关于化工工程大型塔器设备吊耳设计的改进工艺

李 宁

中石化重型起重运输工程有限责任公司 北京 100029

大型塔类设备吊耳设计是吊装工程中的重要工艺，对吊装施工的成败具有决定性作用。目前关于塔类吊耳设计的规范基本依据《化工设备吊耳设计选用规范》（HGT21574- 2018）和《石油化工工程起重施工规范》（SHT3536- 2011），但均只有选型，且最大吨级只有300t级，不能满足现在多种类、各种尺寸设备的需求，也不能满足千吨级超大型模块化设备吊装的需求，且没有相应的设计流程，没有统一规范，造成各单位吊耳设计结构形式和模板不尽相同，给现场施工带来很多不便。随着近年来大型设备吊装“一体化”不断推广，越来越多大型设备的吊耳设计由大型设备吊装总承包方设计，以上问题已经在合同归口方面明确约定，而且得到业主、监理、制造厂、运输单位和设计单位的广泛认可。吊耳设计属于施工前的设计阶段，需要完成设计出图后，再发送至制造厂进行制造，而吊耳设计又涉及诸多单位，其专业性、复杂性不言而喻。如何保证吊耳设计快速高效地绘制完成，保证依法合规的发布制造，以及后续吊装过程的安全可靠，实现吊耳设计的简单、高效、安全、实用，这一系列问题成为当今吊装工程中的技术难题，亟待解决。

1 吊耳的设计条件

吊耳设计需要提供前期资料，其中包括设备工程图（签字版）、管口方位图（签字版）、梯子平台图（签字版）、排板图（签字版）、内部外部预焊件图（签字版）、管线支架图（签字版）和单线图（签字版）等。理论上，吊耳设计需要提供上述全部图纸方可进行设计，以保证设计出的吊耳考虑到所有干涉因素，确保吊装安全。

但实际工作中，吊耳设计处于设备采购之前，设计阶段往往只有设备工程图（签字版）和管口方位图（签字版），需要提前设计出结构尺寸，出图发送至制造厂家进行备料。因此，吊耳设计的条件可在上述两图提供后，进行签字出图和发送，后续再根据补充图纸进行相应调整。

2 吊耳的设计步骤

吊耳设计不仅是选型，而且包括吊装方案比对、设备强度校核、设备结构预留和溜尾吊耳形式配对等问题。为保证吊耳设计高效、准确，应遵循以下步骤：

（1）查阅大型设备工程图，了解设备的重量、名称、位号、直径、壁厚、高度、材质、保温厚度、加强圈高度，以及是否需要热处理等参数。

（2）根据设备工程图绘制设备外形图，其中设备总高、直径、壁厚、裙座尺寸等重要尺寸必须绘制。

（3）根据设备重量选择相应等级管式吊耳能级及形式。

（4）根据设备的直径大小，校核设备局部强度应力。如所选能级不满足要求，则采用更换吊耳能级、加大补强圈、加厚设备筒壁、更换设备筒壁、加强设备筒壁等方法进行加强，直至局部强度应力通过。

（5）根据设备长细比，校核设备整体弯曲强度。如不合格，可通过调整吊耳高度来解决。并根据吊装方案选用索具，调整吊耳容绳量。

（6）根据工程图、管口方位图、梯子平台图和管线图等选定吊耳方位。

（7）根据管口伸出长度、保温圈、加强圈等的尺寸，修改主吊耳内挡圈伸出长度。

（8）根据裙座形式选择相应溜尾板式吊耳能级及形式。

（9）根据裙座形式选择相应设备支撑结构及形式。

（10）根据吊装选用卸扣和裙座尺寸，确定溜尾吊耳伸出长度和溜尾吊耳间距。

（11）根据设备材料，确定管式吊耳和板式吊耳材质。

（12）对吊耳图纸进行标注。

（13）汇总注意事项。

（14）设计完成、出图。

3 吊耳的设计类型

随着模块化吊装成为工程建设的必备模式，管式吊耳形式一般采用外挡板和内挡板的结构形式。在此基础上，因设备的规格尺寸不同，也存在各种差异，汇总类型及使用范围如下：

（1）管式吊耳圆形垫板型，适用于一般设备；

（2）管式吊耳方形垫板型，适用于筒壁板环焊缝间距较小的设备；

（3）吊耳局部弓型钢加强型，适用于设备壁厚不能加厚，局部应力大的设备；

（4）加厚段管式吊耳型，适用于壁厚较小、局部应力大的设备；

（5）溜尾吊耳三角支撑型，适用于裙座下方有管线和/ 或管口的设备；

（6）双溜尾板式吊耳型，属于一般设备，应用广泛；

（7）单溜尾板式吊耳型，适用于较小吨级设备。

为便于设计、校核及后期修改，将主吊耳和溜尾吊耳绘制在一张图上，从而清晰地表达吊耳结构、方位及局部要求。

4 吊耳设计注意事项

随着工程建设不断发展，吊耳设计工作涉及越来越多的合作单位，包括设计单位、建设单位、制造厂、施工单位和运输单位等。因而吊耳设计需得考虑诸多影响因素，获得多方认可，注意事项如下：

（1）由于吊耳设计属于设备制造前期工作，且大多情况下设备图纸尚不完整，故吊装单位进行设计出图后，后续需进行各类技术对接，原则上只出图1 版，后续通过设计变更联系单形式进行调整、优化。

（2）所有吊耳设计数据均体现在1 张图纸上，以便于设计单位、制造厂、业主或运输单位查阅，也便于后续优化、修改。

（3）根据目前工程项目特点，吊耳设计责任归属于吊装施工单位，设计单位、建设单位等均属于配合单位。在图纸齐全的情况下，最终设计责任属于吊装施工单位；图纸不全时，视情况追究相关单位责任。

（4）“长细比”大的设备，通过调整吊耳的上下位置，满足设备弯曲强度，控制设备挠度。

（5）大直径薄壁设备，通过加大吊耳尺寸、护板尺寸，或增设加厚段、加强圈等方式，对吊耳处设备局部强度进行加强。

（6）管式吊耳的内挡圈伸出长度需根据吊耳强度、保温圈、加强圈，以及无法避开的其他结构，注意考虑碍事加强圈时，需考虑加强圈+ 保温层厚度。

（7） 根据《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81- 2011），“塞焊焊缝的最小中心间隔应为孔径的4倍，槽焊焊缝的纵向最小间距应为槽孔长度的2 倍，垂直于槽孔长度方向的两排槽孔的最小间距应为槽孔宽度的4 倍；塞焊孔的最小直径不得小于开孔板厚度加8mm，最大直径应为最小直径值加3mm，或为开孔件厚度的2.25倍，并取两值中较大者。槽孔长度不应超过开孔件厚度的10 倍，最小及最大槽宽规定与塞焊孔的最小及最大孔径规定相同”。如护板尺寸过大，间距过大，则适当增加加强筋板数量和塞焊孔数量。

（8）内挡圈和外挡圈距需要进行倒圆处理，避免放置吊装过程中钢丝绳与挡圈外侧接触时，钢丝绳发生切割、断丝现象。

（9）管式吊耳的容绳量必须考虑吊装方案所选用索具的尺寸和方法，适当增加容绳量，避免吊装时钢丝绳与内、外挡圈发生磨损。

（10）内外挡圈高度应大于钢丝绳直径一半，小于等于钢丝绳直径。

（11）管式吊耳方位主要考虑设备从水平过渡至垂直状态时，钢丝绳翻转划过轨迹，避免与吊耳上方管口、吊装等现场不可切割部件相碰。对于梯子、平台、管线、管支架和预焊件等现场可切割部件，可以综合考虑，必要时为保证吊装安全在现场切除。

（12）为便于备料，吊耳材料零部件可保证统一厚度。

（13）管式吊耳总伸出长度指设备筒壁弧度最外侧边缘，吊耳设计图完成之后需对其尺寸进行标注、明确。

（14）为便于焊接制造，溜尾吊耳位置需设置在设备螺栓孔间距中间。

（15）溜尾吊耳间距需进行核算，要求满足相应能级卸扣安装富余量。

（16）溜尾吊耳伸出裙座长度需进行核算，保证卸扣安装富余量。

（17）设备出厂前，要保证主吊耳水平、溜尾吊耳竖直向上。

（18）对于热处理设备，吊耳焊接需在热处理之前进行。

（19）管式吊耳管轴不允许与设备纵、环焊缝相交；护板尽量避开设备纵、环焊缝。如确实躲避不开，可将纵、环焊缝磨平后，再将护板施焊。

5 吊耳的校核

塔类设备吊耳校核一般分为管式吊耳校核、板式吊耳校核、设备挠度校核和设备局部强度校核。

其中管式吊耳和板式吊耳的强度校核属于常规、通用校核，参考材料力学中的第四强度理论。吊耳局部校核一般采用SW6 软件或WRC297 理论进行。

6 管式吊耳现场施工的对接流程

为保证吊耳设计正常对接，根据目前大型设备吊装工程特点，明确吊耳设计各方责任，吊耳设计对接流程如图1 所示。

图1 吊耳设计流程图

7 结语

如今大型设备吊装工程广受关注，吊装工艺也愈发规范。但吊装规划图、预留图、平立面图、地基处理图、吊耳设计图和设备卸船图等均需要根据实际情况进行策划设计，故大型设备吊装工程“边设计、边施工”的情况非常普遍。吊耳设计作为吊装工程的重要设计工作，属于吊装工程项目成立后的首要技术问题，如能在前期将吊耳设计集中、准确、全部设计完成，不仅解决了一个吊装技术难题，而且给后续的吊装工作节省很大精力，为保证大型设备吊装成功奠定重要的基础。

由于早期大型设备模块化吊装并不明确，且大型设备不多，设计单位和制造单位对吊耳设计没有形成一套具体的设计流程，吊耳设计基本上由吊装单位牵头推动，因此目前很多设计院、制造厂或一些社会组织对吊耳设计概念非常模糊。为更好体现吊装服务安装的工程建设理念，尽可能根据实际吊装索具、机械和吊装工艺，设计出切实可行的吊耳。通过明确吊耳设计流程，简化吊耳设计模板，使大型塔类设备的吊耳具有简单、准确、可靠、实用、节约的特点。

以上阐述的吊耳设计改进工艺已经在浙江石化4000万t/ a 炼化一体化项目和中化泉州100 万t/ a 乙烯及炼油改扩建项目成功应用，得到了业主、监理、设计院、制造厂、安装单位及运输单位的一致认可，具有很强的指导意义，值得推广应用。