大型立式管板換熱器管束吊裝工藝的創(chuàng)新

譚國(guó)明

（中國(guó)石油大慶石化公司建設(shè)公司，黑龍江大慶163714）

在化工裝置的高處框架內(nèi)，大型立式管板換熱器管束的吊裝更換任務(wù)在檢修中十分普遍，屬于大型非起重機(jī)吊裝作業(yè)。隨著石化工裝置安全性、科學(xué)性要求不斷提高，吊裝作業(yè)更需要數(shù)據(jù)支持。由于空間狹小，高空作業(yè)多，操作難度大，檢修效率很難提高，工期很難提前。為此，經(jīng)過(guò)常年檢修積累經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)此類形式的換熱器管束更換工作制定出1套特有的科學(xué)、高效的吊裝模式。

1 3D模擬現(xiàn)場(chǎng)還原技術(shù)

以往的檢修模式對(duì)檢修設(shè)備以外的因素往往忽略了預(yù)判，延誤甚至打亂施工進(jìn)度。首次采用3D建模技術(shù)對(duì)大型立式管束吊裝模擬吊裝全過(guò)程做出詳細(xì)分析［1］，為提高施工進(jìn)度爭(zhēng)得先機(jī)。

2 吊裝過(guò)程穩(wěn)定性技術(shù)

（1）4同步液壓提升技術(shù)

立式管束的傳統(tǒng)吊裝方法一般是在4個(gè)支點(diǎn)處掛相應(yīng)噸位的手拉葫蘆，由4個(gè)人同時(shí)起升，往往步調(diào)不一致，特別是對(duì)大型設(shè)備，調(diào)整平衡浪費(fèi)很多時(shí)間。采用4同步液壓提升技術(shù)，當(dāng)創(chuàng)造支撐點(diǎn)都處于水平時(shí)，同步吊裝的效果最佳，減少了施工成本，同時(shí)大大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)［2］。

（2）創(chuàng)新制作穩(wěn)定性抱箍卡具工裝

針對(duì)大型立式管束垂直吊裝，為避免失穩(wěn)傾斜，在管板中后部位設(shè)置臨時(shí)抱箍，根據(jù)管板尾部大小、總體長(zhǎng)度的不同，采用鋼板滾弧的形式制作成卡具，用多組螺栓連接組成，在根據(jù)抱箍上具體位置以管束整體為中心軸在抱箍對(duì)稱位置焊接2個(gè)管軸式吊耳，同時(shí)將抱箍與管板法蘭用拉桿連接，最后配合管束水平放倒。

3 吊裝過(guò)程安全性技術(shù)

在該次吊裝過(guò)程中，還原現(xiàn)場(chǎng)很多部位作為吊裝支撐點(diǎn)，無(wú)法達(dá)到整體均衡受力。因此，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改造，為確保受力均勻焊接制作支撐部件，整體支撐力得到滿足。但局部受力增加了風(fēng)險(xiǎn)因素，同時(shí)焊接結(jié)構(gòu)件也存在風(fēng)險(xiǎn)。所以各個(gè)受力點(diǎn)的應(yīng)力承載能力是此次安全吊裝過(guò)程中的重中之重。為此采用技術(shù)成熟的有限元分析對(duì)各部位受力情況進(jìn)行具體分析。

采用ANSYS軟件，建立各個(gè)關(guān)鍵部件有限元模型，網(wǎng)絡(luò)劃分采用3維實(shí)體單元［3］。所列位移矩陣見式（1）：

式中δ—節(jié)點(diǎn)位移，mm；ui、vi、wi—3維微節(jié)點(diǎn)，mm；T—矩陣列數(shù)。

單元等效節(jié)點(diǎn)力列陣見式（2）：

式中F—節(jié)點(diǎn)力，N；Ui、Vi、Wi—微單元體積，mm3；T—矩陣列數(shù)。

（1）離散與位移

利用彈性體的離散化和單元節(jié)點(diǎn)的位移進(jìn)行分析，其中位移函數(shù)是有限元分析的關(guān)鍵步驟。為此得出矩陣公式（3）：

式中f—位移函數(shù)；u、v、w—微單元節(jié)點(diǎn)位置，mm；N—微單元總和；T—矩陣列數(shù)。

（2）單元的應(yīng)變和應(yīng)力

將位移函數(shù)帶入幾何方程，可得到單元的應(yīng)變和節(jié)點(diǎn)位移關(guān)系式：ε=Nδe，上述公式代入物理方程，相應(yīng)的關(guān)系見式（4）：

式中σ—節(jié)點(diǎn)應(yīng)力，N；D—微單元徑向量，mm；B—微單元緯向量，mm；S—微單元面積，mm2。

（3）單元?jiǎng)偠染仃?/p>

將式（1）和式（2）代入虛功方程，得到單元?jiǎng)偠确匠虨椋篎e=Keδe

空間問(wèn)題的單元?jiǎng)偠染仃囈娛剑?）：

式中dx、dy、dz—3維度的微變量，mm。

（4）單元等效節(jié)點(diǎn)力

單元?jiǎng)偠确匠讨袉卧刃Ч?jié)點(diǎn)力按虛功效原則移置到節(jié)點(diǎn)上的力，單位等效節(jié)點(diǎn)力見式（6）：

式中F—節(jié)點(diǎn)力，N；P—節(jié)點(diǎn)虛功，N·mm；q—等效節(jié)點(diǎn)功，N·mm。

（5）整體剛度矩陣

求得單元?jiǎng)偠染仃嚭蛦卧刃ЫY(jié)點(diǎn)力列陣后，求出平衡方程。采用有限元理論，在ANSYS中施加載荷和約束，分析部件應(yīng)力，進(jìn)行強(qiáng)度校核［4］。

4 設(shè)備輸送的精準(zhǔn)技術(shù)

為確保大型管束從狹小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)輸送，首次設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)尾排牽引式軌道小車技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備法蘭口的尺寸設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)尾排鞍座，鋪設(shè)鋼板布置軌道及小車。提前測(cè)算出運(yùn)輸承載力及牽引拉力［5］。

（1）滑車組計(jì)算：先根據(jù)外取熱器管束重量；平板車重量及自制殼體鞍座重量；計(jì)算出滾動(dòng)體總重量Q，再根據(jù)滾桿與底排子之間滾動(dòng)摩擦系數(shù)μ=0.04（木材與鋼滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.03～0.04）計(jì)算出牽引力N。因牽引力與溜尾力相等，方向相反，牽引及溜尾選用合適的滑車各1組，用相應(yīng)卷?yè)P(yáng)機(jī)各1臺(tái)，導(dǎo)向單板滑車。

（2）跑繩拉力P的計(jì)算：

式中P—跑繩拉力，t；Q—計(jì)算載荷，t；n—工作繩數(shù)；f—滑車阻力系數(shù)，所使用的滑車均為青銅套f=1.04；K—導(dǎo)向滑車的個(gè)數(shù)。

（3）導(dǎo)向滑車的計(jì)算

式中Qn—導(dǎo)向滑車載荷，t；K—導(dǎo)向角度系數(shù)，最大時(shí)取2.0。

（4）跑繩長(zhǎng)度計(jì)算

式中L—鋼絲繩長(zhǎng)度，m；d—滑輪直徑，m；s—定滑車至卷?yè)P(yáng)機(jī)的距離，m；n—工作繩數(shù)；h—提升高度，m。故卷?yè)P(yáng)機(jī)的選擇要滿足跑繩長(zhǎng)度要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

此類技術(shù)可以確保吊裝過(guò)程的設(shè)備及人員安全，提高工作效率，節(jié)省成本，為提前投入生產(chǎn)爭(zhēng)取時(shí)間。針對(duì)外取熱器管束吊裝更換創(chuàng)新技術(shù)，將此類吊裝形式從理論上的模擬實(shí)驗(yàn)到實(shí)踐操作應(yīng)用均得到證實(shí)與肯定，為科學(xué)化，高效化的施工模式奠定了基礎(chǔ)，因此此項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新均值得石化行業(yè)及其它企業(yè)借鑒推廣。