液压提升装置在大型设备吊装工程中的应用

谭道芳

中石化集团第十建设有限公司 山东青岛 266000

随着国民经济持续快速发展，生产制造及工艺技术的不断进步，石油化工、煤化工等工程项目规模不断增大，生产装置向大型化的方向发展迅猛，整体吊装以其在安全、质量、工期等各方面存在的优势，得到了越来越广泛的应用。

目前，国内超大吨位的履带式起重机在特大型设备吊装中发挥了重要作用，但还存在着资源数量有限、吊载能力不能满足部分吊装要求的情况。液压提升装置以其超强的吊载能力和优惠的价格，在部分满足使用条件的超大型设备吊装中得到了很好的应用。本文介绍的工程中，因4 台费托合成反应器在工期和场地方面具备使用液压提升装置的条件，合理选用了2600t 液压提升装置和4000t 履带式起重机吊装特大型设备，在满足本吊装工程需要的同时，投标价格控制在了合理的水平，得到了招标单位的肯定，成功中标。

1 工程概况

某200万t/ a 煤制油项目大型设备吊装一体化总承包工程，大型设备共计168 台，设备总重39328.8t，800t 以上设备共计13台，最重设备为油品合成装置费托合成反应器，设备壳体重量2035t，直径9.86m，高度60.971m。由于现场安装内件的需要，设备分两段进场，下段重1960t，上段重175t。最高设备为净化装置变换气吸收塔，设备切线高度89.3m，重875t。其中的13 台超大型设备均可用4000t 履带式起重机主吊装就位，但由于4 台费托合成反应器于2014年10月～2014年11月到场，而其它9 台超大型设备于2015年6月之后到场，这些超大型设备安装被分成了两个时间段。经过综合规划分析工期要求及现场使用条件等因素，决定第一阶段采用2600t 液压提升装置吊装4 台费托合成反应器下段，其余9 台使用4000t 履带式起重机主吊装，这样即满足了工程需要，解决了履带起重机施工档期紧的难题。

2 费托合成反应器下段吊装工艺方案

2.1 设备主要技术参数

本工程4 台费托合成反应器26111- R001、26112- R001、26113- R001、26114- R001，设备主要技术参数见表1。

表1 费托反应器安装工程量及吊装参数一览表

费托合成反应器下段吊装就位后，进行一段时间的内件安装，完成后，进行上段吊装，空中立式组对。费托合成反应器上段重175t，用1000t 履带式起重机即可完成吊装。

费托合成反应器的吊装主要难点是费托合成反应器下段的吊装。

图1 费托合成反应器下段

2.2 吊装工艺选择

费托合成反应器（26111/ 2/ 3/ 4- R001）下段使用2600t 液压提升装置主吊，1000t 级履带吊溜尾吊装就位。其主要技术参数见表2～表4。

表2 费托合成反应器主要技术参数表

表3 主吊装最大吊装重量计算表

表4 溜尾吊车最大吊装重量计算表

2.3 吊装方法概述

根据费托合成反应器下段的吊装参数，结合现场实际情况及国内大型吊装设备性能，经过多种方案的安全性、可行性、经济性的比较分析，决定对费托合成反应器采用如下方法吊装：

采用液压提升装置（2600t/ 71.66m）主吊、1000t 级履带式起重机（XGC15000 型）溜尾的方法进行吊装就位；液压提升装置采用“液压同步提升技术”将设备直立、提升、就位；1000t 履带式起重机采用直吊、行走递送的方法完成设备由卧态到直立的溜尾。液压提升装置的液压同步提升由计算机控制，具有全自动完成同步升降、负载均衡、姿态校正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能，保证吊装过程的安全稳妥。液压提升装置及1000t 履带式起重机的组装使用200t 汽车吊（GMK5200 型）和260t 履带吊（QUY260 型）配合。

2.4 主吊机械设置

2.4.1 2600 t 级/ 71.66m 液压提升装置

本工程选用的主吊机械为2600t 级/ 71.66m 的液压提升装置。该提升装置由塔架（6m 标准节、底节、顶节）、液压提升器、泵站、计算机同步控制系统、塔身平台、提升大梁、桁架、导线架、塔身扶梯等组成，塔架底节采用法兰盘与地面基础埋件连接。

该液压提升装置塔架设计安装高度为120m，设计有效工作高度117m，每付塔架设计承载能力2600t。塔架的横截面尺寸为4.2m×4.2m，两个塔架之间的中心距最小为16.8m，最大为21.8m(可在16.8- 21.8m 调节)。

由于本次吊装的反应器下段高度为54.4m，因此根据现场实际情况和被吊设备高度确定塔架的实际安装高度为71.66m，有效工作高度为68.63m。两塔架分别在费托反应器基础的0°- 180°站位，两塔架中心与费托反应器基础中心在同一条直线上，两塔架中心间距为19.8m。如图2 所示。

2.4.2 液压提升设备

根据吊装需要，配备以下关键性设备：

YS- SJ- 400 型液压提升器（400t、主吊点）8 台；

YS- 1400 型液压提升器（缆风张拉）6 台；

TJDV- 30 型变频液压泵源系统2 台；

YT- 2 型计算机同步控制系统。

2.5 溜尾吊车设置

溜尾吊车吊装参数表见表5。

2.6 吊装机索具设计

2.6.1 主吊机具设置

自行设计两套1500t 级吊具，分别连接主吊耳与顶部提升机构。详见图3。

2.6.2 溜尾机索具设置

溜尾选用一对GJT180 无接头绳圈，L=46m；通过两个1000t 卸扣（S- BX1000- 6 1/ 2 型）与溜尾吊耳连接。

3 施工过程管理

图2 2600t 级/ 71.66m 液压提升装置站位示意图

表5 溜尾吊车参数表

3.1 液压提升装置吊装过程控制

液压提升装置索具系挂设备吊耳并预紧，保证主吊机索具铅垂；溜尾吊车行至吊装站位处，系挂溜尾索具并预紧，保证吊车跑绳铅垂。

液压提升装置提升（提升速度5～6m/ h），溜尾吊车缓慢起绳，将费托反应器下段水平抬离鞍座100mm，停止起绳，检查吊装系统包括液压提升装置、溜尾吊车、站位点、索具、设备等各部位受力情况。

图3 1500t 级吊具

检查合格后，液压提升装置提升，溜尾吊车缓慢向前走车，溜尾吊车根据实际情况不连续落（起）钩，费托反应器下段缓慢直立。

液压提升装置停止提升，溜尾吊车停止走车，摘除溜尾索具。

找准方位后，液压提升装置缓慢回落提升机构，使设备平稳落到基础上，基础进行沉降观测，沉降满足设计要求后进行设备垂直度测量，若垂直度不满足要求，用液压提升装置将设备吊起，调整垫铁直至垂直度满足要求。

把紧地脚螺栓，摘除主吊机索具。

图4 液压提升装置吊装过程

3.2 液压提升系统中的计算机控制系统

液压同步提升施工技术采用行程及位移传感监测和计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。

操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和（或）控制指令的发布。

3.3 液压提升系统配置

3.3.1 总体布置原则

（1）满足费托反应器下段整体提升液压提升力的要求，尽量使每台液压设备受载均匀；

(2) 尽量保证每台液压泵站驱动的液压设备数量相等，提高液压泵站利用率；

（3）在总体布置时，要认真考虑系统的安全性和可靠性，降低工程风险。

3.3.2 提升泵源系统配置

本工程中吊点间距大、液压提升器较为集中，考虑到提升控制策略和就近原则，泵源系统配置如下：

（1）在每个提升塔架吊点处配置2 套TJDV- 30 型液压泵源系统，每4 台YS- SJ- 400 型液压提升器与1 套液压泵源系统连接。

(2) 缆风绳张拉用液压提升器只在初始张拉和提升塔架拆除之前需要液压提升器动作，故考虑兼用提升主吊点的液压泵源系统。

如上，整个工程共配置2 套TJDV- 30 型液压泵源系统。

3.4 计算机同步控制措施

3.4.1 同步控制要求

液压提升同步控制应满足以下要求：

(1) 尽量保证各台液压提升设备均匀受载；

(2) 保证各个吊点在提升过程中保持一定的同步性（±10mm）。

3.4.2 同步控制策略

根据以上要求，制定如下的控制策略：

(1) 将每个提升塔架吊点处的8 台液压提升器并联，分别设定为主令点和从令点；

（2）将主令点处液压提升器的速度设定为标准值，作为同步控制策略中速度和位移的基准。在计算机的控制下从令点以位移量来动态跟踪比对主令点，保证各提升吊点在费托反应器下段结构整体液压提升过程中始终保持同步。

3.5 液压提升控制措施

为确保费托反应器下段结构及提升塔架提升过程的安全，根据确保费托反应器下段结构的特性，拟采用“吊点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载落位控制策略，具体步骤如下：

3.5.1 同步吊点设置

共设置2个同步提升吊点。每个吊点处各设置一套位移同步传感器。计算机控制系统根据这2 套传感器的位移检测信号及其差值，构成“传感器－计算机－泵源比例阀－液压提升器－费托反应器下段结构”闭环系统，控制整个提升过程的同步性。

3.5.2 吊点油压均衡

每一吊点处的液压提升器并联，对每个提升吊点的各液压提升器施以均衡的油压，这些吊点以恒定的载荷力向上提升。

3.5.3 提升分级加载以主体结构理论载荷为依据，各提升吊点处的提升设备进行分级加载，依次为20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%，在确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90%、95%、100%，直至费托反应器下段结构全部离地。

3.5.4 离地检查

费托反应器下段结构离地后，停留24h 作全面检查（包括吊点结构，承重结构体系和提升设备等），并将检查结果以书面形式报告指挥部。

3.5.5 姿态检测调整

用测量仪器测出各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差，并与理论值进行比较，提升设备调整各吊点高度使之接近理论值。

3.5.6 整体同步提升

以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位同步传感器。在费托反应器下段结构整体同步提升过程中，保持该姿态直至提升到预定高度。

3.5.7 整体同步下降

将下降前的各吊点高度设为新的起始位置，复位同步传感器。在费托反应器下段结构整体同步下降过程中保持该姿态直至接近下部结构。

3.5.8 分级卸载就位

以卸载前的吊点载荷为基准，所有吊点同时下降卸载10%。在此过程中可能会出现载荷转移现象，即卸载速度较快的点将载荷转移到卸载速度较慢的点上，以至个别点超载甚至可能会造成局部构件失稳。计算机控制系统监控并阻止上述情况的发生，调整各吊点卸载速度，使快的减慢，慢的加快。万一某些吊点载荷超过卸载前载荷的10%，则立即停止其它点卸载，而单独卸载这些点。如此往复，直至钢绞线彻底放松，费托反应器下段结构自重载荷完全转移到行走机构上，液压提升作业完毕。

3.5.9 提升过程的微调

费托反应器结构在提升及下降过程中，因为空中姿态调整需要进行高度微调。在微调开始前，将计算机同步控制系统由自动模式切换成手动模式。根据需要，对整个结构提升系统的8 台液压提升器进行同步微动（上升或下降），或者对单台液压提升器进行微动调整。微动即点动调整精度可以达到mm 级，完全可以满足费托反应器下段结构安装的精度需要。

3.6 液压提升速度及加速度

费托反应器下段整体液压同步提升的垂直速度取决于液压泵源系统的流量、锚具切换和其他辅助工作所占用的时间。

在本工程中，液压同步提升速度约3～4m/ h。液压同步提升作业过程中，提升力由液压提升器提供。在液压提升器启动直至停止的过程中，提升速度的增加和减少由于液压系统的特性以及计算机程序控制的原因，加速度极小，以至于可以忽略不计。这为提升过程中提升塔架结构系统和费托反应器下段结构等的安全增加了保证度。

3.7 液压装置系统调试

3.7.1 系统安装完成后的调试

液压提升装置系统安装完成后，按下列步骤进行调试：

(1) 检查泵站上所有阀或硬管的接头是否有松动，检查溢流阀的调压弹簧处于是否完全放松状态；

(2）检查泵站与液压提升器之间电缆线的连接是否正确;

(3) 检查泵站与液压提升主油缸之间的油管连接是否正确；

(4）系统送电，检查液压泵主轴转动方向是否正确;

(5) 在泵站不启动的情况下，手动操作控制柜中相应按钮，检查电磁阀和截止阀的动作是否正常，截止阀编号和液压提升器编号是否对应;

(6) 检查传感器（行程传感器，位移传感器）。按动各台液压提升行程传感器的2L、2L- 、L+、L- ，使控制柜中相应的信号灯发讯。

3.7.2 提升前的检查

液压提升前检查以下项目：

(1）启动泵站，调节一定的压力（5Mpa 左右）;

(2) 伸缩提升油缸，检查A 腔、B 腔的油管连接是否正确；

(3）检查截止阀能否截止对应的油缸；

(4) 检查比例阀在电流变化时能否加快或减慢对应油缸的伸缩速度。

3.7.3 预加载

调节一定的压力（2～3Mpa），使锚具处于基本相同的锁紧状态。

3.8 分级加载预提升

费托反应器下段结构在具备整体液压提升条件之后，进行分级加载预提升。通过预提升过程中对费托反应器下段结构、提升设施、提升设备系统的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。

待系统检测无误后开始正式提升作业。经计算，确定液压提升器所需的伸缸压力（考虑压力损失）和缩缸压力。

费托反应器下段开始同步提升时，液压提升器伸缸压力逐渐上调，依次为所需压力的20%、40%，在一切都正常的情况下，可继续加载到60%、80%、90%、100%。

费托反应器下段整体结构即将离开时暂停提升，保持提升系统压力。对液压提升设备系统、结构系统进行全面检查，在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下，才能继续提升。

3.9 不利因素及对策

3.9.1 液压提升过程的提升力控制

根据预先通过计算得到的液压同步提升工况各吊点液压提升力数值，在计算机同步控制系统中，对每台液压提升器的最大提升力进行设定。当遇到提升力超出设定值时，液压提升器自动采取溢流卸载，以防止出现各吊点局部应力超出设计值或提升荷载分布严重不均，造成对永久结构及临时设施的破坏。

3.9.2 提升过程的空中停留

因费托反应器下段结构从开始整体提升至下降就位的过程需要持续10个工作日以上。提升过程中、刚性腿铰链安装、刚性腿大接头对口/ 焊接、行走机构安装就位、整体卸载时，费托反应器下段结构需要在空中较长时间停留。

液压同步提升器在设计中独有的机械和液压自锁装置，保证了费托反应器下段结构在吊装过程中能够长时间的在空中停留。

本工程施工场地空旷，风力较大。费托反应器下段主梁、刚性腿等均为实腹结构，风荷载对提升吊装过程影响很大。为确保费托反应器下段结构提升过程的绝对安全，并考虑到高空对口精度和调整的需要，在费托反应器下段结构空中停留或吊装过程中遇到大风天气时，通过预先设置的大梁防风缆风绳系统对费托反应器下段大梁进行空中位置锁定，起到限制费托反应器下段结构水平摆动和微调的作用。

3.9.3 提升过程的应急措施

(1) 突然停电故障

各泵源控制阀自动关闭，液压提升器液压锁自动锁紧，各上下锚及安全锚处于自锁状态；停电后恢复供电，系统将自动处于安全停止状态。

（2）液压油管突然爆裂故障

液压提升器液压锁自动锁紧，液压提升器不致下沉，各上下锚及安全锚处于自锁状态；更换爆裂油管。

（3）液压提升器故障

在短时检修无效情况下，人工锁紧液压提升器安全锚，缩缸将提升载荷转移到安全锚上，经确认后松开液压提升器上下锚，更换液压提升器本体。

(4) 钢绞线断丝故障

卸去断丝钢绞线的液压提升器上锚片，以正常方式同步提升，使该断丝钢绞线卸载，去除该钢绞线，重穿新钢绞线，装上拆除的上锚片，并张拉至与其它钢绞线张力大致相同。

(5) 液压泵源故障

通常的漏油故障能够及时解决。只有在短时检修无效情况下，更换整台泵源。

（6）传感器故障

在短时检修无效情况下，更换传感器。

（7）控制系统故障

应准确判断故障点，在短时检修无效情况下，更换系统零件、部件乃至整套系统。

（8）其它故障

在液压提升过程中，任何监测人员发现有异常情况都可随时叫停；但提升的重新启动则必须由现场总指挥下达指令，其他任何人不得擅自重新启动提升作业。

4 液压提升装置使用要求

4.1 使用场地

图5 液压提升装置吊装过程

液压提升装置占用场地比较大，设备框架及周边预留比较多，适于新建项目。

4.2 吊装对设备装卸车要求

（1）装车时，溜尾吊耳竖直向上；

（2）设备吊耳中心位于基础中心上；

（3）设备摆放相对于设备基础的方位与设备溜尾吊耳一致。

4.3 地基处理

地基处理分为液压提升装置基础及锚点两部分。

4.4 计算与核算

塔架计算包括荷载计算及受力分析、结构整体受力分析、结构计算等，地锚计算包括各缆风绳地锚受力，塔架基础验算包括塔架基础预埋件强度计算，吊具计算。

4.5 过程记录文件

过程记录文件的基本内容包括：液压提升系统塔架杆件检测，塔架基础焊接卡板检查，液压提升装置及周边检查，安全生产（过程）联检，设备（起吊前）必备条件联检，设备钢结构吊装提升系统自检验收，设备安全技术作业交底，设备提升过程塔架垂直度和水平度监测，设备装精度测量，吊装过程监测监控技术措施，液压提升装置各节点连接螺栓拧紧施工记录，液压提升装置顶部缆风绳施工记录等。

液压提升装置以其超大吊载能力和使用经济性在大型设备吊装工程中得到了较多的应用。它的使用受到一定的场地及预留条件限制，施工过程中的安全、质量控制点较多，各结构承载力及受力等计算核算较多，过程控制严密。在使用过程中一定要严格按照操作规程、施工方案进行，组织管理措施到位，确保工程施工安全可靠地进行。