大型塔体设备吊装技术.docx
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大型塔体设备吊装技术
大型塔体设备吊装技术
侯克福
提要：
广纸异地迁建林纸一体化项目大型非标槽塔制作安装，罐体高达35m，直径为φ15260mm，起重量达320吨，属于重大型设备吊装类型。
本方案采用桅杆群吊装方法，本文详细论述了重型设备的吊装工艺方法，对重型设备的吊装有一定的参考价值。
关键词：
大型设备、吊装、工艺
1工程概况
本工程为广纸异地迁建林纸一体化项目大型非标槽塔制作安装，新建地址为广州市南沙开发区，塔体安装在空旷的场地中。
主要工程量为分布在造纸车间、脱墨车间、水处理的6个大型塔体的制作安装。
需吊装塔体的规格、参数外形尺寸见下表。
序号
名称
规格
数量
技术参数
吊装重量（t）
备注
1
损纸浆塔
V=5000m3
1
φ15260/7000×35000
320
2
白水塔
V=6000m3
1
φ15260×35000
260
3
储浆塔
V=3200m3
1
φ13500/6750×28000
160t
4
粗浆塔
V=3200m3
1
φ13500/6750×28000
160t
5
白水塔
V=3200m3
1
φ13500/6750×28000
160t
6
IC反应塔
V=2950m3
1
φ12500×24000
90t
损纸浆塔、储浆塔、粗浆塔、白水塔从下往上依次为柱面、锥面和柱面形状（外形见吊装就位示意图）。
白水塔、IC反应塔为柱体结构。
其中造纸车间5000m3损纸浆塔总重370t，除去底板结构后，吊装重量达320吨，属于重型设备吊装。
损纸浆塔高为35m,从下至上1m-3m段为φ7000mm的柱体、重24t，3－11m为φ7000mm/15000mm倒圆台体98t，11m－35m为φ15000mm的圆柱体、重198t。
侧板壁厚从下到上从46mm～6mm递减，侧面有加强筋加强，顶板与侧板连接处有角钢加强。
因损纸浆塔外形不规则，吊装重量最大，起重难度高。
此以损纸浆塔为例，介绍吊装大型塔体设备吊装技术
2吊装方法的选择
根据现场的施工环境、作业面情况，以及周边现有的吊装机具的情况，可以采用以下的两种吊装方法
2.1散装法：
在塔壁内外两侧分别搭设钢管脚手架，建立人工高空作业平台，塔壁构件采用塔吊逐一吊装、拼接。
优点：
拼接灵活、容易控制安装精度；
缺点：
超高空作业多，施工人员安全性低，同时高空作业中拼接点多，受天气影响大，作业面小，特别是焊接难度大，随着高度的变化，作业点的风力也不断的增大，会严重影响焊接质量，工程质量检测也很难实施，使得工程质量很难得到控制，同时工期又加长，工程的设备台班费、机具费也伴随着工期不断增加而增加；
2.2分步倒装法：
先将加工好的构配件根据编号运到施工现场，根据编号按照壁厚在地面进行逐一拼接，拼成圆柱形，采用倒装法将一节节的塔壁连接起来，最终起重量要达到320t。
优点：
整个塔壁都在地面上组装，有良好的作业面，焊接质量容易控制、高空作业少、安全，工期短，成本低；
综合以上的两种方法，从安全、经济、可行性考虑，采用倒装法优于散装法。
3吊装工艺方法
3.1工艺流程
根据损纸浆塔壁板厚度，将塔体按塔壁的板材厚度从上至下分成16个部分，1#到10#构件依次代表δ=6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、42mm的壁板。
44mm和46mm厚的壁板分别分为三段，分别为11#到16#件。
依次从上至下进行吊装，工艺流程图如下。
3.2吊装机械选择
3.2.1履带吊车：
因塔壁需要组装焊缝多，现场组装耗费人工日多，在使用高昂的履带吊车时，会浪费大量的机械台班费。
由于施工现场的道路承受能力有限，履带吊车的进出场问题必须对道路进行加固或者另设道路，同时吊车进场后，必须对现场的工作地面进行加固，防止因地面不均匀沉降而造成吊车倾翻事故，这些工作都需会增加大量的吊装成本；
3.2.2液压千斤顶：
主要是考虑到本壁塔高达35m多高，塔体底部为锥体结构。
如果使用液压千斤顶顶升倒装法，由于塔体上大下小，则随着设备安装进度的推进，设备重心不断升高，其稳定性很难保证，吊装速度慢，难以保证施工工期；
3.2.3桅杆：
考虑到经济性、安全性，可采用人字桅杆群吊装，同时将桅杆作成A字形，人字桅杆的横向稳定性好、起吊能力大、缆风绳较少、搭设容易、移动方便，相对成本低；
从经济、安全、施工速度综合考虑以上三种设备方案，选用人字桅杆吊装。
3.3桅杆设置
3.3.1在已建成的钢筋混凝土基础上通过预埋件来安装桅杆底板（σ=14mm480mm×480mm）在树立桅杆时，必须加470×10mm钢管套管，同时在底板的四角用σ=12mm长250mm肋板连接套管。
3.3.2在做好的底座上面安装A字型桅杆，桅杆材料为：
Q235Bφ426mm×10mm的无缝钢管，垂直高度为20m，桅杆夹角为28。
，桅杆平面倾斜角度为5。
，在桅杆6m、12m、18m处用φ159×6钢管分别设置横杆；
3.3.3采用HQD8－100滑轮，跑绳为6×37+1，直径φ32㎜的钢丝绳。
φ26mm钢丝绳作为缆风绳，把缆风绳固定到预埋好的地锚上，同时通过滑轮组来调节缆风绳的松紧程度；
3.3.4在为桅杆顶部分别设置两个套管，套管焊接在桅杆上，用φ377×8㎜的钢管将两套管连接起来，同时在钢管上设立吊点；
3.4吊装过程
3.4.1利用40T的自行式起重机将初拼装好的顶板（1＃件）吊装到基础上；
3.4.2起吊1＃件前，在顶部安装好缆风绳，通过已安装好的桅杆群同步起吊1＃件，然后用滚杠滑移来搬运2＃件至基础上与1＃件连接；
3.4.3焊接完后，对焊缝进行X射线抽检探伤；
3.4.4依照上述工序依次吊装3＃～16＃件，当塔体自由上升时，要同步调整好每根缆风绳的长度，达到扶正塔体的作用，也能确保偶遇大风时的施工安全；
3.4.5为了防止卷扬机的不同步，必须在钢丝绳的上面做好标点标识，同时由同一哨声指挥，达到同步协调的目的。
3.4.6在地面上互相垂直的两个方向设置两台经纬仪，用以监视塔体的倾斜度。
随时作出反映调整。
3.4.7利用经纬仪、水准仪来进行塔体的水平、垂直的安装精度以及底板的水平度的测量，并好调整好；
3.4.8找正找平后，对底座进行灌浆并捣实；
3.4.9桅杆布置图、吊装过程图如下：
4主要机具受力分析
4.1荷载分析：
P=（Q+q）K1K2
式中Q—吊物重量，N；
q—吊具重量，按吊物重量的2.5%估算，N；
K1－动载系数，取K1=1.1；
K2－超载系数，取K2=1.1。
P=（320/4+320×2.5%/4）×1.1×1.1×104=992.2KN
4.2滑轮组选型
每个滑轮组最大拉力：
P1＝P＝992.2KN
选用HQD8－100滑轮；
4.3钢丝绳选型
滑轮组出绳拉力：
S=K×P1=0.09×992.2=89.3KN
式中S－滑轮组出绳拉力；
K－滑轮组载荷系数；
P1－滑轮组载荷。
卷扬机选择JM10。
牵引破断拉力：
T=K×S＝6×89.3＝535.8KN
式中T－破断拉力；
K－安全系数；
S－滑轮组出绳拉力。
选用钢丝绳6×37+1，直径φ32mm，公称抗拉强度1770Mpa，破断拉力534KN，满足要求。
4.4卷扬机地锚选型
如图一所示，卷扬机地锚所需承受拉力89.3KN，采用2×2×2m混凝土地锚，地锚埋地，四周土压实处理，出绳与地面夹角为30°。
以下地锚验算计算不考虑摩擦力（偏安全）。
图一地锚计算简图
地锚自重：
G＝2×2×2×2.4×10＝192KN
1）地锚竖直方向平衡条件：
K×S×Sinα＜G
式中K－安全系数，取K＝3；
S－地锚所受拉力；
α－出绳与地面夹角，取α＝30°；
G－地锚自重。
K×S×Sin30°＝3×89.3×0.5＝134.0KN＜G＝192KN满足要求
2）地锚水平方向平衡条件：
（S×COSα）/A＜η×［σ］
式中S－地锚所受拉力；
α－出绳与地面夹角，取α＝30°；
A－承压面面积；
η－土壤压力不均造成的折减系数，取η＝0.25；
［σ］－土壤承压能力，取［σ］＝100KPa。
S×COS30°/A＝89.3×0.866/（2×2）
＝19.3Kpa＜η×［σ］＝0.25×200＝25Kpa满足要求；
3）地锚抗倾覆能力（不考虑土壤作用力N的影响，偏安全）：
（S×Sinα）×B/2＜G×B/2
式中S－地锚所受拉力；
α－出绳与地面夹角，取α＝30°；
B－截面宽度；
G－地锚自重。
（89.3×SIN30°）×2/2
＝89.3×0.5
＝44.75KN.M＜192×2/2=192KN.M满足要求；
4.5缆风绳及其地锚选择
1）缆风绳选型
如下图：
Pd=P+S=89.3+992.2=1081.5KN
按正弦定理求α角：
L/（Sin95°）=H/（Sinβ）
Sinα=Sin95/3=0.332
α=19.4°
求缆风绳合力T：
由A点力矩平衡（Pd为滑轮组对桅杆拉力，）：
T×H×COSα=Pd×H×Sin5°
T=Pd×Sin5°/（COSβ）
=1081.5×Sin5°/（COS19.4°）
=99.9.0KN
在重物另一侧设置2根缆风绳，主缆风绳拉力为（分配系数K=1）：
T1=T=99.9KN
缆风绳选用6×37+1，直径φ26，公称抗拉强度1570Mpa，破断拉力313KN，安全系数K＞3。
2）地锚选型
如下图所示，缆风绳地锚所需承受拉力99.9KN，采用2×2×2m混凝土地锚，地锚埋地，四周土压实处理，出绳与地面夹角为30°。
以下地锚验算计算不考虑摩擦力（偏安全）。
地锚计算简图
地锚自重：
G＝2×2×1.5×2.4×10＝192KN
1）竖直方向：
K×S×Sinα＜G
式中K－安全系数，取K＝3；
S－地锚所受拉力；
α－出绳与地面夹角，取α＝30°；
G－地锚自重。
K×S×Sin30°＝3×99.9×0.5
＝149.9KN＜G＝192KN
2）水平方向：
（S×COSα）/A＜η×［σ］
式中S－地锚所受拉力；
α－出绳与地面夹角，取α＝30°；
A－承压面面积；
η－土壤压力不均造成的折减系数，取η＝0.25；
［σ］－土壤承压能力，取［σ］＝100KPa。
S×COS30°/A＝99.9×0.866/（2×2）
＝21.6Kpa＜η×［σ］＝0.25×100＝25KPa
3）抗倾覆能力（偏安全地，不考虑土壤作用力N的影响）：
（S×Sinα）×B/2＜G×B/2
式中S－地锚所受拉力；
α－出绳与地面夹角，取α＝30°；
B－截面宽度；
G－地锚自重。
（99.9×Sin30°）×2/2
＝99.9×0.5×1
＝50.0KN.M＜192×2/2=192KN.M
4.6桅杆受力分析：
桅杆为Q235B426mm×10mm的无缝钢管
1）桅杆强度校核
桅杆平面垂直分力（见上图二）：
Pz=（Pd+T×Sinβ）/COS5°
式中β-缆风绳与地面夹角；
T-缆风绳拉力；
=（1081.5+99.9×0.332）/0.996
=1119.2KN
桅杆轴心力：
P1=Pz/（2×COS（γ/2））
γ-人字桅杆夹角；
=1119.2/（2×0.97）
=576.9
桅杆强度校核σ=P1/A
式中A－桅杆截面积。
σ=P1/A
=576.9×1000/（131×100）
=44.1N/mm2＜f=215N/mm2
所以该桅杆满足强度要求
2）桅杆的刚度及稳定性校核
长细比：
λ=L/i
式中L－轴心受压构件自由长度；
i－回转半径。
L=H/（COS5°×COS（γ/2））
=20700mm
λ=L/i=20700/147=141＜［λ］=150
该杆件满足刚度要求；
查表得稳定系数φ=0.378
σ=Pz/φA
=576.9×1000/（131×100×0.378）
=116.9N/mm2＜f=215N/mm2
所以该桅杆满足结构稳定性要求；
5安全技术措施
5.1 吊装作业人员必须持有特殊工种作业证。
5.2整个吊装过程中设定一人指挥，参加人员服从指挥，指挥人员应充分了解吊装程序和作业中应注意的事项；
5.3 各种吊装作业前，应预先在吊装现场设置安全警戒标志并设专人监护，非施工人员禁止入内。
5.4捆绑绳应受力均匀，不得重叠、挤压，钢丝绳受力后应用榔头敲击钢丝绳使之受力均匀；
5.5 吊装作业前，应对起重吊装设备、钢丝绳、揽风绳、链条、吊钩等各种机具进行检查，必须保证安全可靠，不准带病使用。
5.6 吊装作业时，必须分工明确、坚守岗位，并按GB5082规定的联络信号，统一指挥。
5.7 吊装作业前必须对各种起重吊装机械的运行部位、安全装置以及吊具、索具进行详细的安全检查，吊装设备的安全装置要灵敏可靠。
吊装前必须试吊，确认无误方可作业。
5.8 悬吊重物下方严禁站人、通行和工作。
5.9当吊起重物吊离地面约100mm时，应进行全面检查，确认各部情况正常后才可正式提升；
5.10起重过程中若起吊机械发生事故或出现不正常现象时，必须发出戒备信号。
参考文献：
《机械设备其中吊装手册》机械工业出版社，1976年
《重型设备吊装手册》冶金工业出版社，2001年
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