關于化工工程大型塔器設備吊耳設計的改進工藝

李 寧

中石化重型起重運輸工程有限責任公司 北京 100029

大型塔類設備吊耳設計是吊裝工程中的重要工藝，對吊裝施工的成敗具有決定性作用。目前關于塔類吊耳設計的規范基本依據《化工設備吊耳設計選用規范》（HGT21574- 2018）和《石油化工工程起重施工規范》（SHT3536- 2011），但均只有選型，且最大噸級只有300t級，不能滿足現在多種類、各種尺寸設備的需求，也不能滿足千噸級超大型模塊化設備吊裝的需求，且沒有相應的設計流程，沒有統一規范，造成各單位吊耳設計結構形式和模板不盡相同，給現場施工帶來很多不便。隨著近年來大型設備吊裝“一體化”不斷推廣，越來越多大型設備的吊耳設計由大型設備吊裝總承包方設計，以上問題已經在合同歸口方面明確約定，而且得到業主、監理、制造廠、運輸單位和設計單位的廣泛認可。吊耳設計屬于施工前的設計階段，需要完成設計出圖后，再發送至制造廠進行制造，而吊耳設計又涉及諸多單位，其專業性、復雜性不言而喻。如何保證吊耳設計快速高效地繪制完成，保證依法合規的發布制造，以及后續吊裝過程的安全可靠，實現吊耳設計的簡單、高效、安全、實用，這一系列問題成為當今吊裝工程中的技術難題，亟待解決。

1 吊耳的設計條件

吊耳設計需要提供前期資料，其中包括設備工程圖（簽字版）、管口方位圖（簽字版）、梯子平臺圖（簽字版）、排板圖（簽字版）、內部外部預焊件圖（簽字版）、管線支架圖（簽字版）和單線圖（簽字版）等。理論上，吊耳設計需要提供上述全部圖紙方可進行設計，以保證設計出的吊耳考慮到所有干涉因素，確保吊裝安全。

但實際工作中，吊耳設計處于設備采購之前，設計階段往往只有設備工程圖（簽字版）和管口方位圖（簽字版），需要提前設計出結構尺寸，出圖發送至制造廠家進行備料。因此，吊耳設計的條件可在上述兩圖提供后，進行簽字出圖和發送，后續再根據補充圖紙進行相應調整。

2 吊耳的設計步驟

吊耳設計不僅是選型，而且包括吊裝方案比對、設備強度校核、設備結構預留和溜尾吊耳形式配對等問題。為保證吊耳設計高效、準確，應遵循以下步驟：

（1）查閱大型設備工程圖，了解設備的重量、名稱、位號、直徑、壁厚、高度、材質、保溫厚度、加強圈高度，以及是否需要熱處理等參數。

（2）根據設備工程圖繪制設備外形圖，其中設備總高、直徑、壁厚、裙座尺寸等重要尺寸必須繪制。

（3）根據設備重量選擇相應等級管式吊耳能級及形式。

（4）根據設備的直徑大小，校核設備局部強度應力。如所選能級不滿足要求，則采用更換吊耳能級、加大補強圈、加厚設備筒壁、更換設備筒壁、加強設備筒壁等方法進行加強，直至局部強度應力通過。

（5）根據設備長細比，校核設備整體彎曲強度。如不合格，可通過調整吊耳高度來解決。并根據吊裝方案選用索具，調整吊耳容繩量。

（6）根據工程圖、管口方位圖、梯子平臺圖和管線圖等選定吊耳方位。

（7）根據管口伸出長度、保溫圈、加強圈等的尺寸，修改主吊耳內擋圈伸出長度。

（8）根據裙座形式選擇相應溜尾板式吊耳能級及形式。

（9）根據裙座形式選擇相應設備支撐結構及形式。

（10）根據吊裝選用卸扣和裙座尺寸，確定溜尾吊耳伸出長度和溜尾吊耳間距。

（11）根據設備材料，確定管式吊耳和板式吊耳材質。

（12）對吊耳圖紙進行標注。

（13）匯總注意事項。

（14）設計完成、出圖。

3 吊耳的設計類型

隨著模塊化吊裝成為工程建設的必備模式，管式吊耳形式一般采用外擋板和內擋板的結構形式。在此基礎上，因設備的規格尺寸不同，也存在各種差異，匯總類型及使用范圍如下：

（1）管式吊耳圓形墊板型，適用于一般設備；

（2）管式吊耳方形墊板型，適用于筒壁板環焊縫間距較小的設備；

（3）吊耳局部弓型鋼加強型，適用于設備壁厚不能加厚，局部應力大的設備；

（4）加厚段管式吊耳型，適用于壁厚較小、局部應力大的設備；

（5）溜尾吊耳三角支撐型，適用于裙座下方有管線和/ 或管口的設備；

（6）雙溜尾板式吊耳型，屬于一般設備，應用廣泛；

（7）單溜尾板式吊耳型，適用于較小噸級設備。

為便于設計、校核及后期修改，將主吊耳和溜尾吊耳繪制在一張圖上，從而清晰地表達吊耳結構、方位及局部要求。

4 吊耳設計注意事項

隨著工程建設不斷發展，吊耳設計工作涉及越來越多的合作單位，包括設計單位、建設單位、制造廠、施工單位和運輸單位等。因而吊耳設計需得考慮諸多影響因素，獲得多方認可，注意事項如下：

（1）由于吊耳設計屬于設備制造前期工作，且大多情況下設備圖紙尚不完整，故吊裝單位進行設計出圖后，后續需進行各類技術對接，原則上只出圖1 版，后續通過設計變更聯系單形式進行調整、優化。

（2）所有吊耳設計數據均體現在1 張圖紙上，以便于設計單位、制造廠、業主或運輸單位查閱，也便于后續優化、修改。

（3）根據目前工程項目特點，吊耳設計責任歸屬于吊裝施工單位，設計單位、建設單位等均屬于配合單位。在圖紙齊全的情況下，最終設計責任屬于吊裝施工單位；圖紙不全時，視情況追究相關單位責任。

（4）“長細比”大的設備，通過調整吊耳的上下位置，滿足設備彎曲強度，控制設備撓度。

（5）大直徑薄壁設備，通過加大吊耳尺寸、護板尺寸，或增設加厚段、加強圈等方式，對吊耳處設備局部強度進行加強。

（6）管式吊耳的內擋圈伸出長度需根據吊耳強度、保溫圈、加強圈，以及無法避開的其他結構，注意考慮礙事加強圈時，需考慮加強圈+ 保溫層厚度。

（7） 根據《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81- 2011），“塞焊焊縫的最小中心間隔應為孔徑的4倍，槽焊焊縫的縱向最小間距應為槽孔長度的2 倍，垂直于槽孔長度方向的兩排槽孔的最小間距應為槽孔寬度的4 倍；塞焊孔的最小直徑不得小于開孔板厚度加8mm，最大直徑應為最小直徑值加3mm，或為開孔件厚度的2.25倍，并取兩值中較大者。槽孔長度不應超過開孔件厚度的10 倍，最小及最大槽寬規定與塞焊孔的最小及最大孔徑規定相同”。如護板尺寸過大，間距過大，則適當增加加強筋板數量和塞焊孔數量。

（8）內擋圈和外擋圈距需要進行倒圓處理，避免放置吊裝過程中鋼絲繩與擋圈外側接觸時，鋼絲繩發生切割、斷絲現象。

（9）管式吊耳的容繩量必須考慮吊裝方案所選用索具的尺寸和方法，適當增加容繩量，避免吊裝時鋼絲繩與內、外擋圈發生磨損。

（10）內外擋圈高度應大于鋼絲繩直徑一半，小于等于鋼絲繩直徑。

（11）管式吊耳方位主要考慮設備從水平過渡至垂直狀態時，鋼絲繩翻轉劃過軌跡，避免與吊耳上方管口、吊裝等現場不可切割部件相碰。對于梯子、平臺、管線、管支架和預焊件等現場可切割部件，可以綜合考慮，必要時為保證吊裝安全在現場切除。

（12）為便于備料，吊耳材料零部件可保證統一厚度。

（13）管式吊耳總伸出長度指設備筒壁弧度最外側邊緣，吊耳設計圖完成之后需對其尺寸進行標注、明確。

（14）為便于焊接制造，溜尾吊耳位置需設置在設備螺栓孔間距中間。

（15）溜尾吊耳間距需進行核算，要求滿足相應能級卸扣安裝富余量。

（16）溜尾吊耳伸出裙座長度需進行核算，保證卸扣安裝富余量。

（17）設備出廠前，要保證主吊耳水平、溜尾吊耳豎直向上。

（18）對于熱處理設備，吊耳焊接需在熱處理之前進行。

（19）管式吊耳管軸不允許與設備縱、環焊縫相交；護板盡量避開設備縱、環焊縫。如確實躲避不開，可將縱、環焊縫磨平后，再將護板施焊。

5 吊耳的校核

塔類設備吊耳校核一般分為管式吊耳校核、板式吊耳校核、設備撓度校核和設備局部強度校核。

其中管式吊耳和板式吊耳的強度校核屬于常規、通用校核，參考材料力學中的第四強度理論。吊耳局部校核一般采用SW6 軟件或WRC297 理論進行。

6 管式吊耳現場施工的對接流程

為保證吊耳設計正常對接，根據目前大型設備吊裝工程特點，明確吊耳設計各方責任，吊耳設計對接流程如圖1 所示。

圖1 吊耳設計流程圖

7 結語

如今大型設備吊裝工程廣受關注，吊裝工藝也愈發規范。但吊裝規劃圖、預留圖、平立面圖、地基處理圖、吊耳設計圖和設備卸船圖等均需要根據實際情況進行策劃設計，故大型設備吊裝工程“邊設計、邊施工”的情況非常普遍。吊耳設計作為吊裝工程的重要設計工作，屬于吊裝工程項目成立后的首要技術問題，如能在前期將吊耳設計集中、準確、全部設計完成，不僅解決了一個吊裝技術難題，而且給后續的吊裝工作節省很大精力，為保證大型設備吊裝成功奠定重要的基礎。

由于早期大型設備模塊化吊裝并不明確，且大型設備不多，設計單位和制造單位對吊耳設計沒有形成一套具體的設計流程，吊耳設計基本上由吊裝單位牽頭推動，因此目前很多設計院、制造廠或一些社會組織對吊耳設計概念非常模糊。為更好體現吊裝服務安裝的工程建設理念，盡可能根據實際吊裝索具、機械和吊裝工藝，設計出切實可行的吊耳。通過明確吊耳設計流程，簡化吊耳設計模板，使大型塔類設備的吊耳具有簡單、準確、可靠、實用、節約的特點。

以上闡述的吊耳設計改進工藝已經在浙江石化4000萬t/ a 煉化一體化項目和中化泉州100 萬t/ a 乙烯及煉油改擴建項目成功應用，得到了業主、監理、設計院、制造廠、安裝單位及運輸單位的一致認可，具有很強的指導意義，值得推廣應用。