模块钢结构框架组装、吊装施工工艺技术

2011-09-29   中国·YongHu.cn   来源:    作者:

顾桂汀
(上海市安装工程有限公司,上海200080)

 
[摘要]随着我国石油化工工业生产的发展,石油化工生产装置的砼结构框架被金属结构框架所替代,这些大型超高钢结构框架的组装与吊装仍采用传统散装作业方法已不能满足整个工业装置工程建设的要求。为适应现代石油化工生产装置工程建筑的要求,把大型超高的整座钢结构框架分割成若干个框架单元(模块)分别在地面进行各个框架单元(模块)的组装,并在符合吊装能力的前提下,框架内的设备和部分管道预先安装到位,然后选用符合工况条件的大型吊机分别进行各个框架单元(模块)的吊装就位和钢结构框架的总装。本文针对模块式钢结构框架的组装、吊装施工工艺技术进行阐述,供同行们借鉴。
[关键词]钢结构框架;片式框架;框架单元;模块组装;吊装
 
1项目简介
    上海赛科60万t/年聚乙烯装置大型钢结构框架共计7座,形成品字形布置,其中反应区两座、脱气工段两座、挤压造粒工段3座。钢结构框架高度52.9m~96.4m,7座钢结构框架均采用模块式组装和吊装,分别分割成两段(反应框架)、3段(挤压造粒框架)、4段(脱气框架)共计组装成21个模块(框架单元),最大的模块长14250mm、宽10550mm、高20220m,最大模块重156t。模块吊装选用CC8800(1250t)履带式起重机(包含大型设备吊装),使用工况:①SSL,主臂96m;②SWSL,主臂78m、副臂78m、最大吊装作业半径约80m。
2工艺原理
    在钢结构组装和安装方法上,把整座钢结构框架合理地分解成若干个模式框架单元,再把每个框架单元分解成二榀或三榀片式框架,首先按工序进行片式框架组装,然后组装成框架单元(模块),再按框架单元分段的顺序分别进行吊装就位安装和总装,完成整座钢结构框架的组装。这种组装和吊装工艺改变组装作业面,从而加快了整体施工的进度并缩短施工周期。
3施工工艺技术特点
    模块式钢结构框架组装、吊装施工工艺技术具有下列特点。
    1)采用分段立体式地面低空组装,减少了散装大型钢结构高空组装测量时受风载荷和温度而引起的测量误差,使测量调整等工序的操作条件大为改善,有利于安装质量的控制和提高。
    2)采用分段立体式模块以框架单元地面组装,减少了大量的高空作业量和组装吊装的难度。
    3)模块框架单元地面组装减少了大量的脚手架搭设,只需搭设少量简易脚手架或设置操作性爬梯或挂篮即能保证操作条件。
    4)模块框架单元地面组装降低了大量的高空作业所形成的安全施工控制难度及安全风险。
    5)采用模块框架单元可以多个框架单元同时进行地面组装,扩大了施工作业面,缩短了组装周期,有利于工程总进度的控制。
4施工工艺
4.1施工准备
    模块式大型超高钢结构框架组装、吊装施工准备的内容很多,其中以组装,吊装施工技术为重点,主要归纳为以下6点:①组装、吊装方法的选择确定及吊机工况参数的选用;②大型钢结构框架如何分段、分几段;③组装、吊装工艺顺序的确定,编排;④组装、吊装如何进行总体布置及具体要求;⑤组装、吊装主要施工方法及技术措施;⑥吊点,吊耳的设计与吊索具的选择设置。
    以上施工技术准备从时间上可以分为3个时段:
    1)第一时间段为钢结构框架设计阶段,第①、②部分内容必须在本阶段完成。钢结构框架如何分段、分几段,分段的几何尺寸必须提供给设计院进行钢结构分段设计、符合组装吊装要求。钢结构分段的原则应符合下列要求:①符合选用的大型吊机进行吊装作业的各种工况性能条件;②符合钢结构框架内大型容器设备吊装就位作业的要求;③满足钢结构框架单元吊装受力过程中自身的强度、刚度条件。
    2)第二时间段为钢结构制造阶段,第⑤、⑥部分必须在本阶段完成。把吊点的设置,吊耳的结构形式及吊点相关结构的加强等提供给制造厂,在钢结构制造的同时制造焊接吊耳。
    3)第三时间段为吊装前的阶段,可以归纳为以下几个方面:①组装、吊装总平面布置:其原则应首先确定钢结构框架吊装主吊吊机的定位位置,钢结构片式组装,框架组装的区域,布置钢结构框架地面组装,构件吊装和抬吊等吊机的定位;②资源准备:包括劳动力配置、机械机具的配置和材料等配置准备;③技术措施准备:包括吊装平衡梁、吊索千斤制作和钢结构加固、组装与总装的措施等;④地面分段组装钢结构框架单元。
4.2构件检验校正
    大型钢结构框架由厂家制造成构件分批送往现场后对构件进行清点、核对、检查、验收和签证。
    1)清点  核对构件的数量和实物是否符合设计图纸。
    2)检查  验收主要是看构件的制造质量是否符合设计图纸与规范要求,如不符合要求应校正合格。
4.3组装平台与胎模具设置
4.3.1片式框架组装平台与胎模具设置
    1)垫木和钢平板主要是支承片式框架的重力,扩大对地面的接触受力面积和设置可调支座与靠模,组装时地基不下沉并保持所有的可调支座在同一水平面上,是片式框架组装质量的最基本保证。
    2)可调支座主要是支承片式框架的立柱,调整控制立柱的平、直度,保持两根立柱在同一水平面上。可调支座设置数量,每根立柱3~4个,相邻两个可调支座的间距宜不大于8m。
    3)片式框架组装平台设置的数量应视钢结构框架的外形尺寸和组装工期要求与场地条件来定。
4.3.2立式组装框架单元平台与胎模具设置
    1)垫木钢平板主要是支承钢结构模块的重力,扩大对地面的接触受力面积和设置可调支座,组装时防止地基下沉并保持钢结构模块所有组装立柱的底面在同一个水平面上,是钢结构模块组装质量的最基本保证。
    2)可调支座(可调垫板、H型钢胎架)主要是支承钢结构模块的立柱,并调整、控制立柱组装的垂直度和保持每根立柱在同一标高的水平面上。
    3)立体组装平台设置的数量应是每一个钢结构模块设置一组立式组装平台。
4.4片式框架组装
    1)首先把两根立柱吊放到卧式组装平台胎架上,利用调整支座,侧向与端面靠模找正、找平。两根立柱的平直度、间距、平行度、对角线与端面错位,然后组装联结横梁、斜撑等构件,组装找正符合要求后进行连接件的紧固或焊接。
    2)紧固连接件为高强度螺栓时结合面应按要求检查处理,高强度螺栓应按规定进行初紧和终紧。
    3)采用焊接连接时施焊应符合设计或施工验收规范的规定,控制焊接工艺,防止焊接变形。
    4)为了保证钢结构框架总装质量宜采用上段和下段(如第一段与第二段,第二段与第三段)钢结构模块相对应的片式框架设置在同一组卧式组装平台胎模具上组装,待下段片式框架组装完毕后,上段片式框架的立柱以下段片式框架立柱为基准,并进行上下段片式框架立柱的临时连接(用临时螺栓连接紧固或点焊固定),待上段(第二段)片式框架组装找正完毕后拆卸临时连接,把下段片式框架吊运至钢结构模块组装位置。
4.5片式框架吊装
    1)吊装方法的选择  片式框架组装后需要吊运至框架单元组装位置,并把片式框架从水平放置状态翻转90°过渡到立式放置状态。考虑片式框架自身的刚度、强度和控制吊装翻转过程中晃动度,应采用两台满足吊装工况条件的吊机进行抬吊翻转。
    2)吊点选择  主吊机选择片式框架上端横梁与立柱的节点处,副吊机选择片式框架下端横梁与立柱的节点处。
4.6框架单元组装
    1)首先把左右两榀片式框架吊放定位在立式组装平台胎架上并设置缆风绳固定,各缆风绳内串入一只手拉葫芦调整片式框架的垂直度。
    2)利用胎架的调整支座,调整片式框架的各立柱底平面保持在同一个水平面上。
    3)利用缆风绳调整片式框架(立柱)的垂直度。
    4)利用胎架的腹板、翼缘板靠模与缆风绳调整和控制两榀片式框架的各形位尺寸:①间距、不平行度(纵横中心);②底平面与上端平面对角线;③二侧立面对角线;④框架单元内对角线。
    5)找正与调整符合组装(规范或设计要求)要求后,组装两榀片式框架之间的连接构件如横梁、斜撑、平台、扶梯和栏杆等,所有结构构件形成一个完整的框架单元。
    6)复查框架单元的各项形位尺寸,符合规定要求后进行连接部件的紧固或焊接。
4.7框架单元吊装
4.7.1框架单元吊装吊机的选用
    1)根据框架单元的重量、外形尺寸与现场场地、空间等作业条件来选用吊机并符合HG20201-2000规范的相关规定。
    2)对群体式钢结构框架的吊装,吊装吊机需要移动、多次定位,宜选用履带起重机进行吊装。
    3)对一座或两座钢结构框架的吊装,吊装吊机一次定位能覆盖所有结构框架的吊装,宜选用桁架汽车式起重机进行吊装。
4.7.2吊机的定位地基
    1)地基的地耐力必须能承载吊装作业时吊机施加在地基上的重力,作业时地基不得下沉,特别是不得产生不均匀下沉,如地基的地耐力不符合要求应认真做好处理。
    2)吊机定位地基的特殊处理:①遇到定位地基的下面设置有地下管道、电缆沟和电缆等情况,则需要特殊处理保护,不被压伤、压坏;②如遇到定位地基设置在已大开挖(土建施工)或松软的回填土区域(范围)时,则需要特殊处理,保证吊机定位地基达到地耐力要求。
4.7.3框架单元吊装吊点、吊索具设置选用
    由于钢结构框架在设计上有4根主立柱的框架结构、4根主立柱加两根副立柱(楼梯间)的框架结构和6根主立柱的框架结构等多种形式,因此框架单元吊点、吊索具的设置应根据钢结构框架的结构特点来选择吊点、吊索具的设置形式。但总体来说吊点、吊索具的设置主要归纳为两种,一种为采用平衡吊梁式吊索具,另一种为吊索千斤直接锚固式。
4.7.3.1吊点吊耳的选择设置
    1)吊点吊耳的选择设置应满足下列条件:①保证钢结构框架吊装工艺的顺利实施;②吊点位置的选择应设置在钢结构框架最理想的受力点,保证钢结构框架单元的局部受力,通过横梁斜撑等分散传递至框架单元整体均匀受力,控制钢结构框架单元的自身刚度,强度或变形在允许范围内。
    2)吊点的设置位置:①四立柱组成的框架单元吊装设置4个吊耳,分别设置在4根立柱上部(宽度方向)第二组纵向与横向连接梁交汇处同一截面的外侧,吊耳的中心位置分别与相邻两根连接梁中心线垂直与平行;②六立柱组成的框架单元增设两个辅助吊点,以调整和控制框架单元吊装的受力,防止框架单元变形,两个吊点分别设置在中间两根立柱下部连接梁交汇处外侧。
    3)吊耳的选择设置:①钢结构框架单元宜选用管式吊耳,六立柱组成的框架单元增设的辅助吊耳宜选用板式吊耳,均按SH/T3575-2003《大型设备吊装工程施工工艺标准》选用;②管式吊耳的定位固定,钢结构框架的立柱采用H型钢,H型钢的布置有两个不同方向的面,因此各吊耳的定位固定也采用了两种方式:定位固定在H型钢两翼缘板的端面;定位固定在H型钢外翼缘板的外侧面;③吊耳两种形式的定位固定均采用吊耳定位固定加强板和H型钢内侧4块加强板,使设置吊耳部位的H型钢形成一个半密封的箱体截面,防止H型钢变形;④吊耳定位固定加强板和H型钢内侧加强板的焊接和热处理执行GB50236-98《现场设备,工业管道焊接工程施工及验收规范》。
4.7.3.2吊索具的设置
    1)钢结构框架单元(6根立柱)吊装采用平衡吊梁的,在平衡吊梁的上、下部分各设置两组吊索千斤。上部吊索采用无绳套钢丝绳,钢丝绳下端采用销轴锚固在吊梁两端的连接件上,上端直接锚固(挂)在吊钩上,下部吊索千斤采用绳套钢丝绳,钢丝绳的两端绳套分别锚固在钢结构框架同一侧面的两个管式吊耳上,钢丝绳中间分别悬挂在平衡吊梁两端连接件底部的滑轮上。
    2)六立柱组成的包含4根主立柱带楼梯间框架单元增设两组辅助吊索千斤,千斤的上部锚固在平衡吊梁轴式连接件的下部轴上与吊钩上,下部锚固在中间立柱和外侧副立柱的板式吊耳上,中间串入一只手拉葫芦,调整和控制吊索千斤的受力。
    3)钢结构框架单元的4根主立柱采用4组吊索千斤,上部锚固在吊钩上,下部直接锚固在管式吊耳上。
4.8钢结构框架总装
4.8.1钢结构框架安装(第一段框架单元安装)
    1)基础检查与处理:按设计图纸和质量要求对基础形位尺寸和质量进行检查和复测预埋底脚螺栓,垂直度、标高和纵横向轴线应符合要求。
    2)钢结构框架底座垫铁设置应符合规范和图纸的要求。
    3)钢结构框架就位找正并紧固地脚螺栓。
    4)各垫铁组的定位焊接,然后按要求进行二次灌浆。
4.8.2钢结构框架上面各段总装
    1)钢结构框架的总装以下段框架单元为基准,找准上段框架单元的垂直度,上段框架单元与下段框架单元接口间隙与平齐均应符合要求。
    2)上段框架单元与下段框架单元的就位组对:由于这项工作均在高空进行,上段框架单元的吊装受风力的影响产生摇晃、晃动,很难落位在下段框架单元上,因此需要采取强制性控制措施,使得上段框架单元以最短的时间顺利地落位在下段框架单元上,强制性控制措施可以分两个阶段实施:①稳定上段框架单元,当上段框架单元吊装到距下段框架单元约0.5~0.6m时,在上下段框架单元对应的两组立柱之间设置两组锚固千斤、手拉葫芦,稳住上段框架单元的摇晃、飘动,再缓缓地松下上段框架单元使下段框架单元的立柱进入导向靠模的轨迹;②导向与固定上段框架单元,使之顺利正确地落位在下段框架单元上。在上段框架单元立柱的下端(四立柱或六立柱)相对应的翼缘板与腹板适当的位置设置导向,定位靠模(焊接式框架单元加工导向定位靠模焊接固定在立柱上,连接件紧固固定的框架单元则利用连接板临时螺栓固定在立柱上),导向定位模板的导向长度宜控制在0.5~0.6m,定位间隙的宽度(横截面距离)宜控制在50mm~2mm。
    3)吊装上段框架单元使其各立柱进入导向定位靠模的轨迹缓缓地松下上段框架单元,使框架单元各立柱沿导向轨迹慢慢地进入定位位置(此过程由框架单元自身的重力来调整各立柱的正确位置),然后进行上下框架的组对找正,符合要求后进行连接固定。
    4)钢结构框架单元总装的连接固定:①紧固连接件为构件高强螺栓,接合面应按要求检查处理,高强螺栓应按规定进行初紧和终紧;②钢结构组装结构采用焊接连接,施工焊接应符合设计或施工验收规范的规定,控制焊接工艺防止焊接变形。
5结束语
    在2002年和2007年中国石化股份有限公司上海高桥分公司炼油厂140万t/年与120万t/看延迟焦化装置工程中,高90.16m与92.5m的两座焦碳塔塔架和2004年上海赛科石油化工有限责任公司60万t/年聚乙烯装置中高52.9m~96.4m的7座钢结构框架的施工均采用了模块式结构框架组装、吊装的施工工艺技术。通过该施工技术的实施,减少了大量的高空作业,节约了大量的施工脚手架和安全措施费用,改善了组装作业的条件,确保了组装、安装质量,提高了劳动生产力,节约了大量的组装用工并减少了大中型吊机的使用台班。由于组装作业面的扩大,从而加快了施工进度并大大地缩短了施工周期,使企业获得了可观的经济效益和社会效益。目前神华包头煤制烯烃项目30万/t年聚乙烯装置挤压机房一座长15.175m、宽13.6m、总高度90.5m、总重量约610t的钢结构框架也正在采用模块式钢结构框架组装、吊装施工技术进行施工。

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