頂升法安裝大型臥式設備的工藝流程及技術要領

方 彪 李學峰

1 中國石油工程建設公司 北京 100120；2 中國石油天然氣第一建設公司 河南洛陽 471023

在大型石油化工裝置和天然氣處理廠的工程建設中，有許多安裝難度高、安裝環境復雜的設備，往往因為幾何尺寸大（十幾米長）、重量重（上百噸）、安裝環境復雜（如框架內的換熱器、蒸發器、廠房內的大型壓縮機）而無法依靠吊車、行車等現代化的機械進行安裝，在考慮進度、安全、技術和費用等因素后往往選擇頂升法進行安裝。頂升法也被認為是特殊環境下臥式設備安裝的最好方法，在大型臥式設備的安裝中得到越來越廣泛的應用。隨著安裝設備的大型化發展，頂升法的施工難度在逐漸增加，而針對頂升法安裝大型臥式設備的技術研究和學術報告較少。筆者根據多年工作經驗，通過工程實例對頂升法安裝大型臥式設備的施工工藝和關鍵技術進行了總結。

圖1 壓縮機分布圖

1 工程概況

蘇里格氣田50 億m3/ a 產建骨架工程某天然氣處理廠工程中有6 臺從美國進口的大型壓縮機組，該壓縮機組分體到貨，主要部件包括：壓縮機本體（14808×2740×4800mm、重68.1t）、壓縮機啟動撬（5994×2510×3350mm、重31.8t）、氣體緩沖罐（Ф2100×3000mm、重6.4t），單機組合重量為106.3t。由于施工工期緊、設備到貨晚，如果按照常規的施工工序先進行設備安裝再進行廠房結構的施工或設備安裝和廠房結構同時施工將嚴重影響工期，而且還會增加施工難度和施工成本，如果先進行廠房結構施工，受到廠房周圍環境的影響設備到貨后將無法采用吊車進行吊裝。為了合理地安排施工進度和降低工程建設成本，經過綜合分析選擇先預留部分廠房的面墻施工然后采取頂升法安裝壓縮機組。

2 頂升工藝

壓縮機組安裝的總體工藝分為施工準備階段、卸車組裝階段、實施牽引階段和頂升回落階段四個階段。

圖2 壓縮機組頂升工藝流程圖

2.1 施工準備階段

該階段主要完成：場地的平整和硬化、滑道的鋪設、滾杠的預制、卷揚機的設置以及牽引吊耳和支撐頂板的加工等工作。

（1）場地的平整和硬化，是大型壓縮機組水平牽引吊裝法取得成功的關鍵步驟，所以在滑道鋪設前必須對滑道鋪設區域的地基進行平整和硬化，以保證滑道的平整度和地基的承載力。

（2）滑道鋪設，首先在壓縮機基礎上沿螺栓南北軸線方向鋪設枕木8 排，即每條螺栓每側鋪2 排，枕木鋪設后的高度要大于螺栓的高度（采用枕木規格：220×160×2500mm，螺栓高度170mm，鋪設時枕木立放）以保證壓縮機在滑道上滑行時不對螺栓產生破壞影響；其次，從基礎至廠房外的滑道上也要鋪設枕木8 排（枕木平鋪），滑道鋪完后必須保證滑道上平面的整體平整。

（3）預制滾杠，滾杠規格Ф76×8×3600mm，共需29 根，材料選用Q235- A 無縫鋼管。

（4）卷揚機設置：主吊設一臺5t 卷揚機和一組H32×4D滑輪組。

（5）預制牽引吊耳和支撐頂板，牽引吊耳設置兩個對稱焊接于壓縮機本體一端的底梁上，支撐頂板采用δ=30mm 厚鋼板根據壓縮機底梁尺寸現場制作。

圖3 壓縮機組牽引滑道圖

圖4 壓縮機組頂升頂板設置圖

2.2 卸車組裝階段

該階段主要完成：壓縮機本體、壓縮機啟動撬和氣體緩沖罐的卸車和組裝工作。壓縮機組到貨后運輸車輛停在指定地點，首先采用一臺AC200- 1 型200t 汽車吊將壓縮機本體卸車并放置在已鋪設的滑道上，然后將壓縮機啟動撬和氣體緩沖罐卸車并直接將其與壓縮機本體組裝。壓縮機組裝好以后，將牽引吊耳及支撐頂板全部焊接在壓縮機底梁上。

圖5 壓縮機本體卸車圖

圖6 壓縮機啟動橇與本體組組裝圖

2.3 實施牽引階段

該階段主要完成：壓縮機組整體牽引和和相對位置調整工作。

圖7 壓縮機牽引圖

壓縮機組裝完畢后，首先用主吊卷揚機將壓縮機組整體牽引至基礎之上，當設備即將達到就位狀態時卷揚機改為點動起升進行微調，垂直方向偏差可用機械式千斤頂進行滑移法調整。當設備螺栓孔與基礎上的地腳螺栓基本對應時，回松卷揚機的牽引繩關掉卷揚機電源。

2.4 頂升回落階段

頂升回落階段，是頂升法安裝設備的核心環節，通過液壓千斤頂的反復起升與回落逐一撤出設備底部的滾杠和枕木，完成設備就位。先在壓縮機組本體上焊接四個支撐頂板，下各設置一臺70t 液壓千斤頂，根據壓縮機的行程和外形尺寸，千斤頂下應設置一根橫放的枕木和30mm 鋼板，以保證頂升的順利完成。操作步驟如下：

第一步：把枕木和鋼板以及千斤頂放置在支撐頂板的正下方。

圖8 頂升回落步驟1

第二步：調整千斤頂行程將壓縮機頂離滾杠。

圖9 頂升回落步驟2

第三步：撤掉滑道上的滾杠。

圖10 頂升回落步驟3

第四步：回落千斤頂使壓縮機支撐在滑道的枕木上。

圖11 頂升回落步驟4

第五步：撤掉千斤頂下的鋼板。

圖12 頂升回落步驟5

第六步：調整千斤頂行程將壓縮機頂離支撐枕木。

圖13 頂升回落步驟6

第七步：撤走滑道上的枕木。

圖14 頂升回落步驟7

第八步：回落千斤頂，壓縮機地腳螺栓穿過螺栓孔，使壓縮機支撐在調整墊塊上。

第九步：撤掉千斤頂和枕木，去除支撐頂板，壓縮機頂升法安裝完成。

圖15 頂升回落步驟8

圖16 頂升回落步驟9

3 關鍵技術

3.1 牽引力計算

設備滾動牽時，牽引力可利用滾動摩擦力的計算公式計算：

式中：P——牽引力（N）；

Q——被托運物體的重量（kg）；

f——綜合摩擦系數，可查表獲得。在實際工作中，牽引力受到很多因素的影響很難考慮全面，所以在計算牽引力時綜合系數一般選取最大值。

表1 綜合摩擦系數節選

3.2 滾杠數量計算

滾杠的數量與設備的幾何尺寸、滾杠的規格、滾杠的許用應力等因素都有關系，滾杠的根數可按下式計算：

式中：n——滾杠數量，根；

p——所托設備總重量，N；

[p]——滾杠的許用承壓應力，N，由式3 計算。

式中：S——圓管的壁厚，mm；

（3）在相同質量流率和相同熱流密度條件下，均是微通道分支數越多，熱沉最大熱應力和最大形變越小，研究表明，微通道分支數為8時可以獲得最小的最大熱應力和最小的最大形變，但微通道分支數由6增大到8對最大形變的影響相對較小。

L——管子的承壓長度，mm；

K——承壓形式系數，K≈0.318；

r——管半徑，mm；

[σ]——圓管許用應力，MPa。

3.3 支撐頂板強度計算

為了保證頂升過程的安全，需要對支撐頂板的強度、焊接強度，以及頂升時對設備產生的應力進行分析，并應畫出剪力圖、彎矩圖，找出最大剪力和最大彎矩進行強度校核。

3.4 頂板焊接位置計算

由于回落過程比較復雜，需要反復頂升和回落千斤頂，頂板的焊接位置、頂升系統的設置是否合理是關系頂升過程能否順利進行的關鍵因素，在制定方案階段必須根據頂升設備的幾何尺寸和行程、地腳螺栓的高度、滑道支承墊木、滾杠的規格等進行合理選擇和設置。

支撐頂板焊接位置的計算過程為，先假設焊接頂板的底部距壓縮機底撬的高度為Lmm，然后根據操作工藝列舉方程式：

（1）初始狀態：300+30+160＜L+220+76＜300+30+180+160（保證千斤頂到達形成后可以把壓縮機頂離滾杠，然后取出滾杠）。

（3）就位狀態：L+45＞300+30（保證再次回落千斤頂行程后壓縮機底部能夠接觸基礎上的墊塊）。

計算得：285＜L＜290，所以取L=287mm。

說明：220——道木立放時高度，單位mm；

76 ——滾杠的外徑，單位mm；

300 ——70 噸液壓千斤頂的高度，單位mm；

30 ——千斤頂下放置鋼板厚度，單位mm；

180 ——千斤頂的行程，單位mm；

160 ——道木平放時的高度，單位mm；

45 ——壓縮機墊鐵高度，單位mm。

4 技術要求

（1）千斤頂必須有合格證明書，并且規范使用。使用千斤頂必須嚴格遵守產品的技術規格標準，聯合作業時不能超過額定載荷的80%。液壓千斤頂使用時，必須將其垂直放置在結實的基礎上，以免頂升時發生傾倒；

（2）滑道地基應有足夠的承重能力以滿足牽引需要，滑道平整度＜1%；

（3）鋪設枕木時，互相搭接長度不小于200mm；

（4）滾杠排列間距不得大于1000mm，兩端露出設備長度不小于200mm。

5 結束語

采用頂升法安裝大型壓縮機組的施工方法已在蘇里格氣田的4個天然氣處理廠工程中得到了廣泛應用，在今年新建的處理廠工程中再次推廣應用，并順利完成了4 臺大型壓縮機的安裝，形成了一套行之有效的安裝工法。實踐證明，掌握頂升法的施工工藝是完成大型臥式設備頂升法安裝的基礎，掌握了牽引力計算、滾杠數量計算、支撐頂板強度計算、合理設置頂板位置和設計頂升流程等關鍵技術，才是保證安裝過程順利和安全進行的關鍵。

1 華曄，《起重工》高級工職業技能鑒定讀本，化學工業出版社，北京，2005。

2 陳萱，《中級起重工工藝學》機械工人技術理論培訓教材，機械工業出版社，北京，1998。

3 黃璟一，《起重工》技術工人崗位培訓讀本，化學工業出版社，北京，2001。

4 SH/ T3515- 2003《大型設備吊裝工程施工工藝標準》。

5 SH/ T3536- 2002《石油化工工程起重施工規范》。