大型压缩机组吊装工艺分析——以西气东输盐池压气站3号压缩机组吊装为例

石油天然气学报２０１２年４月第３４卷第４期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｏｉｌ　ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｐｒ．２０１２　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．４　大型压缩机组吊装工艺分析　——以西气东输盐池压气站３号压缩机组吊装为例　葛成吉，刘新生，位雅莉，李爱莉　（中国石油天然气管道局第四工程分公司，河北廊坊０６５０００）　齐强国　（中国石油天然气管道局管道投产运行公司，河北廊坊０６５０００）　［摘要］以西气东输安全改造工程盐池压气站为例，介绍了站场大型压缩机组吊装作业的工艺计算，对吊　装准备工作和注意事项进行描述，通过对吊装件和平衡梁的受力计算以及吊装工具的校核计算，详细阐　述了盐池压气站新增压缩机组的吊装工艺和方法，可供今后大型设备的吊装作业借鉴。　［关键词］输气管道；压缩机组；吊装；受力分析　［中图分类号］ＴＥ９７３．８　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１０００—９７５２（２０１Ｚ）０４—０３６２—０５　随着国内天然气需求量的日益增加，原有的输气能力已不能满足需求。为提高管道管网整体运行调　度的灵活性和可靠性，提高管道输气能力，西气东输管道公司决定对西～线各个站场进行改造增压。盐　池压气站就是在原有２台压缩机组的基础上新增１组３号压缩机组设备，运行模式由“２＋０”升级为　“２＋１”，目的是在管道运行高峰时有备用机组，为管道安全平稳高效运行提供保障。　盐池压气站新增压缩机组需吊装的主要部件为：压缩机（１ｌ０ｔ），燃气轮机（５００，空气进气过滤　器，润滑油空冷器，回流空冷器等。下面以压缩机和燃气轮机的吊装为例介绍大型压缩机组的吊装工艺　和方法，为大型压缩机等设备的吊装提供借鉴。　１吊装准备工作　由于燃气轮机基础标高＋０．４５０ｍ，压缩机基础标高＋０．１６０ｍ，且工程中的设备重量较重、尺寸较　大，吊装时基础外侧的管沟、风道等基础已施工完毕，吊装前需要进行回填、夯实等一系列的工作，给　现场施工带来很大的难度，根据现场的平面布置状况及吊装的受力分析，吊装时宜采用２００ｔ吊车和　２４０ｔ吊车各１台，以确保吊装工作的顺利进行。　１）吊装区域、拖车行走区域需要回填并进行夯实，平均回填深度为２ｍ。先将管沟和基础边缘用砂　石土回填，每２ｍ夯实一次，其间适量撒水，填至略高于电缆沟基础夯实并找平，确保作业面有足够的　地耐力，保证行车、吊装安全。出于更加安全的考虑，吊车下方回填区域铺设８０００ｒａｍ×２０００ｍｍ　Ｘ　２０ｍｍ厚钢板４块，吊装时支腿下方铺设４块吊车自带的２０００ｍｍ×２０００ｍｍ的底排，以减小对地面压　强，进一步增强吊装的安全性。　２）经对压缩机运输车辆进行实际测量，拖车长度２４．５ｍ，拖车离地间隙不足２ｍ。厂区需平整的面　积大约为１５００ｍ　，平均回填厚度为２ｍ，压实系数０．９４，拖车行车区域压实宽度不得小于８ｍ，满足拖　车转弯和调头的要求。　３）压缩机、燃气轮机卸车都选在其基础上，大型机车在厂房内作业，因此压缩机厂房在压缩机就　位前不能安装，以满足拖车倒车及调整的平面空间。　４）压缩机组基础地脚螺栓高于地面２００ｍｍ，每台压缩机基础表面用２００ｍｍ×１４０ｍｍ×２５００ｍｍ　［收稿日期］２０１２—０３—２２　［作者简介］葛成吉（１９８４一），男，２００４年黑龙江大学毕业，工程师，长期从管道施工技术工作。　第３４卷第４期　葛成吉等：大型压缩机组吊装工艺分析　道木双排铺设。拖车行驶场地硬化上表面应与道木上表面平齐，以保护地脚螺栓和拖车安全。道木和硬　化区域相接处铺１４ｍｍＸ　８０００ｍｍＸ　１８００ｍｍ钢板２张，以利于拖车行车。　５）吊装用的平衡梁预制完成并与卡扣、索具预组合完。提前准备压缩机就位所需临时垫铁及调平　螺栓垫板。　２　吊装流程　２．１压缩机吊装工艺流程　压缩机组的吊装示意图见图１。　压缩机平面尺寸　压缩机吊装工艺流程为：运输道路　及吊车站位场地的处理一保证压缩　：ｌ　２ｏｏｔ吊车ｅ　机的吊装作业２车均选择１８．１ｍ臂　．１．　．Ｌ．　杆，７ｍ作业半径以内一２００ｔ汽车　：吊杆（回转半径７ｍ）　吊站位并挂好吊装绳索一压缩机到　Ｉ　－　＿口　Ｉ运输车　货后，运输车辆沿压缩机基础北侧　行驶至压缩机基础正上方一连接吊　横吊杆（回转半径７ｍ）　吊装指挥站　Ｉｆ－　一ＴＩ　装绳索，调平进行试吊一试吊成功　［　２４０ｔ吊车　一　后正式吊装一压缩机被提起　２００ｍｍ后悬停，静止ｌＯｍｉｎ后，　图１压缩机吊装示意图　下落１５０ｍｍ后，再上提１５０ｍｍ，　反复２次后，根据每台吊车的吊装示重，确定压缩机及燃气轮机橇装的重心位置及偏移几何中心的尺　寸，检查钢丝绳、设备的安全情况，检查吊车支腿有无异常、吊车支腿处地基的沉降情况、工索具受力　情况，确保无安全隐患后，拖车缓慢驶出吊装区域，人员撤出铺在基础上的道木。对压缩机基础表面及　压缩机橇底面垫铁用适当方法进行清扫。２台吊车配合缓慢将压缩机设备降到离设备基础顶标高　２２０ｍｍ以上位置，确认各基础地脚螺栓与设备基础孔对正一缓慢回车，调整　臂杆，将橇体对应吊点处暂放于双　层道木上一拆除用于保护地脚螺丝　的道木层，清理基础平面，机泵专　业做临时垫铁和地脚螺栓保护套、　顶丝钢板放置等就位准备工作一调　整臂杆就位压缩机于临时垫铁上，　拆除绳索，交付机泵专业精找平。　此流程同样适用燃气轮机的吊装。　２．２燃气轮机吊装　由于燃气轮机的吊装位置距压　缩机组较近，且压缩机组已吊装完　毕，为了防止损坏压缩机组设备，　图２　吊装时拖车行走及吊车站位吊装平面图　从安全方面考虑，使用２台吊车吊　装。压缩机组及燃气轮机组吊装时吊车的站位如图２所示。　３吊装计算　３．１压缩机受力计算　３．１．１平衡梁计算　根据《钢结构设计规范》进行平横梁的计算叫。　石油天然气学报　管道施工设备　２０１２年４月　１）平衡梁强度校核　平衡梁钢材材质为２ｏＪＨＪ无缝　钢管，规格　３２５ｍｍ×ｌＯｍｍ，长　度Ｌ＝４５００ｒａｍ，则［　。］≥２４５ＭＰａ，　取最小值［仉］一２４５ＭＰａ。　［　］一［　ｌ／ｎ＝２４５ＭＰａ（１）　式中，［　］为２ＯＪＨＪ无缝钢管许用应　力，ＭＰａ；［　］为２ＯＪＨＪ无缝钢管的　屈服强度，ＭＰａ；　为安全系数，　一　１（一般取１．０、１．５、１．６、３．Ｏ）。　［ｒ］＝［ｒｓ］／ｎ：９８ＭＰａ　（２）　ＦＬ为分支拉力，ｋＮ；Ｆｖ为ＦＬ垂直轴向的分力，ｋＮ；Ｆｈ为轴向力，ｋＮ　式中，［ｒ］为许用截应力，ＭＰａ．［ｒｓ］　图３　吊装过程中平衡梁受力简图　为材料最大截应力，ＭＰａ。　根据已知条件，压缩机（设备）总重为１０９．３ｔ，索具等附加重量大约为１ｔ，则设备总重为１１０．３ｔ。平衡　梁的受力如图３所示，ＦＬ与平衡梁的夹角为ａ，取值范围为３Ｏ～７５。，取口一６０。，吊重Ｑ一１１Ｏ．３ｔ，则：　Ｑ计：ＱＫ．　（３）　Ｋ动：Ｋ１×Ｋ２　—１．１×１．１　＝１．２１　（４）　式中，Ｑ甘为计算吊重，ｔ；Ｋ　为冲击　系数，取Ｋ　：１．１；Ｋ２为不均匀受　力系数，取Ｋ　一１．１。则：　Ｑ计一１１０．３×１．２１　—１３３．５（ｔ）　根据图３可得：　Ｆｖ一０．５×Ｑ计＝６６．７５（０　平衡梁上部绳扣受力：　图４吊耳受力分析　ＦＬ＝Ｆｖ／ｓｉｎ６０。＝７７．１（ｔ）　考虑到设备重心不在橇装的几何中心，因此此处的受力按照可能的最大受力计算，即单根平衡梁可能　承受全部的设备重量。　平衡梁所受轴向力Ｆｈ＝Ｆｖ／ｔａｎ６０。＝３８．５４（０；　管材的横截面积Ａ一兀（Ｄ　一ｄ。）／４：￣（３２５　一３０５　）／４＝９８９６（ｍｍ）。；　惯性矩　＝７ｃＤ　（１一ａ　）／６４＝７ｃ×３２５４［１一（３Ｏ５／３２５）　３／６４＝１．２２９×１０　（ｍｍ）　；［。］　截面模量Ｗ＝丌Ｄ。（１—４）／３２：丌×３２５。［１一（３Ｏ５／３２５）　］／３２＝７．５６１×１０　（ｒａｍ）。；　截面回转半径（惯性半径）ｉ一１／４（Ｄ。＋ｄ。）　：１１１．４２（ｒａｍ）。　式中，Ｄ和ｄ分别为钢管的外径和内径，ｍｉｌｌ。　横梁的端部可等效为铰接端，长细比　一Ｌ／ｉ（Ｌ为横梁计算长度，Ｌ＝４５００ｒａｍ），即，　＝　４５００／１１１．４２：４Ｏ．４。　平横梁所受弯矩Ｍ主要来自制造误差和平衡梁上部钢丝绳与横梁间的角度误差，取两者累积误差，　偏角口：１５。（见图４）。偏心距：　８一ｓｉｎｌ５。×（１５２ｚ＋３５０２）１／　＝９８．８（ｒａｍ）　平衡梁截面最大弯矩：　Ｍ＝Ｋ２×Ｋ３×ＦＬ×ｅ一１．１×１．４×７７．１×９８．８—１１７３１（ｔ・ｒａｍ）　（５）　式中，Ｋ　为动载系数，取Ｋ。一１．１；Ｋ。为载荷分项系数，取Ｋ　＝１．４。　第３４卷第４期　葛感吉等：大型压缩机组吊装工艺分析　・　３６５　・　横梁的强度：　＝Ｋ２×Ｋ３×Ｆ　Ａ＋Ｍ（ｙ　×Ｗ）　：１．１×１．４×：Ｓ８．　，一１　０　【ｊ８【）６　１１　７３１×１０　／（１．１５×７．５６１×１０　）　～一２１　（Ｎ／ｒｔ￣ｍ　）　（６）　：１９４．９（Ｎ／＇ｒｉｌｎｌ　）　式中，　为截面塑性发展系数．收），　一１．１，　５；Ｗ一７．５６１×１０　ｍｉｌｌ。。　由此可见平衡梁采Ｊ¨　格　：￣２５ｍｎｉ×１０ｒａｍ的２ＯＪＨＪ无缝钢管是安全的。根据计算，平衡梁制作　时采用ｊ２『３２５ｍｍ×１０ｒａｍ的２【】．ＩＨＪ，刺舰格以上的钢管均可。　２）稳定性的校核　弯矩作用平面内的稳定　为：　堕　～一一一…～—函　一　：　：　璺：　：斗．　ｗ（卜　）　％４　８％　。　１．０×１】７３１×１０　１．１５×７．５６１×１０　（１—０．８×１．１×１．４×３８．５４×１Ｏ‘／１．１２×１０　）　一２０５．】１（Ｎ／ｒａｍ　）＜［　］＝２４５（Ｎ／ｍｍ。）　（７）　式中，　为等效弯矩系数　ｊ，取　一１．０；ＮＥｘ为参数，Ｎ麟一７ｃ。ＥＡ／（１．１２　）一７ｃ。×２．０６×１０　×　９８９６／（１．１×４０．４２）＝１．１２×１０　Ｎ；　为稳定系数，　一０．９３４；Ｅ为弹性模量，取Ｅ一２．０６×１０　Ｎ／ｒａｍ。。　由此可见，平衡梁是安全的，稳定性符合要求。　３）吊耳板强度校核　吊耳板材为ＱＺ３５一Ｂ，主板厚度　一３０ｒａｍ，［　］一１３４ＭＰａ（符号意义同前）。　Ａ截面的拉应力：　＝Ｋ×Ｆ　／Ｅ（２×１８０一　）　＝１．６５×４ｏ×ｌＯ４／Ｅ（２×１８０—８０）×３Ｏ］一７８．５７（ＭＰａ）＜［　］　（８）　ｒ≈　Ｌ—Ｋ×Ｆ　／Ｅ（２×１８０一ｊ２『）胡＝７８．５７（ＭＰａ）＜９８．０（ＭＰａ）　（９）　式中，Ｋ为动载综合系数，取Ｋ一１．６５；　为吊耳孑Ｌ直径，取　＝８０ｒａｍ；　为吊耳板厚，　一３０ｒａｍ；　为　吊耳板可能受到的最大剪应力，取Ｆ　一４０×１０　Ｎ；ｒ为吊耳板截应力，ＭＰａ。　从式（８）、（９）可见满足安全需要［４］。　吊耳孔上方所受挤应力，可按拉曼公式计算：　吊耳一　吊耳×　』　吊耳一生竽一１，吊耳　２８．７（ＭＰａ）＜　＝１３４（ＭＰａ）　（１ｏ）　式中，Ｒ吊耳为吊耳板半径，取Ｒ吊耳：１８０ｍｍ；ｒ吊耳为吊耳孔半径，取　吊耳＝＝＝４０ｍｍ。　经过上述平衡梁的强度、稳定性校核及吊耳板强度校核，平衡梁满足安全要求。　３．１．２钢丝绳强度校核　１）平衡梁上部选择　５２ｍｍ钢丝绳扣，长１６ｍ，２根，每根返３圈使用；安全系数：　＝３Ｐ／（Ｋ】×ＦＬ）一３×１８５．５／（１．１×８Ｏ。６）＝＝＝６．２＞６　（１１）　式中，Ｋ　为动载系数，取Ｋ　一１．１；Ｐ为钢丝绳破断拉力，ｊ２『５２ｒａｍ钢丝绳取Ｐ＝１８５．５ｔ；Ｆ　包括３．５ｔ的　吊索和吊具的重量，ｔ。　２）平衡梁下部选择ｊ２『４３ｍｍ钢丝绳扣，长２０ｍ，２根，每根返３圈使用；安全系数按最大受力计算：　＝３Ｐ／（Ｋ１×Ｆｖ）：３×１０８。ｏ／（１．１×６６．７／ｚ）＝８．８＞６　（１２）　式中，Ｋ　为动载系数，取Ｋ　一１．１；Ｐ为钢丝绳破断拉力，ｊ２『４３ｍｍ钢丝绳取Ｐ一１０８．０ｔ。　经核算，平衡梁上、下部的钢丝绳的安全系数均大于许用安全系数，强度可靠。　３．２燃气轮机受力计算　燃气轮机整体重量小于压缩机，吊装压缩机的所有设备均适用于吊装燃气轮机。因此，不用重新　核算。　石油天然气学报＊管道施工设备　２０１２年４月　３．３地耐力受力计算　吊装作业时，２００ｔ汽车吊对地面的平均压强（按吊装重量最大时进行计算）：　Ｇ：Ｋｌ（Ｇ１＋Ｇｚ）一１．１×（１８０＋１１０．＿３）：３１９．３（ｔ）　（１３）　式中，Ｋ　为动载系数，Ｋ　一１．１；Ｇ。为吊车自重，Ｇ１—１８０ｔ；Ｇ２为设备及索具重量，Ｇ　一１１０．３ｔ。　地面承压面积：Ａ一２ｍ×２ｍ×４—１６ｍ　（汽车吊支腿底排的长度２ｍ；汽车吊支腿底排的宽度２ｍ）。　则地耐力：　Ｐ：Ｇ／Ａ一３１９．３ｔ／１６ｍ。一１９．９（ｔ／ｍ　）一１９５（ｋＰａ）　（１４）　经查《建筑地基处理技术规范》，砂石土垫层的承载力值为２５０ｋＰａ，地耐力满足安全要求。　为了提高安全系数，在每个支腿底排下方铺设２０００ｍｍ×２０００ｍｍ×２０ｍｍ厚的钢板４块，可重复　使用。　４结　语　通过对吊装过程中平衡梁的受力分析，对平衡梁强度、稳定性，钢丝绳强度进行了校核，以及地耐　力计算，结果说明，吊装过程安全、可靠，再加上吊装设备的合理站位，使得西气东输安全改造工程盐　池压气站大型压缩机组吊装一次成功。由此可以看出，站场内大型压缩机组或燃气轮机的吊装，吊装设　备的合理配置和站位，及平衡梁、钢丝绳的强度校核是关键，只有充分做好了这些前期准备工作，才能　大大减少大型设备吊装中各种风险，保证吊装过程顺利完成。　［参考文献］　［１］ＧＢ５００１７—２００３，钢结构设计规范Ｉｓ］．　［２］成大先．机械设计手册Ｉ－Ｍ］．第５版．北京：化学工业出版社，２００８．　［３］蒋ｔ，ＪＩ１．结构力学［Ｍ］．北京：科学出版社，２００８．　［４］ＨＧ／Ｔ　２１５７４—２００８，设备吊耳［ｓ］．　［编辑］　宋换新