 5.699=38.1＜[σ]=50

7.2.3 F 点

MF=0.0703qL2=0.125×2.57×(29.9×103)2

=155.1N/ mm

σF=MF/ W=155.1/ 5.699=27.2＜[σ]=50

7.2.4 尾部吊车受力

由于裙座壁厚为6mm，故整体重心在高34m 处。

尾部受重力PE=13.5×1.2×18.9/ 46.9=6.5t

由50t 汽车吊起重机械性能表查出：工作半径6m、主臂长度25.4m、最大吊起重量16.3t。故采用50t汽车吊作为溜尾吊车。

8 吊装主要步骤及技术措施

（1）由于本设备母材壁厚较薄，为了防止吊装时吊耳对设备壳体局部应力过大而破坏，需要对焊接吊耳部位的筒体增厚，增厚方法见吊耳设计有关内容。

（2）吊耳及平衡梁焊接必须符合要求，并严格做好质量检测。

图6 风筒完成吊装后就位图

（3）综合考虑吊装因素和现场实际情况，需对吊装区域部分路面和相关设施进行处理。先对相关地面铲平处理；铲平后，用素土夯实，素土上面用毛石铺垫300mm；毛石上面再用碎石铺垫150mm。

（4）吊装前必须检查吊车的性能，核实钢丝绳的规格、长度及质量缺陷，钢丝绳不得有断丝、磨损、严重锈蚀等现象。如果有类似现象，必须经技术人员决定是否应用。

（5）由于设备太长，吊装前需在设备两端栓好溜绳，溜绳可采用直径30mm 的麻绳，每根长度约40m左右。吊装时必须有专人拽住溜绳，避免设备晃动。

（6）正式吊装前必须试吊，将设备吊离拖车100～200mm，检查各部位运行及受力情况。

（7）吊装高度以设备底面超过基础顶面500mm左右为宜。

风筒完成吊装后就位情况见图6。

9 结束语

随着我国化工工业的迅猛发展，其装置规模及设备特点有了较大的变化，对吊装技术、吊装机具提出了新的更高的要求。为了适应这一形势，施工单位根据设备的特性，制定出相应的吊装工具及工艺，施工技术随之有了较大进步，目前大型吊车已基本取代了原来的抱杆。从硝酸装置内风筒的吊装实践效果看，合理选择吊装工艺、吊装机具及吊装顺序，采取各种可靠、有效的措施，所积累的经验可为日后类似工程设备的吊装提供借鉴。