60米鋼煙囪吊裝方法的改進

文/富振東 中石化第四建設有限公司 天津 300270

1、工程概況

煉油裝置中60米鋼煙囪屬于薄壁、細長設備，其吊裝難度大，較為典型。其整體吊裝比起分段吊裝不但節(jié)省了內(nèi)外架設，而且在安全、質(zhì)量和進度上均明顯優(yōu)于分段吊裝，但因鋼煙囪為薄壁長細設備，且內(nèi)部襯里屬于脆性材料，所以在整體吊裝過程中需要解決以下幾個問題：

（1）如何控制吊裝時（起吊時）的撓度，減小變形對襯里的影響？

（2）如何控制吊耳處設備壁板的局部應力值？

2、設計思路

（1）針對第一個問題，從力學計算角度上，可以將鋼煙囪起吊時的受力形式簡化為一根由簡支梁和懸臂梁組合而成的梁，根據(jù)力學知識，可以通過調(diào)整外伸長度和跨距從而減小彎矩值進而實現(xiàn)減小撓度值的目的，在施工方案中用增加吊點（主吊點或抬尾吊點）方式得以實現(xiàn)，相當于力學計算中增加梁的支點；

（2）針對第二個問題，當鋼煙囪直立時，其主吊耳處設備壁板局部應力值最大，那么在控制撓度增加吊點時，首選增加主吊點，這樣可以減小單個主吊點的受力值，進而減小了吊耳處設備壁板的局部應力；其次，因為局部應力值與“應力系數(shù)”成正比，“應力系數(shù)”與“查表系數(shù)”成正比，而“查表系數(shù)”與吊耳管和補強圈的規(guī)格成反比，所以可以通過增大吊耳管和補強圈規(guī)格來減小局部應力；

3、實際操作

以某石化項目置60 米鋼煙囪為例，其金屬重量100t，襯里重量43t，使用400 噸級履帶吊整體吊裝，在實際操作中需要完成的重點內(nèi)容如下：

3.1 工況選擇

（1）鑒于鋼煙囪自身的特殊性，在核算其自重時，要充分考慮其襯里的含水量，按照以往的施工經(jīng)驗，襯里重量按照圖紙重量的1.2 倍考慮，因此鋼煙囪自重為100t+43t×1.2 ≈152t，吊鉤索具自重為13t，所以吊裝重量為165t；

（2）鋼煙囪長度為59.7m，安裝標高為0.3m，地腳螺栓標高為1.2m，考慮到吊裝索具長度和吊鉤限位，選擇77m 主臂，在不卡桿和滿足提升高度的前提下將就位半徑控制在22m 以內(nèi)；

3.2 吊耳設計

鋼煙囪吊裝設置3 對吊耳，其中2 對主吊耳和1 對抬尾吊耳，設計吊耳標高時要考慮以下幾點：

（1）有利于控制撓度，原則上均分L1～L4 的長度，但因提升高度和索具長度限制，達不到均分的程度，但從力學計算角度上考慮，因L1 屬于懸臂梁結(jié)構(gòu)，僅一側(cè)有支點，L3 屬于簡支梁結(jié)構(gòu)，兩側(cè)都有支點，所以即使達不到均分，在索具長度允許的條件下，L3 可略大于L1；

（2）因同一角度的上下兩個主吊耳使用1 根鋼絲繩連接，所以鋼絲繩長度

≥L1+（L1+L2） ；

（3）因同一角度的上下2 個主吊耳使用1根鋼絲繩1 彎2 股連接，同1 根鋼絲繩2 股的長度從鋼煙囪水平至直立過程中發(fā)生變化，因此使用滑輪組平衡長度和受力，為防止鋼煙囪直立后2 股鋼絲繩重疊，設計吊耳方位時，上下2 對吊耳各水平偏出鋼煙囪軸線500mm，水平間距為1000mm，大于滑輪直徑+鋼絲繩直徑×2=520+90×2=700mm；

（4）為減小吊耳處壁板的局部應力，吊耳形式采用“井”字筋的管式吊耳，增大吊耳管規(guī)格為?478×16mm，增加20mm 厚的補強圈，并在吊耳管的0°和180°處對應的壁板內(nèi)側(cè)增加2 圈加強環(huán)梁（20b 槽鋼制作而成）；

（5）為了減小抬尾吊耳處壁板的局部應力，同樣選擇“井”字筋的管式吊耳，設置抬尾吊耳角度時，2 個抬尾吊耳各由水平方位向正上方偏15°，這樣在連接鋼絲繩時，只要鋼絲繩長度滿足，可省略平衡梁；

3.3 索具選擇

主要考慮以下幾點：

（1）平衡梁下方鋼絲繩長度應滿足鋼煙囪可以順利劃過平衡梁的要求；

（2）?90-26m 的鋼絲繩1 彎2 股使用，在鋼煙囪由水平翻轉(zhuǎn)至直立過程中，同一根鋼絲繩的2 股長度發(fā)生變化，使用200 噸級滑輪組平衡鋼絲繩長度，并起到平衡受力的作用；

（3）為便于摘鉤，避免高空作業(yè)，?90-26m的鋼絲繩與主吊耳連接時使用?52-6m 的鋼絲繩1彎2 股過渡，起吊時綁扎麻繩，鋼煙囪就位后落鉤后拉動麻繩便可摘鉤；

4、計算書

4.1 受力分析

將鋼煙囪起吊時的受力形式簡化為一根梁受力，鋼煙囪自重以均布載荷的形式分布在梁上；根據(jù)以往施工經(jīng)驗和吊裝方案的最終計算結(jié)果，起吊時鋼煙囪的最大撓度出現(xiàn)在鋼煙囪頂部，因此僅以A 點為例進行撓度計算，其余部分省略。

首先將A-2 段分解為懸臂梁（A-1 段）和簡支梁（1-2 段）其力學模型如下：

梁1-2 段相當于左端受到力偶M1（等于q1×170002/2）和豎直載荷（等于q1×17000）并且承受均布載荷的簡支梁。

4.2 撓度校核

A 點的撓度由兩部分組成：

（1）梁A-1 段自重引起的撓度δ1；

（2）梁A-1 段和梁1-2 段在1 點旋轉(zhuǎn)引起的δ2；

通過撓曲線方程求得A 點的總撓度=δ1+δ2=-8.6-4.2=-12.8mm

最大撓度出現(xiàn)在鋼煙囪頂端A 點，為-12.8mm， 與 外 伸 長 度17000mm 比值為0.075%， 遠小于外伸長度的1/250（17000/250=68mm），根據(jù)以往施工經(jīng)驗，此撓度變形對襯里無影響。

5、附圖