浅谈山东茌平二期氧化铝工程φ14×31.8m分解槽现场组装的吊装

浅谈山东茌平二期氧化铝工程φ14×31.8m分解槽现场组装的吊装

雷有章

关键词:分解槽;倒装法;液压提升装置;提升架;传力筋板

1.工程概况

山东茌平二期氧化铝工程分解及分级系统共有15台分解槽，与一期13台分解槽相对，两期工程的设备分布成两列，每期工程分解槽的纵向中心线一致。一期与二期的分解槽安装位置比较靠近，基础中心到中心的距离为20.5m，只能通过一台吊车，同时由于工期紧，交叉作业多，设备外形尺寸较大，直径为Φ14000mm且槽体高度高，槽体本身高度为31.8m，比一期的分解槽高1.5m，安装后槽顶最低高度也有32.37m(15#槽)，最高为42.70m(1#槽)，每台设备总重为276.816t，筒体共分为14层，其中12#筒体δ10H=4444mm分为三层（2000mm、500mm、1944mm），因此分解槽设备的吊装工序是该工程的关键工序。分解槽规格详见示意图一。

2.分解槽设备吊装方法的确定

2．1圆形槽体的吊装一般有正装法及倒装法。采用正装法时，要安装一台移动式的大龙门架，但该方法占场地大，准备工期长，要埋预埋件且铺设轨道，同时高空作业多，组对及焊接槽体时，要搭设脚手架，安装及拆除时间长，投资大。另外采用CO2焊机焊接时风大，操作不方便，质量、安全难保证；采用以往的倒装法时，在槽体底板上焊接若干根立柱，用手拉葫芦作为吊装工具进行吊装，但该方法投入劳动力大，设备高吊装不平稳，工期时间长，该方法只适用小型储罐的吊装。据此特点及现场情况,拟定采用北京中建建筑科学技术研究院（原中建一局科研所）研制的倒装法液压提升装置技术。

φ14×31.8m分解槽槽体示意图一

盖板φ13970×6G=7216㎏

1．分解槽规格为φ14000×31800mm，筒体槽体总重为：276816㎏

2．分解槽倒装法吊装最大重量为：222.304t

2.2施工思路

施工时分解槽制作安装总的施工顺序为7台（15#～9#）安装完接着安装后面的8台（8#～1#）。为了提高施工进度，两个施工队伍同时进行施工，即一个施工队伍从南向北施工15#～12#、8#～4#，一个施工队伍从北向南施工11#～9#,1#～3#，全部采用倒装法，利用液压提升装置进行吊装。

3.液压提升装置原理及提升架结构

3.1液压提升装置主要由二部份组成：

(一)BY160型液压提升机—由SQD—160—100s.f松卡式千斤顶(上、下卡头装置)、提升架和提升杆（Ф32圆钢材质45#）组成；

（二）液压控制系统—由液压控制柜（泵站）、高压胶管总成和液压系统配件组成；

其工作原理为：利用液压提升装置（成套设备）均布于储罐内壁圆周处，用高压油管将液压控制柜与各提升机油缸相连组成液压回路；操作液压控制柜的按钮开关即可集中控制提升机的提升动作。提升时先提升罐顶及罐体的上层（第一层）壁板，然后逐层组焊罐体的壁板。当液压千斤顶进油时，通过其上卡头卡紧并举起提升杆和焊在筒体上的传力筋板，从而带动罐体（包括罐顶）向上提升；当千斤顶回油时，其上卡头随活塞杆回程，此时其下卡头自动卡紧提升杆不会下滑，千斤顶如此反复运动使提升杆带着罐体不断上升，直到预定的高度（空出下一层板的高度）。当下一层壁板对接组焊后，打开液压千斤顶的上、下松卡装置，松开上下卡头将提升杆以及传力筋板下降到下一层壁板下部,焊好传力筋板，再进行提升。如此反复，使已组焊好的罐体实现步进式上升，直到最后一层壁板组焊完成，从而将整个储罐安装完毕。液压油路见如下示意图二：

3.2在吊装分解槽筒体前时，必须先设置施工机具(液压提升装置)，而前提是先制作好提升架，液压提升装置中松卡式千斤顶和液压控制系统由厂家供，而提升架由施工方根据施工情况(每层筒体高度及重量)自行设计，所以提升架的制作是安装分解槽的核心,其制作质量的好坏关系到分解槽吊装的进度及安全性能。提升架结构主要由1#上顶板300×300×201块、2#槽钢［5#L=3204根、3#钢板328×486×20、4#槽钢［8#L=3301根及L=4002根、5#槽钢［14bL=40004根及钢板140×4000×84块、6#提升杆圆钢φ32L=50001根、7#槽钢［8#L=3301根及L=4002根（2层）、8#角钢∠40×4L=3301根及L=4002根（5层）、9#滑动托架（由圆螺母，导向轮，轴座，销轴，托架上盖板，限位轴，支撑板，托架下底板，主支撑板等加工件组成，84.64㎏/个）。由于每台分解槽采用20台电动液压千斤顶进行吊装，则每台需制作20套提升架，七台同时吊装时共制作140套提升架，每套提升架重量为789.89㎏，140套总重量为110.59t。提升架制作及安装的技术要求按厂家提供的图纸进行。考虑到施工过程中的磨损，6#提升杆圆钢φ32需多制作8到10根，以便备用。液压配件(O型密封圈)、上、下卡头装置里面的卡子要向厂家多购买。

4.分解槽设备吊装工艺

4.1分解槽吊装施工顺序：

施工前准备(道路铺设、提升架制作)→分解槽底板吊装→辅助工具H型钢HN800安装→筒体δ10（Q235B）第一层吊装→顶盖H型钢吊装（盖板暂不安装）→筒体δ10（Q235B）第二层安装→筒体δ10（Q235B）第三层吊装→设置倒装机具→筒体δ12第四层（Q235B）（注:顺序从槽顶往下排）吊装→筒体δ14第五层（Q235B）、筒体δ16第六层（Q235B）、筒体δ16第七层（16MnR）、第8、9……14层δ28（16MnR）吊装→倒装提升装置的机具拆除

4.2分解槽筒体吊装前，对于基础较高的槽,利用基础的预埋件，在槽体的基础外沿用槽钢［14及角钢∠63×6、花纹钢板δ6搭设成圆形的临时固定平台，平台规格为φ16650/φ14250，在平台外周设置围栏，以便站人、确保安全。示意图如下图三所示：

φ16650/φ14250固定平台示意图三：

4.3由于分解槽筒体安装时采用倒装法，因此用25t吊车把分解槽设备底板分片组装好后就开始安装第一节筒体δ10。考虑到人员方便进出槽罐且通风性好，用H型钢HN400×200L=960/根，共20根作为支座，均布且水平与底板点焊接好置于储罐底板圆周上，H型钢支座上焊接二块δ16的挡板，用二台25t吊车把每层筒体的4块壁板吊起，并用2到3个的手拉葫芦Q=2t把壁板往里拉，让其落在支座上的挡板定位即可进行组对焊接。筒体组对定位支座示意图四及吊车站位示意图五如下所示：

筒体组对定位支座图四：

吊车站位示意图五：

4.4分解槽筒体吊装

4.4.1筒体安装时用25t吊车把4片δ10钢板H=2000mm吊装上底板H型钢HN400×200的支座进行组对,接着把顶盖的型钢按图纸安装好,盖板先不安装,否则提升架安装高度不够。型钢安装后用吊车把筒节δ10吊起，用吊车对第二层δ10钢板H=500mm及第三层δ10钢板H=1944mm进行组对好。接着把内煨及外煨角钢∠125×10及第一层δ10筒体上8块加强板δ20安装好。

4.4.2筒体δ10三层安装好后，把制作好的提升架安装上液压装置的SQD—160—100s.f松卡式千斤顶(上、下卡头装置)。用25t吊车配合，在罐内均布设立20台液压提升装置（随着吊装重量的增加逐渐增加液压提升装置），并用高压油管把提升装置与液压泵站连接好，提升架的9#底板与分解槽的底板段焊上。

4.4.3筒体第四层δ12吊装前，在每个提升架高约3.5米处焊接二根角钢∠63×6作为斜拉撑，提升架之间用一根角钢∠63×6作为横拉撑。在分解槽底板中心上安装一个中心柱，中心柱由顶板δ16φ1210及立柱钢管φ219×6L=4050mm、底板δ12φ500和4块筋板δ12所组成，中心柱的底板δ12φ500与分解槽底板段焊上。同时在中心柱顶板δ16φ1210上均布焊接20块钢板δ16200×160，在每个提升架上焊接一块钢板δ16200×160，用槽钢［10对它们进行连接，使其连成一个整体，保证起吊的安全和稳定。如下示意图六所示：

4.4.4第四层11#筒体δ12吊装时，先在第三层12#筒体δ10内壁高H=500mm处均布焊接好传力筋板,传力筋板见示意图十九，当液压千斤顶进油时，通过其上卡头卡紧并举起提升杆、滑动托架和传力筋板，从而带动罐体的12#筒体δ10（包括罐顶）向上提升；当千斤顶回油时，其上卡头随活塞杆回程，此时其下卡头自动卡紧提升杆不会下滑，千斤顶如此反复运动使提升杆带着罐体的12#筒体δ10不断上升，直到预定的高度（空出下一层板11#筒体δ12的高度H=2200mm+50mm）,组对时在底板上均匀放着6个16t的千斤顶作为筒体组对时调整高度用，把组对好的11#筒体δ12和12#筒体δ10进行组对焊接。当11#筒体δ12和12#筒体δ10内环缝(为了提高施工进度，外环缝暂不焊接)、内、外立缝(纵缝)焊接好后，打开液压千斤顶的上、下松卡装置，松开上下卡头将提升杆下降到11#壁板下部、用火焊将12#壁板上的传力筋板割开，在11#筒体δ12内壁高H=500mm均布焊好传力筋板，这时先把分解槽的顶盖板δ6先安装好再进行提升到预定的高度（空出下一层板10#筒体δ14的高度H=2200mm+50mm）。如此反复，使已组焊好的罐体上升，从而将整个储罐安装完毕。筒体安装完后用50t吊车接上副杆从槽顶的吊装孔处把拆除好的提升架吊出来。

4.4.6传力筋板(材质16MnR)示意图七：

5.传力筋板焊缝受力安全校核

5.1每个传力筋板的受力

F=k1k2Q/n

式中，k1——动载荷系数，取k1=1.1

k2——不均衡系数，取k2=1.2

Q——分解槽顶升的最大重量

n——千斤顶的数量

F=1.1*1.2*222.304*9.8/20=143.8kN

5.2焊缝截面受的弯矩及剪力

a.弯矩

M=FS=143.8*10=1438kN.cm

b.剪力

V=F=143.8kN

5.3焊缝截面模数

Wt=4*he.l2/6

he——角焊缝的有效厚度，因为直角焊缝，取he=0.7hf，hf为较小焊脚尺寸，取hf=20mm

l——角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去10mm

Wt=4*0.7*2*342/6=1078.9cm3

5.4焊缝的计算面积

Af=4.he.l=4*0.7*2*34=190.4cm2

5.5焊缝在弯矩作用下产生的应力

σM=1438/1078.9=1.33kN/cm2=13.3N/mm2

5.6焊缝在剪力力作用下产生的应力

τv=143.8/190.4=0.76kN/cm2=7.6N/mm2

5.7组合应力

(σ2M+τ2v)1/2=(13.32+7.62)1/2=15.3N/mm2<fwf=200N/mm2

fwf——角焊缝抗拉、挤压和抗剪强度设计值，因支座材料为16MnR，取fwf=200N/mm2。

因此，采用以上结构的支座焊接,吊装时安全可靠。

6.液压千斤顶受力验算

倒装过程中，槽体最大的顶升重量为222.304吨，每次提升的高度h=100mm。

提升荷载Qmax

根据公式Q=k1k2(Q1+q)

式中:Q1---最大顶升重量222.304吨

q---索具重量取3.8吨

k1---动载荷系数取1.1

k2---不均衡系数取1.1

则Qmax=k1k2(Q1+q)=1.1×1.1×（222.304+3.8）=273.59吨

因此可采用20台16吨松卡式的液压千斤顶，每个液压千斤顶承受的

最大压力为Nmax=Qmax/20=13.68吨＜16吨，故选20台16吨松卡式

的液压千斤顶便满足吊装要求.

7.液压提升装置的优点

a.卡式分离式提升器(即千斤顶)采用分离式结构及球面(或凸台)卡块技术，液压提升器的提升性能有突破性提高，可确保施工时安全可靠。

b．由于采用液压控制，提升机具有微降功能，可手动或机动,可准确地控制提升高度，调整焊缝间隙，能够提高焊接质量和焊接速度，节省焊接材料。

c.液压提升平稳、安全、可靠。由于采用液压统一控制，液压站的操作方式为电动操控。20台液压千斤顶可以同时集中控制提升，也可以逐台进行控制调整，在最大负荷时，也可以带负荷调节提升高度，因而整个提升过程比较平稳。松卡式千斤顶自身的结构特点，决定了其自锁性良好，不会因停电而造成罐体或重物下滑或下坠，液压提升过程安全可靠。

d．提升机采用步进式提升方法。设备的体积小、重量轻，便于运输，

而且由于成套设备的现代化程度高，提升速度快，因而施工成本低，

可节省劳动力、经济效益显著。

e.设备的适应性强。该成套设备只要增减液压提升机（即松卡式千

斤顶、提升架、提升杆等）的数量就可适用于几千立方米到几万立方米的不同容积的大型储罐（或钢桅杆、通讯塔和钢尖塔等）的液压提升施工。

液压泵站可根据实际工况，设置在合理位置。对于大型储罐而言，液压泵站可置于罐体内，也可置于罐外或两个罐体中间（当两台罐体安装由一台泵站控制时）进行施工控制。

8.结语

倒装法是目前大型储罐安装施工的常用方法，其工艺及配套设备有很多种，但其中最先进、最可靠、最具生命力的当数倒装法液压提升装置的技术。在一期工程的13台分解槽施工中，通过一台移动式龙门架作为吊装机具，采用正装法进行安装分解槽，用５个月时间完成了分解槽的安装。在二期工程的15台分解槽施工中，用科学管理、超常规施工，合理部署，精心规划，利用先进的机具设备电动液压提升装置，我方200人员采用二班倒，从2005年8月1日到2005年9月18日，仅用49天就全部制安完15台分解槽的槽体。在工程成本、工程进度以及工程质量和安全等方面与一期工程又有着质的飞跃，在山东鲁西大地上，创造了目前国内氧化铝工程建设史上的第一个奇迹。

采用这液压提升成套设备的倒装工艺与原有的倒装法相比，成本低、效益高、安全可靠，更易保证施工质量。其液压提升装置构思新颖、设计合理，与目前较先进的机械式顶升机相比，节电68％、减轻自重80％、效率提高80％、制造成本降低51％、提升速度提高2％。因此该倒装法液压提升装置的技术非常适用大型储罐的吊装，可广泛推广应用。

参考文献

1、北京中建建筑科学技术研究院的随机资料

2、蔡裕民，《吊装工艺计算近似公式及应用》，化学工业出版社，2004年1月。

3、机械设计手册编委会《机械设计手册》化学工业出版社2004年