脫丁二醇塔設備特點及吊裝方法

高紅兵

神華工程技術有限公司 北京 102209

1 脫丁二醇塔的基本情況

1.1 裝置及設備情況

神華榆林能源化工有限公司40 萬t/ a 合成氣制乙二醇裝置脫丁二醇塔是該裝置內的最大設備，現以該設備為例說明脫丁二醇塔的特點及吊裝方法。

項目現場位于陜西省榆林市神木縣大保當鎮清水溝村附近、榆神工業區清水煤化學工業園北區，乙二醇裝置位于整個廠區的西側，其北側為酸性氣體脫除裝置和甲醇裝置，南側為SSMTO 烯烴分離裝置，西側為全廠罐區，東側為動力中心。

本裝置為新建裝置，采用上海浦景化工技術股份有限公司提供的合成氣制乙二醇工藝包技術，乙二醇生產規模為40 萬t/ a，包括生產裝置、配套公用工程和輔助設施。其中主要生產設施包括酯化單元、羰化單元、加氫單元、碳酸酯單元、精制單元、尾氣處理單元、冷凍站、中間罐區、四氧化二氮罐區、裝置變電所及機柜間等。

脫丁二醇塔為關鍵設備。設備直徑DN7500mm，塔釜直徑DN5600mm，切線高度72400mm，為負壓操作的塔設備。 設計溫度：200℃， 設計壓力：0.35/ - 0.1MPa。設備材質為復合板S30408+Q345R，設備內部共裝填有9 段孔板波紋規整填料，填料材質為S30403。

設備采用裙座支撐，設備上部為橢圓封頭型式，塔釜直徑較小，設置在裙座內部，塔釜與設備筒體采用上下帶折邊的錐形過渡段連接。

殼體包括上部橢圓封頭、中間筒體（圓筒，壁厚由上到下分別為4+28、4+50、4+30、4+32）、錐殼、塔釜筒體和塔釜封頭等。

1.2 工藝路線

本裝置采用非石油工藝技術路線，以上游裝置提供的合格一氧化碳、氫氣和氧氣為原料，經酯化- 羰化的循環工藝生產出草酸二甲酯（DMO）和高附加值的副產物碳酸二甲酯（DMC），再對DMO 經加氫得到乙二醇、甲醇、乙醇和水等的混合物，最后通過精餾得到乙二醇產品。

脫丁二醇塔位于精制單元，主要將粗EG 產品通過精餾分別獲得優等品EG、一等品EG 和合格品EG 產品。

脫丁二醇塔的功能是脫除粗乙二醇中的丁二醇和其他一些微量酯類，塔頂得到含有丁二醇的產品送至乙二醇回收塔回收其中的乙二醇，塔釜的粗乙二醇經泵送至精制塔（1520- C- 5005）。

1.3 設備制造及運輸特點

脫丁二醇塔直徑為7500mm，外形尺寸和質量都比較大，這對設備的加工、運輸帶來一定的困難，在項目前期需要調研脫丁二醇塔的制造、加工能力、運輸方案。同時，還要考慮設備的制作周期，以免對工程進度造成影響。

由于裝置工廠地處西北地區，涉及長距離的內陸運輸，運輸限制尺寸和承載能力，這對設備的外形、重量有比較大的影響。依據現場運輸限制條件，本裝置中部分設備需要考慮分段運輸，由制造廠進行現場組焊、檢驗和試壓，以保證設備的安全。因此需要盡早確定供貨商并對沿線鐵路和公路做好深入調研工作，為工程設計和制造單位提供正確詳細的運輸限界做好準備，保證項目的順利進行。

脫丁二醇塔等設備為超運輸限制，需在制造廠完成筒體等部件的預制后，分片或分段運至項目現場；然后在項目指定場地完成設備的分段組焊、安裝部分內件后，分兩段運輸至現場安裝位置；在安裝位置完成兩段筒體的合攏；氣壓試驗合格后，安裝梯子平臺、保溫及附塔管線等，才能達到設備整體吊裝的條件。

為保證設備的制造及安裝質量，減少高空作業，本項目的大型設備吊裝全部采取整體吊裝方案，在地面臥式狀態下完成所有附屬部件的安裝，做到塔起燈亮。

2 吊裝方案概述

在只考慮設備本身重量及安裝位置的情況下，脫丁二醇塔可以采用1250t 吊車分段吊裝。以1250t 的吊車作為主吊車，在設備附件安裝完整的情況下，可以滿足設備分兩段吊裝的要求。整體吊裝時，設備吊裝重量達到850t，需要采用3200t 級以上的吊車進行吊裝。

綜合各種因素，設備整體吊裝采用“抬吊遞送法”工藝。即采用1 臺3200t 以上的履帶式起重機作為主吊車，1 臺650t 履帶式起重機作為抬尾吊車，由抬尾吊車向前遞送配合主吊車完成設備從臥置狀態到直立狀態，然后由主吊車單機吊裝設備就位。

在項目吊裝策劃初期，對該設備的吊裝進行了詳盡的分析，設備的工作壓力為0.079MPa，因壓力低，設備上部筒體壁厚28mm。按照整體吊裝對設備進行局部應力計算后，發現設備的局部應力超標。為滿足整體吊裝的要求，需要對主吊耳處的筒體進行加厚，將局部應力限制在允許范圍內。經計算，在吊耳標高77900mm 處，筒體上下各2500mm 范圍由28mm 加厚到50mm。

（1) 編制設備吊裝變更方案的基本原則：安全可靠；經濟適用；技術合理、先進。

（2）設備吊裝方法和設備運至現場基本要求：脫丁二醇塔采用雙吊車抬送法吊裝就位；設備由場外組焊廠組焊為兩段，將部分超大內件提前安裝到設備內部；臥式狀態運輸至現場吊裝位置組焊完成最后一道焊縫時，主吊耳呈水平狀態，抬尾吊耳位于正上方。

（3）有關設備吊點的規定：吊耳由神華工程技術公司安徽設計院設計，設備主吊耳設計為直徑1400mm 的管軸式吊耳，尾吊設計為4 個平行的板式吊耳，尾耳對應裙座內部需要加支撐，滿足裙座底座環部分的穩定性要求。吊耳的布置滿足吊裝過程中設備整體應力和局部應力的要求。吊耳的制作、焊接由該設備制造廠家負責，在組焊廠焊接完成。吊耳焊縫須進行磁粉或著色，并提供焊縫檢測報告，隨設備一起抵達現場。設備運輸至現場后，項目部對其進行檢查、確認，并填寫吊耳檢查確認表。

（4）根據設備吊裝重量、吊裝高度、現場具體條件及工期要求，結合現有的吊裝設備情況，經相關人員對現場進行勘測及技術論證，脫丁二醇塔采用CC8800- 1 TWIN 型3200t 吊車作為主吊車完成設備的整體吊裝。

（5）為保證設備順利吊裝就位，要求吊車站位及吊裝掃空范圍內無障礙物，周圍影響吊裝的結構及基礎預留。

3 設備吊裝方法及工藝參數

3.1 到貨狀態及運輸要求

到貨狀態：分兩段到貨，下段長度為44000mm,上段長度41800mm，設備總長度85800mm。完成設備組焊、氣壓試驗后，進行梯子平臺、設備保溫、附塔管線（最大附塔管線公稱直徑2400mm）等所有附件的安裝（影響吊裝的部分頂平臺除外）后，整體交貨。

運輸要求：因在現場滾胎上進行最終合口，合口前可以旋轉設備方位，對運輸時設備方位無要求；在設備制造完成后，旋轉至正確的角度（主吊耳水平，抬尾吊耳在上）。

3.2 吊裝工藝方法

采用雙吊車抬送法吊裝脫丁二醇塔。以3200t 履帶吊車作為主吊車提升脫丁二醇塔主吊耳（標高77900mm）處，650t 履帶吊車抬送設備尾部4 個板式吊耳，將脫丁二醇塔從水平狀態吊到垂直狀態。

3.3 吊裝過程

（1）3200t 吊車和650t 吊車進場站位：3200t 吊車SSL/ LSL 工況，123m 主臂，選用1350t 級吊鉤；650t吊車SHB 工況，48m 主臂，選用650t 級吊鉤；

（2）3200t 吊車按照方案要求站位并系掛吊裝索具吊裝，起吊半徑31m，超起配重32m/ 1740t；

（3）650t 吊車按照方案要求站位并系掛吊耳索具，作業半徑12m，超起配重12m/ 200t；

（4）進行吊裝前安全檢查及情況確認，確認無誤后，開始吊裝；

（5）兩吊車同時起鉤，設備吊離鞍座200mm 時停止起吊，使設備在這種狀態下停滯5min，觀察無異常后，繼續吊裝；

（6）650t 吊車向前行走，3200t 吊車半徑逐步調整為34m；

（7）650t 吊車繼續向前行走，配合3200t 吊車起鉤，直至設備直立，摘除抬尾索具；

（8）3200t 吊車保持作業半徑不變（34m），此時吊車負荷率達到90.7%，超起配重可以離地，順時針旋轉25°至基礎正上方；

（9）3200t 吊車緩慢落鉤，在地面將設備吊裝就位；

（10）待設備找正后3200t 吊車摘鉤，完成脫丁二醇塔吊裝。

4 吊裝平面布置及作業場地處理要求

4.1 對吊裝作業場地處理要求

據詳勘資料，地坪地基承載力達到13 t/ m2以上。3200t 履帶吊吊裝區域，需根據場地撓動情況進行分層處理。3200t 履帶吊車吊裝脫丁二醇塔時對地壓力為21.8 t/ m2，大于原始地基承載力, 所以3200t 履帶吊車站位及行走區域需要進行地基處理。地基處理時按22 t/ m2施工。650t 吊車對地壓力為11.08t/ m2，小于原始地基承載力13t/ m2，場地平整后鋪路基箱即可滿足要求。

4.2 3200t 履帶吊站位地基承載力計算

3200t 履帶吊車自重約4192t、設備重量870t、吊鉤索具150t，合計5212t。不均衡系數1.5，路基箱面積358m2。地基受力（F）計算見式（1）。

F=1.5×（4192+870+150）=7818t （1）

3200t 履帶吊車履帶尺度：17.8m×16m，吊車對地壓力為路基箱對地壓力，每條履帶下按照壓8 塊路基箱計算，路基箱尺寸：8m×2.8m×0.5m，每塊重14.5t，則吊裝時路基板對地面的壓強（P）計算式見式（2）。

21.8＞13 t/ m2，故需要對吊裝站位地基進行處理，以滿足吊裝要求。

5 設備運輸

由于現場處中國內陸，涉及到長距離的內陸運輸，運輸限制尺寸和承載能力，對設備的外型、重量有著很大的影響。依據現場運輸限制條件，設備需要考慮現場部分制作工作，或分段運輸，現場焊為一體。因設備直徑達到7500mm,無法進行長途陸路運輸，所以確定在現場北面停車場處完成設備分段制造，然后分兩段運輸至安裝現場。設備運輸路線選擇裝置南側的道路進入現場。

6 吊裝設計計算

脫丁二醇塔的吊耳采用常規設計模式，主吊耳采用管軸式吊耳，抬尾吊耳采用板孔式吊耳。這里以主吊耳為例進行強度校核。

6.1 主吊耳的強度校核

根據主吊耳的設計圖，進行吊耳的安全校核。吊耳管φ1400×40，里面加井字筋板。吊耳管及井字筋板的厚度都為40mm。為安全起見，只計算吊耳管部分，忽略筋板的作用。計算公式見式(3)—（6）。

σ=77.72MPa≤345/ 1.6=215 MPa,所以主吊耳滿足要求。

［σ］＝σS／1.6

式中：M——管軸根部彎矩；

φ——折減系數，表示管軸內筋板與管軸不能全焊的影響，0.8；

WX——吊耳管軸關于X 軸的抗彎截面模數；

σu——吊耳彎曲應力；

σ1——吊耳軸向應力；

τ——吊耳名義剪應力；

α——吊裝鋼絲繩與豎直線的偏角，3°；

P=870/ 2×1.35×1000×9.84=5.76×106N，為每個吊耳最大豎直方向受力。

6.2 主吊耳與筒壁接觸處局部應力計算

根據受力條件，用SW6- 2011 計算主吊耳與筒臂接觸處的局部應力。因立式狀態比臥式狀態時受力大，這里只選取最終就位狀態進行計算,忽略復合層，只計算基層部分。因按照設備初始厚度設計，局部應力超標，所以將主吊耳處設備筒體加厚到50mm,根據調整后的壁厚計算局部應力。

經計算，得出如下結果：吊耳與筒體連接處最大表面應力為176.7MPa，最大膜應力為59.4MPa,均小于許用表面應力（555MPa）。補強圈邊緣最大表面應力為140.1MPa，最大膜應力為60.2MPa,分別小于許用表面應力（555MPa)和許用膜應力（276.5MPa)。根據應力計算結果，局部應力滿足要求。

6.3 起重機負荷計算

設備重量以及主、副起重機起吊時承載設備重量分別為G、F1、F2。根據計算，脫丁二醇塔重心位置和主、副吊點位置如圖1 所示。

圖1 脫丁二醇塔重心位置和主、副吊點位置示意圖

設備起吊時，F1+F2=G=870，則得：F1=870t- F2

依據力矩平衡原理：35267×F1=42338×F2

即：35267×（870- F2）=42338×F2

解得：F1=475t

F2=395t

設備直立過程中，主起重機受力增大，抬尾起重機受力減小。設備直立后，重量由主吊車全部承擔。

6.4 主吊起重機負荷計算

主吊起重機選用3200t 履帶式起重機，根據選擇的工況，此起重機的額定吊裝能力為1124t。

主吊起重機最大載重為設備重量、吊鉤重量、索具和平衡梁重量的總和，即870+120t＋30t＝1020t。

所以，主吊起重機負荷率為1020/ 1124=90.7%，符合要求。

6.5 抬尾起重機負荷計算

抬尾起重機選用650t 履帶式起重機，根據選擇的工況，此起重機的額定吊裝能力為496t, 吊車受力最大在起始吊裝狀態，此時抬尾起重機受力最大值為417t。

抬尾起重機最大受力為抬尾起重機承載設備重量、吊鉤重量和索具重量的總和，即395+16+6=417t。

所以，抬尾起重機負荷率為417/ 496=84.1%，符合要求。

6.6 設備吊裝過程的整體應力校核

根據設備重心、主輔吊點位置，以及各部分均布載荷大小（將設備重量的各個組成部分看成均布載荷），通過數據迭代，求出設備起吊時不同標高的應力，結果如圖2 所示。

圖2 脫丁二醇塔吊裝過程中不同標高處的設備彎曲應力

設備的許用應力按照GB150 確定。根據GB150- 1，4.4.5 a)計算A 值，見式（11）。

根據GB150- 3，4.3.2.2，查表4- 4，得到許用應力[σ]=92MPa，大于設備最大彎曲應力（67MPa），滿足要求。

7 結語

確定脫丁二醇塔的吊裝方案是采用分段吊裝還是整體吊裝，不能僅考慮脫丁二醇塔本身，必須結合整個裝置和整個項目的情況綜合考慮。制定方案時不僅要考慮吊裝技術問題，還要從工期、質量、安全、成本和現場設備布置等多個方面綜合考慮。設備運輸及制造周期的不確定性，是制定方案時必須考慮的因素。從經濟性和技術可行性綜合考慮，從可選方案中選出最優的方案。方案實施過程中，還要根據情況的變化不斷調整、優化方案。對于與煤制甲醇同期建設的乙二醇項目，脫丁二醇塔的吊裝方案除了考慮設備自身情況外，還要兼顧氣化爐、（未）變換氣吸收塔等設備的吊裝。