連續(xù)重整項目板式換熱器更換吊裝技術(shù)

呂 旭

中國石油天然氣第六建設(shè)有限公司，廣西桂林 541004

錦州項目部80萬t/a連續(xù)重整裝置中板式換熱器E-201（舊）更換為纏繞式換熱器E-201（新）是本次整個設(shè)備檢修、更換工程中設(shè)備吊裝質(zhì)量及尺寸最大的工程。2019年5月26日，舊進料換熱器E-201開始拆除，2019年5月31日，新纏繞式換熱器E-201到貨進場，準(zhǔn)備安裝。工程項目工期緊、任務(wù)重，存在因現(xiàn)場空間狹小導(dǎo)致設(shè)備拆除、安裝難度大的問題。本文介紹了采用機械化吊裝的方法對該工程新舊兩臺重整進料換熱器進行吊裝更換的工藝。

1 工程簡況與吊裝工藝的確定

該工程需吊裝的設(shè)備情況見表1?？紤]到工程施工的進度、安全性、經(jīng)濟性等，綜合分析認為采用單機提升吊裝方法較好[1]。

根據(jù)需吊裝換熱器的參數(shù)以及吊車的吊裝性能和工況，經(jīng)分析認為，選用一臺中聯(lián)800 t的履帶吊車作主吊，同時選用一臺300 t汽車吊來配合溜尾及輔助作業(yè)，就可經(jīng)濟、高效地完成換熱器吊裝更換任務(wù)。該工程吊裝工藝流程見圖1[2]。

2 新舊換熱器更換吊裝的過程

（1）吊裝場地地基處理。起重機進場作業(yè)前，需確保行走道路及作業(yè)地面平整且具有足夠的承載力，以確保設(shè)備安全、順利吊裝。舊進料換熱器質(zhì)量111 t，直徑1.9 m，長28.8 m，外置有框架；新裝換熱器質(zhì)量140 t，直徑3.3 m，長18.8 m，需從框架頂部穿下就位。由于框架空間狹小，吊裝難度大，因此需要夯實地面基礎(chǔ)，進行地基耐力試驗和吊裝測試等工作。具體地基處理區(qū)域、處理方案、場地面積和組車場地布置如圖2所示[3]。

圖1 吊裝工藝流程

圖2 地基處理區(qū)域、處理方案和組車場地布置

對換熱器吊裝場地進行地基處理后，在正式吊裝之前，應(yīng)現(xiàn)場抽取2個樣點進行靜載試驗，以測試實際地耐力，確保滿足吊裝安全要求?，F(xiàn)場吊裝進料換熱器前，地基處理的分層夯實情況如圖3所示。

（2）起重機站位檢查。主、輔起重機按規(guī)定位置站位后，應(yīng)由質(zhì)量檢查人員和技術(shù)人員進行測量，確保站位準(zhǔn)確。

（3）吊索具檢查。吊裝前應(yīng)對使用的吊索具進行檢查，確保繩扣規(guī)格滿足方案要求，鋼絲繩無斷絲、露芯等現(xiàn)象，卸扣無裂紋、變形。發(fā)現(xiàn)不合格索具應(yīng)及時更換。

（4）設(shè)置警戒區(qū)。設(shè)備吊裝前應(yīng)設(shè)置警戒區(qū)，作業(yè)范圍設(shè)置醒目的警戒設(shè)施，并派專人監(jiān)護，與吊裝作業(yè)無關(guān)人員應(yīng)嚴禁入內(nèi)。

圖3 進料換熱器吊裝前地基處理的分層夯實

（5）舊設(shè)備拆除試吊。各項準(zhǔn)備工作完成后，進行試吊裝。起重機在起重指揮發(fā)出起吊信號后緩慢提升，將設(shè)備緩慢提升離開基礎(chǔ)，然后對吊索具的受力情況、起重機運行情況、地基的下沉情況進行檢查確認。

（6）舊設(shè)備拆除正式起吊。在試吊安全的情況下，起重指揮員發(fā)布正式吊裝命令，主吊車將設(shè)備提升至框架以上1 m，然后旋轉(zhuǎn)至既定位置。輔吊車安裝吊索具。主、輔吊車相互配合逐漸將設(shè)備由直立抬吊至水平位置。

（7）拆除的舊設(shè)備就位。將拆除的舊設(shè)備緩慢回落到鞍座上，將設(shè)備固定。解除主、輔吊車索具，舊設(shè)備的拆除吊裝結(jié)束。重整進料換熱器（舊）拆除吊裝平面布置見圖4，立面布置見圖5。

（8）新設(shè)備安裝試吊。新設(shè)備的各項吊裝準(zhǔn)備工作完成后，進行新設(shè)備的試吊裝。起重機在起重指揮員發(fā)出的起吊信號指揮下緩慢提升，將新設(shè)備抬離鞍座上方200 mm后靜置，然后對吊索具的受力情況、起重機運行情況、地基的下沉情況進行檢查確認。

（9）新設(shè)備正式吊裝。在新設(shè)備試吊安全的情況下，起重指揮員發(fā)布正式吊裝命令，主、輔吊車配合將新設(shè)備抬至與地面夾角為90°時，輔吊車解除索具、撤離。起重機將設(shè)備抬至新設(shè)備基礎(chǔ)上方500 mm處，確認新設(shè)備的安裝方位[1]。

圖6 重整進料換熱器（新）吊裝平面布置

（10）新設(shè)備就位。將新設(shè)備緩慢回落到基礎(chǔ)上，初步調(diào)整設(shè)備的垂直度后，緊固地腳螺栓，而后解除主吊車索具，新設(shè)備的安裝吊裝結(jié)束。重整進料換熱器（新）吊裝平面布置見圖6，立面布置見圖7。

3 吊裝設(shè)計

3.1 吊裝地耐力要求

800 t履帶吊自質(zhì)量約520 t，超起配重質(zhì)量400 t，吊物質(zhì)量140 t，吊索具10 t，吊裝時路基板橫鋪，每條履帶下各6塊，每塊6 m×2.4 m、5 t，如圖8所示。

由下式可算得路基板對地面的壓強：

式中：Pk為路基板對地面的壓強，kN/m2；F為吊裝機具與需吊裝設(shè)備的總質(zhì)量，t；K為綜合影響系數(shù)；A為路基板總面積，m2。

上式的計算中，重力加速度近似取10 m/s2，得到地基承載力為98.1 kN/m2即可滿足吊裝要求。

圖7 重整進料換熱器 （新）吊裝立面布置

圖8 800 t履帶吊路基板擺放

3.2 起重機選型核算

重整進料換熱器E-201（新） 凈質(zhì)量140 t，根據(jù)設(shè)備吊裝質(zhì)量、作業(yè)半徑和吊裝高度要求并參考吊車性能參數(shù)，確定采用800 t履帶式起重機配備超起塔式工況72 m+30 m和300 t全地面起重機分別作為此設(shè)備吊裝的主吊車和溜尾吊車。起吊時，主吊力與溜尾力計算根據(jù)吊裝吊耳確定，主吊力及溜尾力位置如圖9所示。

表2 主吊車吊裝參數(shù)

圖9 吊裝重整進料換熱器 （新）的主吊力與溜尾力位置

以下計算中由質(zhì)量（單位t）轉(zhuǎn)化為載荷（單位kN）時，采用的重力加速度值近似取10 m/s2。

（1）新設(shè)備吊裝的主吊力與溜尾力計算：

式中：F1、F2分別為主吊力和溜尾力；X1為主吊耳至設(shè)備重心的水平距離；X2為溜尾吊耳至設(shè)備重心的水平距離；G為新設(shè)備總重量（含附塔設(shè)施），取值1 400 kN。

把相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1） 得：F1=801.6 kN、F2=598.4 kN。

（2）新設(shè)備吊裝的主吊車最大負荷率計算：

根據(jù)設(shè)備總質(zhì)量對起重機進行核算，主吊車最大負荷率：

式中：η1為主吊車最大負荷率；G吊1為設(shè)備吊裝載荷，包括新設(shè)備總重量1 400 kN與吊索具質(zhì)量100 kN；G額1為主吊車的額定載荷，取1 930 kN。

（3）新設(shè)備吊裝溜尾吊車最大負荷率計算：

根據(jù)溜尾力計算溜尾吊車的最大負荷率：

式中：η2為溜尾吊車負荷率；G吊2為溜尾吊裝載荷，包括溜尾力F2與吊索具重量50 kN；G額2為溜尾吊車的額定載荷，取810 kN。

吊裝的新、舊換熱器，主吊車、溜尾吊車的相關(guān)吊裝參數(shù)以及吊裝相關(guān)的計算結(jié)果見表2、表3。

表3 溜尾吊車吊裝參數(shù)

3.3 吊索具校核

重整進料換熱器（新）E-201吊索具校核。選用一對φ70 mm×20 m鋼絲繩扣為主吊索，打雙使用；選用一對φ28 mm×8 m鋼絲繩扣懸掛平衡梁，打雙使用。懸掛方式見圖10。

圖10 主吊索具系掛示意

（1） 主吊索校核。已知φ70 mm鋼絲繩扣安全負荷為500 kN；鋼絲繩受力T=G/2=1 400/2=700（kN）；比例系數(shù)R=D/d=426/70=6.1＞6，式中D為銷軸直徑，mm；d為鋼絲繩公稱直徑，mm；鋼絲繩扣效率系數(shù)E=（100-76/R0.734）%=80.9%；鋼絲繩扣強度能力Pn=n×P×E=4×500×0.809=1 618（kN） ＞1 400 kN，式中n為鋼絲繩扣承載股數(shù)，P為鋼絲繩扣安全載荷。因此主吊索強度滿足吊裝安全要求。

（2） 溜尾索具校核。溜尾力T=598.4 kN、φ56 mm鋼絲繩扣安全負荷為270 kN、比例系數(shù)R=D/d=180/56=3.21＜6、鋼絲繩扣效率系數(shù)E=（100-50/R0.5）%=65%、鋼絲繩扣強度能力Pn=n×P×E=4×270×0.65=702 kN＞598.4 kN。因此溜尾索具強度滿足吊裝安全要求。

舊設(shè)備吊裝時選用的鋼絲繩與新設(shè)備相同，由于舊設(shè)備質(zhì)量較輕，因此主吊索、溜尾索具強度均滿足吊裝安全要求[4]。

4 本次吊裝的經(jīng)驗教訓(xùn)

（1）舊換熱器拆除吊裝時，由于沒有溜尾吊耳，采用纏繞捆綁的方式進行放倒，放倒過程通過調(diào)整溜尾的提升速度，保證主吊下鉤的連續(xù)性。根據(jù)剛體平面運動原理：V2=V1tanφ（V2為溜尾吊車的提升速度，V1為主吊車下降的速度，φ為設(shè)備軸線與地面的夾角），按φ=45°考慮，則溜尾吊車的提升速度為主吊下降速度的1.5倍。此次吊裝由于采取的溜尾吊車的提升速度與主吊下鉤速度很相近，造成為調(diào)整溜尾吊車的提升速度而停止了一次下鉤，導(dǎo)致設(shè)備受力不均勻，影響了設(shè)備的放倒時間。

（2）在舊換熱器拆除吊裝過程中，由于大雨而影響了吊裝工作，因此在吊裝作業(yè)前必須了解當(dāng)天的天氣情況（風(fēng)速、下雨或下雪等）[5]。

5 結(jié)束語

國內(nèi)外連續(xù)重整裝置越來越多，換熱器的安裝受重量、吊裝高度及場地的限制也越來越嚴重，日益增多的吊裝困難也不斷地促使吊裝技術(shù)的更新。采用大型履帶起重機為在狹小空間內(nèi)吊裝換熱器提供了安全、高效的技術(shù)支持，該吊裝技術(shù)可為以后大型換熱器等設(shè)備的吊裝提供參考。