CN201399342Y - 大型设备焊接顶板式法兰吊耳 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大型设备焊接顶板式法兰吊耳，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。本实用新型包括法兰，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

大型设备焊接顶板式法兰吊耳

一、技术领域：

本实用新型涉及一种法兰吊耳，尤其是涉及一种大型设备焊接顶板式法兰吊耳，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、实用新型内容：

本实用新型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，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，本实用新型采用的技术方案为：

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。

与现有技术相比，本实用新型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为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的A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：

本实用新型工艺原理为：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：

吊耳布置及选型：

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。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 $l=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i{L}_i/G=15.8m$

加氢反应器总长度：L＝32.483m

l1＝L-Δ＝32.483-0.225＝32.258m

溜尾吊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 $\mathrm{\σ}=\frac{P}{4(R-r)\mathrm{\δ}}=\frac{220000\mathrm{kg}}{4\×(25.5-8.5)\mathrm{com}\×4\mathrm{cm}}$

$=808.8\mathrm{kg}/\mathrm{cm}2<\left[\mathrm{\&sigma;}\right]=1200\mathrm{kg}/\mathrm{cm}2$

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；

$\mathrm{he}=\left(\mathrm{wd}\right)/\left(\sqrt{w^2+d^2}\right)=(50\&times;60)/\sqrt{{50}^2+{60}^2}=38.4\mathrm{mm}$

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

∴ $\mathrm{\&sigma;}=\frac{1.1\&times;500\&times;{10}^4}{280\&times;280}\&times;\frac{{400}^2+{140}^2}{{400}^2-{140}^2}=89.7N/\mathrm{mm}2<\left[\mathrm{\&sigma;}\right]=250N/\mathrm{mm}2$ 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， $D=\frac{6\sqrt{2}}{2}=4.24m;$

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 (5)

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。

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：所述法兰上设置有定位销孔(2)。

3、根据权利要求2所述的大型设备焊接顶板式法兰吊耳，其特征在于：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。

4、根据权利要求3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。

5、根据权利要求4所述的大型设备焊接顶板式法兰吊耳，其特征在于：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)。

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