甄崇汀 胡雅芹

中石化宁波工程有限公司 浙江宁波 315103

装置设备布置既要有利于生产和工人的操作， 又要节省投资，少占地，便于施工，它是整个工程设计中重要的一环。在装置设备布置中，不可忽视设备安装设计的重要性。设备安装设计包括就位方案，吊装，施工，检修等内容。本文结合两段式干煤粉气化装置工程安装实例， 对气化装置高层框架主要设备的安装设计进行分析总结。

1 气化装置布置概述

1.1 布置特点

两段式干煤粉气化装置主要有粉煤加压给料、 煤气化、除渣、 干/湿法除灰及合成气洗涤等单元， 设备集中布置在高约90m的框架内。 其布置特点如下：

特点一：主框架高，采用型钢混凝土—型钢的特殊混合框架结构。 气化炉基础38m以下框架采用型钢混凝土结构，38m以上为钢框架结构，以增强框架的稳定性和有效刚度。

特点二：大型设备多且安装位置高。框架上设备多达170台左右，设备高度在20m以上的有7台，筒径（宽度）在4m以上的有10台。 其中气化炉和合成气冷却器均高约40m，分别安装在+38.0m和+57.0m，总净重达1390t。

特点三： 设备多同心竖向布置。 本气化工艺中煤粉加压给料、除渣及干法除灰等单元均采用锁斗系统输料，因此对设备布置同心度要求高[1]。

2 设备布置说明

主框架高约88m，共13层，占地约长×宽（40m×20m），在整个气化框架内按照煤气化工艺流程自上而下布置主要的工艺设备，见图1。

图1 主要设备布置图

粉煤加压给料单元，3个系列的设备主要布置在主框架东跨的0m～82m高度范围内。

气化炉及合成气冷却器布置在主框架西跨的30.5m～82m之间， 气化炉支撑于38m 层， 合成气冷却器用恒力弹簧吊于57m层。 除渣单元的设备主要布置在气化炉下方空间。

设备安装设计包括设备吊装方案、结构设计、设备地脚螺栓及管口方位设计。

3 设备吊装方案

由于设备交叉布置， 设备吊装顺序安排是否合理也非常重要。 施工现场采用了大型吊车、机械化程度比较高，为了利用这一优势，设备原则上考虑空投吊装，按照先下后上、先大后小的吊装顺序， 在钢结构施工前将下面混凝土框架内的大型设备吊完。基本吊装原则是38.0m 以下混凝土框架施工完成后先进行内部设备的吊装。 38.0m 以上的设备根据框架施工进度和设备到货情况，按照组对一层钢结构，安装一层设备的方法进行，直至施工至88.0m。

3.1 主要设备吊装

图2 主框架东跨38m以上设备立面布置

3.1.1 东跨吊装顺序和方法

按照组对一层钢结构，安装一层设备的方法，依次吊装从低往高吊装设备，见图2。

3.1.2 西跨吊装顺序和方法

3.1.2.1 吊装顺序

因气化炉是安装在38m 混凝土基础上， 合成气冷却器V-3302则是通过弹簧吊架安装在57m的框架钢梁上。 为此，从钢结构的整体稳定性考虑，必须先吊装气化炉，然后吊装合成气冷却器。 气化炉及合成气冷却器西侧框架， 高度在38m～73m范围内的框架需做活动梁， 以满足气化炉及合成器冷却器平移吊装要求， 最后从上部吊装传导段与气体返向室组合件V-3303。 待V-3303吊装完成后再吊装就位气化炉中压气包及高温高压过滤器/飞灰收集罐，见图3[1]。

3.1.2.2 吊装方法

（1） 气化炉主体

气化炉是气化炉组件三大吊装单元中吊装难度最小的，采用提升吊移抬送的吊装方法进行吊装。 气化炉从气化框架西侧道路运输进入吊装现场的指定预留位置， 按指定位置摆放。 以1600t履带吊车主吊抬头，400t吊车配合溜尾，设备吊装直立后，撤去溜尾吊车，然后仰起1600t吊车臂杆至合适半径，再将气化炉提升至39m高度，朝框架基础方向转动1600t吊车臂杆，等转到框架预留开口位置时，水平平移气化炉安装就位。气化炉安装要求1-B至1-C轴西侧43m至82m层预留活动钢梁，以便气化炉的吊装。

图3 主框架西跨38m以上设备立面布置

（2） 合成气冷却器

合成气冷却器在框架上分布在气化炉的北侧， 通过合成气冷却器中部的锥体结构利用弹簧吊架安装在气化框架57m 层的箱型钢结构梁底。设备从框架预留开口处吊装进入，待恒力弹簧吊架全部与合成气冷却器连接好后，1600t吊车方可回钩。而18组弹簧吊架安装在4面箱形梁上，为了缩短吊车悬吊合成气冷却器的时间，事先安装3根箱梁，有13个弹簧吊架可以在合成气冷却器吊装前安装到位，只预留了5个弹簧吊架。因弹簧吊架的自然悬垂状态会遮挡合成气冷却器的锥体裙座， 为此应用倒链将各已经安装在箱梁上的弹簧吊架往外侧拉20°左右，以便合成气冷却器顺利吊装[2]。

（3） 传导段与气体返向室

质量为480t的传导段与气体返向室组合体， 结构形状不规则，设备的重心与几何中心线不重合，是煤气化装置中吊装难度最大的设备。传导段与气体返向室组合体在地面卧式组对后，将气体返向室与传导组合件由组装位置抬吊到沙坑翻转位置，将传导段与气体返向室组合件在沙坑内周向翻转90°至传导段位于正上方（图4），将传导段与气体返向室组合件再经向翻转90°使两道口呈水平布置状态（图5），在地面上连接找正索具进行找正， 将传导段与气体返向室组合件吊装到高空就位对口，进行两道黄金焊缝的焊接与热处理[3]。

图4 组合件周向翻转90°

图5 组合件经向翻转90°

3.2 中小型容器设备吊装

中小型容器设备可以用汽车吊装工具从建、 构筑物的一端吊放在所在楼板（上铺枕木、钢管）上，然后用卷扬机或者手动葫芦拖至安装孔旁（楼面应提出设备有关荷载），再利用手动起吊工具将容器立起，放入安装孔，支承在梁上。 如渣水换热器等设备。

3.3 场地预留

场地预留需在设备布置时进行合理计划和安排， 预留不当将会影响后序作业的施工和吊装。

传导段与气体返向室先行进场， 在气化框架与南侧公路间预留35m×30m的空地进行组焊； 气化炉从气化框架西侧公路进场， 摆放在气化框架与西侧公路间预留的56m×35m的空地位置；待气化炉吊装完成后，合成气冷却器再进场。 此区域布置的渣仓及环形公路，待气化炉整体吊装完成后再行施工。

4 结构设计

根据设备吊装方案， 在提交土建一次条件时应充分周密设计安装开孔、结构梁型式。

4.1 安装开孔

根据前述吊装方案，安装在混凝土框架内的设备，吊装时要穿过多层楼板。因此在混凝土结构设计时要预留安装开孔，安装孔的大小（即粱间净距）必须能通过设备外缘最大凸起部件。 安装孔一般为方形，按设备的直径（包括保温厚度）及耳座大小、管口最大伸出长度取最大值， 并考虑距结构梁边100～150mm净距确定其开孔尺寸。 当设备在两层楼板之间因层高限制无法垂直吊入，需要借助滑轮组由水平旋转到竖直状态的过程中，安装开孔的确定还应避免吊装过程设备不与楼板触碰。 例如气化炉下方渣收集罐和渣放料罐的吊装。

提土建条件、 考虑梁间净距及吊装方案时， 设备有可能转45°角度，将四个支耳的位置转至楼板开孔的四个角处（增大净距）。 设备吊起，支耳通过开孔角处通过楼板，再转回45°角度将支耳在梁上就位，楼板开孔四周均应做围堰，一般为50mm高度，以防地面上物料或流体流至下一层[4]。

4.2 结构梁设计

根据前述吊装方案，安装在钢框架内的设备，对于长径比很大的设备可以从建、构筑物的侧面进入就位，此时必须设活动梁（钢梁）。 设备吊入时取下活动粱，设备进入后再安上活动梁，活动梁宜使用螺栓连接。气化炉、合成气冷却器分别从气化框架的西侧平移吊装进入框架。 如气化炉吊装要求1-B至1-C轴西侧43m至82m层预留活动钢梁。

钢结构及混凝土预留的活动梁必须在土建蓝图中明确标出活动梁的位置，并且要在设计文件中交代对施工程序的要求，设计应协助施工单位做好施工组织工作。

对于安装在混凝土框架内的设备， 当下方设备筒径大于上方的设备安装孔时，上方设备基础的结构梁宜设计为钢梁。例如除渣系统设备渣收集罐V-3402和渣放料罐V3403。 V-3403布置(EL.16500)在V-3402(EL.23500)下方，即V-3403需通过EL.23500吊装孔， 落座在EL.16500层基础上， 故V-3402的基础需考虑采用钢结构做支撑，待V-3403吊装完毕后，安装V-3402基础，再吊装V-3402。

5 地脚螺栓设计

5.1 地脚螺栓安装方式

5.1.1 框架上地脚螺栓安装

建、构筑物为钢结构时，容器设备支耳或裙座一般采用预留螺栓孔安装设计。

建、构筑物为混凝土结构时，容器设备支耳或裙座一般采用预埋地脚螺栓安装设计。

5.1.2 地面上地脚螺栓安装

塔类、较高的容器、换热器、球罐和振动较小的机械设备，采用预埋地脚螺栓安装设计。

振动大的机泵及压缩机，采用预留地脚螺栓孔安装设计。

5.2 螺栓孔安装设计要求

5.2.1 预留地脚螺栓孔

预留孔的尺寸A×A最小为100×100（mm）。 设备安装要求规定螺栓距孔壁的净空e不得小于15mm即螺栓钩距孔壁尺寸e 宜≥20mm；孔壁距基础边的尺寸b≥100mm，当b不能满足100mm时，可采用预埋方式或对基础配筋加固。 螺栓钩距孔底尺寸B取80mm，L2根据埋入深度和基础灌浆层（50mm）确定。 孔深（C）＝地脚螺栓埋入深度（L2）+B（mm）。

图6 预留孔尺寸图

5.2.2 贯穿钢梁的螺栓孔

钢梁上预留螺栓孔尺寸比地脚螺栓规格大一等级即可。 安装在钢梁上的设备，其地脚螺栓应贯穿型钢上下翼缘。当钢梁较大，设备较小时，也可只固定在型钢的上翼缘上。

5.3 螺栓尺寸设计

根据地脚螺栓的拧紧要求，计入螺纹力矩的影响，确定地脚螺栓的计算载荷值，再根据计算载荷值确定地脚螺栓的直径。

5.3.1 预埋地脚螺栓露头长度

L=设备支座或底座、 支腿底板厚度＋2.5×重型螺母厚度（mm）

5.3.2 安装在钢梁上的设备，螺栓长度

（贯穿型安装） L=设备底座或支座、支腿底板厚度＋型钢高度及上下翼缘厚度+5×重型螺母厚度（mm）

（穿上翼缘型安装） L=设备底座或支座、支腿底板厚度＋上翼缘厚度+5×重型螺母厚度（mm）

5.4 地脚螺栓方位要求

布置在地面上的设备，地脚螺栓宜跨中均布。 因为设备的大多管口方位与北向都是呈0°，90°，180°，270°夹角， 如果地脚螺栓居中均布，与管口投影在同一水平位置，管口泄露时，容易造成地脚螺栓腐蚀；布置在框架上的设备，地脚螺栓宜居中均布，便于安装定位。如带四个支耳的设备，地脚螺栓跨中均布，支耳就无法坐落在主梁上，需另设八卦梁，不便于安装。

6 设备管口方位设计

框架内布置的设备，其管口方位除了要满足配管要求外，还应考虑设备安装过程中避开结构梁，标高相近（距离小于结构梁高）的管口方位尽量相隔90°或180°分布。 同时，吊耳的正上方不应布置管口。 吊装过程中可以利用方形开孔的四角空间穿过楼板，而无需放大安装孔尺寸。

7 结束语

随着气化装置规模大型化，配套的设备随之变大，设备安装设计中设备吊装成了制约装置建设周期的关键因素， 特别是不规则、 偏心的设备吊装难度较大。 所以如果忽视了设备安装设计，会造成施工不便甚至不必要的返工，给生产操作，装置维修，甚至安全生产带来后果。设备安装设计是蕴含在设计过程中的，本文仅就气化装置框架内设备安装设计的进行了简单梳理，在具体设备安装时还应具体分析。

1 吴银成 李建良 朱鸿滨.壳牌工艺煤气化装置主要设备的吊装技术[J]石油化工建设，2010，(2)：71-75.

2 江坚平.煤气化气化炉组件吊装施工技术[J]石油工程建设，2007，第33卷第4期:36-40.

3 潘文江.煤气化偏心组合体的优化吊装[J]石油工程建设，2007，第33卷第3期:41-43.

4 陶炯心.化工工艺设计中的设备安装设计问题[J]江苏化工，1996，(1):28-30.