浅谈阿联酋ECF水泥厂水泥磨筒体的更换
2015-12-22吴小海
吴小海
中材国际海外事业发展公司，北京 100037
浅谈阿联酋ECF水泥厂水泥磨筒体的更换
吴小海
中材国际海外事业发展公司，北京 100037
水泥厂改造工程项目在施工中由于受现场条件的制约，现代化施工设备的使用常常受到限制。阿联酋ECF工程磨机筒体安装过程中，通过自制可旋转的筒体托排，利用手动葫芦灵活调节托排高度，配合卷扬机、千斤顶等常用的吊装设备，顺利地实现了在狭窄空间内对磨机旧筒体移出和对新筒体的安装。
磨机筒体 场地狭小 托排 安装
0 引言
阿联酋ECF水泥厂位于阿联酋阿布扎比酋长国艾因市，已有30多年历史。ECF水泥厂现有2号水泥磨由20世纪80年代石川岛（IHI）公司供货，尺寸Φ4.2 m×16.7 m，设计台时产量为120 t/h水泥，磨机总重约240 t，主体厂房为钢结构螺栓连接。由于磨机筒体运转年数较长，筒体已出现约1 m长的裂纹，为安全生产考虑，必须及时更换新筒体。新筒体由西班牙生产，于2007年进场。新旧筒体单体重量约95～100 t。原有的磨机设计资料和厂区竣工图纸残缺不全，无法从纸面资料对厂房和设备情况进行详细的了解，且目前国内外都没有现成的筒体更换案例文献可以参考。本文就该水泥磨筒体的更换工作进行总结介绍，以供参考。
1 施工难点
ECF2号水泥磨现场的场地狭小，磨机房四面及其上部都是大型钢结构立柱和彩板，磨房出口最宽处仅有8 m左右，无法使用大吨位吊车起吊筒体。筒体体积大，重量重，施工难点在如何将旧筒体移出，将新筒体组对连接后挪进。经现场考察发现，磨房的房梁不能允许作为吊装设备的起吊点。鉴于该工程特定条件的限制，经现场考察并计算研究，决定采用自制的可调节角度的托排（托排的制作见下文），利用卷扬机及千斤顶等辅助设备来移除磨机旧筒体和安装磨机新筒体。
2 施工方法
2.1 旧筒体的移出
（1）协调ECF业主清理磨机房各楼层位置的灰尘，创造干净和安全的施工环境，并将磨机筒体内的研磨体倒出并清理出现场。
（2）按顺序拆除与磨机筒体相关联的外围设备。由于厂房是钢结构螺栓连接，整体拆除费用太大，部分拆除会破坏结构强度，只能拆除不影响结构强度的部分。根据现场勘察，确定了拆除设备的先后顺序，即：
①拆除进料端外侧墙体；
②拆除靠近墙体处的压缩空气储气罐（要考虑其他地方是否有该储气罐所带的用气点），并做好管道标记，保护好管道接口；
③拆除储气罐边的磨机喷水站和连接管件（包含磨上面的管件），做标记；
④拆除磨机外侧部分彩钢板和型钢，便于吊车大臂伸进磨房内作业；
⑤拆除磨机内部衬板、隔仓板、端衬板；
⑥拆除进料装置和出料装置；
⑦拆除大齿圈罩子；
⑧分两段拆除大齿圈；
⑨拆除磨机磨头、磨尾油站，及油管并做好保护和标记；
⑩拆除传动轴、小齿轮。
（3）打垫层。将水泥磨旧筒体下面垫石子（约500 mm厚，靠近筒体位置），石子上面工作面尽量平整、水平一致地垫到磨机外侧直至进料端墙外约12 m，然后用人工将石子顶部平整。在石子层上面铺20 mm厚钢板，保持钢板平整。
（4）安放托排。根据经验在现场制作托排，将制作好的托排放在磨机的旧筒体下面，同时托排下面放上圆钢（无缝钢管）用于滚动托排（准备20根直径50 mm的圆钢）。
（5）移出旧筒体。用2个200吨千斤顶顶起磨机旧筒体，在托排上面放上一层道木，松开千斤顶，磨机旧筒体停放在托排上面；用卷扬机牵引的方式将磨机托排逐步推出至室外；调遣一台300吨吊车将磨机吊装旋转存放在附近，就地存放在安装磨机不碍事的地方（因为磨机已经不可能再次使用，只能当废铁处理，不必增加再次整体运输的费用）。至此，旧筒体完全安全移出。
2.2 新筒体的挪入
新筒体的挪入和安装就位工作基本上与旧筒体的拆除和移出工作顺序相反（如图1），在此不予赘述。
图1 筒体撤离和进入示意图
2.3 施工要点
2.3.1 托排制作
托排的作用是将被运输的筒体放置在托排上，用滑轮组通过卷扬机牵引托排实现筒体的水平运输；在筒体被抬升到一定高度后，通过托排旋转带动筒体旋转至安装位置。
本项目现场施工过程中，托排具备带动筒体旋转的功能是托排制作的关键。利用滚动摩擦阻力小的原理，用滚杠搬运法实现设备水平运输是一种常用的方法，主要机具包括卷扬机、托排、滑轮组及滚杠。托排制作（如图2所示）以25#工字钢（数量：3根）作为排脚，工字钢上焊接12 mm厚钢板（固定）做成钢排。如何实现筒体的水平面旋转是托排制作的重点，最终考虑在托排上再增加一块活动钢板（同样12厚），通过圆柱销，将活动钢板与固定钢板联接（如图3所示），当需要水平旋转以调节筒体移动的方向时，固定钢板保持不动，利用卷扬机或手拉葫芦牵引活动钢板上的吊耳，使活动钢板绕圆柱销转动，从而带动筒体旋转。为减少摩擦力，在两块钢板间涂抹润滑油。
图2 自制托排的示意图
图3 托排的使用布置
2.3.2 托排上放置筒体
由于受ECF项目现场施工场地的限制，现场无法使用大吊车将筒体吊装到托排上，只能考虑用千斤顶将筒体托起，筒体底部放入托排。由于筒体卸车后直接放置在地面上，施工中在筒体下方两端开挖2.8 m×1 m×1 m(H)基槽，槽中放置自制的筒体托架（见图4），用2个200吨千斤顶通过筒体托架将筒体慢慢托起，在筒体下方依次放入路基枕木、滚杠、托排、筒体枕木（见图3）。在放置托排时，应注意尽量使筒体中心点与托排圆柱销在同一垂直轴线上，避免重心偏离。
在利用千斤顶顶升筒体托架时，当托架承受全部筒体重量后应暂停顶升，仔细观察托架是否存在变形或焊缝开裂等情况，确保托架承受能力后再缓慢顶起筒体。
为了便于托排的装卸，在安装托排时，以筒体上对称的螺栓孔做吊点，利用两台2吨的手拉葫芦吊挂住托排。操作时，只需要调节手动葫芦就能轻松改变托排的安装高度，大大提高了施工效率。
图4 筒体托架
2.3.3 滚杠、卷扬机、滑轮组的选择
筒体单体设备(含托排)重量约100 t，换算后约为970 kN，采用3根25#工字钢作托排（如前文所述）。
（1） 滚杠。现场选用Φ114 mm×10 mm的无缝钢管作滚杠，滚杠数量M计算：
M=QK1×K2/WL
=970×1.1×1.1/3 500×114×10-3×0.348
=8.45
≌9根
滚杠运输的牵引力P计算：
P=((Q载+q×M)f1+Q载×f2)/100D=((1125.3+0.578× 9)×0.1+1 125.3×0.05)/100×0.114=14.85 kN=1.52 t
式中：Q —搬运设备的重量，kN；
K1—动载系数， 取K1=1.1；
K2—超载系数， 取K2=1.1；
W—滚杠有效载荷（kN/m），ECF项目施工采用厚壁无缝钢管，取W=3 500 D；
L —每根滚杠有效的承压长度，m；
Q载—滚杠实际承载的重量，Q载=1 125.3 t；
q—单根滚杠自身质量；
f1—滚杠与沿着滚杠平面之间的滚动摩擦系数，取f1=0.1；
f2—滚杠与放臵载荷排子之间的滚动摩擦系数，取f2=0.05。
（2）滑轮组和卷扬机。由于滚杠运输的牵引力P为1.52 t＜2 t，考虑利用单柄滑轮做滑车组，卷扬机选用2吨电动卷扬机l台。
2.3.4 筒体运输及旋转
无论在旧筒体的移出还是在新筒体的挪入过程中， 由于磨机房门柱间距最宽处仅为8 m，考虑筒体本身的尺寸，只能将筒体斜向移出或挪入磨机房。且在运输前应事先测量准确，保证筒体运输过程中不会碰上基础座。
利用滚杠、卷扬机及单柄滑轮，牵引托排将筒体运至磨机房，当筒体中心点与基础座轴线相重合时，卷扬机停止牵引；利用2个200吨千斤顶将托排慢慢托起，当筒体底标高超过基础座的最高点后，托排静止不动，利用5吨手拉葫芦牵引托排上的活动钢板，绕销轴带动筒体旋转，直至筒体中心轴线与基础轴线处于同一垂直面。
由于在两块相对滑动的钢板间添加了润滑油，并且在制作时接触面经过打磨处理，大大降低了钢与钢之间的静摩擦系数f，根据最大静摩擦力计算公式：
Fmax=fN=0.1×100=10 t
同时根据力平移定理，Fmax=Pm（为便于计算，不考虑分布受力），求：
P=Fmax/m=10/2=5 t
因此，可选用5吨手拉葫芦作为牵引设备。
在千斤顶顶升托排过程中，需要利用大量的枕木，由于该工程位于中东地区的阿联酋沙漠腹地，十分偏僻，枕木十分缺乏，施工中利用旧有的筒体托架进行改造，使千斤顶直接作用在托架上，代替部分枕木，共节约枕木近百根。
2.3.5 筒体轴线调节
由于卷扬机每次牵引步距较大，无法实现筒体安装轴线的准确定位，因此采用5吨螺旋千斤顶对筒体进行纵向及横向调节，同样在托排下铺设滚杠，通过千斤顶调节托排的纵、横向位置来实现。
3 结束语
水泥厂改造工程项目在施工中由于受现场条件的制约，现代化施工设备的使用常常受到限制。阿联酋ECF工程磨机筒体安装过程中，通过自制可旋转的筒体托排，利用手动葫芦灵活调节托排高度，配合卷扬机、千斤顶等常用的吊装设备，顺利地实现了在狭窄空间内对磨机旧筒体的移出和对新筒体的安装。
2015-06-20）
TQ172.632
B
1008-0473(2015)05-0054-03
10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.05.018
