塔类设备双机滑移法的吊装计算及有限元分析

塔类设备双机滑移法的吊装计算及有限元分析塔类设备双机滑移法的吊装计算及有限元分析沈玉辉大庆油田工程建设有限公司安装公司【摘要】本文以2010年长岭1号气田地面工程二期工程脱碳区CO2吸收塔的吊装为例，介绍如何通过计算进行吊耳、吊具和吊车的选择，如何利用CATIA及ABAQUS软件计算并校核塔器、吊索和吊耳的应力水平，进而对应力水平较高部位提出切实有效的改进措施。【关键词】塔类;滑移法;吊装计算;有限元前言双机滑移法广泛应用于油气田塔类设备的吊装，即主吊车吊住塔重心以上的主吊耳，吊点起升时，塔尾部随着向吊点方向移动(用辅助吊车将尾部...

塔类设备双机滑移法的吊装计算及有限元分析沈玉辉大庆油田工程建设有限公司安装公司【摘要】本文以2010年长岭1号气田地面工程二期工程脱碳区CO2吸收塔的吊装为例，介绍如何通过计算进行吊耳、吊具和吊车的选择，如何利用CATIA及ABAQUS软件计算并校核塔器、吊索和吊耳的应力水平，进而对应力水平较高部位提出切实有效的改进措施。【关键词】塔类;滑移法;吊装计算;有限元前言双机滑移法广泛应用于油气田塔类设备的吊装，即主吊车吊住塔重心以上的主吊耳，吊点起升时，塔尾部随着向吊点方向移动(用辅助吊车将尾部抬离地面，向吊点方向抬送)，当吊点起升至一定高度时，塔由卧态转变为立态。经过我们对塔器吊装的准确计算，可以合理的选择吊车、吊具。通过软件对吊装过程中的危险姿态进行有限元计算分析，可验证塔体、吊装工具在各个姿态下的应力是否满足材料的强度要求，以及有针对性的对局部危险部位提出改进措施。 1.被吊装设备概述 CO2吸收塔的外壁材质为Q345R，壁厚60毫米，外径2.926米，内径2.806米，高度35.5米，重量223吨(含填料43吨)。裙座高度2.7米，重6吨。预制梯子平台重6.75吨，预制工艺管线重5吨。 2.吊装计算 2.1确定塔的重心塔体受力情况如图1所示。由对重心G点力矩平衡公式G1?L1=G2?L得L=0.55m。即塔体的重心位置在距离裙座底板18.55米处。 2.2确定主吊点、辅助吊点初步设置主吊点在距离塔顶封头顶部1.5m的位置上，辅助吊点设置在距离底座4.5m位置上。塔体受力简图如图2所示，支点即为吊点。 (1)知q1=6?2.7=22222N/m，q2=185.75?32.8=56631.1N/m，根据主吊点R2力距平衡公式0.5×1.52×q2+R1×29.5=2.7×q1×32.65+0.5×31.32×q2及R1+R2=191.75t得R1=100.46t;R2=91.29t。 (2)均布载荷q=1917500kN?35.5=54014.1N/m。 ( 3 ) 塔体重心截面上最大弯矩M m a x = R 1×1 4 . 0 5 -0.5×q×18.552=4821436.6N?m。 ( 4 ) 筒体截面抵抗矩W = 3 . 1 4 ? 3 2 × ( 2 9 2 6 4 -28064)?2926=379013589.1mm3。 ( 5 ) 塔体外壁材质为Q 3 4 5 R ，查得塔体外壁许用应力为[σ]=157Mpa。 (6)根据强度公式σ=Mmax?W=4821436.6?379013589.1=12.72MPa <[σ]，即在水平起吊过程弯矩是安全的。 2.3 选用主吊耳、副吊耳根据HG/T 21574-20 0 8并结合塔的直径、单个吊耳吊重，选用AXC-700-32(垫板厚度)型轴式吊耳，吊耳材质:板材为Q345R，管材为16Mn，垫板为Q345R。 2.4确定平衡梁为保证吊装安全，吊装时采用平衡梁以消除吊装时的不平衡性。采用长3.5米Φ377×10 钢管(材质为Q235B)制作。平衡梁受力如图3所示。 ( 1 ) 由T 1+ T 2 = 1 9 1 7. 5 k N 及T1=T2得T1=T2=958.75kN，并算得F1=F2=1107.1KN。平衡梁受的内力N为F1×Cos60?=553.55kN。 ( 2 ) 平衡梁截面积A= 3 .1 4×(3772-3572)?4=11523.8mm2。 (3)查得Q235钢的强度设计值为215N/mm2。(4)由强度公式σ=N?A?ф=553.55?11523.8?0.985=48.77N/mm2<215N/mm2，因此选用此平衡梁是安全的。 2.5选择吊具以钢横梁上侧钢丝绳为研究对象，钢丝绳所受拉力为F =110 7.1 k N，每侧采用四根钢丝绳，则单根钢丝绳受的拉力为F’=276.775 k N。根据钢丝绳稳定条件(Fg×k1?k 2),F’得Fg,k 2×F’?k1(k1荷载不均匀系数取0.82，k 2安全系数取6)，即Fg,6×276.775?0.82=2026kN。经查，型号6×37S+IWR公称抗拉强度1870N/mm2、d,56mm钢芯钢丝绳，其钢丝破断拉力总和为2090kN,2026kN，满足吊装要求。因此型号6×37S+IWR公称抗拉强度1870N/mm2、d,56mm钢芯钢丝绳进行吊装是安全的。 2.6选择主吊车、辅助吊车 (1)确定起重高度工件高37.85m，基础高0.5m，平衡梁距离工件安全距离5m，吊钩距离平衡梁2.7m，则起重高度为46.05m。 (2)吊车的选择吊装时，吸收塔除去填料自重为180t，梯子重6.75t，工艺管线重5t,平衡梁及索具重2t，则有效载荷为193.75t。550t履带吊在工作半径为12m、杆长49m时，起重能力为203t>193.75t，因此是合理的。250t汽车吊在6m工作半径、出杆20.7m时，载荷为108t>100.46t，因此也是合理的。 3.有限元应力分析 3.1塔体建模及有限元网格化分塔几何模型及有限元网格的划分如图4、图5所示。 3.2塔和吊索的结构应力分析 (1)主吊耳处应力分布如图6所示。图示塔主吊耳的管轴处存在应力集中，应力达到1184MPa,对此处提出改进措施，现场用与管轴同材质、壁厚18mm的弧板对管轴进行了加强焊接。 (2)辅助吊耳及主吊耳的吊绳应力分布如图7、图8所示。辅助吊索应力属于较低应力水平，主吊索应力水平处于中等应力水平，吊索选择安全。 (3)平衡梁及平衡梁辅助吊耳处吊索应力分布如图9、图10所示。平衡梁的应力处于较低应力水平，但两个辅助吊耳处于较高应力状态，现场对平衡梁的辅助吊耳进行了更换，加大了辅助吊耳的规格。平衡梁辅助吊耳处吊索的应力状况属于中等应力水平，局部有应力集中，达到28.8MPa，现场此处连接采用吊环连接方式。 4.吊装实施 2010年10月13日在吉林油田松原长岭1号气田地面二期工程脱碳区，经过四个小时的吊装作业，193.75t重的吸收塔吊装圆满成功。 5.结论 (1)通过准确的吊装计算，可以合理、经济的选择吊耳、吊具及吊车。 (2)利用三维设计软件CATIA及有限元分析软件ABAQUS进行吊装全过程中塔和吊索的结构应力分析，可进一步验证吊耳、吊具通过计算选择的正确性，并可对局部应力较高处提出改进措施。参考文献 [1]江正荣编著.建筑施工计算手册.第二版.北京:中国建筑工业出版社,2007. [2]钢结构设计规范 (GB50017-2003).中国计划出版社。

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