内蒙古博大气化气化炉吊装方案.docx
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内蒙古博大气化气化炉吊装方案
内蒙古博大实地5080化肥项目
气化装置气化炉吊装方案
编制:
审核:
审定:
批准:
中化二建博大项目部
二0一一年八月
1、工程概况
2、编制依据
3、编制说明
4、吊装前应具备的条件
5、吊装过程
6、吊装受力分析及机索具选择
7、施工技术要求
8、质量、安全、环境措施
9、劳动力计划
10、主要施工机具和手段用料
1、工程概况
内蒙古博大实地5080化肥项目气化装置气化框架(1113)共有3台气化炉。
根据图纸设计情况,我单位拟利用气化框架硂梁上布置钢结构吊装梁,气化炉整体滑移法进行吊装,即:
吊装梁上系挂2套200t滑轮组,配套4台20t卷扬机作为主吊,作为垂直提升;1套50t滑轮组,配套5t卷扬机作为水平牵引,使气化炉水平运输到起吊位置;1套20t滑轮组,配套5t卷扬机作为溜尾。
因该气化炉属超重设备,安装标高较高,且安装在混凝土框架内,空间比较狭窄,吊装难度大,为确保安全、顺利施工,特编制本方案。
设备参数
设备名称
及位号
外形尺寸(mm)
内径x总高x壁厚
净重
(吨)
安装标高
(m)
数量
备注
气化炉R1201A/B/C
Ф3000/3600×14850/19212×110
215
28
3台
2、编制依据
2.1东华工程科技股份有限公司设计的气化装置框架图、气化框架设备布置图以及F-1301ABC气化炉设备装配图、管口方位图等;
2.2《工程建设安装工程起重施工规范》HG20201-2000;
2.3《石油化工吊装工作手册》;
2.4《石油化工工程起重施工规范》SH/T3536-2011
2.5《混凝土结构设计规范》GB50010-2010;
2.6重型设备吊装手册;
2.7实用五金手册(第七版);
2.8《石油化工施工安全技术规程》SH3505-1999
3、编制说明
3.1本方案仅适用内蒙古博大实地5080化肥项目气化炉的吊装。
3.2根据设计院提供的气化框架结构图,气化炉的外形尺寸、安装位置、并结合以往气化炉的吊装经验,本次吊装拟采取滑轮组配套卷扬机进行吊装。
3.3为合理的安排施工进度,气化炉必须从2012年3月1日开始进场,按每8天一台进厂,且需一次进场一台,即先F1301C,再F1301B,最后F1301A,由我单位负责卸车,并摆放到指定位置。
3.4本方案气化框架混凝土梁荷载的核算需设计院进行确认,方可实施。
4、吊装前应具备的条件
4.1施工场地地基已经处理完毕,并符合吊装要求,道路畅通,吊装用机械、索具、钢拖排及吊装梁均已就位。
4.2设备布置图和管口方位图及全部技术资料准备齐全,混凝土梁已验算荷载,且达到设计强度,并经设计院、业主与监理确认无误。
4.3临时电源已接通,并能保证连续供应,吊装用的六台卷扬机均已调试完毕,满足吊装需要。
4.4承载设备的箱型梁已事先预制组装完毕,因吊装需要,需按吊装要求拆开并摆放在安全地带,待气化炉上升至指定位置后,再将其重新复位安装。
4.5设备经验收合格,管口位置及方位等核对无误,并办理完相关交接出库手续。
4.6施工方案已经报业主、监理有关部门批准,技术交底已进行,各工种人员均已就位。
4.7起吊用机索具已按要求配备好,并有合格证明。
如无合格证明者,须经有关部门检验合格后方可使用。
对检验中发现的问题必须得妥当解决,并有见证资料。
5、吊装过程
5.1吊装顺序
场地平整、地基处理→吊装锚点挖埋→卷扬机就位→吊装梁安装就位→滑车固定→跑绳穿插→气化炉移位→吊装加固→吊装前检查→设备支座梁拆除→起吊→设备支座梁安装→气化炉就位→滑轮组移位→下一台气化炉吊装
5.2设备卸车
根据现场实际位置,设备装车运输时应按我方要求,将设备头部朝车尾,设备尾部朝车头,到场后将车辆直接开入气化框架与渣水框架之间靠近气化框架。
由我单位利用350吨履带吊将设备整体吊离运输车辆,运输车辆慢慢开离,然后将设备头朝东、尾朝西置于2个150t钢拖排上,钢拖排制作示意图见后(附图1)。
设备头部、尾部各布置一个,钢拖排上用道木将设备尾部、头部垫起,使设备布置稳实牢固。
5.3水平运输
设备卸车后,气化炉应头朝东,尾朝西,由于设备重,距起吊安装位置有一定的距离,且起吊安装位置周围存在其余框架结构,故采用钢排牵引法,牵引至吊装位置。
由于运输所经场地部分为回填沙土,土质松软,需分层回填压实。
回填范围为气化框架与渣水框架之间宽30m,南北长70m,共计2100m2。
从-2.0m回填至-0.6m时,采用素土回填,且需分层压实,压实系数≥0.94;从-0.6m到+0.0m时,采用砂夹石回填,用压路机分层压实,压实系数≥0.94;再在其上面满铺0.2m,规格为φ5mm-31.5mm石子,最后铺设宽4m厚度30mm的钢板作为走道,并找平保证相应的水平度。
5.4吊装方法
气化炉的吊装,根据土建框架结构的设计要求,我方现场制作钢结构吊装梁,吊装梁上挂两套H200-10D滑车组,吊装时用4台20t卷扬机主吊,用1台5t卷扬机和一套H50-3D滑车组作牵引,用1台5t卷扬机和一套H20-3D滑车组作后溜。
4台20t卷扬机通过200t滑轮组同时受力起吊,1台5T卷扬机通过20t滑轮组配合溜尾,放置在钢排上的气化炉在200t滑轮组的牵引下,随着滚杠在钢板上缓慢移动、抬头,直到设备脱排并垂直起吊就位。
5.5吊装过程
(1)按照吊装平面图和锚点布置图见后(附图2)开挖锚点,固定卷扬机。
因地质松软,需在卷扬机布置位置开挖基坑,铺设混凝土基础(具体大小以四台卷扬机基座大小为准);
(2)在钢梁上面吊点处放置200×200×1300硬方木,系挂两套200t滑车组;
(3)用350t履带吊车将气化炉直接卸在气化框架南侧钢拖排上,减少二次搬运工作,用50t滑轮组配套5t卷扬机将设备水平到吊装位置;
(4)系挂主吊索具、牵引索具和溜尾索具;
(5)启动牵引卷扬机,将气化炉水平运输到吊装位置,使其气化炉轴式吊耳恰好置于主吊滑轮组正下方;
(6)启动四台主吊卷扬机,溜尾采用20t滑轮组配套5t卷扬机。
在设备抬头300mm后和设备脱排后,要分别停留20~30分钟,检查各部位受力情况和机索具情况,检查合格后方可正式进行吊装,将气化炉提升至28m时停止起吊。
(7)将预先组装焊接的气化炉设备支座就位,下放吊装滑车组,气化炉就位、找正,紧固地脚螺栓。
(8)准备下一台气化炉的吊装。
5.6起重机索具的布置
(1)按照本方案的要求,两套200吨滑轮组需悬挂在标高58米的钢结构吊装梁上,因此需在设备吊装之前,在9层搭设临时操作平台,四周设置防护栏杆,以便利用此平台固定滑轮组。
在10层混凝土平台四周设置防护栏,以保障施工人员安全作业。
(2)钢结构吊装梁放置于B轴、C轴标高+58.0m处东西两根混凝土框架梁上,该混凝土梁中部布置有气化炉吊装用预埋钢板。
吊装梁悬挂滑轮组的梁顶再摆放道木,且棱角宜用弧形板平滑过渡吊装梁棱角,以保护钢丝绳不受损坏。
(3)气化炉上部设计有轴式吊耳,型号为AXC-800-40,选用标准为HG/T21574-2008,且距顶部法兰面为2.708m,该轴式吊耳作为主吊200t动滑轮组的绑扎点;下部设计有尾耳,型号为AP-150,选用标准为HG/T21574-2008,且距底部法兰面为3.031m,该尾耳作为溜尾50t滑轮组绑扎点。
(4)在设备运输和吊装过程中,需制作150t钢拖排2个,将钢拖排置于钢板上,钢排与钢板之间用φ159*14的无缝钢管作为滚杠,滚杠与走道板之间根据现场实际情况再涂抹黄油,以减少两者之间摩擦。
6.吊装受力分析及机索具选择
6.1主吊吊装过程说明、受力分析及机索具选择
6.1.1吊装过程说明
气化炉吊装时,利用吊装梁来进行,吊点选择在距离气化炉顶端2.708米处。
气化炉设备支座是由钢结构制成的箱型梁,在吊装前箱型梁需拆开,待设备底座到达指定起升高度时再重新安装并找平,然后设备就位。
滑车组最大受力按设备底座起升至最高高度时的状态考虑,本方案取设备底座起升高度28米。
设备吊装就位示意图见下(附图3)。
6.1.2吊装总荷载确定
P=K1×K2×(Q+q1+q2+q3)
Q-气化炉净重Q=215t
K1-动载荷系数取K1=1.2
K2-不平衡系数取K2=1.1
q1-4个滑轮组重量q1=1.552*4=6.2t
q2-2个200t卡环重量和2个150t卡环重量q2=0.5t
q3-钢丝绳重量q3=2t
计算得出吊装总荷载为:
P=1.2×1.1×(215+6.2+0.5+2)=296t
6.1.3单套起升滑车组受力分析
气化炉上部筒体直径为DN3000,筒体厚度为δ=96mm,上部每个轴式吊耳长度为250mm,则两个轴式吊点间距为3000+96×2+250=3442mm。
顶层两个吊装预留孔中到中间距为3.44m,将两套200t滑轮组悬挂于预留孔中正上方的吊装梁上,使其间距为3.44m。
则设备就位时起升滑车组轴线与气化炉垂直轴心线的夹角α约等于0º。
则设备抬头时起升滑车组受力P1力学平衡式如下:
P1=P/2=296/2=148t
P---总荷载
P1---每个滑车组受力
由计算得知,单套起升滑车组受力P1=148t,故本吊装方案选择两套200吨滑轮组,其型号为H200×10D。
6.1.4主吊机索具选择
(1)主吊卷扬机的选用
吊装滑车组选用H200×10D滑车,上部定滑轮组为10个轮,下部动滑轮组为10个轮,再在上部布置一个20t定滑轮,组成11×10的滑车组。
钢丝绳穿绳方法为双出头,顺穿法,具体穿绳方式见下(附图4),其有效绳数为20股。
则跑绳受力:
S1----跑绳受力
C----动滑轮摩擦系数,本次吊装动滑轮组轴承为青铜衬套轴承,摩擦系数取定为1.04
n---工作绳数
根据现场情况,跑绳从滑轮组抽出后需通过一个定滑轮方能到达卷扬机,故卷扬机受跑绳拉力S为:
S=S1Cn=10.89×1.04=11.33t<20t,故本方案选用20t卷扬机。
每套滑车组为双出头,需用2台20t卷扬机,两套滑车组双出头需用4台20t卷扬机。
(2)主吊钢丝绳选用
跑绳选用φ32-6×37+1-187钢丝绳,破断拉力为61t
安全系数为:
K=61/10.89=5.6>5(安全)
根据《HG20201-2000》,跑绳固定用φ32绳卡,间距200mm,型号为Y10-32,卡杆直径M24。
(3)200t动滑车组固定钢丝绳的选用
根据受力分析,设备起吊至指定高度时,每侧出绳受力为148吨,经查表选用φ66.5-6×61+1-187钢丝绳,破断拉力为240t,取四股绳(一对绳双股挂),钢丝绳与200t动滑轮组采用200t卡环相连接,设备两侧出绳安全系数为
>6(安全)
(4)200t定滑车组固定钢丝绳的选用
主吊滑车组定滑车的固定钢丝绳规格为φ32-6×37+1-187钢丝绳,破断拉力为61t,捆扎16股。
安全系数为计算如下:
>6(安全)
根据《HG20201-2000》,跑绳固定用φ32绳卡,绳卡间距200mm,型号为Y10-32,卡杆直径M24。
6.2钢拖排受牵引力吊装过程说明、受力分析及机索具选择
6.2.1过程说明
气化炉到场后,其卸车位置离安装位置有一定的距离,现场需要将气化炉头部放在东侧钢拖排上,尾部放在西侧拖排上,钢拖排上放置道木,气化炉放在道木剁上,前后两个钢拖排用钢丝绳和卡环将其连接并锁牢固,使其成为一个整体,气化炉在钢拖排上用钢丝绳将其与钢拖排捆绑。
气化炉头部所放拖排由卷扬机牵引,则气化炉与尾部拖排随之移动至安装位置。
6.2.2设备运输过程中钢拖排牵引力的计算
设备运输过程中,根据气化炉运输过程中受力分析,卷扬机的牵引力P等于拖排与滚杠之间的滑动摩擦力。
滑动摩擦力Q可近似按下式计算:
Q=G*F1
G---为计算重量取296吨。
F1---滚动摩擦系数,本方案取0.05
带入数据后得出滑动摩擦力为:
14.8t
由计算得知,卷扬机牵引力P=Q=14.8t,为安全其间,根据现有机具情况,本吊装方案选择一套50吨滑轮组,其型号为H50-3D。
6.2.3牵引机锁具选择
(1)牵引卷扬机选用
牵引滑车组选用H50-3D滑车,钢丝绳穿绳方法为单出头,顺穿法,其有效绳数为6根,则跑绳拉力为
<5t,故本方案选用一台5t卷扬机。
(2)牵引钢丝绳选用
跑绳选用φ20-6×37+1-187钢丝绳,破断拉力为22t,安全系数为:
22/2.82=7.8>5(安全)
根据《HG20201-2000》,跑绳固定用φ20绳卡,绳卡间距120mm,型号为Y6-20,卡杆直径M16。
6.3溜尾拖排瞬间受力分析及机索具选择
6.3.1溜尾脱排瞬间相关数据计算
气化炉脱排瞬间受力图见下(附图5)
设备倾角选定为θ=70°(选定)
设备底部中心线至安装轴线距离为8m(选定)
设备底部中心至设备底部支座距离为1.13m(由气化炉设备装配图得知)
吊点至设备底部距离为19.2-3.7=15.5m
拖排道木顶部标高+1.0m
后溜绳锚点距离底部吊点中心线距离为12米,后溜绳锚点悬挂标高+0.00m。
200吨滑轮组悬挂点至道木顶部距离近似为51m
则:
设备底部中心至道木距离L1=1.13/tanθ,带入数据得出L1=0.41m。
设备吊点至拖排顶部距离H=(15.5.9+0.41)*sinθ
带入数据后得出H=14.95m
设备底部中心至吊点所在轴线距离L2=14.95/tanθ
带入数据后得出L2=5.44m
则:
吊点至设备安装轴线距离为B=8-5.44=2.56米
吊装角α=arctan2.56/(51-14.95),带入数据后得出α=4.06°
后溜绳角度β=arctan[(1.13*sinθ+1m)/12]=9.74°
6.3.2脱排瞬间受力计算
脱排瞬间受力分析图见下(附图6):
根据受力分析建立力学平衡式如下:
P1*cosα=G/2+S*sinβ
P1*sinα=S*cosβ
式中G-----计算重量296t
P1----脱排瞬间主吊索拉力
S----后溜绳拉力
α-----4.06°
β-----9.74°
带入数据得出:
P1=150.2tS=10.79t
由计算得知,根据现有机具情况,本吊装方案选择一套20吨滑轮组,其型号为H20-3D。
6.3.3溜尾机索具选择
(1)溜尾卷扬机选用
溜尾滑车组选用H20-3D滑车,钢丝绳穿绳方法为单出头,工作绳数为2根。
则跑绳拉力
<5t,故本方案溜尾选用一台5t卷扬机。
(2)溜尾钢丝绳选用
溜尾钢丝绳选用φ18-6×37+1-187钢丝绳,破断拉力为17.8t,
安全系数为17.8/2.97=5.99>5(安全)
根据《HG20201-2000》,跑绳固定用φ18绳卡,绳卡间距120mm,型号为Y5-20,卡杆直径M16。
6.4吊装梁强度校核
6.4.1吊装梁制作方法:
吊装梁拟采取δ=30mm钢板制作成箱形梁,吊装梁长度L=9600mm,高度H=1500mm,宽度B=600mm,两端用δ=30mm封堵,中间每间隔1m焊接一440mm*1440mm立式筋板,中间9块筋板与吊装梁内壁底部、两侧采取间断焊,每间隔100mm焊接100mm,焊脚高度不低于30mm。
两端筋板与吊装梁内壁上下,左右四面满焊,焊脚高度不低于30mm。
吊装梁制作示意图见下(附图7)
6.4.2吊装梁受两个集中荷载承载力核算
(1)钢梁受集中力,其受力示意图见下(附图8)
P1=P2=1480KN
P1=1480KNP2=1480KN
L1=3mL2=3.6mL3=3m
RAL=9.6mRB
(2)支点反力
根据力矩平衡RA×L=P1(L2+L3)+P2×L3
则支点反力RA=RB=1480KN
(3)吊装梁受集中力产生的最大弯矩
Mmax=RA×L1=1480×103×3000=4.44×109Nmm
(4)吊装梁受集中力产生的剪力
VA=RB=-1480KN
6.4.3吊装梁自重承载力核算
(1)钢梁自重G=(9.6*1.44*2+9.6*0.6*2+1.44*0.54*11)*235.5*10=112384N
钢梁自重均布荷载示意图见下(附图9)
g=G/L=112384N/9600mm=11.71N/mm
(2)钢梁自重产生的支点反力
RA1=RB2=1/2*q*L=1/2*11.71*9600=56.208KN
(3)钢梁自重产生的跨中弯矩
M1=1/8*q*L2=1/8*11.71*96002=0.135×109Nmm
(4)钢梁自重产生的剪力
VA1=RB1=-56.208KN
6.4.4吊装梁总承载力核算
钢梁产生的支点总反力RA总=RB总=RA+RA1=1480+56.208=1536.208KN
钢梁产生的最大总弯矩M总=Mmax+M1=4.44×109+0.135×109=4.575×109Nmm
钢梁产生的总剪力V总=VA+VA1=(-1480)+(-56.208)=-1536.208KN
6.4.5吊装梁截面力学特性
(1)钢梁惯性矩
J=(BH3-bh3)/12=(600×15003-540×14403)/12=3.44×1010mm4
(2)钢梁断面系数
W=(BH3-bh3)/6H=(600×15003-540×14403)/(6×1500)=4.58×107mm3
(3)钢梁断面积
F=600×30×2+1440×30×2=122400mm2
6.4.6吊装梁强度
(1)钢梁弯应力
δ’=M总/W=4.575×109/4.58×107=100Mpa
(2)钢梁剪应力
γ=V总/F=1536.208×103/122400=12.55Mpa
(3)合成应力
δ=δ2+3γ2=1002+3×12.552=102.34Mpa
6.4.7吊装梁钢材许用应力
钢梁板材质为A3钢,板厚为30mm,查表属第二组,其屈服限δs=230N/mm2,取安全系数n=1.7
[δ]=δs/n=230/1.7=135.3Mpa
δ=102.34<[δ]=135.3安全,吊装梁满足要求。
但考虑吊装梁截面尺寸大,吊装梁绑索部位将导致吊装过程受力不均,且产生一定的挤压应力。
为此,需在箱形吊装梁内部每间隔1m布置一块1.44m*0.54m立式筋板以做内部加强支撑,共计11块,以保证吊装过程不变形。
6.4.8吊装梁钢度
(1)钢梁挠度
f=PsL12L22/3EJL
=(1480×103×30002×36002)/(3×2×105×3.44×1010×9600)=0.871mm
E---钢材的强性模量E=2×105N
(2)钢梁的许用挠度
[f]=9600/751=12.8mm
f<[f]挠度安全
6.5现行荷载情况下混凝土梁的承载力核算
6.5.1梁自身产生的弯矩和剪力
梁自重产生的均布荷载示意图见下(附图10)
吊装梁自重等效成均布荷载:
q=0.6×1.2×1×25=18KN/m(宽×高×长×密度)
吊装梁自重产生的跨中弯矩:
M1中=
×q×L2=
×18×100=225KN·M
吊装梁自身产生的梁端负弯矩:
M1端=
×q×L2=
×18×100=150KN·M
吊装梁自重产生的梁端剪力:
V1端=
×q×L=
×18×10=90KN
6.5.2集中力产生的跨中弯矩和剪力:
集中载荷:
P=1480KN
集中力产生的跨中弯矩:
M2中=
×P×L=
×1480×10=1850KN·m
集中荷载产生的梁端负弯矩:
M2端=
×P×L=
×1480×10=1850KN·m
集中荷载产生的梁端剪力:
V2端=
×P=
×1480=740KN
荷载作用下跨中总弯矩:
M中总=M1中+M2中=225+1850=2075KN·m
荷载作用下梁端总弯矩:
M端总=M1端+M2端=150+1850=2000KN
6.5.3吊装梁现行配筋条件下的承载力计算:
相对界限受压区高度ζb:
ζb=β1/[1+fy(Es+εcu)]
式中β1-----系数,混凝土标号C40,取0.8
fy-----钢筋抗拉强度设计值取360N/mm2
Es-----钢筋的弹性模量取2.0×105N/mm2
εcu-----非均匀受压时混凝土极限应变,取0.0033
代入数据后得ζb=0.52
受压区高度x:
x=As×fy/(a1×fc×b)
式中:
As-----受拉区纵向钢筋截面积,图纸设计为24根φ28钢筋,截面积为14770.56mm2
fy------钢筋抗拉强度设计值取360N/mm2
a1------系数,混凝土标号C40,a1取1.0
fc------混凝土轴心抗压强度设计值取19.1N/mm2
b------截面宽度,取600mm
代入数据后得x=464mm
则相对受压区高度:
ζ:
ζ=x/h0
式中:
x-----为受压区高度
h0-----截面有效高度,h0=h-as=1200-50=1150mm
h-----截面高度,取1200mm
as----纵向受拉钢筋合力点至截面近边的距离取50mm
代入数据后得:
ζ=464/1150=0.4<ζb=0.52
则弯矩设计值:
=4881.4
式中:
a1------系数,混凝土标号C40,a1取1.0
fc------混凝土轴心抗压强度设计值取19.1N/mm2
b------截面宽度,取600mm
x-----为受压区高度
h0-----截面有效高度,h0=h-as=1200-50=1150mm
6.5.4梁端抗弯承载力计算
受压区高度:
X=As×fy/(a1×fc×b)
式中:
As-----受拉区纵向钢筋截面积mm2图纸设计为28根φ28钢筋,截面积为17232.32mm2
fy------钢筋抗拉强度设计值取360N/mm2
a1------系数,混凝土标号C40,a1取1.0
fc------混凝土轴心抗压强度设计值取19.1N/mm2
b------截面宽度,取600mm
代入数据后得x=541.33mm
相对受压区高度:
ζ=x/h0=541.33/1150=0.47<ζb=0.52
梁端弯矩设计值为M设=5455.08
6.5.5梁的刚度计算
刚度B=
式中:
-----按荷载效应的标准组合计算弯矩,取区段内的最大弯矩值。
-----按荷载效应的准永久组合值计算弯矩,取区段内的最大弯矩值。
-----考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数,本方案
取2.0。
-----荷载效应的标准组合作用下受弯构件的短期刚度。
本方案中计算只考虑短期刚度
=
式中:
-----钢筋的弹性模量取2.0×105N/mm2
-----受拉区纵向钢筋截面积3925mm2
h0-----截面有效高度,h0=h-as=1200-50=1150mm
-----裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数
-----钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值即
=
=
5.97
-----钢筋混凝
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