冷轧厂3#彩涂热交换器及三通管改造施工

摘要：宝钢冷轧厂3#彩涂机组旧热交换器外形尺寸为15m*3m*4.2m，重量达72T，新交换器的内部结构调整，重量达76T。现场干涉设备多，使用大400吨大型履带吊和复杂的工况。本文主要对交换器的吊装进行阐述，以期为类似项目的施工提供参考和帮助。

关键词：热交换器；履带吊；超起工况；辅助用具；受力验算

中图分类号：TP333文献标识码： A 文章编号：

引言：3#彩涂机组的初涂和精涂的2#热交换器高温端管板的高温变形胀裂漏风和设备老化等问题，故急需对该热交换器设备进行更换，彻底解决该设备无法满足生产产量和产品品种的问题。另外初涂和精涂1#换热器烟气入口的部分管道也已破损，需进行更换。

本次施工便是对这2台2#热交换器（单台重约73T）和2台1#热交换器的部分管道进行更换。另外拆除和回装影响交换器吊装的管道。

1.项目特点

1.1更换设备重量、外形尺寸均较大：76T/台，15m*3m*4.2m，需用大型吊车吊装；

1.2施工作业场地管道、桥架纵横交错，空间障碍较多，给施工带来了难度。另一方面，现场施工场地有限，设备、机械、辅助材料数量众多，对施工场地规划也有较高要求；

1.3相关场地内有路灯、树木等会干涉大型吊车旋转，需进行移除，另外由于涉及到大型吊车的使用，需对相关道路进行封闭，相关手续较多；

1.4施工工期较紧张，且正值高温、暴雨季节，对施工进度有较大影响；

1.5交换器和管道外形尺寸均较大，影响因素多；管道拆装过程中多高处作业，需搭设脚手架，且容易发生高温中暑事件，对施工安全措施要求严格。

2.主要施工方法

2.1总体施工顺序

如图1所示。

2.2机械部分施工方法

2.2.1管道及支架拆除

本次需拆除的的有：空气出口处管道（ф1900）、烟气进口处管道接口（割除）、烟气出口管道（ф1550）、烟气出口管道（ф1550）、空气入口管道（ф1000）拆除。其中烟气出口和空气进口管道吊装半径小，用100t吊车吊装，其他构件由于旋转半径很大，直接使用400t吊车吊装。管道及支架拆除后放置在图2所示区域。

施工顺序流程图

施工平面布置图和吊装示意图

2.2.2交换器吊装

整体施工顺序：辅助用具、热交换器主吊耳探伤热交换器各连接处拆除，场地清理、铺设吊车进场组杆初涂旧热交换器、M弯拆除初涂新热交换器、M弯安装吊车移场精涂旧热交换器、M弯拆除精涂新热交换器、M弯安装吊车拆杆离场。

根据现场实际状况和吊物的各方面参数，本次施工选用的为SANY牌的SCC4000性液压式履带吊。吊车各构件在吊车使用前2天进场组杆。如图2所示：吊车进场前必须已办理好绿化搬迁、灯杆拆除，并铺设和调平路基箱（吊车行径路线和悬浮配重下方均需铺设）,施工期间对相关道路进行封锁。

为防止热交换器被起吊钢丝绳挤伤，本项目制作了一起吊时的辅助用具。其结构形式和受力计算见后文。由于钢丝绳、卸扣和该用具均较重，故用具倒运需使用随车吊，各构件间的连接需要吊车辅助配合。热交换器各连接处拆除完毕，并用千斤顶顶动后，进行试吊——提升高度100mm左右， 保持10min左右，对辅助用具、索具、卸扣、吊车、吊车支撑面等状况进行仔细确认，试吊合格后，方可按方案进行吊装。

履带吊HDB、HD工况下参数表

备注 吊车为后配重为135T，超起配重150T，中央配种40t，勾头选用100t的。其中括号类的数值为HDG工况下的参数。8根钢丝绳（4根12m，4根6m）与12个卸扣（25t）配合辅助框架进行吊装，其重量合计约为1t。

由于本次吊装半径较大，吊装重量大，阻挡多，吊车需移位才能完成2台交换器的吊装，本次选用履带吊进行吊装；为减小选用吊车的吨位，选取2种工况进行吊装，即HDB（主臂+超起桅杆+超起配重）和HD（主臂+超起桅杆）工况。其具体吊装参数如表1所示。由于超起配重旋转半径过大，为避免过多拆除旋转半径内的阻挡物，根据现场实际情况，将悬浮配重置于彩一东路某个岔路口的位置，如图2所示。采用HDB工况吊起热交换器，吊车主臂变幅（变小），变至16m左右；然后脱掉超起配重，吊车变为HD工况；之后进行旋转装车。新交换器回装时，先用HD工况吊起，再旋转至吊出时的相应位置，接上悬浮配重，变成HDB工况，再变幅，完成安装。

2.2.3管道恢复

当交换器安装到位后，需对相应管道和接口进行恢复，个构件吊装方法同拆除时一致，主要是确保各处无强行组对，并保证各连接处的密封性必要时对相应构件进行局部修整。

2.2.4其他各拆除件恢复和旧交换器入库

各拆除件恢复安装以及仪表阀门、管道、热电偶、保温恢复。旧交换器吊出后，直接装入事先准备好的拖车，运至库房并卸货。

2.3电仪设备拆除、安装

该项目电仪专业的工作量小主要是烟气管道上2电动翻板阀、几个热电偶及少许仪表管道保护性拆除，等机械专业施工快结束时进行原样恢复即可。

2.4特殊措施

由于热交换器吊耳在下部，直接用钢丝绳进行吊装，钢丝绳会对交换器本体产生挤压。为避免其损伤，需制作的专用的辅助工具。旧交换器底座吊耳和辅助工具均需无损检测合格后方可使用。

2.4.1辅助用具的设计和制作

辅助用具外形尺寸和吊装受力示意图

如图3所示，辅助用具为一扁担型结构（2根），扁担两端分别有一吊耳板，该板上开有2个ф75的孔，为卸扣销轴装配孔。框架由2根14#工字钢以格构形式组成，各连接处均采用焊接形式，其尺寸依据交换器上吊耳间距确定。

如图3所示，辅助用具主要承受热交换器重力Q，并由挂于吊车上的四根钢丝绳拉起，每根钢丝绳的拉力为S（下部钢丝绳受力为S1，上部钢丝绳受力为S2）。由于钢丝绳为定长，故吊耳间距越大，钢丝绳受力越大，且S2> S1。故选择新交换器吊装时的受力为验算对象。

取交换器的重量为80T进行计算，该拉力沿吊具的框架进行分解：

其中Q=80×9.8KN。故S=296.6KN,N=71.412KN。

用具采用14#工字钢为主梁部分，50mm厚的钢板为吊耳板，材料均为Q235，根据《起重机设计规范》其许用应力为[σ]＝215/1.34=160.4N/mm2，剪切应力为[τ]=160.4/1.737＝92.3 N/mm2；焊缝的剪切应力为[τh]＝160.4/1.414=113.4N/mm2。

2.4.2吊耳板荷载验算

如图3所示，因耳板受上下拉力的作用，其上部拉力大于下部拉力，故选用上部拉力对耳板进行校核验算，耳板上部的拉力F＝296.6 kN，水平力F水平＝F×cos74.3°＝80.3 kN，垂直分力F垂直＝F×sin74.3°＝285.5 kN；其中垂直分力对耳板产生拉应力，水平分力对耳板产生剪切应力。

耳板拉应力σ＝285.7×1000/(185－75)/50=52.0 N/mm2 < [σ]

耳板剪切应力τ＝296.6×1000/（92.5－37.5）/(50+20)=77.1 N/mm2 < [τ]

由上式可知，该吊耳板受力符合要求。

焊缝强度校核

角焊缝抗剪强度：σf＝F水平/A＝80.3/（0.7×10×185）＝62.0N/mm2 < [τh]。故焊缝长度满足要求。

2.4.3框架稳定性验算

验算公式：

其中N为框架承受的轴向力——钢丝绳水平分力，则每一框架梁承受的N1=N=80.3KN。框架梁均由14#工字钢以格构形式焊接而成。其中14#工字钢相关参数如下：

高度h=140mm，翼缘宽b=80mm，腹板厚d=5.5mm，横截面积A=21.5cm2,重力g=165.62N/m；截面惯性矩Ix =712 cm4, Iy =64.4cm4;截面抵抗矩Wx =102 cm3, Wy =16.1cm3；截面回转半径ix =5.76cm，iy =1.73cm。

支撑梁组合截面的截面面积、惯性矩及回转半径：A总 =2*21.5=43cm2；Ix=2*Ix=2*712=1424cm4,Wx总=2* Wx=2*102=204cm3, ix总 ===5.695cm；Iy总=2* （）=1945.55cm4,Wy总=1945.55/（2.5+8）=185.3cm3, iy总 ===6.726cm；

该横梁的长细比为：=57.1；=48.4，均< []=150，符合要求

缀板间净距为45cm，则：=26.1

Y-Y轴的核算长细比：=54.99

梁内力计算（考虑附加动力系数1.2）：

g总=2g*1.2=2*165.62*1.2=376N/m

自重产生的跨中弯矩：MX==×376×3.252=496.5N.m

侧向弯矩： My= MX =×496.5=49.65N.m

===2681409.9N（=0.82208；=1；=1）

则： =27.9 N/mm2

2.4.4框架梁许用应力计算

平衡梁在钢丝绳拉力作用下，在焊接处截面受到的应力最大，此许用应力为：

σ＝F水平/A总+F垂直×1625/Wx总=80.3×1000/（43×100）+285.5×1000×92.5/（204×103）＝148.1N/mm2 < [σ]。故用具许用应力满足要求。

2.4.5专用钢丝绳的选型

选用公式：F＝k1×k2×(Q+q)×g/（4×sinØ）

＝1.1×1.2×（80+2）×9.81/（4×sin63.5°）＝296.6 kN

选用6×37+FC－Φ58mm ，L＝12m钢丝绳，其破断拉力为1860 kN，取安全系数为6，则拉力为296.6×6＝1780.0 kN

2.4.6 400T汽车吊稳定性验算

以HDB工况为验算对象，吊装参数见前文，其他参数由吊车手册上查取。

采用的验算公式：

==1.79>1.4，稳定性满足要求。

2.5热交换器安装

热交换器安装位置要求设备与各管道接口自然平直连接。管道焊缝采用用煤油渗漏进行检查。并且由施工人员钻入热交换器内部，盖好人孔板用肉眼检查有没有透光处，以此来确认焊缝是否有气孔，如有，立即进行补焊。

3.结束语

由我公司承接的‘冷轧厂3#彩涂热交换器及三通管改造’项目已顺利完成，完全达到了预期的改造目的，并得到了业主的充分肯定。

参考文献：

[1]卜一德.起重吊装计算及安全技术.中国建筑工业出版社

[2]梁启智.钢结构.华南理工大学出版社