一种撬装装置大型设备检修吊装工装的设计

2022-11-02王欢王礼梅宋骏赵元熠闫韬付博

中国设备工程 2022年20期

王欢，王礼梅，宋骏，赵元熠，闫韬，付博

（1.中国石油西南油气田公司天然气净化总厂，重庆 401120；2.中国石油西南油气田公司通信与信息技术中心重庆总站，四川成都 610000）

天然气工业撬装装置具有模块化、撬装化、工厂化的优势，通过三维建模实现装置的可视化设计与施工，便于工艺管道、设备布置，提高施工质量；同时，装置撬装化后，更有利于材料、设备的批量化采购，有效地节约了成本；工艺装置的“工厂化”减少了现场施工的工作量，减轻工人室外劳动强度，提高施工效率。此外，撬装装置具备结构紧凑、节约空间、拆迁方便、便于流动等优势，在石油天然气领域中有广泛的应用前景。但其缺点是维修空间狭小、检修施工难度大，特别对于橇内大型设备部件的安装与维修，常用的吊装设备，如汽车起重机无法作业，通常采用手动葫芦等起重方法进行施工，导致劳动强度大、安全性差以及效率低下，极不利于人员、设备的安全。因此设计一种橇装装置大型设备检修吊装工装结构，解决现存施工难题，提高对橇内大型设备的检修效率与能力是极为必要的。

1 装置概况

该天然气净化厂硫磺回收单元采用超级克劳斯(SuperClaus )硫磺回收工艺,包括一个热转化段，3个克劳斯催化段和1个超级克劳斯段。在正常运行条件下，超级克劳斯硫磺回收装置的回收效率可达到99.2%以上，热转化段的反应如下所示：

其后，废热锅炉移走过程气部分热量，将气相硫冷凝回收。通过以上可见硫磺冷凝器在系统中重要性，该设备采用撬装结构安装，工艺布置共3层，其中硫磺冷凝器4台，位于撬装的底层（层高6M），固定管板式硫磺冷凝器外形尺寸为2100/2300×12292mm，设备总重量52300kg，前端距橇装边缘为870mm，上部被4台对应布置反应器遮挡，尾端盲板直径为2590mm，厚度为147mm，单块重量为6.08T。受撬装结构的影响，在对设备进行年度检维修时，无法采用常规的汽车起重机作业。操作人员花费大量时间及精力，采用2个5T手拉葫芦为主吊，将盲板直接放置于平台格栅板上，再用1个3T手拉葫芦往后拉0.5m固定（如图1、2），存在手拉葫芦超极限使用情况，安全、进度受到严重影响。

图1 盲板打开方式

1.1 施工过程中存在的问题

（1）盲板无稳定固定点，尾端承重葫芦为3T，盲板重量超葫芦最大能力200%，存在重大安全隐患。（2）无设备维护操作空间，捕雾网检查更换，流体管疏通等无法进行。（3）盲板复位不能上、下、左、右实现微调，本设备密封面台阶间隙为2mm，安装难度大。（4）盲板自重大，人工吊装耗费大量时间与体力，不利于快速复工复产。

图2 盲板固定方式

2 解决办法

吊装工装设计：经测量现场量跨度、计算吊件重量，选定吊梁规格。

计算载荷标准值：Qk=(g+q)×b

式中，g为永久载荷；q为可变载荷；b为简支梁间距。

载荷设计值：qd=（1.3g+1.5q）×b

最大弯矩：Mmax=1/8qd×b2

截面抗弯模量：W=Mmax/rxf

式中，rx为塑性发展系数；f为抗弯设计值。

根据需求，在该橇装装置内硫磺冷凝器盲板正上方安装对应规格的H型钢作为轨道，选用市场上已成熟应用的GCL型手拉单轨小车，吊挂安装在H型钢下翼缘板上，结合手拉小车，实现设备部件左右、上下平稳移动（如图3）。轨道采用焊接方式连接，通过力学计算确定轨道补强位置并进行补强，

图3 手拉小车与轨道安装图

采用两个单轨小车平行起吊，小车设计能力应不小于被吊部件最大重量，从而保证在单边失稳情况下可安全操作。

（1）轨道力学校核（要求同上）。该硫磺冷凝器端盖重量为6.08t，拟选材质为Q235的300×200×8×12mm H型钢作为小车轨道，吊装时可视为简支梁受力模型，滑动小车在轨道中点时受力最大。受力分析如下（图4、5）。

图4 Q235 型材力学性能

图5 Q235 H型钢受力分析

由Q235型材力学性能表与H型钢受力分析表可知，300×200×8×12mm的H型钢在中点承受6t重量时强度为68.52N/mm²，小于Q235材质抗压、抗弯强度215N/mm²（安全系数3.13），能够满足该天然气净化厂硫磺冷凝器盲板吊装需求。（2）轨道安装位置力学校核。轨道与橇装装置采用焊接连接，通过ANSYS进行建模分析，得出在部件吊装移动过程中，轨道两端与橇主梁连接位置因结构不连续，是整个吊装工装受力薄弱点，应进行相应补强（如图6）。补强板采用与H型钢翼缘板等厚度（12mm）原则，单边大于焊接热影响区尺寸贴焊可保证强度及其稳定性要求。