框架内设备吊装更换的一种新方法

2021-08-24张继选张培玲张志刚侯学纲

中国科技纵横 2021年11期

张继选张培玲张志刚侯学纲

（1.中石油第二建设有限公司，甘肃兰州 730060；2.甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州 730050）

0.引言

随着炼油化工装置长时间运行，部分较大型框架内设备由于运行时间长，达到报废期或工艺落后，需要整体更换，根据框架现状、实际情况选择合理、安全、优质的更换方法显得尤为重要。兰州石化公司120万吨/年重油催化裂化装置预热回收系统框架内设备省煤器由于运行时间长，工艺落后，有四组省煤器需要拆旧换新，且四组省煤器在框架中部，上部框架高、设备多，加之改造工期有限，整体从上到下拆除不现实，工程技术人员通过现场勘查，优化方案，最后采用制作整体框架，每具省煤器整体水平拖运、吊装更换的一种创新方法，有效解决了问题[1]。

1.设备最大规格尺寸

（1）旧省煤器规格尺寸：5600×3500×3400最大重量60000kg；（2）新省煤器规格尺寸：5600×3500×3400最大重量45000kg。

2.框架设计说明

（1）在原有框架正南面制作新框架。

（2）新框架必须经过计算可以承重单台省煤器最大整体重量。

（3）框架高度是最高处省煤器最底部高度，如最上部省煤器底部高度12000mm，框架高度就设计、制作为12000mm高。

（4）框架设计计算说明。钢架设计为方形钢架，均由H型钢组装焊接而成。钢框架规格尺寸为：5000×4500×12000mm，轨道支撑架主要由立柱、主梁、次梁组成。主立柱主要承受轴向压应力，主横梁承受弯曲应力，次梁加固主梁保证结构的稳定性。

本计算书仅对主梁和立柱进行核算，次梁和斜撑不做计算，这样的计算结果更为安全。本结构中所有的材料包括立柱、主梁、次梁等全部使用Q235-A。Q235-A屈服应力σs=235MPa（GB700-88），许用应力[σ]=σs/1.5=156.7MPa，许用剪切应力 [τ]=0.7[σ]=109.7MPa。

立柱、横梁承载最大重量按60000kg考虑，考虑受力不均衡系数取1.3，则钢架立柱的设计载荷为78000kg。

1）立柱设计计算。立柱采用350×350×6×12的WH型钢，在5000mm段上有两根立柱承受压力。按最不利状态计算，假设两根立柱承受设备所有的重量，则单根立柱承受的压力为F0=78000/2=39000kg，立柱高度12000mm。不考虑结构连接加强的部分，按所有重量由单根立柱承担受压进行计算[2]。

面积A=10356mm2，最大惯性矩Ix=257340000mm4，截面抗弯模量Wx=1470000mm3，截面惯性半径i=157.6mm，L=12000mm，长度因子μ=1。

计算长细比λ=μL/i=76。

对应查表（3）得到轴向压杆稳定系数φ=0.807。

则立柱压应力 σ1=F0/φA==46.6MPa＜ [σ]=156.7MPa，满足要求，安全。对应的计算结果见表1所示。

表1 立柱计算表

由长细比可查稳定系数，不同的材料稳定系数不同，此钢架采用Q235作为立柱计算，对应稳定系数见表2所示。

表2 轴心受压构件的稳定系数(Q235)

2）水平拖运轨道梁设计计算。水平牵引时，四根水平主梁受力最大的是5000mm段的中部处（中部弯曲最大），按四根梁同时承受设备的重量均布载荷的弯曲应力进行计算。

设计采用焊接H型钢，规格WH300×300×6×12，计算结果如表3所示。

表3 WH焊接H型截面特性参数表

σ=M/W=114.3＜[σ]=156.7MPa，满足要求，安全。

3）结论。经上述计算，立柱及水平拖运主梁均满足要求，设计的钢架安全可靠。

3.施工程序及要领

（1）拆除安装顺序为自上而下进行更换，就是将最上部拆除、安装结束后，再进行第二台作业、以此类推。（2）作业人员在需要更换的省煤器下方拆除阻挡设备水平运输的附件及连接件，将两更根H型钢在省煤器合适位置支放（一直延伸到设计的框架最南边缘）、将两根H型钢焊接成整体，并固定坐落在外部设计的钢架水平横梁上。（3）用四台20t手拉葫芦，将原有框架需要更换的最上部省煤器提起（脱离原有支座50mm），割开正南面小型H型钢（阻挡省煤器水平运输），移走。（4）四台20t手拉葫芦同时落钩，将需要更换的省煤器落在焊接好的H型钢上。（5）两台20t手拉葫芦在设计的新框架最南面拉运，将更换的省煤器水平向南运输，运输到部分出旧框架时，选择合适位置吊车提升，以减轻水平倒链拉力，互相配合直到省煤器完全从旧框架出来。（6）大型吊车将省煤器吊下，完成省煤器拆除任务。（7）同样方法将新省煤器安装到位。（8）将新设计的框架整体割开吊走（最上部高度和需要更换的下一台省煤器底部一样高）。（9）同样方法更换下一台，顺序同样方法更换完四台省煤器[3]。