采用分解吊點受力法整體吊裝放空火炬

摘 要

摘要：土庫曼斯坦巴格德雷合同區(qū)域A區(qū)塊50×108m3/a天然氣凈化處理廠需安裝2座質(zhì)量為129.391t、高度為95m的放空火炬。在進行吊裝方案設計時，受力計算結果顯示，當采用整體
摘要：土庫曼斯坦巴格德雷合同區(qū)域A區(qū)塊50×108m3/a天然氣凈化處理廠需安裝2座質(zhì)量為129.391t、高度為95m的放空火炬。在進行吊裝方案設計時，受力計算結果顯示，當采用整體吊裝方案時吊耳梁最大彎曲應力是其許用應力的4倍多，抗彎強度嚴重不足，成為整體吊裝放空火炬需要解決的瓶頸問題。為此，對吊裝方案進行了調(diào)整、優(yōu)化，經(jīng)過技術論證和可行性分析，在施工現(xiàn)場沒有合適吊耳梁材料的情況下，采用鋼絲繩分解吊點受力的新方法，大大降低了吊耳梁的彎矩和應力，解決了吊耳梁強度不足的技術難題，使整體吊裝放空火炬獲得成功，同時縮短了施工工期。該方法對類似工程具有借鑒作用。
關鍵詞：分解吊點受力；吊裝；放空火炬；彎曲應力；彎矩；方案優(yōu)化；工期縮短
    土庫曼斯坦巴格德雷合同區(qū)域A區(qū)塊天然氣處理廠系中國石油天然氣集團公司(以下簡稱中石油)與土庫曼斯坦的合作項目，其產(chǎn)品氣通過中亞管道途經(jīng)烏茲別克斯坦和哈薩克斯坦進入我國西氣東輸二線霍爾果斯首站。該處理廠共需安裝2座放空火炬及塔架，塔架系三角形截面結構，50m以下塔柱由下至上依次為Φ500mm×14mm、Φ450mm×12mm和Φ400mm×12mm鋼管，50m以上塔柱由下至上依次為Φ400mm×12mm、Φ350mm×10mm、Φ299mm×10mm和Φ219mm×10mm鋼管，每座放空火炬重129.391t、高95m，重心在距火炬底部41.29m處，基礎高度為0.5m。受運輸條件限制，放空火炬及塔架系散件到貨，在安裝現(xiàn)場組裝，然后整體吊裝。該放空火炬重、高、大，安裝在沙漠地帶，地基承載力低，且土庫曼斯坦物資不足，工程材料均系從國內(nèi)采購、運輸，周期相當長，吊裝所需材料緊缺，吊裝就位相當困難，工期緊，任務重。經(jīng)過對各種吊裝方案進行對比分析和技術論證后，采用分解吊點受力法整體吊裝方案，圓滿完成了放空火炬的吊裝任務。
1 吊裝方案的對比及選擇
1.1 方案一
    采用正裝法分段吊裝，空中組對就位。底段長50m，頂段長45m，均在地面上完成組裝。將下部50m火炬筒捆綁在底段塔架內(nèi)，上部40m火炬筒和5m長的火炬頭捆綁在頂段塔架內(nèi)，底段重84.48t，重心在距塔架底部25.2m處，頂段重44.911t，重心在距塔架底部57.5m處。底段主吊耳設在底段塔架頂部，遛尾吊耳設在距塔架底部10.5m處。頂段主吊耳設在頂段塔架頂部，遛尾吊耳設在距頂段塔架底部8m處。取動載系數(shù)為1.1[1]，吊裝底段時主吊車的最大負荷為921.8kN(取吊耳及索具重量為1t)，遛尾吊車負荷為575kN。吊裝頂段時，主吊車的最大負荷為517kN(取吊耳、平衡梁及吊索具重量為3t)，遛尾吊車負荷為230.7kN。吊裝底段火炬時，采用400t履帶吊車作主吊，選用60m主臂+24m副臂基本塔式工況，作業(yè)半徑控制在16m以內(nèi)，起重能力為1000.6kN。250t履帶吊車遛尾，選用基本主臂工況，主臂長30m，作業(yè)半徑控制在15m以內(nèi)，起重能力634kN，滿足作業(yè)要求。吊裝頂段火炬時，采用400t履帶吊車作主吊，選用60m主臂+54m副臂基本塔式工況，作業(yè)半徑控制在22m以內(nèi)，起重能力為583kN，滿足作業(yè)要求。100t汽吊車遛尾，吊臂長22m，作業(yè)半徑控制在1Om以內(nèi)，起重能力294kN，滿足作業(yè)要求。
1.2 方案二
    采用2臺400t履帶吊車作主吊，1臺250t履帶吊車遛尾，將火炬及塔架整體吊裝就位。放空火炬及塔架總重129.391t，取動載系數(shù)為1.1，不均衡系數(shù)為1.1[1]，每臺主吊車的最大負荷為815.54kN(取吊耳梁、吊耳及吊索具重量8t)。操作時，2臺400t履帶吊車選用基本主臂工況，主臂長60m，馬尼托瓦克主吊車作業(yè)半徑控制在13.5m以內(nèi)，三一重工主吊車作業(yè)半徑控制在13m以內(nèi)，在此工況下，施工現(xiàn)場具備的美國產(chǎn)馬尼托瓦克400 t履帶吊車起重能力為1409kN，上海三一重工產(chǎn)的400t履帶吊車起重能力為1131.9kN，滿足作業(yè)要求。經(jīng)計算，遛尾吊車的最大負荷為37kN，操作時，250t履帶吊車選擇30m吊臂，作業(yè)半徑控制在20m以內(nèi)，在此工況下，250t履帶吊車的起重能力為441kN，滿足作業(yè)要求。
1.3 方案對比及選擇
    方案一的優(yōu)點是把火炬及塔架分成2段吊裝，重量減小了，吊耳材料均能在施工現(xiàn)場解決；缺點是高空作業(yè)多，安全風險大，組對時間長，需要2次組裝400t履帶吊車塔式工況，且高度達114.5m的塔式工況吊車在施工間隙停在風沙極大的施工現(xiàn)場具有很大的安全風險，400t履帶吊車完成2座放空火炬吊裝所需的作業(yè)周期長，影響其他大型設備吊裝作業(yè)。方案二的優(yōu)點是組裝、總裝以及附塔管線安裝等工作全部在地面上完成，進度快，安全和質(zhì)量能得到保證，400t大型吊車占用時間短，不影響其他大型設備吊裝；缺點是整體吊裝重量太大，施工現(xiàn)場缺乏抗彎強度能滿足要求的管軸式吊耳梁材料，現(xiàn)有鋼管難勝此任，方案無法實施。但通過技術改造，降低吊耳梁的彎曲應力，可以使方案二滿足吊裝要求。為了使2座放空火炬及塔架能快速、安全、順利地吊裝就位，決定采用技術改進后的整體吊裝方案(方案二)。
2 降低吊耳梁彎矩及應力的技術改進措施
    根據(jù)放空火炬塔架的結構特點，整體吊裝放空火炬的吊點最適合設置在距塔架底部42m的塔架橫梁處，該處的塔架主肢為乃450mm×12mm鋼管，橫梁為Φ159mm×6mm無縫鋼管。為了在吊耳梁上安裝能滿足吊裝要求的吊耳，需將Φ159mm×6mm橫梁更換為DN400mm或DN350mm的厚壁鋼管，但現(xiàn)場只有Φ356mm×16mm(20號鋼)的無縫鋼管，且土庫曼斯坦資源匱乏，無法采購到合適的吊耳梁材料，從國內(nèi)采購、運輸?shù)闹芷谟趾荛L，無法滿足工期要求。經(jīng)計算，若采用Φ356mm×16mm的無縫鋼管制作吊耳梁，其與吊耳相貫處的彎曲應力達到586MPa，是其許用應力(137MPa)的4倍多，達不到吊裝要求。在此情況下，經(jīng)過技術論證和可行性研究，決定使用Φ356mm×16mm的無縫鋼管制作吊耳梁，并采用分解吊點受力的方法，以降低吊耳梁的彎矩和應力。具體方法是用鋼絲繩把吊耳和吊點下部34m標高的塔架主肢節(jié)點連接起來，并對鋼絲繩施加3t預拉力，將超過吊耳梁承受能力的吊裝負荷通過鋼絲繩傳遞到34m標高的塔架主肢節(jié)點上，鋼絲繩的大小通過超載負荷計算得出。分解吊點受力法示意圖如圖1所示。
 

3 吊裝場地處理
因吊裝現(xiàn)場地處沙漠，地基承載能力低，400t履帶吊車在60m基本主臂工況下，其自重達到421t，加上吊裝負荷83.2t，最大重量達到504.2t，且400t履帶吊車對吊裝場地的平整度要求也很高，為了確保吊裝安全，必須對位于火炬基礎東、西兩側25m×15m的吊裝場地進行場地平整和硬化處理，使其承載能力不能低于17000kg/m2。修筑方法：先用推土機將吊裝作業(yè)區(qū)域推平、灑水、壓實，然后鋪墊厚度為300mm黏土并灑水碾壓，再鋪墊100mm砂夾石，用壓路機進行碾壓，吊裝區(qū)域成型后的場地表面不平度小于20mm/m，最后，在400t吊車履帶下方敷設厚鋼板，以降低吊車的接地比壓，提高吊裝的穩(wěn)定性和安全性。
4 吊裝操作要點
    2座放空火炬組裝時呈南北軸線布置，火炬頭位于南側，因受南側圍墻處6kV高壓線的影響，組裝時，吊點無法與火炬筒基礎中心重合，吊點位于基礎中心北側22m處，考慮到400t履帶吊車作業(yè)半徑的限制，主吊車只能擺放在吊點與火炬筒基礎之間，并靠近吊耳位置，在整個吊裝過程中，400t履帶吊車要完成提升、回轉(zhuǎn)、帶荷行走和再提升工作，要嚴格按如下要點操作：
    1) 在系掛吊索前，對吊耳焊接部位和結構棱角進行打磨，使其圓滑過度、表面無毛刺，然后涂抹黃油，以利吊索在吊裝過程中旋轉(zhuǎn)自如。
    2) 操作程序：2臺主吊車先同時吊起放空火炬，使火炬頭高度超過高壓線3m以上后，2臺主吊車同時作回轉(zhuǎn)動作，使火炬向南移，當?shù)醵嗷鹁嫱不A中心的水平距離為14m時，兩臺主吊車停止回轉(zhuǎn)和提升動作，開始帶負荷向南行走，直至吊耳位于基礎中心上方時，主吊車停止行走，提升放空火炬就位于基礎上，在吊裝的整個過程中，遛尾吊車配合主吊車將放空火炬底部吊起，并帶負荷行走以將放空火炬往前傳送。在吊車向南移動過程中，2臺400t主吊車步調(diào)要一致，移動速度不能超過0.4km/h。
    3) 在吊車帶荷向南移動過程中，每臺吊車不得超過其額定負荷的75%，即馬尼托瓦克400t履帶吊車負荷不得超過1056kN，上海三一重工產(chǎn)的400t履帶吊車負荷不得超過849kN，250t履帶吊車負荷不得超過330kN，均能滿足要求。操作時要密切關注荷載顯示，嚴禁超負荷作業(yè)，若發(fā)現(xiàn)有超負荷預兆，必須及時進行調(diào)整。
    4) 吊裝過程中，6kV高壓線下方必須安排專人監(jiān)控，確?；鹁骖^頂部離高壓線的距離不小于3m。
    5) 吊車指揮人員在放空火炬將要呈垂直位置時重點監(jiān)控吊臂頂部滑車與塔架桿件的距離，防止與桿件相碰。

5 實施效果
    2009年6月16日和6月19日，采用整體滑移法分別完成了第1、2座放空火炬的吊裝，每座放空火炬的吊裝僅用了約50min，安全、順利、快捷，而且吊耳梁沒有任何變形。放空火炬吊裝就位示意圖如圖2所示。若采用分段吊裝、空中組對方案，不僅需要搭設高空組裝平臺，安全風險大，進度慢，而且要進行2次400t履帶吊車塔式工況組裝和1次塔式工況拆除，至少需要11d時間，分段吊裝每座放空火炬又至少需要2d時間，此外，因占用400t吊車時間長，還會影響其他大型設備吊裝作業(yè)，延緩工程施工工期。因此，采用分解吊點受力法整體吊裝放空火炬，不僅提前13d完成放空火炬吊裝任務，節(jié)省400t履帶吊車租用費36萬元，加快了整個工程大型設備吊裝進度，特別是在施工現(xiàn)場緊缺吊耳梁材料的情況下，采用分解吊點受力的方法，成功解決了吊耳梁強度不足的難題，實現(xiàn)了吊耳梁以小代大的嘗試，圓滿完成了大型放空火炬吊裝任務，在吊裝技術上是一種創(chuàng)新。
參考文獻
[1] 戴杰.吊車吊裝附加載荷及載荷系數(shù)[J].石化技術，1996，3(3)：44-48.
 
(本文作者：汪國林 朱鋼堅 中國石油四川石油天然氣建設工程有限責任公司)