一種撬裝裝置大型設(shè)備檢修吊裝工裝的設(shè)計(jì)

王歡，王禮梅，宋駿，趙元熠，閆韜，付博

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

天然氣工業(yè)撬裝裝置具有模塊化、撬裝化、工廠化的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)三維建模實(shí)現(xiàn)裝置的可視化設(shè)計(jì)與施工，便于工藝管道、設(shè)備布置，提高施工質(zhì)量；同時(shí)，裝置撬裝化后，更有利于材料、設(shè)備的批量化采購(gòu)，有效地節(jié)約了成本；工藝裝置的“工廠化”減少了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量，減輕工人室外勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工效率。此外，撬裝裝置具備結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)約空間、拆遷方便、便于流動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，在石油天然氣領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。但其缺點(diǎn)是維修空間狹小、檢修施工難度大，特別對(duì)于橇內(nèi)大型設(shè)備部件的安裝與維修，常用的吊裝設(shè)備，如汽車起重機(jī)無(wú)法作業(yè)，通常采用手動(dòng)葫蘆等起重方法進(jìn)行施工，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性差以及效率低下，極不利于人員、設(shè)備的安全。因此設(shè)計(jì)一種橇裝裝置大型設(shè)備檢修吊裝工裝結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)存施工難題，提高對(duì)橇內(nèi)大型設(shè)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(jí)克勞斯(SuperClaus )硫磺回收工藝,包括一個(gè)熱轉(zhuǎn)化段，3個(gè)克勞斯催化段和1個(gè)超級(jí)克勞斯段。在正常運(yùn)行條件下，超級(jí)克勞斯硫磺回收裝置的回收效率可達(dá)到99.2%以上，熱轉(zhuǎn)化段的反應(yīng)如下所示：

其后，廢熱鍋爐移走過(guò)程氣部分熱量，將氣相硫冷凝回收。通過(guò)以上可見(jiàn)硫磺冷凝器在系統(tǒng)中重要性，該設(shè)備采用撬裝結(jié)構(gòu)安裝，工藝布置共3層，其中硫磺冷凝器4臺(tái)，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(shè)備總重量52300kg，前端距橇裝邊緣為870mm，上部被4臺(tái)對(duì)應(yīng)布置反應(yīng)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(jié)構(gòu)的影響，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行年度檢維修時(shí)，無(wú)法采用常規(guī)的汽車起重機(jī)作業(yè)。操作人員花費(fèi)大量時(shí)間及精力，采用2個(gè)5T手拉葫蘆為主吊，將盲板直接放置于平臺(tái)格柵板上，再用1個(gè)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(jìn)度受到嚴(yán)重影響。

圖1 盲板打開(kāi)方式

1.1 施工過(guò)程中存在的問(wèn)題

（1）盲板無(wú)穩(wěn)定固定點(diǎn)，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(wú)設(shè)備維護(hù)操作空間，捕霧網(wǎng)檢查更換，流體管疏通等無(wú)法進(jìn)行。（3）盲板復(fù)位不能上、下、左、右實(shí)現(xiàn)微調(diào)，本設(shè)備密封面臺(tái)階間隙為2mm，安裝難度大。（4）盲板自重大，人工吊裝耗費(fèi)大量時(shí)間與體力，不利于快速?gòu)?fù)工復(fù)產(chǎn)。

圖2 盲板固定方式

2 解決辦法

吊裝工裝設(shè)計(jì)：經(jīng)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)量跨度、計(jì)算吊件重量，選定吊梁規(guī)格。

計(jì)算載荷標(biāo)準(zhǔn)值：Qk=(g+q)×b

式中，g為永久載荷；q為可變載荷；b為簡(jiǎn)支梁間距。

載荷設(shè)計(jì)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(fā)展系數(shù)；f為抗彎設(shè)計(jì)值。

根據(jù)需求，在該橇裝裝置內(nèi)硫磺冷凝器盲板正上方安裝對(duì)應(yīng)規(guī)格的H型鋼作為軌道，選用市場(chǎng)上已成熟應(yīng)用的GCL型手拉單軌小車，吊掛安裝在H型鋼下翼緣板上，結(jié)合手拉小車，實(shí)現(xiàn)設(shè)備部件左右、上下平穩(wěn)移動(dòng)（如圖3）。軌道采用焊接方式連接，通過(guò)力學(xué)計(jì)算確定軌道補(bǔ)強(qiáng)位置并進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，

圖3 手拉小車與軌道安裝圖

采用兩個(gè)單軌小車平行起吊，小車設(shè)計(jì)能力應(yīng)不小于被吊部件最大重量，從而保證在單邊失穩(wěn)情況下可安全操作。

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

圖4 Q235 型材力學(xué)性能

圖5 Q235 H型鋼受力分析

由Q235型材力學(xué)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(diǎn)承受6t重量時(shí)強(qiáng)度為68.52N/mm2，小于Q235材質(zhì)抗壓、抗彎強(qiáng)度215N/mm2（安全系數(shù)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(xué)校核。軌道與橇裝裝置采用焊接連接，通過(guò)ANSYS進(jìn)行建模分析，得出在部件吊裝移動(dòng)過(guò)程中，軌道兩端與橇主梁連接位置因結(jié)構(gòu)不連續(xù)，是整個(gè)吊裝工裝受力薄弱點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)（如圖6）。補(bǔ)強(qiáng)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(qū)尺寸貼焊可保證強(qiáng)度及其穩(wěn)定性要求。

圖6 軌道補(bǔ)強(qiáng)位置

3 焊接技術(shù)要求

焊接采用手工電弧焊，焊接前清除焊縫周圍20㎜范圍內(nèi)油污、鐵銹等并顯現(xiàn)金屬光澤。擔(dān)任工程焊接焊工必須持證并經(jīng)考核合格，焊接過(guò)程中嚴(yán)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(shù)見(jiàn)表1。

表1 焊接參數(shù)

4 案例分析

在對(duì)硫磺冷凝器檢修時(shí)，安裝2臺(tái)5T手動(dòng)葫蘆在單軌小車上，懸掛在設(shè)備盲板兩邊吊耳正上方；手動(dòng)葫蘆稍稍受力，待拆除設(shè)備盲板連接螺栓后完全受力；水平移動(dòng)手拉小車，打開(kāi)盲板（圖7、8）。待維修結(jié)束后回裝時(shí)螺孔對(duì)位可實(shí)現(xiàn)毫米調(diào)節(jié)。

圖7 設(shè)備打開(kāi)前

圖8 設(shè)備打開(kāi)后

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該吊裝工裝的設(shè)計(jì)及使用，能夠?qū)崿F(xiàn)撬裝裝置大型設(shè)備部件的吊裝，較現(xiàn)有的施工手段如人工吊裝、大型吊車吊裝等，有更高的經(jīng)濟(jì)性和安全性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，在同類型設(shè)備檢修中具有推廣意義。