方 彪 李學(xué)峰

1 中國石油工程建設(shè)公司 北京 100120；2 中國石油天然氣第一建設(shè)公司 河南洛陽 471023

在大型石油化工裝置和天然氣處理廠的工程建設(shè)中，有許多安裝難度高、安裝環(huán)境復(fù)雜的設(shè)備，往往因?yàn)閹缀纬叽绱螅ㄊ畮酌组L）、重量重（上百噸）、安裝環(huán)境復(fù)雜（如框架內(nèi)的換熱器、蒸發(fā)器、廠房內(nèi)的大型壓縮機(jī)）而無法依靠吊車、行車等現(xiàn)代化的機(jī)械進(jìn)行安裝，在考慮進(jìn)度、安全、技術(shù)和費(fèi)用等因素后往往選擇頂升法進(jìn)行安裝。頂升法也被認(rèn)為是特殊環(huán)境下臥式設(shè)備安裝的最好方法，在大型臥式設(shè)備的安裝中得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著安裝設(shè)備的大型化發(fā)展，頂升法的施工難度在逐漸增加，而針對頂升法安裝大型臥式設(shè)備的技術(shù)研究和學(xué)術(shù)報(bào)告較少。筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，通過工程實(shí)例對頂升法安裝大型臥式設(shè)備的施工工藝和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

圖1 壓縮機(jī)分布圖

1 工程概況

蘇里格氣田50 億m3/ a 產(chǎn)建骨架工程某天然氣處理廠工程中有6 臺從美國進(jìn)口的大型壓縮機(jī)組，該壓縮機(jī)組分體到貨，主要部件包括：壓縮機(jī)本體（14808×2740×4800mm、重68.1t）、壓縮機(jī)啟動撬（5994×2510×3350mm、重31.8t）、氣體緩沖罐（Ф2100×3000mm、重6.4t），單機(jī)組合重量為106.3t。由于施工工期緊、設(shè)備到貨晚，如果按照常規(guī)的施工工序先進(jìn)行設(shè)備安裝再進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)的施工或設(shè)備安裝和廠房結(jié)構(gòu)同時施工將嚴(yán)重影響工期，而且還會增加施工難度和施工成本，如果先進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)施工，受到廠房周圍環(huán)境的影響設(shè)備到貨后將無法采用吊車進(jìn)行吊裝。為了合理地安排施工進(jìn)度和降低工程建設(shè)成本，經(jīng)過綜合分析選擇先預(yù)留部分廠房的面墻施工然后采取頂升法安裝壓縮機(jī)組。

2 頂升工藝

壓縮機(jī)組安裝的總體工藝分為施工準(zhǔn)備階段、卸車組裝階段、實(shí)施牽引階段和頂升回落階段四個階段。

圖2 壓縮機(jī)組頂升工藝流程圖

2.1 施工準(zhǔn)備階段

該階段主要完成：場地的平整和硬化、滑道的鋪設(shè)、滾杠的預(yù)制、卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)置以及牽引吊耳和支撐頂板的加工等工作。

（1）場地的平整和硬化，是大型壓縮機(jī)組水平牽引吊裝法取得成功的關(guān)鍵步驟，所以在滑道鋪設(shè)前必須對滑道鋪設(shè)區(qū)域的地基進(jìn)行平整和硬化，以保證滑道的平整度和地基的承載力。

（2）滑道鋪設(shè)，首先在壓縮機(jī)基礎(chǔ)上沿螺栓南北軸線方向鋪設(shè)枕木8 排，即每條螺栓每側(cè)鋪2 排，枕木鋪設(shè)后的高度要大于螺栓的高度（采用枕木規(guī)格：220×160×2500mm，螺栓高度170mm，鋪設(shè)時枕木立放）以保證壓縮機(jī)在滑道上滑行時不對螺栓產(chǎn)生破壞影響；其次，從基礎(chǔ)至廠房外的滑道上也要鋪設(shè)枕木8 排（枕木平鋪），滑道鋪完后必須保證滑道上平面的整體平整。

（3）預(yù)制滾杠，滾杠規(guī)格Ф76×8×3600mm，共需29 根，材料選用Q235- A 無縫鋼管。

（4）卷揚(yáng)機(jī)設(shè)置：主吊設(shè)一臺5t 卷揚(yáng)機(jī)和一組H32×4D滑輪組。

（5）預(yù)制牽引吊耳和支撐頂板，牽引吊耳設(shè)置兩個對稱焊接于壓縮機(jī)本體一端的底梁上，支撐頂板采用δ=30mm 厚鋼板根據(jù)壓縮機(jī)底梁尺寸現(xiàn)場制作。

圖3 壓縮機(jī)組牽引滑道圖

圖4 壓縮機(jī)組頂升頂板設(shè)置圖

2.2 卸車組裝階段

該階段主要完成：壓縮機(jī)本體、壓縮機(jī)啟動撬和氣體緩沖罐的卸車和組裝工作。壓縮機(jī)組到貨后運(yùn)輸車輛停在指定地點(diǎn)，首先采用一臺AC200- 1 型200t 汽車吊將壓縮機(jī)本體卸車并放置在已鋪設(shè)的滑道上，然后將壓縮機(jī)啟動撬和氣體緩沖罐卸車并直接將其與壓縮機(jī)本體組裝。壓縮機(jī)組裝好以后，將牽引吊耳及支撐頂板全部焊接在壓縮機(jī)底梁上。

圖5 壓縮機(jī)本體卸車圖

圖6 壓縮機(jī)啟動橇與本體組組裝圖

2.3 實(shí)施牽引階段

該階段主要完成：壓縮機(jī)組整體牽引和和相對位置調(diào)整工作。

圖7 壓縮機(jī)牽引圖

壓縮機(jī)組裝完畢后，首先用主吊卷揚(yáng)機(jī)將壓縮機(jī)組整體牽引至基礎(chǔ)之上，當(dāng)設(shè)備即將達(dá)到就位狀態(tài)時卷揚(yáng)機(jī)改為點(diǎn)動起升進(jìn)行微調(diào)，垂直方向偏差可用機(jī)械式千斤頂進(jìn)行滑移法調(diào)整。當(dāng)設(shè)備螺栓孔與基礎(chǔ)上的地腳螺栓基本對應(yīng)時，回松卷揚(yáng)機(jī)的牽引繩關(guān)掉卷揚(yáng)機(jī)電源。

2.4 頂升回落階段

頂升回落階段，是頂升法安裝設(shè)備的核心環(huán)節(jié)，通過液壓千斤頂?shù)姆磸?fù)起升與回落逐一撤出設(shè)備底部的滾杠和枕木，完成設(shè)備就位。先在壓縮機(jī)組本體上焊接四個支撐頂板，下各設(shè)置一臺70t 液壓千斤頂，根據(jù)壓縮機(jī)的行程和外形尺寸，千斤頂下應(yīng)設(shè)置一根橫放的枕木和30mm 鋼板，以保證頂升的順利完成。操作步驟如下：

第一步：把枕木和鋼板以及千斤頂放置在支撐頂板的正下方。

圖8 頂升回落步驟1

第二步：調(diào)整千斤頂行程將壓縮機(jī)頂離滾杠。

圖9 頂升回落步驟2

第三步：撤掉滑道上的滾杠。

圖10 頂升回落步驟3

第四步：回落千斤頂使壓縮機(jī)支撐在滑道的枕木上。

圖11 頂升回落步驟4

第五步：撤掉千斤頂下的鋼板。

圖12 頂升回落步驟5

第六步：調(diào)整千斤頂行程將壓縮機(jī)頂離支撐枕木。

圖13 頂升回落步驟6

第七步：撤走滑道上的枕木。

圖14 頂升回落步驟7

第八步：回落千斤頂，壓縮機(jī)地腳螺栓穿過螺栓孔，使壓縮機(jī)支撐在調(diào)整墊塊上。

第九步：撤掉千斤頂和枕木，去除支撐頂板，壓縮機(jī)頂升法安裝完成。

圖15 頂升回落步驟8

圖16 頂升回落步驟9

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 牽引力計(jì)算

設(shè)備滾動牽時，牽引力可利用滾動摩擦力的計(jì)算公式計(jì)算：

式中：P——牽引力（N）；

Q——被托運(yùn)物體的重量（kg）；

f——綜合摩擦系數(shù)，可查表獲得。在實(shí)際工作中，牽引力受到很多因素的影響很難考慮全面，所以在計(jì)算牽引力時綜合系數(shù)一般選取最大值。

表1 綜合摩擦系數(shù)節(jié)選

3.2 滾杠數(shù)量計(jì)算

滾杠的數(shù)量與設(shè)備的幾何尺寸、滾杠的規(guī)格、滾杠的許用應(yīng)力等因素都有關(guān)系，滾杠的根數(shù)可按下式計(jì)算：

式中：n——滾杠數(shù)量，根；

p——所托設(shè)備總重量，N；

[p]——滾杠的許用承壓應(yīng)力，N，由式3 計(jì)算。

式中：S——圓管的壁厚，mm；

（3）在相同質(zhì)量流率和相同熱流密度條件下，均是微通道分支數(shù)越多，熱沉最大熱應(yīng)力和最大形變越小，研究表明，微通道分支數(shù)為8時可以獲得最小的最大熱應(yīng)力和最小的最大形變，但微通道分支數(shù)由6增大到8對最大形變的影響相對較小。

L——管子的承壓長度，mm；

K——承壓形式系數(shù)，K≈0.318；

r——管半徑，mm；

[σ]——圓管許用應(yīng)力，MPa。

3.3 支撐頂板強(qiáng)度計(jì)算

為了保證頂升過程的安全，需要對支撐頂板的強(qiáng)度、焊接強(qiáng)度，以及頂升時對設(shè)備產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行分析，并應(yīng)畫出剪力圖、彎矩圖，找出最大剪力和最大彎矩進(jìn)行強(qiáng)度校核。

3.4 頂板焊接位置計(jì)算

由于回落過程比較復(fù)雜，需要反復(fù)頂升和回落千斤頂，頂板的焊接位置、頂升系統(tǒng)的設(shè)置是否合理是關(guān)系頂升過程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素，在制定方案階段必須根據(jù)頂升設(shè)備的幾何尺寸和行程、地腳螺栓的高度、滑道支承墊木、滾杠的規(guī)格等進(jìn)行合理選擇和設(shè)置。

支撐頂板焊接位置的計(jì)算過程為，先假設(shè)焊接頂板的底部距壓縮機(jī)底撬的高度為Lmm，然后根據(jù)操作工藝列舉方程式：

（1）初始狀態(tài)：300+30+160＜L+220+76＜300+30+180+160（保證千斤頂?shù)竭_(dá)形成后可以把壓縮機(jī)頂離滾杠，然后取出滾杠）。

（3）就位狀態(tài)：L+45＞300+30（保證再次回落千斤頂行程后壓縮機(jī)底部能夠接觸基礎(chǔ)上的墊塊）。

計(jì)算得：285＜L＜290，所以取L=287mm。

說明：220——道木立放時高度，單位mm；

76 ——滾杠的外徑，單位mm；

300 ——70 噸液壓千斤頂?shù)母叨龋瑔挝籱m；

30 ——千斤頂下放置鋼板厚度，單位mm；

180 ——千斤頂?shù)男谐?，單位mm；

160 ——道木平放時的高度，單位mm；

45 ——壓縮機(jī)墊鐵高度，單位mm。

4 技術(shù)要求

（1）千斤頂必須有合格證明書，并且規(guī)范使用。使用千斤頂必須嚴(yán)格遵守產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合作業(yè)時不能超過額定載荷的80%。液壓千斤頂使用時，必須將其垂直放置在結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)上，以免頂升時發(fā)生傾倒；

（2）滑道地基應(yīng)有足夠的承重能力以滿足牽引需要，滑道平整度＜1%；

（3）鋪設(shè)枕木時，互相搭接長度不小于200mm；

（4）滾杠排列間距不得大于1000mm，兩端露出設(shè)備長度不小于200mm。

5 結(jié)束語

采用頂升法安裝大型壓縮機(jī)組的施工方法已在蘇里格氣田的4個天然氣處理廠工程中得到了廣泛應(yīng)用，在今年新建的處理廠工程中再次推廣應(yīng)用，并順利完成了4 臺大型壓縮機(jī)的安裝，形成了一套行之有效的安裝工法。實(shí)踐證明，掌握頂升法的施工工藝是完成大型臥式設(shè)備頂升法安裝的基礎(chǔ)，掌握了牽引力計(jì)算、滾杠數(shù)量計(jì)算、支撐頂板強(qiáng)度計(jì)算、合理設(shè)置頂板位置和設(shè)計(jì)頂升流程等關(guān)鍵技術(shù)，才是保證安裝過程順利和安全進(jìn)行的關(guān)鍵。

1 華曄，《起重工》高級工職業(yè)技能鑒定讀本，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2005。

2 陳萱，《中級起重工工藝學(xué)》機(jī)械工人技術(shù)理論培訓(xùn)教材，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1998。

3 黃璟一，《起重工》技術(shù)工人崗位培訓(xùn)讀本，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2001。

4 SH/ T3515- 2003《大型設(shè)備吊裝工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》。

5 SH/ T3536- 2002《石油化工工程起重施工規(guī)范》。