模块化钢结构建造过程中狭窄空间的设备吊装

杨铁宁

（海洋石油工程（青岛）有限公司， 山东 青岛 266520）

某LNG模块化工厂项目采用异地模块化建造的施工方式，在建造场地完成结构、机管电仪专业的组装，并利用运输船运至最终就位位置集成、调试。在建造过程中，某液化天然气用换热模块中一台热油膨胀罐的安装出现问题。此设备为立式压力容器，设备环形底座在中层结构，设备本体下方穿过环形底座后悬挂于结构中，见图1。在吊装前进行吊装模拟分析时发现，由于设计失误，设备尺寸加上本体下方上的突出物如人孔、导向块等总体尺寸已超过环形底座内径。理论上无法将设备穿过设备底座完成吊装就位。本文介绍相关的空间校核分析、解决措施及施工流程。

1 工况介绍

图1 设备定位示意图

该台热油膨胀罐吊装重量105t，外径约6m，为立式压力容器。设备卧式运输到货，安装后垂直方向上长度约为17m。根据整体施工流程，设备本体将在该层甲板片安装完毕，对应结构底座预制、焊接、报检完成后进行安装。此时，安装路径上的其他专业散件，如管线、电仪设备及对应设备都尚未开始组装。因此吊装空间的校核主要集中在设备本体与结构之间。

在吊装前利用3D模型模拟吊装空间校核，结构环形底座内部垂直空间为设备理想的吊装空间。经核对发现，设备下方北侧人孔位置和四个方向的导向块与环形底座发生碰撞，理论上无法进行吊装，见图2。

图2 碰撞位置示意图

梳理施工工况后发现，虽然最理想的解决方案为重新修改设计，扩大底座内部空间。但由于工期紧张，已不允许大面积改动，只能在不改动底座主体尺寸的前提下进行局部修改，经讨论后解决方案为：切割设备导向（两个）、环形底座下方结构梁翼缘板，并将碰撞最为严重的人孔盖去除。利用3D模型和二维图纸重新模拟后，设备本体距离结构环形底座内部及结构梁最近处为66mm，理论上具备设备吊装下放空间。

图3 切除后空间校核

2 施工难点

虽然设备理论上可以穿过结构底座，考虑到以下因素，实际吊装的困难并未缓解：

（1）底座预制、设备预制的实际变形。设备环形底座及设备本体直径均接近6m，如此大尺寸的误差控制困难，若实际尺寸控制不理想，最终隙将可能小于66mm，甚至仍会产生碰撞。

（2）设备本体经计算理论偏心在1°左右，设备穿过环形结构底座时对应截面会相应变大，从而影响实际间隙。

（3）设备重量约为105t，吊装高度距离地面30m左右，在如此高的位置上控制设备穿过狭窄的环形底座进行吊装作业，施工难度大，风险高。

3 解决措施

针对上述问题，在设备吊装前进行了有针对性的准备措施。

底座预制时，按照建造规格书中的要求实现底座预制尺寸控制在正公差内，确保环形底座内部尺寸的最大化。设备吊装前期对设备底座、设备本体的关键尺寸进行实际测量。

为继续扩大吊装空间，切除结构环形底座位置的结构梁部分翼缘，由于此部分的结构承载主要在垂直方向，切除翼缘后经计算载荷受力仍满足要求。

对碰撞最严重的人孔位置进行处理，拆除人孔盖。为防止吊装过程中的碰撞对人孔位置法兰的损害，覆盖6mm厚木板或橡胶板进行保护。

切除两个设备导向。四个设备导向在使用过程中仅用于扶正设备，无工艺上的需求，因此切除及回焊的要求较低。并且在切割过程中对罐体进行降温、隔离和保护，避免对压力容器的罐体造成破坏。

为确保设备在吊装过程中顺利通过底座内部吊装空间，在结构底座四个方向上焊制辅助吊装导向，其结构形式如图4所示，导向上覆盖有橡胶板，在设备吊装时穿过导向的过程中，可有效对本体进行保护，并辅助设备下放。

图4 吊装辅助导向定位示意图

4 施工流程

由于设备的安装涉及多个专业，施工周期较长，且设备吊起后无法再放回至地面，因此施工准备要做到万无一失。施工流程主要分为施工准备和设备吊装及后续操作三部分。

4.1 施工准备

第一步：打开人孔，泄放罐体内部的保护用惰性气体，注意人员站位和相关安全警示，防止人员中毒。

人孔盖移除后应妥善保护垫片，复位时该垫片需重新安装。人孔盖移除后法兰面覆盖木板盖和橡胶板，并用螺栓拧紧。以保护设备法兰密封面（尽量减少螺栓伸出量，以免碰撞）。

第二步：依据规格书和建造规范完成结构梁和环形底座的焊接，最终确保底座标高满足检验要求。

第三步：吊装前，测量设备和结构的实际尺寸，包含如下信息：对角导向间距；人孔距设备中心距离；结构对应距离（包含切割后）；环形底座相关尺寸。

第四步：切除两个设备导向，切除尺寸以三维校核的结果为准。焊接区域做好保护，防止焊接飞溅物损伤罐体，切掉后，对接位置打磨坡口。设备导向将于安装后重新焊接。根据实际测量尺寸切割结构梁翼缘板，见图2。

第五步：在设备环形底座位置设置临时导向，用于辅助设备吊装。

4.2 设备吊装

第一步：翻身和调整。使用两台吊机，同时将设备吊离临时底座。用两台吊机将设备翻身至垂直状态，确保设备离地面小于1m的距离。

检查罐体垂直度，如有需要，通过升降车用手拉葫芦调整设备垂直度。测量人员应在现场协助校正设备垂直度。地面人员可以使用溜尾绳，旋转设备至最终方位。

第二步：将设备吊至五层设备底座上方。将设备升至五层甲板上1m处，调整吊车吊钩，以对准支撑孔，工人站在五层甲板上进行辅助。工人在罐体进入环形底座前检查罐体最终朝向。

图5 设备吊装示意图

第三步：设备底部穿过五层支撑环。缓慢放下吊车吊钩，当设备人孔距支撑环上方400mm时停止。在设备导向上方准备绑带。在设备的四个角处，焊接一吨的临时吊耳（可利用四周立柱代替）。使用手拉葫芦连接吊带调整手拉葫芦，使其绷紧，以防止设备摆动。

第四步：人孔和导向穿过支撑环。缓慢落下吊钩，同时使用手拉葫芦调整吊绳，人孔首先穿过支撑环和北侧工字梁切割孔。当四个导向接近支撑环时，缓慢落下吊钩。停止并用手拉葫芦略微旋转设备，缓慢落下吊钩，穿过结构支撑环。

第五步：人孔和导向穿出第五层。当导向快要穿过五层结构梁时，工人应在四层使用溜尾绳限制罐体，防止剧烈摆动。当人孔和导向穿过五层时，释放调整绳。落下吊钩直到人孔接近四层结构梁。

第六步：在五层焊接临时限位块。当设备底座位于设备支撑环上方100mm时，吊机停止。在设备底座旁焊接临时限位块，用于矫正设备方位。为精确定位，应在结构支撑边缘焊接系列临时限位块。焊接过程中注意保护罐体。

落下吊钩，将设备底座落在结构支撑上。

图6 吊装步骤示意图

第七步：设备找平、填塞垫板及设备焊接。

第八步：人孔盖复位。

吊装后重新安装人孔盖。参照法兰管理程序打力矩。工人应根据法兰管理的特殊要求，执行复位和螺栓拧紧工作。

第九步：根据建造需要对设备重新充氮保护。

第十步：根据图纸要求将两个导向焊回罐体，并修补油漆。

5 总结

本案例介绍了大型模块化钢结构的施工过程中，由于设计环节未考虑施工顺序、未进行软性碰撞校核，导致设备吊装困难。狭窄空间的设备吊装由于重量大、尺寸大、高空吊装等影响使设备安装的困难增大。且由于施工进度、设备采办周期的影响，此时再修改设计、重新预制、采办设备已无法满足建造周期的要求。最终从实际需求出发，在合理范围内创造条件完成设备吊装。

本案例在不影响主要设计参数、如底座尺寸、结构底座的总体载荷以及设备工艺性能的前提下进行合理的修改，并提供了辅助吊装设施优化施工流程，从而完成了狭窄空间的大型设备吊装作业。在施工成本、建造计划等方面满足了项目施工要求。