一種塔器吊裝方法和設(shè)計(jì)

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（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

0 引言

塔類設(shè)備是化工行業(yè)常見的主要設(shè)備之一。塔類設(shè)備安裝的質(zhì)量、進(jìn)度以及安全一般為整個(gè)工程項(xiàng)目的重點(diǎn)，特別是對(duì)于一些超大、超重、超高的塔類設(shè)備的吊裝，涉及面廣，安全程度要求高，介紹一套吊裝方案，涉及塔器吊裝用工裝設(shè)計(jì)，吊裝計(jì)算、機(jī)械選型等。供同類工程設(shè)備吊裝參考。

1 吊裝抱卡和吊耳設(shè)計(jì)

由于2 個(gè)塔的高度高，壁?。ㄆ骄诤?2 mm），塔身強(qiáng)度較弱，且設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)未設(shè)置用于吊裝的吊點(diǎn)，造成吊裝困難，無法按常規(guī)方式吊裝。經(jīng)過周密考慮，決定采用制作吊裝輔助加強(qiáng)框架對(duì)塔身進(jìn)行加強(qiáng)。采用1 組抱箍抱緊塔身，吊點(diǎn)設(shè)在抱卡進(jìn)行吊裝。此方法可對(duì)塔身進(jìn)行加強(qiáng)，避免塔身在起吊過程中變形。上部吊耳設(shè)在吊卡上，對(duì)稱布置2 個(gè)AX 型軸式吊耳，單個(gè)吊重按公稱吊重為40 t 設(shè)計(jì)。塔B 吊裝抱箍設(shè)計(jì)驗(yàn)算

1.1 抱箍的設(shè)計(jì)

根據(jù)塔B 圖紙以及抱箍質(zhì)量，同時(shí)考慮安全因素，可得吊裝質(zhì)量P=38 t，結(jié)合塔B 的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的抱箍如圖1 所示。

（1）吊耳選用。根據(jù)HG/T 21574—2008，抱箍兩側(cè)吊耳選用國家標(biāo)準(zhǔn)吊耳AXA 型：AXA-20-DN250 的吊耳，單個(gè)吊耳承載力20 t，符合吊裝要求。根據(jù)編制要求，吊耳處最小壁厚28 mm（25 mm），材料為GB 712—2011 DH36.

（2）抱箍寬度。抱箍寬度依據(jù)SH 30515—1990《大型設(shè)備吊裝工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》選取。其開口薄壁圓筒體（抱箍）補(bǔ)強(qiáng)有效長度B1=B+1.56（R+0.5T）1/2。

式中，B1為筒體有效長度，B 為吊耳直徑，R 為筒體半徑（抱箍內(nèi)半徑），T 為筒體厚度=25 mm。計(jì)算得出B1=1.49 m。抱箍整體寬度為1.5 m，符合要求。

1.2 連接螺栓受力

（1）螺栓預(yù)緊力。吊裝中預(yù)緊使抱箍抱緊設(shè)備后，產(chǎn)生的摩擦力。單組螺栓受力F1=KP/（nμ）。

式中，K 為動(dòng)載系數(shù)1.2，n 為螺栓數(shù)目，共計(jì)16 組，μ 為摩擦因數(shù)，μ=0.38。計(jì)算得出F1=73.6 kN。為保守起見，取F1=75 kN。

（2）初始吊裝單組螺栓受力F2=（1.2×P/4）/8=14 kN。

圖1 設(shè)備直立后螺栓受力

（3）設(shè)備直立后螺栓受力。設(shè)備直立后排螺栓受力見圖1。螺栓組所受力矩M=ΣLn×F3=K（P/2）L=22.4 kN·m。ΣLn×F3=22.4 kN·m，F(xiàn)3=3.8 kN。

（4）校核。設(shè)備初始起吊時(shí)，單組螺栓受力F=F1+F2=89 kN，當(dāng)設(shè)備直立后，單組螺栓受力F=F1+F3=78.8 kN，螺栓有效面積S=Fmax/［σ］，d=（4S/π）0.5。式中：［σ］為35CrMoA，8.8 級(jí)螺栓常溫下許用應(yīng)力，取228 MPa，得d=22.3，所以選用M30 螺栓。

1.3 抱箍連接面受力（表1）

根據(jù)表1 分析截面受力：假設(shè)螺栓均勻受力，焊縫系數(shù)為0.8。M=8×FmaxL=42.7 kN·m，σ=M/W=172.1 MPa，σ/0.8=227 MPa，τ=KP/S=6.0 MPa，τ＜［σ］=135 MPa。

塔下部吊耳依據(jù)《化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，選型為一個(gè)AP 型尾部吊耳，按公稱吊重25 t 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為防止抱卡松脫，在塔底部裙座上焊接兩個(gè)吊耳，使用30 m 長連接繩從抱卡吊點(diǎn)連接到底部吊耳。塔A 安裝抱卡和安裝位保溫臨時(shí)拆除時(shí)，需使用載人吊籃作業(yè)。

2 塔B 重心計(jì)算

2.1 塔B 重心計(jì)算

塔B 設(shè)備總重29.36 t，安裝完保溫層、小操作臺(tái)后，設(shè)備吊裝總重按38 t 設(shè)計(jì)。各部分重量及重心見表2。塔B 中1～12 分項(xiàng)設(shè)備重量較重，因其余設(shè)備重量較輕且基本均布于整個(gè)塔B，故匯總在13 分項(xiàng)中。裙座底板位置為Z 向計(jì)算原點(diǎn)。

表1 截面幾何參數(shù)

表2 塔B重心計(jì)算

2.2 增加吊裝抱卡后重心計(jì)算

輔助抱卡，暫估算為1.4 t。安裝高度位于塔身30 m 處。計(jì)算得出重心位置，X=0，Y=0，Z=16.19 m。

3 塔B 吊裝步驟及吊耳受力分析

吊裝應(yīng)在基本無風(fēng)的情況下進(jìn)行，吊裝時(shí)應(yīng)控制速度緩慢進(jìn)行，以下計(jì)算未考慮風(fēng)載荷和重力加速度影響。

（1）吊裝步驟一：吊機(jī)1 號(hào)、2 號(hào)將塔B 水平吊起。根據(jù)塔重量、重心、吊耳位置計(jì)算可得：吊機(jī)一受力F1=18.47 t。吊機(jī)二受力F2=18.78 t。

（2）吊裝步驟二：1 號(hào)吊機(jī)將塔頂端拉起，隨著1 號(hào)吊機(jī)的上升，塔身逐步翻轉(zhuǎn)，最終使塔處于豎直狀態(tài)。當(dāng)塔達(dá)到豎直狀態(tài)時(shí)：吊機(jī)一與吊機(jī)二受力與步驟一相同。

（3）吊裝步驟三：1 號(hào)吊機(jī)將塔垂直吊裝移位至預(yù)定位置。當(dāng)塔達(dá)到豎直狀態(tài)時(shí)：類型一頂部吊耳受力（為最大值）365 kN。類型二尾部吊耳受力為0。

4 吊車的選用及吊裝參數(shù)

（1）吊機(jī)初選。根據(jù)準(zhǔn)備吊裝的設(shè)備參數(shù)和吊裝經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場條件以及可用起重設(shè)備等因素，選用主吊機(jī)為500 t 汽車式起重機(jī)，輔吊機(jī)為70 t 汽車式起重機(jī)。根據(jù)吊機(jī)參數(shù)對(duì)各項(xiàng)吊裝參數(shù)進(jìn)行校核。

（2）吊機(jī)站位。結(jié)合現(xiàn)場條件選擇吊車站位，吊機(jī)一次就位后可同時(shí)進(jìn)行塔A 移位和塔B 安裝。500 t 吊機(jī)回轉(zhuǎn)中心位于離塔A 原位置中心27 m 位置，離塔B 新位置中心20 m。吊機(jī)支腿使用鋼板鋪設(shè)加強(qiáng)地面承載力。吊機(jī)就位路線上需使用鋼板和木方加強(qiáng)，防止地面下陷。

吊裝塔A 時(shí)，使用500 t 吊車單車直接吊裝移位。吊裝塔B 時(shí)，使用500 t 吊車為主吊機(jī)，70 t 汽車式起重機(jī)為輔助吊機(jī)，先將塔翻轉(zhuǎn)至豎直后再由500 t 吊車直接就位安裝。70 t汽車吊操作半徑控制在7 m 以內(nèi)，500 t 吊機(jī)操作半徑控制在26 m。

（3）吊裝參數(shù)。工作半徑7 m，主臂19.7m，作業(yè)角度60.4°，根據(jù)吊機(jī)參數(shù)表，此時(shí)吊機(jī)允許最大工作載荷28.7 t。負(fù)荷系數(shù)=尾部吊耳最大受力值/該工況吊機(jī)允許最大載荷=66%＜80%，70 t 汽車吊滿足塔B 輔助翻轉(zhuǎn)的作業(yè)要求。

（4）500 t 汽車操作參數(shù)選擇。吊裝塔A 時(shí)，工作半徑28 m，主臂57.7 m，可作業(yè)高度50 m，根據(jù)吊機(jī)參數(shù)表，此時(shí)吊機(jī)允許最大工作載荷46.1 t。負(fù)荷系數(shù)=頂部吊耳最大受力值/該工況吊機(jī)允許最大載荷=69%＜80%。吊裝塔B，工作半徑26 m，主臂52.5 m，作業(yè)角度77.5°，根據(jù)吊機(jī)參數(shù)表，此時(shí)吊機(jī)允許最大工作載荷52.8 t。負(fù)荷系數(shù)=頂部吊耳最大受力值/該工況吊機(jī)允許最大載荷=72.6%＜80%，500 t 汽車吊滿足塔B 翻轉(zhuǎn)和吊裝就位作業(yè)要求。