高压精馏塔一体化吊装技术研究

贺延伟 王景涛 崔鹏宇

陕西化建工程有限责任公司 陕西杨凌 712100

随着石油化工、冶金等建设规模的不断扩大，工程中的关键设备正在向特重、特大型方向发展，特别是化工项目的塔器设备更是如此。同时，建设工程项目为更快地投产，从而获得经济收益，吊装的工期逐渐缩短，大部分塔器设备会在施工现场采用穿衣戴帽的形式进行整体吊装及运输。为此，以海南逸盛石化项目的高压精馏塔吊装为依托，开展塔器设备一体化吊装技术研究。

海南逸盛石化有限公司250 万t/ a 精对苯二甲酸（PTA）项目高压精馏塔, 到场后采用4000t 履带吊和1250t 履带吊整体吊装就位。该设备外形尺寸为Φ8500/ 7600×80500，净设备重1278t。

1 方案特点

（1）使用SPMT 液压轴线车运输设备。液压轴线车具有自行动力、承载力强、操作方便、转向灵活、升降功能，以及纵、横向任意组合等特点。

（2）使用叉车摆放支墩，该方法既节约时间，又能克服场地狭小的问题。

（3）使用4000t 履带吊配备的2600t 级专用平衡梁。保持被吊设备的平衡，避免吊索损坏设备；缩短吊索的高度，减小动滑轮的起吊高度；利用专用的平衡梁，设备吊装时，易于设备回转，可以解决索具与设备本体接管、法兰等发生的干涉；减少索具对设备的挤压或使设备发生变形，大大降低设备质量风险、吊装安全风险。

2 设备运输及卸车方案

2.1 卸船

高压精馏塔到达海南逸盛石化项目码头后，首先确认设备船舶装货情况，将船舶上影响大型设备滚卸的物件进行清理；其次，在潮汐达到高潮的状况下，进行设备的滚卸。设备卸船利用SPMT 液压轴线车的升降功能，先降低低于支墩高度，之后再行升高落，使设备重量全部作用在液压板车上，然后驶出码头。

2.2 设备运输

设备运输最重要的是前期准备，包含车辆拼装、场地的清理及平整。车辆拼装：高压精馏塔运输采用四辆六轴线、四辆四轴线模块车及操作控制系统，2 个组合成为2辆16 轴线2 纵列模块车，模块车宽度为6m。运输路线的清理及平整：由技术人员根据现场实际情况，对设备运输路线首先进行模拟，确定需清理的区域。

2.3 卸车

高压精馏塔卸车通过利用SPMT 液压轴线车的升降功能，首先与吊装区域相连，确定吊装幅度；然后从设备主吊耳处确定支墩摆放位置，再使用叉车将12 个支墩摆放至卸车位置；液压轴线车升高超过支墩高度，到达位置之后再行降低落至支墩上面；液压板车上的载荷达到设备重量的20%时，观察支墩是否出现下陷；如果没有出现地基下陷，则继续泄压，使设备的重量全部作用在支墩上，完成卸车。图1 为支墩摆放图。

图1 支墩摆放图

3 设备吊装方案

设备重心分裙座和筒体两段计算：L1为裙座质心距离设备基础环板距离，L2为设备筒体质心距离设备底部距离。

根据公式（1）计算总质心位置。

式中：L——设备重心距设备基础环板距离，mm；

n——设备分段数，n＝2；

Gi——各分段的重量（i＝1，…，n）,t；

Li——各分段质心Si到各段底面的距离（i＝1，…，n）,mm。

4 吊装机械受力计算

设备重量、主、副起重机起吊时承载设备重量分别为G、F1、F2。根据计算，重心位置和主、副吊点位置如图2 所示。

图2 设备吊点布置图

设备起吊时，F+T=G=1381.5t，F2=1381.5-F1

依据力矩平衡原理∑MF2=0，得：F1×(L1-L2)=G×(L-L2)

已知，L1=66675mm；L2=436mm；L=35461.43mm。

解得，F1=714.63t，F2=667.17t

设备直立过程中，主吊车受力增大，溜尾吊车受力减小。

5 吊装计算

本次吊装采用单主机抬吊递送法吊装工艺，即用1台4000t 履带吊主吊，1 台1250t 履带吊配合溜尾。

主吊车为XGC880004000t 履带吊，SSL 工况，2000t超起配重，29m 超起半径；114m 主臂工况，24m 作业半径；额定起重量为1765t；设备吊装重量为1621.5t[1278t（设备）+103.5t（劳动保护）+240t（吊索具）]；负荷率为91.87%（1621.5t÷1765t）。

溜尾吊车为徐工XGC16000 1250t 履带吊，480t 超起配重，21m 超起半径；72m 主臂，16m 作业半径；额定起重量为763t；设备吊装重量为702.17t[667.17t（溜尾力）+35t（吊索具）]；负荷率为92.03%（702.17t÷763t）。

综上，吊装机械在此工况下，满足如图所示吊装站位，则起重性能满足吊装要求。

6 主要技术

6.1 主吊耳核算

6.1.1 设计和强度核算

主吊耳结构设计如图3 所示。

图3 主吊耳结构图

主吊耳材料为Q345，屈服强度σs=325MPa；许用应力 [σ]=325/ 1.6=203MPa；许用剪应力 [τ]=203×0.6=121MPa。

根据《化工设备吊耳及工程技术要求》（HG/ T 21574- 2018）对主吊耳进行校核。吊耳管根部截面积尺寸按照Φ1600mm×58mm 进行校核。

式中：K——综合影响系数，1.5；

G——设备本体质量，1278t；

θ——吊索张角，吊索与竖直方向的夹角，最大允许张角5°；

L——主吊耳最大受弯力臂长度，600mm；

D0——主吊耳外径；

S—吊耳管厚度，58mm。

根据以上计算可知，主吊耳能够满足强度要求。

6.1.2 有限元分析

管轴式主吊耳按照设备图纸进行3D 建模，并划分为104 个区域。对管轴式主吊耳垫板及吊耳管轴施加约束，将吊耳受力面移至靠近挡圈360mm 处，加载1.0×107N的力。根据计算机给出的静应力分析图及总变形图，最小应力部分数值为1.3147×10-3MPa，所产生的总变形量为1.9178×10-6mm；最大应力数值为3.2852MPa ＜[σ]=325MPa，所产生的总变形量为9.8223×10-2mm，故主吊耳安全可用。

6.1.3 主吊耳的检测报告

高压精馏塔轴耳根据相关规定进行超色、磁粉、TOFD 检测。对本台设备轴耳的焊缝进行了100%UT MT TOFD 检测，检测长度共计2.4m。根据NB/ T 47013- 2015 标准，以上焊缝最终检测结果合格。

6.2 溜尾吊耳设计、强度核算

溜尾吊耳材料为Q345；

屈服强度：σs=315MPa；

许用应力：[σ]=315/ 1.6=196MPa；

许用剪应力：[τ]=196×0.6=117MPa；

许用挤压应力：[σhz]=2σs=630MPa。

根据《化工设备吊耳设计选用规范》（HG/ T 21574- 2018）对溜尾吊耳进行校核。

6.2.1 吊耳孔挤压强度

吊耳孔挤压强度计算见式（2）。

式中：K——综合影响系数，1.5；

F——最大溜尾力，667.17t；

n——吊耳数量，4；

S——吊耳板厚度，120mm；

S1——补强板厚度，20mm；

D——吊耳孔直径，140mm；

dr——卡环销轴直径，134mm；

E——弹性模量，200GPa；

R——吊耳顶部圆弧半径，200mm；

D1——补强板直径，300mm。

由以上计算可知，溜尾吊耳孔挤压强度满足要求。

6.2.2 截面强度计算

图4 为溜尾吊耳示意图。

图4 溜尾吊耳示意图

7 吊装场地处理

7.1 作业场地需求

4000t 吊车履带宽度2.2m，长度为19.2m（受力实际长度17.5m），此工况下起重机前车重2900t。吊装设备直立时对地压力最大，吊装设备及索具总质量1622t[1278t+104t (附加) +240t(钩头索具)]。由于超起后车不离开地面，可认为后车对前车产生的拉力质量同为1622t。吊装时每条履带下铺设8 块路基箱以分散起重机对地面的压力（实际受压7 块），路基箱尺寸8000mm×2800mm×280mm，单块重16t，吊装时单侧路基箱对地面的实际接触面积为S=B×L=2.8×8×7=156.8m2。

考虑载荷分布不均匀因素影响，取1.25 的系数。故4000t 吊车前车对地表面产生的平均压强计算见式（3）。

式中：S——路基箱对地面的实际接触面积，m2；P1——铺设路基箱之后对地表产生的压强，Pa；

B——路基箱宽度,m；

L——路基箱铺设长度（实际受压）,m。为此，地表的地基承载力特征值达到25.38t/ m2，即可满足4000t 履带吊车吊装需求。同理，4000t 履带吊车后车，地表的地基承载力特征值达到15.86t/ m2，即可满足4000t 履带吊车后车吊装需求。

7.2 吊装场地处理方案

大件设备吊装场地根据地质勘探结果和起重机对地压强要求，现场内一般场地不适宜直接作为吊装场地的天然地基。根据海南逸盛石化项目地勘报告勘点平面布置图，同时查看工程土质刨面图，4000t 履带吊吊装区域为杂填土地基承载力特征值为80kPa。采用如下换填法地基处理措施：先对地面下挖2300mm，然后向上铺设路基石2200mm，进行平整后填灌混合料200mm，并使用压路机分层压实压平。处理后的场地坡度不大于2°，接地比压大于0.2538MPa。

7.3 地基承载力检测

通过计算4000t 履带吊车吊装地表的地基承载力特征值达到25.38t/ m2，即可满足需求。因此，在地基处理完成后，委托具有资质的第三方进行地基承载力检测。吊装站位处，左、右履带各取两个试验点进行检测，试验荷载520kPa，静载24h 后，沉降量12.16mm，故4000t 履带吊吊装区域可安全使用。

8 结论

大型设备运输、卸车及吊装一体化方案中的理论计算是重点，是指导作业的有力依据，必须准确、详细的核算。吊装方案中还有其他关键环节的计算也不可忽视，例如平衡梁核算、钢丝绳核算、地耐力强度核算等。总之，大型设备吊装中的每个环节必须核实并确定安全，才能确保吊装顺利安全的完成。同时，设备运输路线的清理及平整，确保设备能够安全有效地运至吊装区域也是不可或缺的。