大型氣化爐雙機抬吊法吊裝的風險控制

劉中培

中國化學工程第十一建設有限公司 河南開封 475002

隨著我國經濟的快速發展， 化工工程建設項目中設備大型化發展趨勢越來越突出； 裝置的大型設備工廠化制作和模塊化安裝是近幾年設備安裝的主流方向，設備噸位越來越大，吊裝要求越來越高。

青海鹽湖金屬鎂一體化項目100萬t/a甲醇裝置的氣化爐是水煤漿加壓氣化過程的核心設備， 具有設備重量大（322.68t），就位高度高（35.5m），就位后高度達到53m，吊裝作業半徑大等特點， 氣化爐吊裝是近幾年化工裝置整體吊裝設備的最為典型的代表之一。 與此同時，設備吊裝的風險相當大。 為了解決氣化爐整體順利吊裝，我們針對吊裝的安全性，做了吊裝風險評估，并采取了相關的吊裝安全技術措施。

1 氣化爐吊裝工藝概述

整體大型立式設備一次吊裝方法多種多樣， 按照吊裝機具的不同可以分為“ 吊車法”、“ 門式起重機法”、“ 桅桿法”；按照吊裝原理可以分為“ 抬吊法”、“ 滑移法”、“ 扳轉法”。 以上每種吊裝方法因吊點的設置，吊裝機具配置、繩索布置形式等因素又分為若干類型。隨著我國大型吊裝機具的現代化和大型化，同時對設備的吊裝安全要求越來越高，扳轉法等傳統方法逐漸被淘汰。結合近幾年來行業內的典型吊裝案例， 目前經常使用的吊裝方法如圖1所示。

由于氣化爐就位在氣化框架35.5m的基礎上，考慮到吊裝場地的局限性和安裝工期要求等因素， 決定采取雙吊車抬吊的吊裝工藝進行吊裝作業。該抬吊法技術比較成熟，也是最為快捷和技術難度最低的吊裝工藝， 同時也是吊裝安全風險較小的方法之一。

圖1 常用立式大型設備吊裝方法匯總

2 大型設備吊裝風險控制措施

2.1 大型設備吊裝方案專家論證

青海鹽湖金屬鎂一體化項目100萬t/a甲醇裝置一標段工程，三臺大型設備氣化爐吊裝，是本項目重中之重。 為了保障設備吊裝安全，明確吊裝任務，控制吊裝風險，確保吊裝過程順利進行，實現安全吊裝，我項目部針對大型設備吊裝方案進行科學、合理、可行性專家組論證會。 專家組針對大型設備吊裝方案進行科學、合理、精細化論證，最終提出吊裝方案內的不足之處，及吊裝過程中（包括大型機具的組車細節）應注意的相關細節。經過大型設備吊裝方案的專家論證，使氣化爐大型設備吊裝方案更具有科學性、合理性、可行性。

圖2 專家論證會

2.2 大型設備重心計算及吊車受力模型分析

2.2.1 氣化爐重量及重心計算

氣化爐重量及重心的計算直接關系到吊裝方案數據來源的可靠性，重心計算數據的準確性也是確保安全吊裝的可靠性，因此大型設備氣化爐重量及重心計算尤為重要。

氣化爐整體重量G=∑M1+M2+…+Mn，即整體重量等于各部件重量之和。 基于力矩平衡原理，GL=∑m1l1+m2l2+…mnln，即： 氣化爐整體重量與重心到設備底部距離等于各部件重量與各部件重心到設備底部距離積的和。

氣化爐本體由殼體、各種人孔、法蘭口、儀表接管、支座等相關部件構成，而氣化爐的絕大多數重量集中于殼體部分。 因此，殼體重量和重心的計算直接關系到結果的準確性和可靠性。

為確保計算的準確性， 可以通過CAD三維制圖建立1∶1氣化爐殼體模型。首先建立氣化爐的軸向剖面圖，并形成整體面域圖形； 之后利用三維建模工具通過軸旋轉工具形成氣化爐殼體實體模型；最后，利用工具菜單→查詢→面域/質量特性的體積及重心坐標。 從而求得設備重量和重心位置。

圖3 設備模型圖

其他小型部件的重量及重心可以結合設備制造圖和簡單的幾何知識一一進行估算。

形成數據庫后， 利用EXCEL公式編輯工具， 結合公式：GL=∑m1l1+m2l2+…mnln， 最終批量計算得到氣化爐較精確的重心位置。

2.2.2 吊車受力模型及計算

雙機抬吊法吊裝總體分五個階段，包括：水平抬起階段、設備豎向起吊立直階段、直立階段、直立起吊階段、設備就位回鉤階段。其中前三個階段是吊車受力發生明顯變化的重要階段。具體實例如圖4所示。

氣化爐吊裝受力模型的建立是基于理論力學力平衡和力矩平衡原理，即：

圖4 吊裝實例

如圖5所示，建立氣化爐的受力分析圖，當α=0°時，即第一階段，當0°＜α＜90°時，即當第二階段，當α=90°時，即第三階段。

為了得出吊裝過程中任意階段的主吊點及溜尾吊點的受力以及吊點、溜尾吊點徑向和軸向的分力，可以對受力圖進一步細化，并結合相關幾何和力學原理，通過EXCEL工具批量計算得到相應數據表（見表1）和曲線圖（圖6、圖7）。 通過圖表可以清楚地了解各個受力在任意階段的準確值， 以及各個受力的發展趨勢，為方案的制定和優化提供數據支持。

圖5 氣化爐吊裝受力分析圖

圖6 氣化爐主吊點受力分析曲線圖

圖7 氣化爐溜尾吊點受力分析曲線圖

2.3 大型設備吊裝吊車選型

主吊吊車的選型，主要考慮以下幾個因素：

（1） 設備重量及索具等附屬重量；

表1 氣化爐受力分析數據表

（2） 吊車規格及工作性能表；

（3） 設備就位高度；

（4） 裝置內吊裝環境及設備就位的空間位置關系；

（5） 設備就位周邊框架、設備等具體外形尺寸；

（6） 設備吊裝前排放位置規劃；

（7） 主、輔吊車資源。

根據氣化爐設備重量及大型設備吊裝吊車選型條件，并考慮經濟可行的吊車選擇原則， 決定主吊車選擇QUY800BR型800t履帶吊；溜尾輔助吊車選擇CKE2500－Ⅱ型250t履帶吊。

工況選擇：QUY800BR型800t履帶吊選擇主臂48m， 副臂30m，工作半徑20m，超起半徑20m，超起配重300t；CKE2500－Ⅱ型250t履帶吊選擇主臂21.3m，工作半徑7m。

2.4 大型設備吊裝地基處理及檢驗

根據設備重量、800t吊車自重、超起配重、溝通、索具、平衡梁、路基板等綜合計算出吊裝氣化爐地基所承受重量，即：

G2=g1+g2+g3+g4+g5+g6+g7+g8+8*g9+g10+g11=147 3.88t

負荷狀態時走道板對地壓力：

P2=1.2×G2/(8×3×6)＝12.3t/m2。

對氣化爐吊裝地基進行地基處理， 并對處理后的地基進行地耐力檢測。 最終經過地基處理后，檢測地耐力達到36t/m2＞12.3t/m2，符合要求，滿足氣化爐安全吊裝。 地基處理見圖8。

圖8 地基處理

2.5 大型設備吊裝平衡梁選擇

普通平衡梁可以分為兩種，即：吊耳式平衡梁和支撐式平衡梁。 吊耳式平衡梁制作簡單，但是平衡梁本體所受彎矩較大，不適合100t以上設備吊裝使用； 支撐式平衡梁所受彎矩較小，但制作工藝較為復雜，適合重量較大的設備吊裝。氣化爐吊裝選擇支撐式平衡梁。 平衡梁選擇圖例見圖9。

2.6 大型設備吊裝索具選擇

圖9 平衡梁選擇圖例

800 t 主 吊 車 吊 裝 主 繩 扣 選 用 2 根Φ86mm*52m，8*61+FC-1670壓制繩索， 每根用2彎4股，共用8股，每股破斷拉力為3350kN。 繩扣彎曲折減系數0.75，則繩扣的安全系數為：

安全系數K=3350*8*0.75/(2*F1*10)=6.20＞5安全(系掛用繩扣安全系數5倍)

250 t 溜 尾 吊 車 吊 裝 主 繩 扣 選 用 2 根Φ52mm*20m，6*37+FC-1670壓制繩索， 每根用2彎4股，共用8股，每股破斷拉力為1330KN。 繩扣彎曲折減系數0.75，則繩扣的安全系數為：

安全系數K=1330*8*0.75/(134.1*10)=5.95＞5安全(系掛用繩扣安全系數5倍)

2.7 大型設備吊裝人員、機、索具資質證明文件審查

按照青海鹽湖金屬鎂一體化項目指揮部、 青海鹽湖金屬鎂一體化項目100萬t/a甲醇裝置項目部、 廣東國信工程監理有限公司、中國天辰工程有限公司要求，上報氣化爐吊裝所需的人員、主輔吊車、索具等相關合格證件、資質證件審批，審批完成后方可吊裝使用。

2.8 大型設備吊裝主吊耳選擇

一般設備本體上需要焊接吊耳作為吊裝機構的連接件。 吊耳需要承受設備的重量，要保證足夠的強度和可靠度。 同時，由于應力擴散的因素，也要考慮吊耳周邊設備殼體強度。另外吊耳的設置還要綜合考慮設備外形特點、管口方位等因素。吊耳形式最為普遍的兩種，即：板式吊耳，管式吊耳。氣化爐主吊耳選擇為管式吊耳。 吊耳圖例見圖10、圖11。

2.9 大型設備吊裝溜尾吊具設計、制作、及檢驗

溜尾吊點最為常見的是在設備尾部， 直接焊接并布置的板式吊耳，通過卸扣鋼絲繩與吊車相連接。由于氣化爐形體及設備工作條件原因，本裝置氣化爐并未設置溜尾吊耳。為保證氣化爐吊裝溜尾系統的安全、穩定，我們特設計一套溜尾法蘭托架吊索具機構。

圖10 吊耳模型圖

圖11 吊耳圖例

該溜尾機構由吊耳耳板部分、箱體部分、底部法蘭托架（凸臺部分）、支撐兩翼部分、螺栓連接部分構成。底板法蘭托架和螺栓部分將承擔的設備重量通過箱體部分傳遞給與箱體焊接一體的吊耳板上，而箱體將各個部件組合成一個穩定的整體。支撐兩翼部分作為極端情況下（此情況一般不會發生），某些部件受損失效的備用受力機構。

圖12 溜尾法蘭吊具

此溜尾法蘭托架吊具， 在所有受力點焊接完畢后做無損檢測，經過無損檢測合格，并成功安全投入使用。 溜尾法蘭吊具圖見圖12。

3 小結

青海鹽湖金屬鎂一體化項目100萬t/a甲醇裝置氣化爐的成功吊裝，已經成為大型設備吊裝一項經典實例，其中，大型設備吊裝風險控制措施的應用是氣化爐吊裝的成功所在。 我們對對氣化爐吊裝所采取的措施進行了一一歸納、總結，以期對今后大型設備吊裝具有指導性的作用。

1 《 大型設備吊裝工程施工工藝標準》 SH/T3515-2003

2 《 化工設備吊耳及工程技術要求》 HG/T21574-2008

3 《 重型設備吊裝手冊》 樊兆馥 著 冶金工藝出版社