可移动开合式液压提升门架系统吊装技术研究与应用
2021-09-15卢德明
卢德明
中石化第十建设有限公司 山东青岛 266520
最近，由双门架组合而成的5200t 级无揽风可移动框架式液压提升系统凭借其吊载能力大、适用范围广和成本投入少等显著特点，出色地完成了茂名石化及浙石化项目多台超重型浆态床反应器的吊装任务，显示出了广阔的应用前景。该系统除塔架吊装不需要揽风系统辅助和可整体滑移等优点外，塔架具备开合的特点使其成功解决了设备干涉的难题。
1 项目概述
茂名石化产品结构优化项目260 万t/ a 浆态床渣油加氢装置有3 台超重型浆态床反应器A、B、C 自西向东依次布置。由于装置设计布局紧凑，为避免塔架的重复拆组，经过核算，吊装顺序只能按照A- C- B 依次进行吊装施工。但在A 塔和C 塔分别吊装完成以后，A塔M2 管口与西侧塔架干涉453mm，C 塔L1b 管口与东侧塔架干涉27mm，导致塔架无法滑移至B 塔吊装位置。如图1 所示。
图1 B塔吊装塔架横移干涉图
为此，中石化第十建设有限公司设计了塔架开合方式的解决方案：在B 塔南侧位置将塔架间距由11.5m 缩短调整至10.9m，滑移至吊装位置后，再将塔架间距扩张恢复至11.5m，待B 塔吊装完成后，利用吊车原地进行塔架拆除工作。
2 塔架开合方案
2.1 开合前准备工作
C 塔吊装完成以后，按照塔架移位方案，先将塔架整体滑移至B 塔基础南侧，此时调整塔架中心与B 塔基础中心偏西100mm，塔架东侧与C 塔管口的安全距离为73mm，塔架西侧与A 塔管口存在553mm 的干涉区域（图2）。塔架到位后，利用卡板和筋板等固定住东侧塔架，确保其不发生位移，然后拆除连接东西向塔架之间的米字型支撑，拆除固定西侧塔架与顶部吊装梁的卡板，并按照要求在两侧塔架40m 标高位置分别张拉临时缆风绳。
图2 塔架进入B塔吊装位置前的状态图
2.2 东西向塔心间距开合方案
（1）在西侧塔架底部托梁外侧布置2 个32t 千斤顶，在西侧塔架顶部大梁外侧布置2 台32t 千斤顶，然后将东侧塔架底部托梁与滑道之间通过马板牢牢固定，如图3 所示。
图3 顶推前塔顶及底部塔间距缩小用千斤顶布置图
（2）焊接限位装置。顶部位置选择在2 组提升大梁内侧下部位置，预先分别焊接一块长度为800mm 的止挡块，止挡块与内侧顶升点间距50mm。底部选择在西侧塔架托梁内侧设置两组长度为800mm 的限位卡板，且保持挡块与顶升点间距同样为50mm。具体如图4 所示。
图4 顶推前顶升点和限位板布置图
（3）准备工作完成以后，上下两组共4 台液压千斤顶同步顶升，同时将西侧塔架向东侧进行顶推，每次顶升的行程是50mm（塔架垂直度允许偏差为100mm，垂直度在可控范围内）；顶升完成后，进行上下同时确认，以确保上下顶升的同步，当千斤顶行程不够时，通过垫板的方式来进行增加顶推行程；一次顶推完成，垂直度复测确认完毕后，沿限位板长度方向修割50mm；始终保持限位板与止挡装置之间间隙50mm；直至完成600mm 的塔心距的收缩，至此，东西向塔心间距由11.5m 调整为10.9m。
（4）待垂直度复测合格后，将顶部大梁与下部横梁使用卡板临时焊接固定。另外，割除固定东侧塔架的卡板，打磨滑道上的焊瘤焊疤，按照原滑移方案要求，将塔架整体滑移至B 塔基础上方。
（5）二次固定东侧塔架，按照同样的操作规范和要求，分步骤将西侧塔架向西顶推恢复至600mm，顶推过程中适当调整塔架的位置，确保其在滑移板上。
（6）塔心间距恢复至11.5m，垂直度复检合格后，焊接恢复起连接支撑作用的米字型支撑，底部加设Z字型支撑，确保塔架继续成为一个稳固的刚性结构，继续按照滑移方案使用液压千斤顶顶推微调塔架至吊装位置上，至此，塔架的开合操作完成。
3 塔架开合移位安全措施
（1）为了保证液压提升系统开合过程中的平稳，在东西两片塔架设置4 组措施缆风绳，措施风绳通过牵引锚点进行固定。根据附件缆风受力计算，东侧锚点的两根缆风受力合计为75kN，西侧锚点的两根缆风受力合计为73kN，通过计算需要压载重物为30t，对应配置规格为Φ24（6×37+1- 1700MPa）的钢丝绳，满足拉设要求。
（2）液压提升系统在开合过程中，在开合方向设置监测点，通过架设经纬仪，测量塔架东西向垂直度。当垂直度误差超过50mm 时，通过措施风绳和千斤顶重新调整塔架垂直度，满足要求后继续开合工作。
（3）塔架开合前清除塔架上部杂物，注意防护好顶部作业人员作业工具，防高处坠物。
（4）塔架开合过程中安排专人观察锚点受力变化情况。
（5）塔架开合过程中，顶部施工机具的防护措施包括：用于塔架开合动力的千斤顶，通过保险绳固定在上部大梁位置，防止掉落；用于千斤顶操作的压杆，使用人员在使用前需通过安全绳与自身的安全带连接牢固，防止掉落；其他小型施工用器具在开合作业前，进行检查，禁止无固定保护措施就搁置在大梁等其他地方，要及时回收、整理。确保高空无任何浮动物体后方开始开合作业。
（6）在开合作业期间，要提前与气象部门取得联系，选择天气好的时段进行作业，将气象的不利条件对施工作业的影响降低到最小状态。当预报第二天风速≥5 级等恶劣天气时，及时拉设临时缆风，禁止高空作业和开合作业。
4 塔架开合受力分析
4.1 结构计算前处理
4.1.1 计算模型
塔架收缩前临时缆风三维布置图和塔架支撑布置示意图分别如图5 和图6 所示。
图5 塔架收缩前临时缆风三维布置图
图6 塔架支撑布置示意图
提升塔架采用4.2m×4.2m (中心距离3.8m×3.8m)塔架，塔架高度约为77m，由4 个塔架组成本次的提升体系。计算工具采用SAP2000 Nonlinear Version，计算时考虑P- △效应和大位移非线性影响。
塔架在收缩和伸放的过程中，东侧(或西侧)塔架不动，移动西侧(或东侧)塔架。塔架塔身移动过程中，临时缆风一直拖带在塔身上。
塔身的移动通过在塔顶和塔底安装千斤顶实现，上下千斤顶的最大不同步距离为50mm。本次计算，将这50mm 的不均匀位移作为荷载增加在塔架顶部。
根据实际情况，本次临时缆风计算和塔架稳定计算时，塔架顶部和提升大梁之间，以及塔架底部柱肢和地面之间均按铰接处理。
4.1.2 荷载计算及受力分析
门式塔架及吊梁自重：程序自动计算,荷载分项系数取1.2；
作用于结构上的风荷载：按规范取值，荷载分项系数取1.4。
4.2 结构整体受力分析
4.2.1 工况条件
按照国家规范，临时揽风计算按照不超过6 级风，最大风速13.8m/ s，风压0.12kN/ m2。
4.2.2 风载有关的其他参数
（1）厂区内，地貌按A 类；
（2）塔架总高度77m，风压高度取77m×2/ 3，Uz=2.04；塔架横梁的风压计算高度取77m 处Uz=2.25。
（3）风振系数，塔架、缆风绳等βz=1.5，其余视情况取值。
（4）其他按杆件形状分别选取，塔架考虑前后桁架的遮挡。
4.2.3 适用规范
计算中与风荷载相关的参数均严格按照《建筑结构荷载规范》，采用的荷载组合及各荷载的组合系数和分项系数均严格按照《钢结构设计规范》。
4.2.4 结构计算
纵、横向风载标准值（东西向6 级风）：
式中：μz——风压高度变化系数；
μs——风载体型系数；
βz——风振系数；
Wo——基本风压；
A——构件迎风面积。
（1）塔架柱（桁架）的风力
门式提升支架柱身(4.2m×4.2m)风力：
∑μsAi=1.90m2/ m
考虑节点、爬梯迎风的因子后：
∑μsAi=1.90m2/ m×1.2=2.28m2/ m
挡风率：φ=0.33
查得挡风系数：η=0.65
均布荷载：qwz=μzβz∑μsAiηWo=2.04×1.5×1.9×1.2×（1+0.65）×0.12=1.38kN/ m
其中(1+0.65) 为考虑提升架前后挡风的影响因子。
（2）塔架梁的风力
WDL=μzμsβzWoAL
=2.23×1.3×1.5×0.12×12×4=25kN/ m
（3）单根钢绞线风力
Q=μzμsβzWoA
=2.04×1.5×0.8×0.12×0.015
=0.0044 kN/ m
塔架顶部单侧沿东西方向施加50mm 的侧向位移，如图7 所示。
图7 侧向位移示意图
4.3 计算结果
4.3.1 收缩前状态时塔架临时缆风受力
收缩前状态临时缆风变形示意图和编号示意图分别如图8 和图9 所示。
图8 收缩前状态临时缆风变形示意图
图9 收缩前状态临时缆风编号示意图
临时缆风在承受6 级风工况下，各个缆风绳的计算拉力为S1=75kN、S2=73kN、S3=74kN、S4=72kN。
4.3.2 收缩前状态塔架整体稳定验算
各阶临界荷载作用下的失稳模态如图10 所示。
图10 收缩前状态第一、二、三阶失稳模态
各阶临界荷载对应的安全系数如表1 所示。塔架最早开始失稳的振型为整体失稳，最小稳定安全系数为21.75，大于1，满足稳定安全要求。
表1 各阶临界荷载对应的安全系数表
4.3.3 伸放前状态时塔架临时缆风受力
伸放前状态临时缆风变形示意图及编号示意图分别如图11 和图12 所示。
图11 伸放前状态临时缆风变形示意图
图12 伸放前状态临时缆风编号示意图
临时缆风在承受6 级风工况下，各个缆风绳的计算拉力为S1=37kN、S2=36kN、S3=38kN、S4=37kN、S5=32kN、S6=30kN、S7=30kN、S8=32kN。
4.3.4 伸放前状态塔架整体稳定验算
各阶临界荷载作用下的失稳模态示意图如图13所示。
图13 伸放前状态第一、二、三阶失稳模态
各阶临界荷载对应的安全系数如表2 所示。
表2 各阶临界荷载对应的安全系数表
塔架最早开始失稳的振型为整体失稳，最小稳定安全系数为20.5，大于1，满足稳定安全要求。
