CN101530774B - 大型设备焊接顶板式法兰吊耳及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型设备焊接顶板式法兰吊耳及制作方法,其节约材料、节省制造成本,使用方便,有效降低了起重工的劳动强度。本发明包括法兰,法兰由依次设置的上法兰、中法兰和下法兰构成,上法兰、中法兰和下法兰之间通过焊接成一整体,顶板吊耳插入法兰,顶板吊耳分别与上法兰和下法兰焊接,法兰上设置有定位销孔,中法兰上开有双坡口,上法兰和下法兰上分别开有单面坡口,插入法兰的顶板吊耳露出法兰100-150MM,上法兰和下法兰与顶板吊耳之间分别设置有筋板。
Description
一、技术领域:
本发明涉及一种法兰吊耳,尤其是涉及一种大型设备焊接顶板式法兰吊耳及制作方法,其适用于大中型设备(反应器、塔器等)的吊装。
二、背景技术:
背景技术中,大中型设备的吊耳,传统的施工方法是根据设备参数(重量、直径、高度)结合施工现场,大部分采用管轴式吊耳、锻件顶板式吊耳;因大中型设备一般到货都是热处理之后到施工现场,不允许在现场对设备施焊制作吊耳。目前重型反应器顶部吊点采用锻件顶板式法兰吊耳,锻件顶板式法兰吊耳制造周期长,制造成本高。
三、发明内容:
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处,提供一种大型设备焊接顶板式法兰吊耳及制作方法,其节约材料、节省制造成本,使用方便,有效降低了起重工的劳动强度。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种大型设备焊接顶板式法兰吊耳,包括法兰,其特征在于:法兰由依次设置的上法兰、中法兰和下法兰构成,上法兰、中法兰和下法兰之间通过焊接成一整体,顶板吊耳插入法兰,顶板吊耳分别与上法兰和下法兰焊接。
上述法兰上设置有定位销孔。
上述中法兰上开有双坡口,上法兰和下法兰上分别开有单面坡口。
上述插入法兰的顶板吊耳露出法兰100-150MM。
上述上法兰和下法兰与顶板吊耳之间分别设置有筋板。
一种大型设备焊接顶板式法兰吊耳的制作方法,其特征在于:分片法兰制作后,对法兰开定位销孔,然后中间一片法兰开双坡口,把顶板吊耳插入法兰校正并施焊,中间法兰上部、下部的上、下法兰开单面坡口,分别镶入顶板吊耳并用销孔定位,且使插入下法兰的耳板露出法兰100-150MM,对耳板、上、下法兰分别施焊,之后焊接上、中、下法兰使之成一整体,在上、下法兰上加筋板加固,焊接顶板式吊耳制作完后,根据所用法兰、吊板材料,对其进行常规热处理消除内应力。
与现有技术相比,本发明具有的优点和效果如下:
1、焊接顶板式法兰吊耳节约材料、节省制造成本,法兰可采用同类型法兰板拼接,顶板吊耳采用不同厚度、同尺寸吊耳拼接;
2、焊接顶板式法兰吊耳,采用吊耳顶板插入法兰,法兰开坡口的制作工艺;法兰板之间的拼接,采用4个以上销钉定位,板与板开单面坡口环缝焊接,吊耳顶板之间开单面坡口焊接;焊接顶板式法兰吊耳制造完之后,进行整体热处理,消除焊接内应力;
3、焊接顶板式法兰吊耳缩短了制造周期;
4、焊接顶板式法兰吊耳降低了起重工的劳动强度,缩短了重型设备的吊装工期。
四、附图说明:
图1为本发明的结构示意图;
图2为图1的A-A剖视图;
图3为图2的D向视图;
图4为图1的B-B剖视图;
图5为图1的C-C剖视图;
图6为吊装工艺流程图;
图7为设备卸车示意图;
图8为卸车平面布置图;
图9为溜尾吊车受力计算图;
图10和图11为角焊缝示意图;
图12为吊装安全距离计算图。
图中,1-上法兰,2-定位销孔,3-筋板,4-顶板吊耳,5-中间吊耳,6-螺柱,7-螺母,8-下法兰,9-中法兰,10-辅吊溜尾250吨履带吊车,11-辅吊溜尾200吨履带吊车,12-吊装作业回填处理区域,13-加氢、降凝反应器卸车置放位置,14-吊装作业回填处理区域,15-主吊630吨履带吊车,16-吊装作业回填处理区域,17-吊装作业回填处理区域,18-主吊630吨履带吊车,19-辅吊溜尾250吨履带吊车,20-高压分离器卸车置放位置。
五、具体实施方式:
本发明工艺原理为:根据大中型设备的结构、重量、尺寸参数、强度、综合安全因素,利用设备顶部的上法兰,焊接制作一块(插入)顶板式法兰吊耳,采用高强度螺栓联接,完成设备吊装。
参见图1、图2、图3、图4和图5,包括法兰,法兰由依次设置的上法兰1、中法兰9和下法兰8构成,上法兰1、中法兰9和下法兰8之间通过焊接成一整体,顶板吊耳4插入法兰,顶板吊耳4分别与上法兰1和下法兰8焊接,法兰上设置有定位销孔2,中法兰9上开有双坡口,上法兰1和下法兰8上分别开有单面坡口,插入法兰的顶板吊耳4露出法兰100-150MM,上法兰1和下法兰8与顶板吊耳4之间分别设置有筋板3。参见图5,所开坡口宽度为60mm,深度为50mm,均为U型坡口。参见图1,定位销孔2(φ70/L=322mm)为2个,孔与孔中心距为210mm,孔与顶板吊耳外边沿距离为210mm;参见图2,吊耳板向下法兰外伸出150mm,上法兰和下法兰与吊耳板接合处开单面坡口,宽度为50mm,深度60mm。
制作时根据设备结构、重量、尺寸参数,设备顶部法兰构造型式,结合设备整体强度及稳定性,设计与顶部同类型的法兰(同中心孔距,同孔径大小),顶板吊耳根据设备重量,综合吊耳所受剪切、挤压、弯曲等因素,设计耳板厚度及尺寸大小。结合设备重量,考虑动载因素,对焊接顶板式法兰吊耳进行设计校核修正。根据设计校核结果,进行分片法兰制作,分片顶板吊耳制作,之后将分片吊耳拼接成一体。具体过程为:分片法兰制作后,对法兰开定位销孔,然后中间一片法兰开双坡口,把顶板吊耳插入法兰校正并施焊,中间法兰上部、下部的上、下法兰开单面坡口,分别镶入顶板吊耳并用销孔定位,且使插入下法兰的耳板露出法兰100-150MM,对耳板、上、下法兰分别施焊,之后焊接上、中、下法兰(环焊)使之成一整体。为了确保顶板法兰吊耳的整体强度及稳定性,可在上、下法兰上加筋板加固,具体可根据设备吊装重量来确定。焊接顶板式吊耳制作完后,根据所用法兰、吊板材料,对其进行常规热处理消除内应力。一切工作结束,就可把焊接顶板式吊耳与设备顶部法兰联接,螺栓按要求用液压扳手预紧之后,就可对大中型设备吊装了。
以140万吨/年柴油加氢项目中降凝、加氢反应器、高压分离器吊装为例,采用500T、300T级焊接顶板式吊耳。
设备概况:
加氢反应器设备重量357.07T,规格φ3800*32483mm(设备重心15.8m);降凝反应器设备重量298T,规格φ3800*27809mm(设备重心12.23m);高压分离器设备重量212T,规格φ3600*11640mm(设备重心6m);三台设备均为立式,并且安装在设备框架内,均在顶部设顶板式吊耳整体吊装,基础标高
吊装方案规划技术参数:
根据本装置工程合同及设备制造要求,三台设备均为整体到货。
吊装机械选择:
根据本装置的施工现场情况、设备参数、设备到货状态及我公司的综合吊装能力,并在做了科学合理的吊装受力分析、计算之后,决定采用三一重工SCC6300(630T)履带式起重机作为主吊吊车,日本神冈CKE2500(250T)履带式起重机和德马格CC-1000(200T)履带式起重机作为溜尾吊车。具体吊车选用详见下表1:
表1
设备吊装主要技术参数详见下表2:
注:630T吊车工况:0-300T超起配重,超起半径17m,吊车杆长60m。
表2
设备吊装顺序:降凝反应器——加氢反应器——高压分离器。
吊装工艺流程见图6:
耳布置及选型:
设备吊耳选型依据:SH/T3515-2003《大型设备吊装工程施工工艺标准》及图“加氢反应器”、“降凝反应器”、“高压分离器”的“开口方位图”;
吊耳选型及位置:详见表3,
表3
吊耳详图见图1至图5,为顶板式吊耳;
吊耳材质选用Q345,角焊缝焊角高度为两焊件薄件厚度,且为全满焊工艺;焊接完毕后对所有焊缝进行100%磁粉探伤检验,I级合格;焊材选用见本设备制造图纸中焊接工艺要求;
吊装机具、索具选择及系挂方式:
吊装加氢反应器时,主吊车为630T履带式起重机,索具选用2根φ90钢丝绳各绕吊轴3圈(即2根*3圈);辅助吊车一台为250T履带式起重机,溜尾索具采用1根φ65钢丝绳,绕吊耳轴3圈(即1根*3圈),另一台为200T履带式吊车选用1根φ65钢丝绳,绕吊耳轴3圈(即1根*3圈)。
吊装降凝反应器时,主吊车为630T履带式起重机,索具选用2根φ90钢丝绳各绕吊轴3圈(即2根*3圈);辅助吊车为250T履带式起重机,溜尾索具采用2根φ65钢丝绳,每根钢丝绳绕吊耳轴2圈(即2根*2圈)。
吊装高压分离器时,主吊车为630T履带式起重机,索具采用φ90钢丝绳2根各绕吊轴3圈(即2根*3圈),溜尾吊车为250T履带式起重机,索具采用φ65钢丝绳2根各绕吊轴2圈(即2根*2圈)。
各设备的吊索具选用详见下表4:
表4
吊装安全技术措施:
吊装加固:为防止设备吊装过程中发生失稳,在设备的裙座部位采用钢管φ273*8mm进行“井”字支撑加固。
吊车行走及吊装区域的道路处理:
在140万吨/年柴油加氢装置加氢及降凝反应器吊装区域道路处理之前,首先拆除降凝反应器西边和设备703-D-306南侧管廊架南端三架管廊架,即7PR23、24、25A-B管廊架,然后再进行场地回填处理。630T履带式起重机行驶、吊装区域,采用3∶7灰土分层夯实,厚度为500~600mm;然后在灰土层上面铺设厚度为500mm的碎石,压实,高度应超出基础螺栓500mm。250T、200T履带式起重机行驶、吊装区域,采用素土分层夯实,高度超出井盖以上300mm;吊装区域在素土夯实层的基础上再采用厚度300mm的碎石铺设。凡吊车在原水泥路上行驶的,均需在路面铺设厚度为200mm的素土或δ=16mm钢板,以防吊车履带损伤路面。在吊车行驶、吊装区域内有积水的地基,均应将该处素土挖出拉走,并重新回填,以防翻浆。工程回填面积大约1600m2,灰土层厚要求0.6m,石子厚0.5m,灰土每回填150mm后用机械每层夯实,石子回填200mm后,用250t履带吊进行碾压,回填200mm后,用250t履带吊再次碾压,然后铺设路基板δ=200mm,180m2(大约铺设36次),满足吊车使用要求。
设备吊装方案:
总体吊装方法:加氢反应器采用一台630T吊车主吊,一台250T与一台200T辅助吊车抬尾递送;降凝反应器、高压分离器吊装均采用一台630T吊车主吊,一台250T吊车辅吊抬尾递送,完成3台设备吊装。
两台反应器吊装:本次吊装施工中最大的设备主要是加氢反应器以及降凝反应器,加氢反应器重量为357t,降凝反应器重量为298t,采用630T履带吊在带0~300t超起工况作业。
卸车:两台反应器到货、吊车按要求组装好之后,依照本方案的吊装要求,设备在指定位置卸车,如图7所示:
加氢反应器吊装(降凝反应器的吊装方法同此,只不过抬尾吊车改为一台250T履带吊车):630T履带吊车作为主吊提升,250T、200T吊车作为辅吊抬尾,将设备尾部抬离地面约200mm向东行走,随着630T吊车提升,加氢反应器从卧置状态向直立态过渡,在提升过程中,应时刻监视吊车受力、吊钩垂直度及地基变化等情况,确保吊装安全。加氢反应器随着630T吊车的提升,设备倾角不断增大(0-90°),直立后,250T、200T吊车落钩、拆绳扣。由630T吊车单独吊着反应器向基础方向顺时针回转,直至设备位于基础正上方,对正螺栓,然后缓缓松绳落钩,把反应器安装在其基础上,找正就位后拆除吊盖及所有索具。
高压分离器吊装:高压分离器设备重量为212t,采用630T履带吊在带0~300t超起工况作业。
卸车:高压分离器到货后,吊车站在指定的位置,进行卸车。卸车平面布置图参见图8。
高压分离器吊装:采用站位在设备基础正东侧的630T履带吊车主吊,站位在此设备尾部正南侧的250T履带吊抬尾递送。履带吊车提升高压分离器时,250T溜尾吊车抬尾递送,把设备从卧置状态向直立态提升过渡,在提升过程中,应时刻监视吊车受力、吊钩垂直度及地面情况,确保吊装安全。高压分离器随着主吊车的提升,设备倾角不断增大(0-90°),直立(90°)后,溜尾吊车落钩、拆绳扣。由630T主吊吊车单独吊着高压分离器顺时针向西回转,直至设备位于基础上方,对正螺栓,然后缓缓松绳落钩,使设备就位,把设备固定好后拆除所有索具。
有关计算(现针对加氢反应器进行吊装分析,校核吊车受力,钢丝绳及顶板吊耳验算):
主吊吊车受力验算:
(1)设备总重量:G设=357t
(2)吊钩及机索具重量:g=g1+g2+g3=17+14+2=33t;其中吊钩重、连接件g1=17t,吊盖、溜尾吊耳及支撑件g2=14t,机索具重量g3=2t;
(3)吊装点载荷:G1=(G设+g2)*1.1+g1+g3=(357+14)*1.1+17+2=427t;
(4)主吊吊车最大载荷:
根据上述计算可知,630T履带式起重机在脱排时的最大起重载荷为G1=427t;
(5)主吊车能力校核:
因加氢反应器高度为32483mm,其操作检修用平台框架为36.0m,考虑到钢框架等综合因素,630T履带式起重机主臂接杆60m,工作半径16m,超起半径17m,超起300t,额定起重量Q=490.8t。
G1实际载荷/Q额定起重量=427t/490.8t=87%,能满足吊装能力,故选用630T履带式起重机在全超起工况下是安全的。
溜尾吊车受力计算:(参见图9)
初始状态溜尾力计算:
加氢反应器的重心
加氢反应器总长度:L=32.483m
l1=L-Δ=32.483-0.225=32.258m
耳中心距裙座底距离:Δ=0.225m
l0=l-Δ=15.8-0.225=15.575m;
F——抬尾吊车受力 T——主吊受力
设备总重量(包括吊盖、溜尾吊耳及支撑件重量)G2=G设+g2=357+14=371t若以尾部吊点为转点:
∑M=0 则有T·l1+G2·l0=0
∴T=G2·l0/l1=371*15.575/32.258=180t
由∑F=0 F+T=G2
∴F=G2-T=371-180=191t
综合考虑,采用250T履带式起重机、200T履带式起重机双机抬尾。
抬尾重力分配:
250T履带式起重机抬尾重力分配G3=F/2=95.5t;
200T履带式起重机抬尾重力分配G4=F/2=95.5t;
抬尾吊车载荷计算:
250T吊车抬尾载荷为
Q3=G3*1.1*1.1+g4+g5=95.5*1.1*1.1+4+0.5=120t;
其中吊钩重g4=4t,机索具重量g5=0.5t;
200T吊车抬尾载荷为
Q4=G4*1.1*1.1+g6+g7=95.5*1.1*1.1+4+0.5=120t;
其中吊钩重g6=4t,机索具重量g7=0.5t;
抬尾吊车能力校核:
因考虑到双机抬吊,两台吊车只能按75%额定起重量承载,其中250T吊车工况:基础臂15.2m,工作半径6m,额定载重量为167.7t;200T吊车工况:基础臂18m,工作半径8m,额定载重量为166t。具体计算如下:
250T吊车承载量T1=167.7*75%=125.8t>Q3=120t;
200T吊车承载量T2=166*75%=124.5t>Q4=120t;故安全、方案可行。
250T履带式起重机采用250T吊钩,200T履带式起重机采用200T吊钩,吊车滑车均穿满。
主吊索具相关计算:
因顶盖吊耳的连接件与吊钩通过2根φ90钢丝绳联接,每边绕轴3圈,计算如下:
钢丝绳的破断拉力:Sp=φSo=0.72*561t=404t;
So-钢丝绳破断拉力总和;φ-折减系数;
钢丝绳的许用拉力:[S]=Sp/K=404t/6=67.4t;K=6(安全系数);
钢丝绳各绕吊轴、吊钩3圈,则提升力T提=[S]*6*2=67.4*6*2=808.8t;
考虑到绳子及吊轴两者直径的关系对理论提升力进行折减:
T’提=T提*φ0=808.8t*0.7=566t>Q1=427t;故安全;
φ0-折减系数
溜尾索具相关计算:
吊耳孔采用150t卡环轴,250T吊车采用1根φ65钢丝绳缠绕一个吊轴3圈,200T吊车采用1根φ65钢丝绳绕另一个轴3圈。
溜尾的钢丝绳计算如下:
破断拉力估算法:Sp=50d2=50×652=211t;
许用拉力:[S]=Sp/K=211t/6=35.2t;K=6(安全系数);
250T吊车采用1根φ65的钢丝绳,绕吊轴3圈,则其拉力S1=35.2t*6=211.2t>Q3=120t;
200T吊车采用1根φ65的钢丝绳,绕吊轴3圈,则其拉力S2=35.2*6=211.2t>Q4=120t;故安全。
溜尾吊耳的计算:
因加氢、降凝反应器重量重、直径大,采用尾部捆绑式在吊装时,溜尾绳容易往上滑移,产生冲击,极不安全,因此经过讨论计算,尾部采用板式吊耳溜尾。
板式吊耳采用钢板厚度δ=40mm,吊耳中心距裙座225mm,沿90°方位中心线向两边各布置2个板耳,其中吊耳净间距为300mm、1680mm、300mm。
因150t卡环轴直径φ165mm,所以选用板式吊耳孔为r=85mm,根据R/r=3,所以R=255mm。
4个吊耳板的计算应力
故吊耳孔板强度足够。
500T级焊接顶板式法兰吊耳《主吊吊耳》的计算:
500吨级吊盖的吊耳采用插接镶入法兰盖(下)150mm,因法兰开内坡口与顶板焊接,可以将两者之间的焊缝简化视为角焊缝,角焊缝宽度w=50mm,深度d=60mm,500吨级吊盖受力计算以吊耳根部法兰盖的上、下面角焊缝计算为主,只要角焊缝强度满足要求,就是安全的。力学简化模型为拉力垂直于吊耳板根部角焊缝。
力:F=500×104N (500吨级吊耳)
角焊缝长度:lw=l上+l下
l上=l下=4R+2δ=2160mm lw=4320mm he=38.4mm
lw-角焊缝总长度;
l上,l下-吊耳根部上、下面角焊缝长度;
R-吊耳板大圆半径,R=400mm;
δ-吊耳板厚度,δ=280mm;
he-角焊缝焊脚高度;
角焊缝示意图为图10和图11:
角焊缝强度计算:
∵τ=F/lw he≤βfffw
这里:βf-为角焊缝强度系数,βf=0.7~0.95,取βf=0.7
Q345角焊缝的抗压、抗拉,抗剪强度ffw=200N/mm2
∴τ=(500×104)/(4320×38.4)=30.14N/mm2<βfffw=0.7×200N/mm2故安全。
筋板:
法兰上、下吊盖面均采用4块筋板与吊耳加固联接,对吊耳起稳定与加强作用,防止吊耳侧向弯曲而失稳;同时对上下吊盖及吊耳板起到了加强与定位作用。
吊耳板孔强度计算:
∵σ=F/A=F/(R-r)δ
其中F=500×104N;
R-吊耳板大圆半径,R=400mm; r-吊耳孔半径,r=140mm;
δ-吊耳板厚度,δ=280mm; [σ]=250N/mm2为Q345的抗拉抗压强度;
∴σ=(500×104)/[(400-140)×280]=68.68N/mm2<[σ]=250N/mm2
或用拉曼公式:
∵σ=(kF/dδ)×[(R2+r2)/(R2-r2)]
其中k=1.1为动载系数,d=2r=280mm
∴ 强度满足
综上:吊盖采用销柱定位加固,筋板加固联接,吊耳焊缝满焊、连续焊,并采用整体热处理,强度满足要求;500吨吊盖能满足吊装要求。
螺栓预紧力扭矩计算
终拧扭矩值:M=K×F×D‰
K-扭矩系数;K=0.11-0.15;这里取K=0.15;
F-螺栓预紧力;这里螺栓预紧力设计值为F=48.8-55.5KN;取F=55.5KN;
D-螺栓直径;D=80mm;
所以M=0.15×55.5×80‰=6.66KN·m
吊装安全距离计算:
630t吊车吊臂与钢框架安全距离计算:(参见图12)
L-吊杆长度,L=60m;
R-工作半径,R=16m;
H1-钢架高度,H1=36m;
D-框架宽度,
h-吊车杆高度,h=1.5m;
h0-车体高度,h0=2.5m;
S-框架与吊车杆间隙
L=60m R=16m H1=36-2.5=33.5m D=4.24m
H=L×Sin(Cos-1R/L)=L×Sinθ=60×Sin74.534°=57.827m
H2=H-H1=57.827-33.5=24.327m
S=(H2/tanθ)-D-h=6.73-4.24-1.5=0.99m
所以安全。
Claims (3)
1.一种大型设备焊接顶板式法兰吊耳,包括法兰,其特征在于:法兰由依次设置的上法兰(1)、中法兰(9)和下法兰(8)构成,上法兰(1)、中法兰(9)和下法兰(8)之间通过焊接成一整体,顶板吊耳(4)插入法兰,顶板吊耳(4)分别与上法兰(1)和下法兰(8)焊接;所述法兰上设置有定位销孔(2);所述中法兰(9)上开有双坡口,上法兰(1)和下法兰(8)上分别开有单面坡口;所述上法兰(1)和下法兰(8)与顶板吊耳(4)之间分别设置有筋板(3)。
2.根据权利要求1所述的大型设备焊接顶板式法兰吊耳,其特征在于:所述插入法兰的顶板吊耳(4)露出法兰100—150mm。
3.根据权利要求1所述的大型设备焊接顶板式法兰吊耳的制作方法,其特征在于:分片法兰制作后,对法兰开定位销孔,然后中法兰开双坡口,把顶板吊耳插入法兰校正并施焊,中法兰上部、下部的上、下法兰开单面坡口,分别镶入顶板吊耳并用销孔定位,且使插入下法兰的顶板吊耳露出法兰100—150 mm,对顶板吊耳、上、下法兰分别施焊,之后焊接上、中、下法兰使之成一整体,在上、下法兰上加筋板加固,焊接顶板式吊耳制作完后,根据所用法兰、顶板吊耳材料,对其进行常规热处理消除内应力。
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