脫丁二醇塔設(shè)備特點(diǎn)及吊裝方法

高紅兵

神華工程技術(shù)有限公司 北京 102209

1 脫丁二醇塔的基本情況

1.1 裝置及設(shè)備情況

神華榆林能源化工有限公司40 萬(wàn)t/ a 合成氣制乙二醇裝置脫丁二醇塔是該裝置內(nèi)的最大設(shè)備，現(xiàn)以該設(shè)備為例說(shuō)明脫丁二醇塔的特點(diǎn)及吊裝方法。

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)位于陜西省榆林市神木縣大保當(dāng)鎮(zhèn)清水溝村附近、榆神工業(yè)區(qū)清水煤化學(xué)工業(yè)園北區(qū)，乙二醇裝置位于整個(gè)廠區(qū)的西側(cè)，其北側(cè)為酸性氣體脫除裝置和甲醇裝置，南側(cè)為SSMTO 烯烴分離裝置，西側(cè)為全廠罐區(qū)，東側(cè)為動(dòng)力中心。

本裝置為新建裝置，采用上海浦景化工技術(shù)股份有限公司提供的合成氣制乙二醇工藝包技術(shù)，乙二醇生產(chǎn)規(guī)模為40 萬(wàn)t/ a，包括生產(chǎn)裝置、配套公用工程和輔助設(shè)施。其中主要生產(chǎn)設(shè)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(qū)、四氧化二氮罐區(qū)、裝置變電所及機(jī)柜間等。

脫丁二醇塔為關(guān)鍵設(shè)備。設(shè)備直徑DN7500mm，塔釜直徑DN5600mm，切線高度72400mm，為負(fù)壓操作的塔設(shè)備。 設(shè)計(jì)溫度：200℃， 設(shè)計(jì)壓力：0.35/ - 0.1MPa。設(shè)備材質(zhì)為復(fù)合板S30408+Q345R，設(shè)備內(nèi)部共裝填有9 段孔板波紋規(guī)整填料，填料材質(zhì)為S30403。

設(shè)備采用裙座支撐，設(shè)備上部為橢圓封頭型式，塔釜直徑較小，設(shè)置在裙座內(nèi)部，塔釜與設(shè)備筒體采用上下帶折邊的錐形過(guò)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(shù)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(jīng)酯化- 羰化的循環(huán)工藝生產(chǎn)出草酸二甲酯（DMO）和高附加值的副產(chǎn)物碳酸二甲酯（DMC），再對(duì)DMO 經(jīng)加氫得到乙二醇、甲醇、乙醇和水等的混合物，最后通過(guò)精餾得到乙二醇產(chǎn)品。

脫丁二醇塔位于精制單元，主要將粗EG 產(chǎn)品通過(guò)精餾分別獲得優(yōu)等品EG、一等品EG 和合格品EG 產(chǎn)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?shù)玫胶卸《嫉漠a(chǎn)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(jīng)泵送至精制塔（1520- C- 5005）。

1.3 設(shè)備制造及運(yùn)輸特點(diǎn)

脫丁二醇塔直徑為7500mm，外形尺寸和質(zhì)量都比較大，這對(duì)設(shè)備的加工、運(yùn)輸帶來(lái)一定的困難，在項(xiàng)目前期需要調(diào)研脫丁二醇塔的制造、加工能力、運(yùn)輸方案。同時(shí)，還要考慮設(shè)備的制作周期，以免對(duì)工程進(jìn)度造成影響。

由于裝置工廠地處西北地區(qū)，涉及長(zhǎng)距離的內(nèi)陸運(yùn)輸，運(yùn)輸限制尺寸和承載能力，這對(duì)設(shè)備的外形、重量有比較大的影響。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸限制條件，本裝置中部分設(shè)備需要考慮分段運(yùn)輸，由制造廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組焊、檢驗(yàn)和試壓，以保證設(shè)備的安全。因此需要盡早確定供貨商并對(duì)沿線鐵路和公路做好深入調(diào)研工作，為工程設(shè)計(jì)和制造單位提供正確詳細(xì)的運(yùn)輸限界做好準(zhǔn)備，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

脫丁二醇塔等設(shè)備為超運(yùn)輸限制，需在制造廠完成筒體等部件的預(yù)制后，分片或分段運(yùn)至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)；然后在項(xiàng)目指定場(chǎng)地完成設(shè)備的分段組焊、安裝部分內(nèi)件后，分兩段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝位置；在安裝位置完成兩段筒體的合攏；氣壓試驗(yàn)合格后，安裝梯子平臺(tái)、保溫及附塔管線等，才能達(dá)到設(shè)備整體吊裝的條件。

為保證設(shè)備的制造及安裝質(zhì)量，減少高空作業(yè)，本項(xiàng)目的大型設(shè)備吊裝全部采取整體吊裝方案，在地面臥式狀態(tài)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(shè)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(chē)分段吊裝。以1250t 的吊車(chē)作為主吊車(chē)，在設(shè)備附件安裝完整的情況下，可以滿足設(shè)備分兩段吊裝的要求。整體吊裝時(shí)，設(shè)備吊裝重量達(dá)到850t，需要采用3200t 級(jí)以上的吊車(chē)進(jìn)行吊裝。

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

在項(xiàng)目吊裝策劃初期，對(duì)該設(shè)備的吊裝進(jìn)行了詳盡的分析，設(shè)備的工作壓力為0.079MPa，因壓力低，設(shè)備上部筒體壁厚28mm。按照整體吊裝對(duì)設(shè)備進(jìn)行局部應(yīng)力計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的局部應(yīng)力超標(biāo)。為滿足整體吊裝的要求，需要對(duì)主吊耳處的筒體進(jìn)行加厚，將局部應(yīng)力限制在允許范圍內(nèi)。經(jīng)計(jì)算，在吊耳標(biāo)高77900mm 處，筒體上下各2500mm 范圍由28mm 加厚到50mm。

（1) 編制設(shè)備吊裝變更方案的基本原則：安全可靠；經(jīng)濟(jì)適用；技術(shù)合理、先進(jìn)。

（2）設(shè)備吊裝方法和設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)基本要求：脫丁二醇塔采用雙吊車(chē)抬送法吊裝就位；設(shè)備由場(chǎng)外組焊廠組焊為兩段，將部分超大內(nèi)件提前安裝到設(shè)備內(nèi)部；臥式狀態(tài)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)吊裝位置組焊完成最后一道焊縫時(shí)，主吊耳呈水平狀態(tài)，抬尾吊耳位于正上方。

（3）有關(guān)設(shè)備吊點(diǎn)的規(guī)定：吊耳由神華工程技術(shù)公司安徽設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，設(shè)備主吊耳設(shè)計(jì)為直徑1400mm 的管軸式吊耳，尾吊設(shè)計(jì)為4 個(gè)平行的板式吊耳，尾耳對(duì)應(yīng)裙座內(nèi)部需要加支撐，滿足裙座底座環(huán)部分的穩(wěn)定性要求。吊耳的布置滿足吊裝過(guò)程中設(shè)備整體應(yīng)力和局部應(yīng)力的要求。吊耳的制作、焊接由該設(shè)備制造廠家負(fù)責(zé)，在組焊廠焊接完成。吊耳焊縫須進(jìn)行磁粉或著色，并提供焊縫檢測(cè)報(bào)告，隨設(shè)備一起抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。設(shè)備運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，項(xiàng)目部對(duì)其進(jìn)行檢查、確認(rèn)，并填寫(xiě)吊耳檢查確認(rèn)表。

（4）根據(jù)設(shè)備吊裝重量、吊裝高度、現(xiàn)場(chǎng)具體條件及工期要求，結(jié)合現(xiàn)有的吊裝設(shè)備情況，經(jīng)相關(guān)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘測(cè)及技術(shù)論證，脫丁二醇塔采用CC8800- 1 TWIN 型3200t 吊車(chē)作為主吊車(chē)完成設(shè)備的整體吊裝。

（5）為保證設(shè)備順利吊裝就位，要求吊車(chē)站位及吊裝掃空范圍內(nèi)無(wú)障礙物，周?chē)绊懙跹b的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)預(yù)留。

3 設(shè)備吊裝方法及工藝參數(shù)

3.1 到貨狀態(tài)及運(yùn)輸要求

到貨狀態(tài)：分兩段到貨，下段長(zhǎng)度為44000mm,上段長(zhǎng)度41800mm，設(shè)備總長(zhǎng)度85800mm。完成設(shè)備組焊、氣壓試驗(yàn)后，進(jìn)行梯子平臺(tái)、設(shè)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(tái)除外）后，整體交貨。

運(yùn)輸要求：因在現(xiàn)場(chǎng)滾胎上進(jìn)行最終合口，合口前可以旋轉(zhuǎn)設(shè)備方位，對(duì)運(yùn)輸時(shí)設(shè)備方位無(wú)要求；在設(shè)備制造完成后，旋轉(zhuǎn)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(chē)抬送法吊裝脫丁二醇塔。以3200t 履帶吊車(chē)作為主吊車(chē)提升脫丁二醇塔主吊耳（標(biāo)高77900mm）處，650t 履帶吊車(chē)抬送設(shè)備尾部4 個(gè)板式吊耳，將脫丁二醇塔從水平狀態(tài)吊到垂直狀態(tài)。

3.3 吊裝過(guò)程

（1）3200t 吊車(chē)和650t 吊車(chē)進(jìn)場(chǎng)站位：3200t 吊車(chē)SSL/ LSL 工況，123m 主臂，選用1350t 級(jí)吊鉤；650t吊車(chē)SHB 工況，48m 主臂，選用650t 級(jí)吊鉤；

（2）3200t 吊車(chē)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(chē)按照方案要求站位并系掛吊耳索具，作業(yè)半徑12m，超起配重12m/ 200t；

（4）進(jìn)行吊裝前安全檢查及情況確認(rèn)，確認(rèn)無(wú)誤后，開(kāi)始吊裝；

（5）兩吊車(chē)同時(shí)起鉤，設(shè)備吊離鞍座200mm 時(shí)停止起吊，使設(shè)備在這種狀態(tài)下停滯5min，觀察無(wú)異常后，繼續(xù)吊裝；

（6）650t 吊車(chē)向前行走，3200t 吊車(chē)半徑逐步調(diào)整為34m；

（7）650t 吊車(chē)?yán)^續(xù)向前行走，配合3200t 吊車(chē)起鉤，直至設(shè)備直立，摘除抬尾索具；

（8）3200t 吊車(chē)保持作業(yè)半徑不變（34m），此時(shí)吊車(chē)負(fù)荷率達(dá)到90.7%，超起配重可以離地，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)25°至基礎(chǔ)正上方；

（9）3200t 吊車(chē)緩慢落鉤，在地面將設(shè)備吊裝就位；

（10）待設(shè)備找正后3200t 吊車(chē)摘鉤，完成脫丁二醇塔吊裝。

4 吊裝平面布置及作業(yè)場(chǎng)地處理要求

4.1 對(duì)吊裝作業(yè)場(chǎng)地處理要求

據(jù)詳勘資料，地坪地基承載力達(dá)到13 t/ m2以上。3200t 履帶吊吊裝區(qū)域，需根據(jù)場(chǎng)地?fù)蟿?dòng)情況進(jìn)行分層處理。3200t 履帶吊車(chē)吊裝脫丁二醇塔時(shí)對(duì)地壓力為21.8 t/ m2，大于原始地基承載力, 所以3200t 履帶吊車(chē)站位及行走區(qū)域需要進(jìn)行地基處理。地基處理時(shí)按22 t/ m2施工。650t 吊車(chē)對(duì)地壓力為11.08t/ m2，小于原始地基承載力13t/ m2，場(chǎng)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(jì)算

3200t 履帶吊車(chē)自重約4192t、設(shè)備重量870t、吊鉤索具150t，合計(jì)5212t。不均衡系數(shù)1.5，路基箱面積358m2。地基受力（F）計(jì)算見(jiàn)式（1）。

F=1.5×（4192+870+150）=7818t （1）

3200t 履帶吊車(chē)履帶尺度：17.8m×16m，吊車(chē)對(duì)地壓力為路基箱對(duì)地壓力，每條履帶下按照壓8 塊路基箱計(jì)算，路基箱尺寸：8m×2.8m×0.5m，每塊重14.5t，則吊裝時(shí)路基板對(duì)地面的壓強(qiáng)（P）計(jì)算式見(jiàn)式（2）。

21.8＞13 t/ m2，故需要對(duì)吊裝站位地基進(jìn)行處理，以滿足吊裝要求。

5 設(shè)備運(yùn)輸

由于現(xiàn)場(chǎng)處中國(guó)內(nèi)陸，涉及到長(zhǎng)距離的內(nèi)陸運(yùn)輸，運(yùn)輸限制尺寸和承載能力，對(duì)設(shè)備的外型、重量有著很大的影響。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸限制條件，設(shè)備需要考慮現(xiàn)場(chǎng)部分制作工作，或分段運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)焊為一體。因設(shè)備直徑達(dá)到7500mm,無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)途陸路運(yùn)輸，所以確定在現(xiàn)場(chǎng)北面停車(chē)場(chǎng)處完成設(shè)備分段制造，然后分兩段運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)。設(shè)備運(yùn)輸路線選擇裝置南側(cè)的道路進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。

6 吊裝設(shè)計(jì)計(jì)算

脫丁二醇塔的吊耳采用常規(guī)設(shè)計(jì)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(jìn)行強(qiáng)度校核。

6.1 主吊耳的強(qiáng)度校核

根據(jù)主吊耳的設(shè)計(jì)圖，進(jìn)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(jiàn)，只計(jì)算吊耳管部分，忽略筋板的作用。計(jì)算公式見(jiàn)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(shù)，表示管軸內(nèi)筋板與管軸不能全焊的影響，0.8；

WX——吊耳管軸關(guān)于X 軸的抗彎截面模數(shù)；

σu——吊耳彎曲應(yīng)力；

σ1——吊耳軸向應(yīng)力；

τ——吊耳名義剪應(yīng)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(gè)吊耳最大豎直方向受力。

6.2 主吊耳與筒壁接觸處局部應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)受力條件，用SW6- 2011 計(jì)算主吊耳與筒臂接觸處的局部應(yīng)力。因立式狀態(tài)比臥式狀態(tài)時(shí)受力大，這里只選取最終就位狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,忽略復(fù)合層，只計(jì)算基層部分。因按照設(shè)備初始厚度設(shè)計(jì)，局部應(yīng)力超標(biāo)，所以將主吊耳處設(shè)備筒體加厚到50mm,根據(jù)調(diào)整后的壁厚計(jì)算局部應(yīng)力。

經(jīng)計(jì)算，得出如下結(jié)果：吊耳與筒體連接處最大表面應(yīng)力為176.7MPa，最大膜應(yīng)力為59.4MPa,均小于許用表面應(yīng)力（555MPa）。補(bǔ)強(qiáng)圈邊緣最大表面應(yīng)力為140.1MPa，最大膜應(yīng)力為60.2MPa,分別小于許用表面應(yīng)力（555MPa)和許用膜應(yīng)力（276.5MPa)。根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，局部應(yīng)力滿足要求。

6.3 起重機(jī)負(fù)荷計(jì)算

設(shè)備重量以及主、副起重機(jī)起吊時(shí)承載設(shè)備重量分別為G、F1、F2。根據(jù)計(jì)算，脫丁二醇塔重心位置和主、副吊點(diǎn)位置如圖1 所示。

圖1 脫丁二醇塔重心位置和主、副吊點(diǎn)位置示意圖

設(shè)備起吊時(shí)，F(xiàn)1+F2=G=870，則得：F1=870t- F2

依據(jù)力矩平衡原理：35267×F1=42338×F2

即：35267×（870- F2）=42338×F2

解得：F1=475t

F2=395t

設(shè)備直立過(guò)程中，主起重機(jī)受力增大，抬尾起重機(jī)受力減小。設(shè)備直立后，重量由主吊車(chē)全部承擔(dān)。

6.4 主吊起重機(jī)負(fù)荷計(jì)算

主吊起重機(jī)選用3200t 履帶式起重機(jī)，根據(jù)選擇的工況，此起重機(jī)的額定吊裝能力為1124t。

主吊起重機(jī)最大載重為設(shè)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(jī)負(fù)荷率為1020/ 1124=90.7%，符合要求。

6.5 抬尾起重機(jī)負(fù)荷計(jì)算

抬尾起重機(jī)選用650t 履帶式起重機(jī)，根據(jù)選擇的工況，此起重機(jī)的額定吊裝能力為496t, 吊車(chē)受力最大在起始吊裝狀態(tài)，此時(shí)抬尾起重機(jī)受力最大值為417t。

抬尾起重機(jī)最大受力為抬尾起重機(jī)承載設(shè)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(jī)負(fù)荷率為417/ 496=84.1%，符合要求。

6.6 設(shè)備吊裝過(guò)程的整體應(yīng)力校核

根據(jù)設(shè)備重心、主輔吊點(diǎn)位置，以及各部分均布載荷大小（將設(shè)備重量的各個(gè)組成部分看成均布載荷），通過(guò)數(shù)據(jù)迭代，求出設(shè)備起吊時(shí)不同標(biāo)高的應(yīng)力，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 脫丁二醇塔吊裝過(guò)程中不同標(biāo)高處的設(shè)備彎曲應(yīng)力

設(shè)備的許用應(yīng)力按照GB150 確定。根據(jù)GB150- 1，4.4.5 a)計(jì)算A 值，見(jiàn)式（11）。

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

7 結(jié)語(yǔ)

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(jié)合整個(gè)裝置和整個(gè)項(xiàng)目的情況綜合考慮。制定方案時(shí)不僅要考慮吊裝技術(shù)問(wèn)題，還要從工期、質(zhì)量、安全、成本和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置等多個(gè)方面綜合考慮。設(shè)備運(yùn)輸及制造周期的不確定性，是制定方案時(shí)必須考慮的因素。從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性綜合考慮，從可選方案中選出最優(yōu)的方案。方案實(shí)施過(guò)程中，還要根據(jù)情況的變化不斷調(diào)整、優(yōu)化方案。對(duì)于與煤制甲醇同期建設(shè)的乙二醇項(xiàng)目，脫丁二醇塔的吊裝方案除了考慮設(shè)備自身情況外，還要兼顧氣化爐、（未）變換氣吸收塔等設(shè)備的吊裝。