裂解炉对流段模块吊装用平衡梁的探讨

第38卷第2期裂解炉对流段模块吊装用平衡梁的探讨!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!"李玉磊，谭梦君，王永毅（中国石油天然气第六建设公司，广西桂林541004）摘要：裂解炉对流段模块吊装是裂解炉施工安装中的重点和难点，由于模块外形尺寸大，重量重，迎风面大，结构刚性差，易变形，模块衬里易被破坏，因此如何避免吊装过程中模块发生变形是吊装施工的关键，设计、制造合适的平衡梁可以优质高效地完成对流段模块的吊装任务。

文章探讨了长方形框式平衡梁和桁架式平衡梁的应用场合，桁架式平衡梁因整体结构稳定、制作简单、使用方便，可以最大程度地解决模块在长度方向上刚性较差、容易变形的问题，因此对于重量较重且长度尺寸较大的裂解炉对流段模块，宜采用桁架式平衡梁进行吊装；而对于长度尺寸不大的裂解炉对流段模块，可以采用长方形框式平衡梁或桁架式平衡梁进行吊装。

关键词：裂解炉；对流段模块；吊装；平衡梁doi:10.3969/j.issn.1001-2206.2012.02.0160引言随着近年来国内工业的蓬勃发展，对乙烯的需求不断增加，根据需要，国家上马大量乙烯工程项目，各地石化公司不是对原有装置进行扩能改造就是兴建新的乙烯项目。

在这种背景下，作为乙烯装置核心的裂解炉也在技术上不断发展或根据项目需要采用专利技术而不断变换型号、规模。

不同型号或者不同专利技术的裂解炉，其对流段模块的型式基本不变，均为立式箱型结构，通常由对流管束、衬里、外墙钢结构、附件等部件组成。

目前，模块多采用工厂化制作，即在工厂将对流管束、衬里、外墙钢结构、附件等部件组装成整体后运至现场安装，少数项目采用现场组模，即管束整体到货，在现场将管束与衬里完毕的外墙钢结构组装成模块，然后再进行吊装。

不同型号或者不同专利技术的裂解炉对流模块，外形尺寸和重量可能有很大的差异。

如KBR专利技术的10万t/a 裂解炉的对流模块长约9.5m（不含弯头箱的尺寸），最重的一个模块重约880kN ；13万t/a 裂解炉的对流模块长约12m （不含弯头箱的尺寸），最重的一个模块重约897kN 。

Linde 专利技术15万t/a 裂解炉的对流模块长约19.1m （不含弯头箱的尺寸），最重的一个模块重约1051kN 。

SW 专利技术13万t/a 裂解炉的对流模块长约25.6m （不含弯头箱的尺寸），最重的一个模块重约1470kN 。

模块管束是靠安装在外墙板之上的管板托架支撑的，其与外墙板之间仅是接触性连接，而墙板立柱之间主要靠槽钢连接，本身刚度并不是很强，容易发生扭曲变形，从而导致附着在墙板内侧的衬里受到破坏。

由于模块构造有这样的特点，如何避免吊装过程模块产生变形是制订方案时要特别重视的问题。

一般来说，通过使用特制的吊具即平衡梁来解决此问题。

因此，平衡梁的设计就成为方案中的重点部分。

下面以某石化公司新建乙烯装置裂解炉项目为例，对模块吊装平衡梁的设计进行探讨。

1裂解炉对流模块吊装参数每台裂解炉的对流室分成6个模块进行安装，模块采用工厂化制作，整体运输到现场吊装就位，模块间通过螺栓、焊接连接。

模块吊装参数见表1。

2模块吊装平衡梁的设计裂解炉对流段外墙钢结构立柱按7轴线排布，除4角立柱为HW 300mm ×300mm ×10mm ×15mm 型钢外，其他立柱均为HW 200mm ×200mm ×8mm ×12mm 型钢，型钢间通过槽钢[10和[20b 连接，内侧为5mm 厚炉壁板，衬里附着在壁板552012年4月上，管板坐落在固定于墙板上的管板托架上。

为防止模块吊装时结构发生变形破坏，可以采取临时加固的措施来增强模块本体的刚度，但这种措施需要耗费数百米长的型钢，且安装、拆卸需消耗大量的机械及人工，不仅不具经济性，还增加了大量的高空作业风险，可行性较差。

根据模块的特点，只要模块不受横向外力的作用，其本身的刚度是可以满足吊装要求的。

通过使用平衡梁即可改变模块在吊装时的受力状态，确保安装质量。

由于模块自身重量较重，在满足吊装需要的前提下，应尽量减小吊索具的重量（主要是平衡梁的重量），从而减小吊车作业的负荷率，保证吊装作业安全高效地进行。

以往有的项目使用过如图1所示的平衡梁，吊装过程见图2。

这种平衡梁制作简便，与模块之间通过连接柱用螺栓连接构成一刚性整体，保证了吊装过程中模块不发生变形，不足之处是需使用大量的螺栓，每次安装、拆卸工作相对较多，且对材料的抗弯性能要求较高。

而本项目裂解炉模块最重1470kN ，长度接近26m ，如使用图1所示的平衡梁，就需使用抗弯性能更强的型钢，势必会大大增加吊装重量，增大吊车的负荷，甚至会造成现有吊车不能满足使用要求，需更大吨位吊车进场，增加费用投入。

换个角度考虑，对这种长型构件来说，平衡梁的设计主要就是考虑其抗弯性能，既然增大型钢规格不经济，那么在维持其重量不变或者变化不大的情况下如何增大其抗弯性能？用截面尺寸较小的型钢制作吊装桁架即可解决这一问题。

本项目裂解炉对流段模块的吊装使用了如图3所示的平衡梁。

这种桁架式平衡梁，不仅减少了自身重量，而且有效地增强了自身强度。

此平衡梁用现场的施工余料或手段用料制作加工，横梁和斜梁为HW 250mm ×250mm ×9mm ×表1模块吊装参数模块序号模块总重/kN 外形尺寸/mm 标高/mm 底顶Ⅰ109025590×2642×28831847021353Ⅱ102025590×2642×23442135323697Ⅲ112025590×2642×26852369726382Ⅳ46025590×2642×30482638229430Ⅴ59025590×2642×13922943030822Ⅵ147025590×2642×33723082234194图1模块吊装用长方形框式平衡梁吊梁吊耳连接柱模块吊耳劲板PL12PL20HW250HW250E-E HW400配M30螺栓PL20劲板PL12A-AB-BCC C-CDHW300HW300连接柱详图D配M20螺栓配M20螺栓D-DPL20吊耳详图HW30013°36°A EE A B B 56第38卷第2期14mm 型钢，竖梁为HM 294mm ×200mm ×8mm×12mm 型钢，纵梁为HM 244mm ×175mm ×7mm×11mm 型钢。

上方设置8只板式主吊耳，主吊耳焊接方位根据平衡梁上主吊索具在主吊耳平面的投影方位确定，用以消除卸扣的横向受力。

平衡梁下方设置14只板式吊耳（吊耳正对模块的14条立柱），平衡梁上部吊耳通过卸扣与主吊钢丝绳扣连接，平衡梁下部吊耳通过卸扣连接钢丝绳的一端，钢丝绳另一端通过卸扣与板式法兰吊耳连接。

连接形式如图4所示。

3桁架式平衡梁强度校核桁架式平衡梁为超静定结构，应力分布非常复杂，如通过手工计算则需要建立并求解大量方程，耗时耗力，且结果容易出现偏差。

如使用先进的应力分析软件，仅需要建立模型并加上负载，即可自动计算出结果，结果不仅准确，而且相当直观。

本桁架式平衡梁强度校核使用ANSYS 软件建模并进行有限元分析，以最重模块1470kN 进行校核，动载系数K =1.2，材料弹性模量E =210GPa ，泊松比0.28，抗剪模量79GPa ，质量密度7800kg/m 3，屈服强度σs =235MPa ，桁架式平衡梁有限元分析结果见图5。

从图5中可以看出，校核结果最大应力δ=190MPa ，完全满足吊装安全要求。

桁架式平衡梁吊装裂解炉模块见图6。

4结束语本项目对流段模块安装前完成了模块吊装方案的编制工作，并经过反复推敲修改，特别细致地进行了桁架式平衡梁的设计及强度校核（完全使用现有用料和方法进行制作，在满足施工需要的前提下最大程度地减少平衡梁自身的重量）。

方案定稿报审完成后进行吊索具的采购、平衡梁的制作及作业区域的地基处理，为正式吊装做好了充分的准备。

经过1个月的紧张施工，优质高效地完成了全部36个模块的安装。

笔者认为，由于桁架式平衡梁整体结构稳定、制作简单、使用方便，可以最大程度地解决模块在长度方向上刚性较差、容易变形的问题，因此对于图2长方形框式平衡梁吊装裂解炉模块图3模块吊装用桁架式平衡梁上部吊耳左视图俯视图主视图下部吊耳图4桁架式平衡梁下部与模块顶部连接示意图5平衡梁有限元分析应力分布示意图6桁架式平衡梁吊装裂解炉模块李玉磊等：裂解炉对流段模块吊装用平衡梁的探讨572012年4月!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!重量较重且长度尺寸较大的裂解炉对流段模块，宜采用桁架式平衡梁进行吊装；而对于长度尺寸不大的裂解炉对流段模块，可以使用长方形框式平衡梁（图1所示平衡梁）或桁架式平衡梁，具体可根据现场情况确定。

虽然桁架式平衡梁能很好地满足施工需要，有很多的优点，但也存在不足之处，如需要使用大量型材，焊接量较大，对焊接质量要求高，制作精度要求较高，桁架上下吊耳、模块吊耳板孔孔中心要求分别在同一水平面上，桁架下吊耳与模块吊耳板孔的中心要求在同一垂直面内，连接用的卸扣型号规格必须相同，吊索具长度必须一致等。

所以在具体项目执行中，应根据设备特点、现场的环境及资源状况，集思广益，在保证安全、质量的前提下保证一定的经济效益，选择适合项目使用的平衡梁。

———————————————————————作者简介：李玉磊（1979-），男，河南南阳人，工程师，2002年毕业于华中理工大学工程力学专业，现从事吊装技术工作。

收稿日期：2011-04-12；修回日期：2011-12-0950t/h 注汽锅炉辐射段吊装就位方法""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#"""""#""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#"""""#于洪山（辽河油田油建一公司，辽宁盘锦124120）摘要：50t/h 注汽锅炉是我国首次设计使用的高温高压蒸汽注汽锅炉，锅炉主要由辐射段、过渡段、对流段、汽水分离器4部分组成，辐射段吊装是设备吊装施工的重点和难点。