大型设备旋转施工方法与流程

本发明涉及大型设备施工技术领域，特别是一种大型设备旋转施工方法。

背景技术：

近年来由于国家对环境指标的不断重视，脱硫吸收塔也需要进行改造以实现超低排放，因此脱硫吸收塔的改造将会在以后的电厂改造中成为必然趋势。脱硫吸收塔的改造需要将原有吸收塔出口进行调整连接至新建吸收塔。

传统的大型设备旋转施工，要用大型的吊装设备将大型设备吊起，再由经验丰富的起重工进行指挥吊装旋转，旋转到指定位置，再进行焊接恢复。

这种方式存在一定缺陷，例如，要占用大量的施工用地；要租用大型的吊装设备产生大量的租赁给用；还需具备经验丰富的起重工，对施工人员技术要求较高。

中国专利公开号101664762(公开日2010.3.10)公开的一种超大型牌坊侧立旋转安装工艺，利用框架式吊装平台和两组滑道实现牌坊就位，但这种方式不适用于脱硫吸收塔。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于大型设备的旋转施工方法，是一种小间距整体转向方法，对场地要求不高，而且所需设备简单，成本低，尤其适用于质量大、角度要求严格的大型设备。

本发明提供的大型设备旋转施工方法，适用于设备的待旋转部件位于固定部件上方的情况，包括：

分别在设备的待旋转部件外侧与固定部件外侧固定设置加强圈A和加强圈B；在待旋转部件上沿周向固定设置多个第一吊耳；

在加强圈A和加强圈B之间沿周向放置多个千斤顶，千斤顶上升顶起待旋转部件使其与固定部件分离，然后在分离处插入多根滚杠；千斤顶回落使滚杠承托待旋转部件；通过柔性绳索同时沿一个方向拉动第一吊耳，实现待旋转部件的旋转；

旋转至预设角度后，再用千斤顶顶起旋转部件，撤掉滚杠，千斤顶回落，将旋转完毕的部件与固定部件拼接。

这种旋转施工方法，只需要利用千斤顶、滚杠和绳索等小工具，就能完成，不需要大型吊装设备，对场地要求也不高。柔性绳索不局限于形状构造，只需要满足能够拉动吊耳而不会断裂，且本身没有弹性即可，例如可以为手拉葫芦上面的链条，也可以单独的一根钢丝绳，或者其他形式。所述滚杠为钢管，或者其他圆柱形或圆筒形可滚动的承压结构。所述吊耳的作用是为固定有吊耳的大型部件提供一个受力位置。

作为一种优选方案，上述大型设备旋转施工方法中，在加强圈A的下表面和/或加强圈B的上表面还等距离固定设置多个承托板，用于增加滚杠的承托面积。承托板设置在加强圈B上表面时，更准确地说，应该是增加滚杠的接触面积以降低固定部件承受的压强。

更优选地，上述大型设备旋转施工方法中，承托板与加强圈A或加强圈B之间焊接多条双拼槽钢作为加力筋，双拼槽钢与承托板之间通过焊接立筋加固，双拼槽钢远离承托板的一段与大型设备侧壁之间垫钢板焊接固定。

作为一种优选或者可选的技术方案，上述大型设备旋转施工方法中，还在固定部件上沿周向固定设置多个第二吊耳，将多条柔性绳索连接第一吊耳和第二吊耳，其中每一条绳索只连接一个第一吊耳和一个第二吊耳；当进行旋转时，水平拉动绳索使其受力被牵引进而将两个吊耳相对靠近实现待旋转部件的旋转。

作为一种优选方案，上述大型设备旋转施工方法中，在固定部件侧壁上设置多个导向装置以限制待旋转部件在旋转过程中的旋转轴位置不偏移；所述导向装置包括固定轴和安装在固定轴上的轴承，应确保当待旋转部件上升后轴承外圈仍能限定待旋转部件的侧壁位置。

更优选地，上述大型设备旋转施工方法中，所述轴承外圈与待旋转部件的侧壁之间缝隙大小在4～6mm范围内。确保待旋转部件转向后，大型设备的带旋转部件和固定部件间的错口偏差较小，便于转向后组对焊接。

作为一种优选方案，上述大型设备旋转施工方法中，多条绳索均沿水平方向逆时针或顺时针拉动。

作为一种优选方案，上述大型设备旋转施工方法中，还包括在固定部件的上方部分设置防倾倒装置以防止待旋转部件分离后固定部件倾倒，所述防倾倒装置由钢丝绳和倒链组成，通过钢丝绳和倒链连接固定部件上方部分与地面。

作为一种优选方案，上述大型设备旋转施工方法中，当待旋转部件与固定部件一体成型时需要进行切割后再旋转。

作为一种优选方案，上述大型设备旋转施工方法中，所述大型设备为脱硫吸收塔。

与现有技术相比，本发明提供的大型设备旋转施工方法，具有如下有益效果：

1、减少施工用地，由于以往大型设备包括如脱硫吸收塔等顶板旋转施工的难点在于施工用地广，本技术通过合理的科学分析采用就地旋转，克服以往吊装作业难度大，解决了使用人员技术要求高和施工占地广的难点。

2、减少大型吊装设备的租赁实现经济效益最大化，本技术通过千斤顶，滚杠等设备支撑脱硫吸收塔顶板，替换了大型吊装设备，减少了大型吊装设备租赁的费用。

3、实现了材料性能最大化，本技术通过对各种材料的计算，在满足安装作业的情况下，相比于以往实现了材料性能最大化，响应了国家节能减排的政策。

附图说明

图1为实施例1中脱硫吸收塔塔顶受力分析图。

图2为实施例1中塔顶的转向示意图。

图3为实施例1中导向装置、弧形板组合件俯视图。

图4为实施例1中导向装置、弧形板组合件立面图。

图5为实施例1中脚手架平台示意图。

图6为实施例1中导向装置结构示意图。

图7为实施例1中千斤顶支撑节点示意图。

图8为实施例1中千斤顶布置图。

图9为实施例1中滚杠布置图。

图10为实施例1中弧形板焊接位置示意图。

图11为实施例1中第一吊耳和第二吊耳位置示意图。

图12为实施例1中手拉葫芦布置示意图。

图13为实施例1中千斤顶受力分析图。

图14为实施例1旋转施工方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

榆横发电厂1、2号机组超低排放改造工程，1号吸收塔A出口需进行调整连接新建吸收塔，由于其重量大(65吨)，尺寸大，场地有限，故采取本发明的大型设备旋转施工方法，是一种小间距整体转向方法。

原吸收塔出口改造施工范围为：已建吸收塔A顶板及出口烟道至膨胀节处。

工程特点：

(1)现场施工地点高，周围无防护，且施工场地有限。

(2)需调整部分质量大，角度要求严格。

一、材料与设备

表1主要材料与设备

二、施工准备

1、塔体水平转向装置(吊耳)及防偏移的导向装置下料、制作。

2、对塔体水平转向的角度、装置安装的位置、环缝的位置和防倾倒装置的位置等进行标记、划线。

3、根据塔体转向的需要，在塔体内/外相应部位铺设防火毯，搭设脚手架。

将顶层除雾器防护隔离开，在除雾器上方满铺石棉布防止切割过程中将除雾器烫伤、烫坏，在支撑梁(标高为+31310)及支撑板上生根搭设脚手架，铺设平台至标高+32510处，脚手架高度为1200mm，铺设平台加装护栏，平台底部满铺石棉防火布，在吸收塔外侧在平台上生根搭设脚手架最终平台高度达到+32510mm以满足外围施工人员施工，其中吸收塔外部无平台部分(彩板房部分)，须将彩板房房顶拆除后再从屋内地面生根搭设平台，以满足施工需求。(脚手架平台示意图参见图5)。

4防腐层拆除

从吸收塔外壁顶部向下400mm处选择一点(具体位置视现场实际焊口位置确定)，采用连通水平管进行环向水平测量，沿塔圆周每隔2米选取一点，并将各点连接成一条环形水平线，在东西南北四方各钻一个4mm小孔，作为塔内清除防腐玻璃鳞片的基准点，以此4个基准点在塔内划线，并清除塔内壁割口处二侧各400mm宽的原防腐层，在塔内壁上形成一条环状防火隔离带，为下一步焊缝切割创造有利条件，避免出现塔壁板切割中防腐层受热损坏。

5塔内施工防火准备

(1)塔体内部动火施工属于高度危险作业，动火施工前，必须配备足够的消防器材，将消防水管接至塔内，做好防火措施。

(2)塔体内部动火作业前，应在动火作业面下方铺设防火毯。

6、防倾倒装置的安装

(1)防倾倒装置由钢丝绳和倒链组成。根据上部塔体的重量和重心偏移程度，计算确定上部塔体和地面的固定点，并选择合适的倒链和钢丝绳，通过钢丝绳和倒链连接塔体与地面，用于稳定分离后的上部塔体。建议至少安装四套。(结合实际工况，计算出导致上部塔体倾倒的最小水平力F,当外部综合水平载荷小于F时，可以考虑不设防倾倒装置。)

(2)防偏移导向装置的上部轴承外圈与塔体外壁缝隙应保持在5mm±1mm范围内，确保塔体转向后上下壁板间的错口偏差较小，便于塔体转向后组对焊接。

(3)塔体重心位置及塔体倾倒力的核算

①根据1#吸收塔A图纸对转体部分重量计算

吸收塔顶部重量(G)＝顶部及出口重量(G1)+保温部分重量及其他施工附加部件(G2)

G＝G1+G2＝25.8T+39.2T＝65T

②吸收塔顶重心位置经核算如图所示，在距离塔体重心约3920mm处，小于塔体半径。(脱硫吸收塔顶受力分析图参见图1)。

③塔体的转向

初步定为将1#吸收塔A出口整体由270°位置转动至52°位置(过程中需将塔顶顺时针转动142°)转到弧长约21.1m。转体时须在塔壁内侧将0°、270°、52°基准线标明。(塔体的转向示意图参见图2)。

三、旋转施工

1、拆开塔体旋转部位的连接

(1)拆除塔顶上部连接件：拆除烟气出口处补偿器(堵板)及相关连接件。

(2)断开上、下塔体间的楼梯平台：依据塔体的切割旋转部位确定平台楼梯的断开位置，塔体上部旋转部分的梯子平台在不影响塔体顶升及旋转的情况下，均不作拆除，随塔体一起进行水平转向。

(3)拆除电气照明电缆：将塔体上部旋转部分的照明灯具电缆线拆除，拆卸部件妥善保管便于后期恢复。

(4)拆除热工仪表：将热控仪表的电缆线拆除，再将热控环保监测仪表逐一拆除并妥善保管。

(5)拆除烟道：首先将出口膨胀节处拆除，同时将膨胀节后部分烟道拆除约5m，重量约15T,(可根据现场实际情况适当调整长度)以免影响后续出口整体转向，拆除部分用已安装的平臂吊吊装至空地放置，并防护隔离好，待塔顶转体完毕后再将烟道安装回去。

2、导向装置及弧形板组合件安装

在吸收塔顶部加强圈处生根焊接导向装置及弧形板组合件，其中导向装置如图6所示，由固定轴和安装在固定轴上方的轴承组成，固定轴下方用角钢焊接固定到塔身内壁上，弧形板相当于承托板。组合件设置20个，间距1.7m，弧形板采用1000(长)×100(宽)×20mm(厚)的钢板，每块弧形板(弧形板前沿翻边)上表面焊接5根双拼槽钢作为加力筋，槽钢采用[10槽钢，槽钢除与加强圈A焊接之外，还与壁板之间增加一块δ＝20的连接板，连接板与槽钢及壁板均满焊。(组合件俯视图参见图4、组合件主视图参见图5)与此同时，在塔壁内侧均匀布置安装20个导向装置，同时也起到限位的作用(导向装置示意图参见图6)。

3、塔体环向水平切割缝划线

(1)下部加强圈B(组合件俯视图3)水平度的测定。

在施工前需对用水平管测测量加强圈B的水平度，确保加强B的水平度不大于±5mm，若出现某些部位水平度不符合要求，将对不符部分的加强圈进行切割调整并重新进行焊接。

(2)切割线的划线

将塔内外需要动火的位置的防腐保温层进行拆除，并将动火范围内300mm内防腐层打磨干净，然后用水平管将切割位置在塔内壁侧标出，每1m标一个点，然后依次连成一个圆，即为塔体切割标识线并且沿此线进行切割。

4、液压千斤顶顶升受力

从吸收塔加强圈B生根搭设10个20吨液压千斤顶，并在液压千斤顶顶部及底部所对应的加强圈处焊接500×500×20mm立筋，随后使液压千斤顶顶升带上劲。(液压千斤顶支撑节点示意图见图7，液压千斤顶布置图见图8)。

5、塔壁板环向水平口切割

塔壁板环缝切割采用4人同时进行，每人在相隔90度位置进行切割，4人按照同一方向进行切割，为防止焊渣掉入塔内，切割采用从塔内向塔外切割的方式，塔上壁坡口采用单面45度，塔下壁不割坡口，切割完需要将焊口打磨干净，切割过程中每个切割人员都要安装排专人负责进行防火防护。

6、液压千斤顶将上部塔体顶升

(1)液压千斤顶的受力分析

用液压千斤顶均匀顶起塔顶大于60mm并对液压千斤顶进行受力分析根据液压千斤顶布置图(图8)对各个千斤顶进行受力计算，各千斤顶受力见千斤顶受力分析图13。

(2)千斤顶的选用

加强圈A、B厚度均为30mm材质为Q235B，查钢结构设计规范GB50017-2003得出剪应力〔σ〕＝120MPa，根据油压千斤顶JB2104-91选择QYL 20的液压千斤顶。

(3)加入滚杠及千斤顶的回落

顶板与壁板分离后在每块弧形板与壁板加强圈之间安装3根滚杠，慢慢回落千斤顶使弧形板与滚杠压实见滚杠布置图9。

①根据弧形板焊接位置图(图10)对弧形板组合件进行的核算。

a.通过计算得出弧形板组合件最大受力为22.5t，根据钢结构设计手册查出Q235钢抗压和抗弯强度设计值均为215MPA，由于弧形板组合件由3组10号双拼槽钢组合而成，所以截面面积为6×12.73cm²则最大抗压压强为P＝N/S＝225×10³N/6×1273mm²＝30mpa，且抗弯强度为215mpa，所以十号槽钢符合条件。

b.焊缝强度计算

单个支撑点最大承重：G_MAX＝225×10³N

焊缝Q235B抗剪允许强度：〔σ〕＝160MPa

则：σ＝G_MAX/S≤〔σ〕

S≥G_MAX/〔σ〕＝225×10³N/160MPa＝1406mm²

按每个支撑点设1支撑构件(支撑构件作为主受力件，设1道立筋，立筋垂直有效长度150)。

则：每个支撑点的最大承载力为F_MAX＝G_MAX＝225×10³N

焊缝高度：H＝1/2*δ＝1/2*20mm＝10mm(双面)

则：焊缝长度L1＝S1/H＝140.6mm

结论：实际焊缝长度150mm大于140.6mm，并且G_MAX为最大顶升力所以支撑点是安全的。

同理算的加强圈A与槽钢、槽钢与弧形板焊缝长度为368mm实际焊缝长度为400mm，

加强圈B底部原有筋板有效焊缝长度L′＝138mm＜筋板实际长度200mm，故加强圈底部筋板也是安全的。

②滚杠布置

a.顶板与壁板分离后在每块弧形板与壁板加强圈之间安装3根滚杠，滚杠采用Φ36×120mm的圆钢，具体滚杠布置见图9。

b.滚杠的受力

滚杠共60根，若每个弧形板组合件单个滚杠受力

则最大承重：N2＝M_MAX＝22.5t

滚杠所受剪应力：N2/S＝22.5×10³kg/36×120mm²＝52map

因为滚杠直径为36mm，所以许用应力为〔σ〕＝205mpa，〔σ〕＞P，滚杠符合强度要求；

由于滚杠静止，所以底部加强圈B所受剪应力为52mpa

因为加强圈B厚度为30mm，〔σ〕＝120mpa，〔σ〕＞P，钢板强度符合要求。

c.倒链的选择

由于Q235B材质之间的摩擦系数fx＝0.15

F(摩擦力)＝N2*fx＝22.5×1000×9.8×0.15＝33750N

所以当水平拉力大于3.375t时可以转动塔顶，故选取5t倒链转动塔顶。

d.弧形板最大变形

若滚杠与弧形板组合件接触不均匀，只有一根滚杠与弧形板组合件接触则：

Y_max＝PL³/(48EI)＝0.129mm

Y_max为梁跨中的最大挠度(mm).

p为各个集中荷载标准值之和(N).P＝G_MAX＝225×10²KG

E为钢的弹性模量,对于工程用结构钢E＝206000N/mm².

I为钢的截面惯矩,弧形板的惯性截面矩为1.3*10⁷mm⁴

L为立筋的最大间距，L＝500mm

弧形板挠度Y_max＝225000*500³/(48*206000*1.3*10⁷)＝0.186mm

弧形板挠度最大容许变形挠度为Y_MAX＝L/400＝500/400＝1.25mm>0.186mm

由此可见钢板变形极小，且加强圈B符合受理强度，不影响转体作业。

③拉动手拉葫芦使上部塔体整体水平旋转

在吸收塔本体及塔顶壁板焊缝位置焊接吊耳，吸收塔本体壁板即焊缝下侧焊接4个第二吊耳，第二吊耳位置间隔90度(4个吊耳呈中心对称，相邻两个之间至中心的夹角为90°)，塔顶壁板即焊缝上侧焊接18个第一吊耳，均匀布置，吊耳间隔约3m，使用5T手拉葫芦(均布4个)水平朝同一方向(顺时针)开始转动塔顶，塔体转向过程中滚筒随着塔体转向进行滚动，转向过程中需要及时补充新的滚筒，同时在转向进行中注意滚筒方向的及时调整，滚筒应对准塔心安放，并每转向行进1000mm进行一次调整。转向过程中要求统一进行指挥，保证塔体转向过程平稳、顺畅严格检查切割焊缝位置是否有障碍，一经发现立即停止作业，进行隐患消除直至完成转体，转体采取连续作业，要求在一个工作日内必须完成转体就位。(采用4个手拉葫芦)将液压千斤顶按照上述方法布置顶起塔顶并撤出滚杠，慢慢回落液压千斤顶使焊缝间隙满足对口(吊耳位置示意图见图11、手拉葫芦布置示意图见图12)。

④吸收塔组对安装及焊接

塔体转体完毕后在塔内壁上下两侧将焊缝打磨45°破口，采用单面焊接双面成型工艺，塔体外侧贴陶瓷衬垫焊接，焊接过程中必须与塔体焊透。焊接完成后对焊缝进行100％射线检测。

本工法是在对历年来大型设备吊装，旋转等安装方式不断改进的基础上，研发出的一种新的旋转施工方法。运用该工法，实现就地旋转，减少施工用地，为不具备施工场地的工程提供了有效的施工办法。陕西华电榆横煤电脱硫超低改造工程中使用本施工方法，减少了施工用地。施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态。工程质量优良，无安全生产事故发生，得到了各方的好评。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。