一種撬裝裝置大型設備檢修吊裝工裝的設計

王歡，王禮梅，宋駿，趙元熠，閆韜，付博

（1.中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠，重慶 401120；2.中國石油西南油氣田公司通信與信息技術中心重慶總站，四川 成都 610000）

天然氣工業撬裝裝置具有模塊化、撬裝化、工廠化的優勢，通過三維建模實現裝置的可視化設計與施工，便于工藝管道、設備布置，提高施工質量；同時，裝置撬裝化后，更有利于材料、設備的批量化采購，有效地節約了成本；工藝裝置的“工廠化”減少了現場施工的工作量，減輕工人室外勞動強度，提高施工效率。此外，撬裝裝置具備結構緊湊、節約空間、拆遷方便、便于流動等優勢，在石油天然氣領域中有廣泛的應用前景。但其缺點是維修空間狹小、檢修施工難度大，特別對于橇內大型設備部件的安裝與維修，常用的吊裝設備，如汽車起重機無法作業，通常采用手動葫蘆等起重方法進行施工，導致勞動強度大、安全性差以及效率低下，極不利于人員、設備的安全。因此設計一種橇裝裝置大型設備檢修吊裝工裝結構，解決現存施工難題，提高對橇內大型設備的檢修效率與能力是極為必要的。

1 裝置概況

該天然氣凈化廠硫磺回收單元采用超級克勞斯(SuperClaus )硫磺回收工藝,包括一個熱轉化段，3個克勞斯催化段和1個超級克勞斯段。在正常運行條件下，超級克勞斯硫磺回收裝置的回收效率可達到99.2%以上，熱轉化段的反應如下所示：

其后，廢熱鍋爐移走過程氣部分熱量，將氣相硫冷凝回收。通過以上可見硫磺冷凝器在系統中重要性，該設備采用撬裝結構安裝，工藝布置共3層，其中硫磺冷凝器4臺，位于撬裝的底層（層高6M），固定管板式硫磺冷凝器外形尺寸為2100/2300×12292mm，設備總重量52300kg，前端距橇裝邊緣為870mm，上部被4臺對應布置反應器遮擋，尾端盲板直徑為2590mm，厚度為147mm，單塊重量為6.08T。受撬裝結構的影響，在對設備進行年度檢維修時，無法采用常規的汽車起重機作業。操作人員花費大量時間及精力，采用2個5T手拉葫蘆為主吊，將盲板直接放置于平臺格柵板上，再用1個3T手拉葫蘆往后拉0.5m固定（如圖1、2），存在手拉葫蘆超極限使用情況，安全、進度受到嚴重影響。

圖1 盲板打開方式

1.1 施工過程中存在的問題

（1）盲板無穩定固定點，尾端承重葫蘆為3T，盲板重量超葫蘆最大能力200%，存在重大安全隱患。（2）無設備維護操作空間，捕霧網檢查更換，流體管疏通等無法進行。（3）盲板復位不能上、下、左、右實現微調，本設備密封面臺階間隙為2mm，安裝難度大。（4）盲板自重大，人工吊裝耗費大量時間與體力，不利于快速復工復產。

圖2 盲板固定方式

2 解決辦法

吊裝工裝設計：經測量現場量跨度、計算吊件重量，選定吊梁規格。

計算載荷標準值：Qk=(g+q)×b

式中，g為永久載荷；q為可變載荷；b為簡支梁間距。

載荷設計值：qd=（1.3g+1.5q）×b

最大彎矩：Mmax=1/8qd×b2

截面抗彎模量：W=Mmax/rxf

式中，rx為塑性發展系數；f為抗彎設計值。

根據需求，在該橇裝裝置內硫磺冷凝器盲板正上方安裝對應規格的H型鋼作為軌道，選用市場上已成熟應用的GCL型手拉單軌小車，吊掛安裝在H型鋼下翼緣板上，結合手拉小車，實現設備部件左右、上下平穩移動（如圖3）。軌道采用焊接方式連接，通過力學計算確定軌道補強位置并進行補強，

圖3 手拉小車與軌道安裝圖

采用兩個單軌小車平行起吊，小車設計能力應不小于被吊部件最大重量，從而保證在單邊失穩情況下可安全操作。

（1）軌道力學校核（要求同上）。該硫磺冷凝器端蓋重量為6.08t，擬選材質為Q235的300×200×8×12mm H型鋼作為小車軌道，吊裝時可視為簡支梁受力模型，滑動小車在軌道中點時受力最大。受力分析如下（圖4、5）。

圖4 Q235 型材力學性能

圖5 Q235 H型鋼受力分析

由Q235型材力學性能表與H型鋼受力分析表可知，300×200×8×12mm的H型鋼在中點承受6t重量時強度為68.52N/mm2，小于Q235材質抗壓、抗彎強度215N/mm2（安全系數3.13），能夠滿足該天然氣凈化廠硫磺冷凝器盲板吊裝需求。（2）軌道安裝位置力學校核。軌道與橇裝裝置采用焊接連接，通過ANSYS進行建模分析，得出在部件吊裝移動過程中，軌道兩端與橇主梁連接位置因結構不連續，是整個吊裝工裝受力薄弱點，應進行相應補強（如圖6）。補強板采用與H型鋼翼緣板等厚度（12mm）原則，單邊大于焊接熱影響區尺寸貼焊可保證強度及其穩定性要求。

圖6 軌道補強位置

3 焊接技術要求

焊接采用手工電弧焊，焊接前清除焊縫周圍20㎜范圍內油污、鐵銹等并顯現金屬光澤。擔任工程焊接焊工必須持證并經考核合格，焊接過程中嚴格控制層間溫度≦250℃。焊接完成后焊縫表面不得有裂紋、氣孔、未熔合、未焊透等缺陷并清理焊渣、飛濺等。焊接參數見表1。

表1 焊接參數

4 案例分析

在對硫磺冷凝器檢修時，安裝2臺5T手動葫蘆在單軌小車上，懸掛在設備盲板兩邊吊耳正上方；手動葫蘆稍稍受力，待拆除設備盲板連接螺栓后完全受力；水平移動手拉小車，打開盲板（圖7、8）。待維修結束后回裝時螺孔對位可實現毫米調節。

圖7 設備打開前

圖8 設備打開后

5 結語

通過該吊裝工裝的設計及使用，能夠實現撬裝裝置大型設備部件的吊裝，較現有的施工手段如人工吊裝、大型吊車吊裝等，有更高的經濟性和安全性，降低勞動強度，提高工作效率，在同類型設備檢修中具有推廣意義。