折叠伞形升降平台在焦炭塔检验中的应用_张塞.pdf

收稿日期：。作者简介：张塞，男，年毕业于北京化工大学化工过程机械专业，硕士，主要从事炼油装置设备管理和技术研究工作，焦化装置设备副主任师，工程师，已发表论文篇。：。折叠伞形升降平台在焦炭塔检验中的应用张塞（中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 ）摘要：焦炭塔作为延迟焦化装置关键设备，是否能够进行科学有效的定期检验，对装置长周期安全稳定运行具有极其重要的意义。文章主要介绍了折叠伞形升降平台在焦炭塔检验中的应用和强度校核分析。应用结果显示，装置创新使用折叠伞型升降平台，在现有除焦系统的钻杆上，巧妙利用了现有钻杆、钻机绞车、钢丝绳等设备，达到了安全可靠、高效省时、节约费用的目的。同时检测数据将为焦炭塔的长周期运行和定期检验提供重要数据支撑。关键词：焦炭塔折叠伞形升降平台检验强度校核 ：延迟焦化工艺过程是一种间歇连续的加工工艺，通常采用个加热炉和个焦炭塔。原料油经过一系列换热器换热到 ，再经加热炉快速升温至约 后进入焦炭塔；原料油在焦炭塔中发生裂解和缩合反应；裂解产生的轻烃和油气进入分馏塔，缩合产生的焦炭聚集在焦炭塔中，当塔中的焦炭聚集到一定的高度时，开始利用水利除焦系统进行除焦【】。焦炭塔是延迟焦化装置的核心容器，其能否进行科学有效的定期检验、能否长期安全运行是炼油厂取得高效益的前提和保障。焦炭塔长期在常温至 的周期交变温度和循环载荷下运行，塔内介质由气态到液态再至固态，工作环境复杂、恶劣，致使焦炭塔在运行若干年后普遍存在损伤，包括内部焊缝裂纹、开裂、鼓包，甚至塔体变形等问题【】，因此需要对焦炭塔定期进行检验，并对发现的内部缺陷进行修复。与传统的搭设脚手架或利用传统伞形平台进行检验的方式相比，折叠伞形升降平台具有诸多优势。本文主要介绍折叠伞形升降平台在焦炭塔检验中的应用，包括安装、拆卸和强度校核分析。伞形平台简介伞形平台概述折叠伞形升降平台 ，包括平台筒体、主梁、延伸梁、支撑杆、平台踏板、防坠落安全设备、安全软梯和 照明设备等【】。平台筒体规格为 ，材质为 ；主梁规格为 ，长度为 ，材质为 ；延伸梁规格为 ，长度为 ，材质为 ；支撑杆和平台板材质为 ，支撑杆规格为 。平台筒体通过开口销与主梁的销轴连接，用于实现主梁与平台筒体的折叠，平台筒体上方和除焦钻杆通过专用联接器连接。延伸梁与主梁通过形卡连接，用于实现延伸梁与主梁的折叠；支撑杆有 根，分别位于主梁与主梁、延伸梁与延伸梁之间，通过插销连接，用于支撑主梁和延伸梁；平台筒体、主梁、延伸梁和支撑杆相互连接构成伞形平台骨架，平台踏板覆盖在伞形平台骨架上，构建成伞形平台。折叠伞形升降平台示意如图所示。与传统伞形平台对比焦炭塔高为、直径为，设备体积较大，其内部检验属于受限空间作业，作业安全风险较大。如图（）所示，传统检修手段为内部搭设脚手架，成本高且不能重复使用；同时，搭脚手架工况下，人员上下非常困难，检修效率低下且不安检维修技术石油化工设备技术，（）全；此外，脚手架搭设周期长，各部分连接存在大量的现场拼接等工作，导致安装和拆卸困难，效率低。脚手架整体刚性和稳定性不足，其安装对焦炭塔内部会造成一定的损伤。传统升降平台装置如图（）所示，其主要包括升降平台及提升机构。升降平台可滑动地设置于焦炭塔内。提升机构包括固定组件及牵引组件。固定组件固定于焦炭塔框架平台上。牵引组件用于驱动升降平台沿焦炭塔的高度方向往复运动，其一端与固定组件连接，另一端与升降平台连接。该提升装置提高了施工人员的工作效率，可节约时间，满足使用者的使用需求。但是平台拆卸与安装复杂、周期长，单台塔平台的拆卸与安装费用就高达 万元。近几年出现多种配合焦炭塔检验的新型升降平台装置【】，如图（）所示的折叠伞形升降平台装置。折叠伞形升降平台可以从塔顶部放入，无需下降到塔底部，其他附件可以从塔底部进入，安装效率高；采用电动牵引机构上下移动，省时省力，可在塔内遥控检修平台与外部互动，配合升降和材料的吊装；检修平台采用外部预装，人可在塔体内轻松完成组装；检修平台可以重复利用次以上，单台塔仅需平台搭设费用 万元。图折叠伞形升降平台示意图配合焦炭塔检验方式示意折叠伞形升降平台使用情况 年延迟焦化装置大检修，利用既有除焦系统钻杆设备，创新使用塔内折叠伞形升降平台进行检验作业，与常规检验方案相比，极大降低了作业风险，保障了作业人员人身安全，节省作业时间约，整体检验费用约 万元。折叠伞形升降平台安装示意如图（）图（）所示。安装首先安装专用连接件连接钻杆，通过吊装与主筒体连接；利用除焦系统钻杆提升筒体，随后逐渐将钻杆下放到塔内；然后，将筒体降至锥段附近。施工人员通过脚手架爬至筒体内部，将主梁和辅梁打开，安装并调整好水平度，同时，通过筒体上的花篮螺栓调整梁的拉绳张紧力，安装支撑杆连接卡座，并准备安装支撑杆。通过电动提升设备将所有其余杆件吊入平台上方，安装支撑杆并用插销固定，然后，通过电动提升装置将平台板吊上并安装，直到完成平台铺设；之后对踏步板进行固定。最后安装平台护栏及绳索，并安装安全防护网。组装完成后，平台可以降至焦炭塔锥段上方，操作员可通过安全软梯进出平台，不用再次拆卸平台。石油化工设备技术 年图折叠伞形升降平台安装示意为了保证折叠伞形升降平台的使用安全性，在除焦控制系统基础上，增加了可靠性，采取二取一联锁方式，分别对塔上、下限位进行了各增加两个限位开关的改造，用于保护检修平台上升下降时的极限位。该联锁仅检修状态时有效。同时对钻机绞车进行检修状态下的升降操作改造，要求采用绞车最低速度并匀速升降。经折叠伞形升降平台安装、焊缝打磨施工后，检验人员按照 固定式压力容器定期检验规则 对焦炭塔进行了检验，发现两台焦炭塔内部存在重大缺陷，包括筒体环焊缝开裂等，施工人员利用升降平台，通过补焊、消氢和焊后热处理等对发现的缺陷进行了有效修复。返修后两台焦炭塔目前运行状态良好可控，避免了“带病运行”，为装置长周期运行打下良好基础。拆卸待焦炭塔检验和修复完成后，需将折叠伞形升降平台拆卸下来。拆卸顺序与安装顺序相反。首先拆卸防护用绳和防护杆，然后拆除平台板，之后再拆除支撑杆，将延伸梁折叠并用链条固定在主梁上，施工人员通过软梯退出平台后，利用钻杆提升筒体至上塔口，最后拆除筒体。拆除后的各类物品需转运至存放处并装箱。折叠伞形升降平台拆卸示意如图（）图（）所示。强度校核综合考虑折叠伞形升降平台的工作方式、结构形式、所选用的钢材、载荷大小及分布等因素，需 对 钢 结 构 的 强 度 和 刚 度 进 行 校 核。采 用 有限元结构分析软件进行计算，计算条件为：输入平台最大载荷，满载工作，在对称载荷作业状态下对折叠伞形升降平台进行校核。折叠伞形升降平台本体重力载荷为，满载工作，在对称载荷作业状态下，钢结构承受的载荷标准值为，根据 建筑结构载荷规范，伞形平台钢结构所受载荷作用效应设计值为【】：（）式中：竖向载荷和作用效应组合后的强度设计值，；组合值系数，取；活载荷分项系数，取；动力系数，根据 建筑结构载荷规范，取；折叠伞形平台钢结构承受载荷作用效应标准值，。计算可得：。第 卷第期张塞折叠伞形升降平台在焦炭塔检验中的应用进行挠度验算时，在活载荷作用下，分项系数应取，且不考虑作用效应组合，其活载荷作用效应标准值为：.图折叠伞形升降平台拆卸示意刚度校核根据 有限元结构分析软件计算结果，在刚度校核工况（）下，方钢管最大变形示意如图所示。由计算结果可以看出，最大挠度值。根据 钢结构设计标准【】，方钢管挠度容许值 （为方钢管长度，单位为）。，故方钢管满足刚度要求。强度校核根据 有限元结构分析软件计算结果，在强度校核工况（）下，和 方钢管参数如表所示，弯矩示意如图所示。方钢 管 材 质 为 ，强 度 设 计 值 为 ，其强度校核公式见式（）。图变形图示意表方钢管参数表方钢管规格最大弯矩（）最大轴力轴向横截面面积截面模量 方钢管最大应力（）式中：方钢管最大应力，；最大轴力，；方钢管轴向横截面面积，；方钢管最大弯矩，；方钢管截面模量，。将表中的参数代入式（）可得：方钢管的最大应力 ，方钢管的最大应力 。故两种方钢管强度均满足要求。根据 重要用途钢丝绳【】，钢丝绳的最下破断力 为 ，用于机动起重钢丝绳安全绳的安全系数为，则石油化工设备技术 年 钢丝绳拉力设计值 。故钢丝绳强度也满足要求。稳定性校核由 有限元结构分析软件计算结果可以自动对折叠伞形升降平台钢结构进行稳定性检查，如图所示，图中色标表示在对称载荷作业状态下的应力比值（计算应力和许用应力之比）。由图可知，应力比，平台稳定性满足要求。图弯矩示意图稳定性示意连接焊缝校核折叠伞形升降平台中连接焊缝采用角焊缝，角焊缝高度，焊缝计算厚度，型材面积 ，根据有限元计算焊缝处最大剪力 ，最大轴力 。.（）.（）根据 钢结构设计标准 第 条中的公式进行校核，见式（）。（）（）式中：角焊缝的强度实际值，；正面角焊缝的强度设计值增大系数，对于承受静力载荷和间接承受动力载荷的结构，取；角焊缝的强度设计值，取 。计算得：.故角焊缝强度满足要求。结论焦炭塔的定期检验有利于及早发现其内部安全隐患，保证其安全正常运行。如何高效省时完成焦炭塔检验及修复工作仍是未来新型平台的发展方向【】。某炼油厂 年大检修，利用既有除焦系统钻杆设备，创新使用塔内“折叠伞型升降平台”进行检验作业，与常规检验方案相比，极大降低了作业风险，保障了作业人员人身安全，节省作业时间约，整体检验费用仅约 万元。同时，还对发现的缺陷进行了有效修复，返修后两台焦炭塔目前运行状态良好可控，避免了“带病运行”，为装置长周期运行打下良好基础。参考文献：瞿国华延迟焦化工艺与工程北京：中国石化出版社，胡尧良延迟焦化装置技术手册北京：中国石化出版社，徐春明，杨朝合石油炼制工程：第版北京：石油工业出版社，周杨，徐胜，古华山焦炭塔基于风险的检验策略石油化工设备技术，（）：襄阳航生特种装备有限公司 一种用于焦炭塔检修的可折叠伞型平台装置：江苏江安集团有限公司焦炭塔检测提升装置及焦炭塔检测系统：中华人民共和国住房和城乡建设部建筑结构载荷规范：北京：中国建筑工业出版社，中华人民共和国住房和城乡建设部钢结构设计标准：北京：中国建筑工业出版社，全国钢标准化技术委员会 重要用途钢丝绳：北京：中国标准出版社，全国锅炉压力容器标准技术委员会 承压设备系统基于风险的检验实施导则：第部分：基本要求和实施程序：北京：中国标准出版社，第 卷第期张塞折叠伞形升降平台在焦炭塔检验中的应用 ，：；（.，.，）：，（，），（）：；，（.，.，；.，.，）：，；，：；（，）：，：；