CN108689292A - 一种细长比大的塔类设备的吊装方法及吊索系挂结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种细长比大的塔类设备的吊装方法及吊索系挂结构。本发明的系挂结构中，主吊吊车两根吊索通过支撑平衡梁挂设于塔体上部两主吊耳；辅吊吊车吊索的卸扣上挂设兜底吊索和斜拉吊索，兜底吊索直接兜挂塔体并与塔体垂直，斜拉吊索连接塔体下部辅吊耳。吊装过程中，兜底吊索在斜拉吊索的控制下始终与塔体保持垂直，且随着塔体的旋转竖立，抬尾力逐渐向斜拉吊索转移，至塔体呈直立状，辅吊耳不再受力。本发明的吊索系挂结构及吊装方法可以减小吊装时塔体危险断面弯曲应力；仅利用塔体原有吊耳，避免在塔体上重新焊接吊耳；吊装过程中不会碰触损坏附塔件，操作简便、安全，并确保设备整体结构稳定。
Description
技术领域
本发明属于设备吊装技术领域，尤其是涉及一种细长比大的塔类设备的吊装方法及吊索系挂结构。
背景技术
塔类设备是化工生产企业的标志性建筑，塔类设备具有高、大、重的特点，塔类设备吊装是化工建设工程的重点和难点。现阶段的工程施工，对安全、质量及工期有严格的要求，对于塔类设备的安装，均要求“穿衣戴帽”，即采用地面卧置组装扇形操作平台、安全维护、直爬梯、管道、电气仪表等附塔件及塔体外部的保温施工，设备整体吊装就位，实现“塔起灯明管道通”。
塔类设备一般上部设置主吊耳、底部设置辅吊耳，主吊吊车通过支撑平衡梁及吊索连接主吊耳，辅吊车通过吊索连接辅吊耳，两吊车水平抬吊起设备脱离支撑，主吊车继续起升，辅吊车抬尾递送，塔体逐渐垂直，摘除辅吊索，主吊车单独吊装设备就位。此施工工艺的采用，前提条件是设备本体必须有足够的强度和稳定性，确保主辅两吊车水平抬吊起设备时，塔体不至挠度过大折弯失稳，或者产生塑性变形。设备本体上设置的主辅吊耳，设计理念只是满足设备本体吊装刚度的需要，往往不计其他附塔件造成的载荷（一般中型塔类设备“穿衣戴帽” 造成的附加载荷均在十多吨）。因此我们采用“穿衣戴帽”施工工艺前，必须对设备本体的强度和稳定性进行校验，当塔体危险断面弯曲应力超过许用应力时，应考虑改变吊装方法，以控制塔体危险断面弯曲应力不超标。
发明内容
本发明的目的是提供一种全新的塔类设备的吊装方法及吊索系挂结构，可以减小吊装时塔体危险断面弯曲应力，满足设备吊装时本体刚度的要求，且操作简便、安全可靠、确保设备整体结构稳定。
本发明的细长比大的塔类设备的吊装方法包括以下步骤：
（1）主吊力F1、辅吊力F2位置选取：
主吊力F1和辅吊力F2分别位于塔体重心两侧；主吊力F1位于塔体上部主吊耳处；辅吊力F2的位置与塔体重心的距离小于塔体下部辅吊耳与塔体重心的距离，且在吊装起始状态，主吊力F1、辅吊力F2作用在塔体上的弯矩产生的应力小于塔体材料的许用应力；
（2）吊索系挂：
主吊吊车两根吊索通过支撑平衡梁挂设于塔体上部两主吊耳，辅吊吊车吊索的卸扣上挂设两套分支吊索，分别为兜底吊索和斜拉吊索，兜底吊索直接兜挂塔体并与塔体垂直，斜拉吊索连接塔体下部辅吊耳；
（3）吊装作业：
吊装起始状态塔体处于水平状态时，兜底吊索承担全部抬尾力，斜拉吊索不受力；主吊吊车吊索将塔体上部逐步吊起，塔体从水平状态向上旋转，兜底吊索在斜拉吊索的控制下始终与塔体保持垂直状态，且随着塔体的旋转竖立，抬尾力逐渐向斜拉吊索转移；当辅吊吊车吊索与斜拉吊索处于同一条垂线时，兜底吊索不再受力，逐渐松弛、顺塔壁自然滑落；至塔体呈直立状，辅吊耳不再受力，吊钩下落，兜底吊索、斜拉吊索顺塔壁自然落至地面。
进一步地，所述斜拉吊索与塔体轴线的夹角α为20°～30°。
当夹角α为20°～30°时，随着塔体吊装旋转，斜拉吊索呈垂直状态时，斜拉吊索（包括辅吊耳）开始承受全部辅吊力F2，此时塔体轴线与水平面呈60°～70°，主吊力F1及辅吊力F2对塔体本体造成的弯矩极小，塔体危险断面弯曲应力小，满足塔体吊装时本体刚度的要求。此外，当夹角α为20°～30°时，斜拉吊索旋转至垂直状态之前，兜底吊索、斜拉吊索、塔体轴线构成的直角三角形结构稳定性高。
进一步地，所述辅吊耳位于塔体底部，斜拉吊索为钢丝绳，所述钢丝绳的一端挂设在辅吊吊车吊索的卸扣上，另一端通过卸扣连接塔体底部辅吊耳。
进一步地，所述辅吊耳对称设置在塔体下部侧壁，两根斜拉吊索的一端通过支撑平衡梁挂设于辅吊吊车吊索的卸扣上，另一端分别挂设在塔体下部侧壁的两个辅吊耳上。
本发明的方法不仅适用于辅吊耳为板式吊耳位于塔体底部裙座环上方的情况，还适用于辅吊耳为管轴式吊耳位于塔体下部裙座壁两侧的情况。当辅吊耳对称设置在塔体下部裙座壁两侧时，使用两根斜拉吊索通过支撑平衡梁分别连接两个辅吊耳，且两根斜拉吊索与塔体轴线夹角相同，从而实现辅吊耳在塔底部裙座环上方时的斜拉吊索同样的功能。
本发明还涉及一种细长比大的塔类设备的吊索系挂结构，其中，主吊吊车吊索为两根，分别通过支撑平衡梁挂设于塔体上部两主吊耳；辅吊吊车吊索的卸扣上挂设两套分支吊索，分别为兜底吊索和斜拉吊索，兜底吊索直接兜挂塔体并与塔体垂直，斜拉吊索连接塔体下部辅吊耳。
进一步地，主吊吊车吊索系挂点和辅吊吊车吊索系挂点分别位于塔体重心两侧；辅吊吊车吊索系挂点与塔体重心的距离小于塔体下部辅吊耳与塔体重心的距离，且在吊装起始状态，主吊吊车吊索、辅吊吊车吊索作用在塔体上的弯矩产生的应力小于塔体材料的许用应力。
进一步地，所述斜拉吊索与塔体轴线的夹角α为20°～30°。
进一步地，所述辅吊耳位于塔体底部，斜拉吊索为钢丝绳，所述钢丝绳的一端挂设在辅吊吊车吊索的卸扣上，另一端通过卸扣连接塔体底部辅吊耳。
进一步地，所述辅吊耳对称设置在塔体下部侧壁，两根斜拉吊索的一端通过支撑平衡梁挂设于辅吊吊车吊索的卸扣上，另一端分别挂设在塔体下部侧壁的两个辅吊耳上。
本发明具有的优点和积极效果是：
（1）向设备重心处改变辅吊力的位置，减小塔体所受弯矩、危险断面应力，确保塔体稳定；
（2）仅利用塔体原有吊耳，避免在塔体上重新焊接吊耳，节省了吊耳制作材料采购费、制作焊接人工费、探伤检测费，加快了工程进度；
（3）吊索系挂方法操作简便；
（4）兜底吊索在斜拉吊索的控制下，吊装过程中始终与塔体保持垂直状态，不会碰触损坏上方扇形操作平台及电气仪表等附塔件；
（5）辅吊吊索具拆解方便，待设备直立后，辅吊不受力，吊钩下落，吊索具顺塔壁自然落至地面，人工拆解即可，免去高空拆解的安全风险。
附图说明
图1采用塔体原主辅吊耳吊装的作用力示意图。
图2是本发明主吊力和辅吊力位置示意图。
图3是本发明吊索系挂结构示意图。
图4是本发明的辅吊吊车吊索结构示意图。
图5是本发明吊装过程示意图。
图中：1.塔体上部主吊耳、2.塔体底部辅吊耳、3.塔体、4.兜底吊索、5.斜拉吊索、6.卸扣、7.主吊吊车吊索、8.辅吊吊车吊索。
具体实施方式
我单位承建的某化工生产装置中有6台精馏塔需吊装，该批设备属细长比大的塔类设备，以精馏塔吊装为例，介绍本发明的施工工艺，步骤如下：
（1）主吊力F1、辅吊力F2位置选取：
见图1，由力矩平衡原理可见，设备的重心位置在任何状态下不变，主辅两吊车水平抬吊的状态下塔体3所受弯矩最大，危险断面通过重心处。危险断面弯曲应力σ、危险断面所受弯矩M、危险断面抗弯截面模量W，三者关系为σ=M/W， 抗弯截面模量W不会变，当弯矩M越小，弯曲应力σ越小。本实施例中，“穿衣戴帽”后的塔体3综合重量G=138.1t，塔体重心距底部辅吊耳2的距离b=30.2m、距上部主吊耳1的距离a=38.9m，塔体3直径3.2m，塔体材料许用应力[σ] = 150 MPa。
现计算利用塔体3主辅吊耳吊装时，塔体重心处危险断面所受的弯曲应力：
抬头力：F1= (G×30.2)/（38.9＋30.2）=60.36t；
溜尾力：F2= G－F1=138.1－60.36=77.74t；
塔体重心处应力计算：此处塔体内径d=3200mm，壁厚16mm，则外径D=3232mm；
抗弯截面模量：W=〔π（D4－d4）〕/32D=129329433mm3；
重心处弯矩：M= F1×1000×9.8×38900=23010439200N•mm；
弯矩产生的应力：σ=M/W=178 MPa；
可见σ= 178MPa＞[σ] = 150 MPa，吊装时塔体3会因弯曲应力过大而发生折弯事故。
见图2，弯矩M=F1×a，当改变辅吊力F2的位置向重心移动时，F1变小，a不变，弯矩M变小，相应的危险断面应力σ也随之变小。本实施例中，将溜尾力F2系挂点向塔体重心位置移动10米，即b=20.2米，重新对塔体重心处危险断面所受的弯曲应力进行计算：
抬头力：F1= (G×20.2)/（38.9＋20.2）= 47.2吨
溜尾力：F2= G－F1=138.1－47.2 = 90.9吨
设备重心处应力计算：此处设备内径d=3200mm，壁厚16mm，则外径D=3232mm，
抗弯截面模量：W=〔π（D4－d4）〕/32D=129329433mm3
重心处弯矩：M= F1×1000×9.8×38900 = 17993584000N•mm
弯矩产生的应力：σ=M/W=139 MPa
可见σ= 139MPa＜[σ] = 150 MPa，吊装时塔体3稳定。
综上所述，向塔体重心处改变辅吊力F2的位置，是减小塔体3所受弯矩、危险断面应力、确保塔体3稳定的有效方法。
改变辅吊力F2的位置常用的方法就是焊接吊耳，但是塔类设备如本实施例的精馏塔属于化工压力容器，设备本体一般禁止施焊，即便允许焊接吊耳，焊接后还需要热处理、无损检测、水压试验等工序，而且焊接吊耳部位的塔壁还得加厚处理，钢材耗用量大。而采用本发明的吊索系挂方法可以很好地解决这个问题。
（2）吊索系挂：
见图3、图4，主吊吊车两根吊索7通过支撑平衡梁挂设于塔体上部两主吊耳1；辅吊吊车吊钩挂设Φ=80mm/6米长钢丝绳扣一根，中间折弯两股使用，作为辅吊吊车吊索8，辅吊吊车吊索8下配置100吨卸扣6；兜底吊索4为Φ=80mm/18米长钢丝绳扣一根，兜挂塔体3，兜底吊索4的两绳鼻与100吨卸扣6连接；斜拉吊索5为Φ=76mm/22米长钢丝绳扣一根，中间折弯两股使用，上端两绳鼻与100吨卸扣6连接、下端通过80吨卸扣连接塔体底部辅吊耳2。斜拉吊索5与塔体3轴线的夹角α为25°。
本发明的吊索系挂方法仅利用塔体原有吊耳，避免在塔体上重新焊接吊耳，保证了设备运行的安全，节省了吊耳焊接的相关费用，加快了工程进度。
（3）吊装作业：
见图5，吊装过程中，塔体3所受弯矩逐渐变化。首先，随着塔体3的旋转竖立，主吊力F1与塔体重力G之间的距离a逐渐变小，塔体3所受弯矩也逐渐变小，直至塔体3垂直，塔体3所受弯矩为零，不再存在弯矩。本实施例吊装起始状态塔体3呈水平状，兜底吊索4承担全部抬尾力，斜拉吊索5不受力；主吊吊车吊索7将塔体3上部逐步吊起，塔体3从水平状态向上旋转，兜底吊索4在斜拉吊索5的控制下始终与塔体3保持垂直状态，且随着塔体3的旋转竖立，抬尾力逐渐向斜拉吊索5转移；当辅吊吊车吊索8与斜拉吊索5处于同一条垂线时，兜底吊索4不再受力，逐渐松弛、顺塔壁自然滑落；至塔体3呈直立状，塔体底部辅吊耳2不再受力，吊钩下落，兜底吊索4、斜拉吊索5顺塔壁自然落至地面。
虽然以上描述了本发明的优选实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种细长比大的塔类设备的吊装方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）主吊力F1、辅吊力F2位置选取：
主吊力F1和辅吊力F2分别位于塔体重心两侧；主吊力F1位于塔体上部主吊耳处；辅吊力F2的位置与塔体重心的距离小于塔体下部辅吊耳与塔体重心的距离，且在吊装起始状态，主吊力F1、辅吊力F2作用在塔体上的弯矩产生的应力小于塔体材料的许用应力；
（2）吊索系挂：
主吊吊车两根吊索通过支撑平衡梁挂设于塔体上部两主吊耳，辅吊吊车吊索的卸扣上挂设两套分支吊索，分别为兜底吊索和斜拉吊索，兜底吊索直接兜挂塔体并与塔体垂直，斜拉吊索连接塔体下部辅吊耳；
（3）吊装作业：
吊装起始状态塔体处于水平状态时，兜底吊索承担全部抬尾力，斜拉吊索不受力；主吊吊车吊索将塔体上部逐步吊起，塔体从水平状态向上旋转，兜底吊索在斜拉吊索的控制下始终与塔体保持垂直状态，且随着塔体的旋转竖立，抬尾力逐渐向斜拉吊索转移；当辅吊吊车吊索与斜拉吊索处于同一条垂线时，兜底吊索不再受力，逐渐松弛、顺塔壁自然滑落；至塔体呈直立状，辅吊耳不再受力，吊钩下落，兜底吊索、斜拉吊索顺塔壁自然落至地面。
2.根据权利要求1所述的细长比大的塔类设备的吊装方法，其特征在于：所述斜拉吊索与塔体轴线的夹角α为20°～30°。
3.根据权利要求1所述的细长比大的塔类设备的吊装方法，其特征在于：所述辅吊耳位于塔体底部，斜拉吊索为钢丝绳，所述钢丝绳的一端挂设在辅吊吊车吊索的卸扣上，另一端通过卸扣连接塔体底部辅吊耳。
4.根据权利要求1所述的细长比大的塔类设备的吊装方法，其特征在于：所述辅吊耳对称设置在塔体下部侧壁，两根斜拉吊索的一端通过支撑平衡梁挂设于辅吊吊车吊索的卸扣上，另一端分别挂设在塔体下部侧壁的两个辅吊耳上。
5.一种细长比大的塔类设备的吊索系挂结构，其特征在于：主吊吊车吊索为两根，分别通过支撑平衡梁挂设于塔体上部两主吊耳；辅吊吊车吊索的卸扣上挂设两套分支吊索，分别为兜底吊索和斜拉吊索，兜底吊索直接兜挂塔体并与塔体垂直，斜拉吊索连接塔体下部辅吊耳。
6.根据权利要求5所述的细长比大的塔类设备的吊索系挂结构，其特征在于：主吊吊车吊索系挂点和辅吊吊车吊索系挂点分别位于塔体重心两侧；辅吊吊车吊索系挂点与塔体重心的距离小于塔体下部辅吊耳与塔体重心的距离，且在吊装起始状态，主吊吊车吊索、辅吊吊车吊索作用在塔体上的弯矩产生的应力小于塔体材料的许用应力。
7.根据权利要求5所述的细长比大的塔类设备的吊索系挂结构，其特征在于：所述斜拉吊索与塔体轴线的夹角α为20°～30°。
8.根据权利要求5所述的细长比大的塔类设备的吊索系挂结构，其特征在于：所述辅吊耳位于塔体底部，斜拉吊索为钢丝绳，所述钢丝绳的一端挂设在辅吊吊车吊索的卸扣上，另一端通过卸扣连接塔体底部辅吊耳。
9.根据权利要求5所述的细长比大的塔类设备的吊索系挂结构，其特征在于：所述辅吊耳对称设置在塔体下部侧壁，两根斜拉吊索的一端通过支撑平衡梁挂设于辅吊吊车吊索的卸扣上，另一端分别挂设在塔体下部侧壁的两个辅吊耳上。
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