大型火炬燃燒放空系統(tǒng)塔架組合結(jié)構(gòu)的設(shè)置

大型火炬燃燒放空系統(tǒng)塔架組合結(jié)構(gòu)的設(shè)置

0火炬高度設(shè)計、安裝工藝的改進火炬系統(tǒng)是石油、天然氣公司最常見的廢物二氧化碳排放裝置。它通常由管道、堵塞裝置、分液裝置和燃燒釋放系統(tǒng)組成。燃燒擠出系統(tǒng)由塔架、火炬桶、火頭和火-火管理系統(tǒng)組成。中國大型燃燒擠出系統(tǒng)的火炬桶和塔架的組合結(jié)構(gòu)主要由三角形或四角形塔架中心固定的火炬桶體的單一結(jié)構(gòu)組成，平臺平臺、輔助管道、航空警告燈等輔助設(shè)備也固定在塔架上。API標準和GB50160-1992《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》,對大型火炬燃燒放空系統(tǒng)的安全防火距離有明確要求:以火炬筒中心為圓心,80～100m半徑范圍內(nèi)不得布置除與火炬放空系統(tǒng)相關(guān)的其他石油化工設(shè)施。但隨著石油化工企業(yè)規(guī)模的不斷擴大,擁有兩個乃至多個火炬塔架在石油化工企業(yè)已是司空見慣,同時由于對空氣環(huán)保質(zhì)量要求的提高,燃燒放空火炬的高度也越來越高,傳統(tǒng)的單一筒體高聳塔架結(jié)構(gòu)火炬的弊端也日漸顯現(xiàn)。一方面多點設(shè)置火炬系統(tǒng)會造成管理成本的增加和土地資源的浪費,另一方面火炬塔架高度的增加使火炬頭及航空警示燈等的檢修也越來越困難,因此需尋找組合式多筒體塔架結(jié)構(gòu)替代單一筒體結(jié)構(gòu)。在某石化企業(yè)全廠配套設(shè)施中,按照業(yè)主招標文件要求,以EPC總承包方式承攬了與80萬t/a乙烯裂解和聚乙烯、聚丙烯等系列裝置配套的、全廠唯一的一套廢氣燃燒處理排放系統(tǒng),該系統(tǒng)要求以一個公用火炬塔架為支承,附帶3個火炬筒體(其中1個為預(yù)留),在國內(nèi)火炬塔架結(jié)構(gòu)中首次要求通過設(shè)在火炬塔架外側(cè)的垂直導(dǎo)軌和自設(shè)的翻轉(zhuǎn)、提升系統(tǒng)實現(xiàn)水平放置的分段火炬筒體的翻轉(zhuǎn)和提升,附屬航空警示燈也能在地面操作實現(xiàn)升降,在地面完成航空警示燈的檢修和恢復(fù)就位工作。新型結(jié)構(gòu)提供了一種全新的設(shè)計思路和理念,同時也對常規(guī)塔架的施工方法提出了挑戰(zhàn)。借鑒國外設(shè)計經(jīng)驗,采用《Minimumdesignloadsforbuildingsandotherstructures》和國內(nèi)GB50017、GBJ9、GBJ135等規(guī)范及相關(guān)軟件進行強度和穩(wěn)定性校核,嚴格按照統(tǒng)一測量基準進行結(jié)構(gòu)預(yù)制、工廠預(yù)組裝和現(xiàn)場安裝,塔架的安裝采用散裝法和分段吊裝相結(jié)合的靈活方式,分段吊裝時利用不等長吊索消除結(jié)構(gòu)重心的偏移,采用兼有吊耳作用的內(nèi)置導(dǎo)向錐提高吊裝就位質(zhì)量和安裝速度,在較短時間內(nèi)完成塔架結(jié)構(gòu)安裝,12段火炬筒體均一次翻轉(zhuǎn)提升就位,火炬放空系統(tǒng)一次點火投用成功。為進一步總結(jié)經(jīng)驗,拓展國內(nèi)火炬塔架的設(shè)計思路,提高施工質(zhì)量,現(xiàn)將該火炬塔架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征、施工程序、工廠預(yù)制和現(xiàn)場安裝基準的確定以及用不等長吊索消除重心偏移、采用兼有吊耳功能的內(nèi)置導(dǎo)向錐提高安裝質(zhì)量和就位速度的方法予以總結(jié),以供同行借鑒。1火炬筒體安裝該火炬燃燒排放系統(tǒng)主要由3個火炬筒體(安裝2個,預(yù)留1個)、1個公用火炬塔架(內(nèi)含25m高樓梯間)、1套火炬筒翻轉(zhuǎn)提升系統(tǒng)、2套航空警示燈、2套自動點火系統(tǒng)以及控制盤柜等構(gòu)成。公用火炬塔架的總高度為145.27m,由4根圓柱形立柱組成4棱形變截面高聳結(jié)構(gòu),4個立面中只有東側(cè)一個立面始終與地面保持垂直,該立面通過其外側(cè)的垂直導(dǎo)軌支承和固定火炬筒體?；鹁嫠芑A(chǔ)中心間距離為:20.422m×20.422m,頂面尺寸為:11.582m×6.096m。4根立柱以及火炬筒翻轉(zhuǎn)、吊裝橫梁均為16Mn鋼板卷制加工而成,最大卷制管直徑為2.45m,其他構(gòu)件為結(jié)構(gòu)管材和型鋼,各構(gòu)件間的聯(lián)結(jié)均為法蘭、螺栓聯(lián)結(jié),法蘭聯(lián)結(jié)以外的管材構(gòu)件聯(lián)結(jié),多數(shù)為相貫線聯(lián)結(jié),塔架總質(zhì)量約為860t。塔架防腐要求為:所有構(gòu)件在工廠預(yù)組裝后進行熱浸鋅,然后再涂刷無機富鋅涂料,并按照航空警示要求設(shè)置色標?；鹁嫱搀w總高度為150m(含火炬頭),公稱直徑1500mm,壁厚10或12mm,單個筒體總質(zhì)量為69t。除火炬頭外,每個火炬筒由6節(jié)筒體組成,每節(jié)筒體長度為24～24.5m,每節(jié)筒體設(shè)有兩組與垂直軌道配套的支撐點,各節(jié)筒體間通過法蘭螺栓聯(lián)結(jié),火炬筒的材質(zhì)為16MnDR材料,對其低溫沖擊試驗要求在-40℃時的沖擊功平均值不低于27J?；鹁嫱搀w上附有8條管線,也在火炬筒法蘭聯(lián)結(jié)處通過法蘭、螺栓聯(lián)結(jié),為火炬燃燒提供點火燃料氣、密封氣體、蒸汽等?；鹁嫱搀w的拆除、安裝通過設(shè)在火炬塔架外側(cè)的垂直導(dǎo)軌和自設(shè)的一套翻轉(zhuǎn)提升系統(tǒng)完成,垂直軌道為HM400×300Q235-BH型鋼,內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)向和定位結(jié)構(gòu)?？⒐ず蟮幕鹁嫠苋鐖D1所示?；鹁嫱搀w翻轉(zhuǎn)提升系統(tǒng)由2條地面運輸軌道、3個翻轉(zhuǎn)支架(每個筒體1個)、1臺翻轉(zhuǎn)卷揚機、1臺提升卷揚機、2臺扶正卷揚機構(gòu)成,以中間翻轉(zhuǎn)支架為起點,2臺扶正卷揚機互成30°夾角,提升定滑輪固定在東立面EL42.0m提升吊裝橫梁上,翻轉(zhuǎn)定滑輪固定在東立面EL28.0m翻轉(zhuǎn)吊裝橫梁上,翻轉(zhuǎn)支架也是最終筒體就位后的基礎(chǔ)底座,這些設(shè)置均為永久性設(shè)施。分段到貨的火炬筒體預(yù)先按照安裝順序擺放在地面運輸軌道上,筒體首段(帶火炬頭)安裝時,筒體底部聯(lián)結(jié)法蘭先與翻轉(zhuǎn)支架相連接,翻轉(zhuǎn)動滑輪與筒體端部翻轉(zhuǎn)吊耳聯(lián)結(jié),扶正卷揚機繩索與端部扶正吊耳聯(lián)結(jié),啟動翻轉(zhuǎn)卷揚機,緩慢回放扶正卷揚機,使筒體首段以翻轉(zhuǎn)支架為圓心緩慢旋轉(zhuǎn)豎直,通過垂直軌道開口進入垂直軌道內(nèi),封閉垂直軌道開口,摘除翻轉(zhuǎn)動滑輪和扶正繩索,提升動滑輪與筒體首段底部的提升吊耳聯(lián)結(jié),松開聯(lián)結(jié)法蘭與翻轉(zhuǎn)支架間的聯(lián)結(jié)螺栓,啟動提升卷揚機使筒體沿垂直軌道開始提升,達到預(yù)定高度后停止提升,按照前述方法翻轉(zhuǎn)豎立第二段筒體進入垂直軌道,回放首段筒體并與第二段筒體相聯(lián)結(jié),松開提升動滑輪與第二段提升吊耳聯(lián)結(jié),提升首段和第二段的組合體,翻轉(zhuǎn)第三段進入軌道,循環(huán)往復(fù),完成火炬筒體的提升?；鹁嫱搀w的拆除回放程序與提升過程正好相反。2統(tǒng)一預(yù)制和安裝測量基準由于火炬筒體以及塔架構(gòu)件間全部為螺栓聯(lián)結(jié),且所有塔架構(gòu)件都需熱浸鋅和內(nèi)外防腐處理,因此,塔架所有構(gòu)件全部在專業(yè)化金屬構(gòu)件廠集中加工和預(yù)組裝,熱浸鋅處理后發(fā)送安裝現(xiàn)場,筒體也采用工廠化加工,筒體和構(gòu)件的表面防腐在現(xiàn)場進行,這樣能最大限度減少運輸對防腐層的損壞。為保證火炬筒體的正常提升,現(xiàn)場安裝時對垂直軌道的垂直度要求較高,由于塔架構(gòu)件間為螺栓聯(lián)結(jié),現(xiàn)場安裝塔架幾何尺寸可調(diào)整范圍小,確定統(tǒng)一的預(yù)制和安裝測量基準就顯得尤為重要。首先在預(yù)制加工前,應(yīng)對火炬筒翻轉(zhuǎn)支架及火炬塔架基礎(chǔ)進行檢查驗收,對照土建承包商提交的最終驗收報告,逐一核實地腳螺栓間距和塔柱中心距離,塔架工廠預(yù)組裝時,按照現(xiàn)場基礎(chǔ)實際情況調(diào)整拼裝基礎(chǔ)。其次,確定東立面水平橫梁中心點連線,為垂直軌道預(yù)制組裝基準和現(xiàn)場塔架南北方向找正基準線;東立面南北立柱南北方向外側(cè)中心線,為垂直軌道平面預(yù)組裝時的水平基準和現(xiàn)場安裝塔架東西方向的找正基準。由于塔架下部構(gòu)件重量較大,根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件和設(shè)計結(jié)構(gòu),采用散件組裝和分段吊裝相結(jié)合的作業(yè)方式。0～42m段塔架部分,在基礎(chǔ)上利用150t履帶吊進行散件立體拼裝,緊固所有聯(lián)結(jié)高強螺栓后,根據(jù)前面所述測量基準,通過調(diào)整基礎(chǔ)墊鐵,調(diào)整該段東西和南北兩個方向的垂直度。驗收合格后,進行基礎(chǔ)灌漿作業(yè)。42m以上塔架先用150t履帶吊配合,分4段在地面進行臥式拼裝,按照測量基準驗收合格后,利用600t履帶吊和150t履帶吊配合進行分段吊裝就位。每段塔架吊裝就位后,用經(jīng)緯儀和全站儀對其垂直度再次檢查,發(fā)現(xiàn)垂直度超標時,利用在立柱局部聯(lián)結(jié)法蘭處增加墊片的方法進行調(diào)整,4段全部就位后,最終檢查測量基準的垂直度,并對導(dǎo)軌的垂直度進行復(fù)查。全部檢查合格后,安裝火炬筒體和航空警示系統(tǒng)。3吊耳和導(dǎo)向錐的設(shè)置由于塔架立柱直徑較大,內(nèi)部有較大的焊接作業(yè)空間,在火炬塔架吊裝的過程中,為了保證每段火炬塔架順利安裝就位,在每段火炬塔架頂部、每根立柱的內(nèi)側(cè)設(shè)置3個導(dǎo)向錐和1個吊耳,吊耳背部的錐度與導(dǎo)向錐的錐度一致,這樣吊耳也兼有導(dǎo)向錐的作用,吊耳的安裝方向與吊裝繩索的垂直投影方向一致。吊耳和導(dǎo)向錐結(jié)構(gòu)如圖2所示。內(nèi)部設(shè)置吊耳和導(dǎo)向錐首先不影響塔架的構(gòu)件布置,其次分段吊裝塔架就位時,依靠自身重力在導(dǎo)向錐的引導(dǎo)下來保證立柱內(nèi)壁平齊,提高了就位精度,簡化了找正程序。4重心安裝部位的確定由于分段吊裝的塔架結(jié)構(gòu)南北方向構(gòu)件基本對稱布置,東西方向為變截面金屬構(gòu)架,其重心在南北方向會與頂面中心的投影相重合,東西方向重心位置會向西發(fā)生偏移,若采用常規(guī)4根等長繩索吊裝,就位時4根立柱底部法蘭面肯定不在同一水平面上,這樣會給塔架就位和安裝帶來很大困難,4根繩索的受力也會不均勻。首先按照平面平行力系方程,以東立面為基準,確定分段吊裝塔架的組合重心位置和在東西方向上與頂面中心投影的偏移量,每段組合重心偏移量均在500mm左右,在起重吊裝時只要4根吊裝繩索所受合力與組合重心處于同一垂直投影線上,也就是4根繩索的交叉點與分段吊裝的組合重心的投影相重合,就能保證吊裝過程中分段吊裝結(jié)構(gòu)不發(fā)生偏移。根據(jù)《起重吊裝安全操作規(guī)程》,吊裝繩索夾角不得大于60°的要求,按照4個吊裝段的最大頂面結(jié)構(gòu)尺寸,確定最短繩索長度,西側(cè)繩索最短,由于4個吊裝段的頂面南北寬度固定不變,因此每個吊裝段吊裝時,西側(cè)繩索長度可以完全一致。最后按照每個吊裝段頂面結(jié)構(gòu)尺寸、西側(cè)繩索長度和組合重心與頂面中心投影的偏移量計算東側(cè)吊裝繩索長度。5現(xiàn)場實測火炬筒體燃燒效果在安裝施工過程中,除了采用兼有定位和導(dǎo)向作用的內(nèi)置式吊耳提高就位安裝質(zhì)量和速度、不等長繩索消除重心偏移等方法外,在吊裝準備時,還對吊裝過程進行了動態(tài)模擬和參數(shù)優(yōu)化,分段翻轉(zhuǎn)時,吊裝段底部采取了柔性加固,安裝過程中高強螺栓緊固全部采用液壓扳手,測量定位采用經(jīng)緯儀和全站儀配合進行精確測量,均收到了良好效果。經(jīng)過一年多的運行,該火炬燃燒排放系統(tǒng)在全廠裝置正常運行期間一個火炬筒體燃燒;非正常開工情況下,兩個火炬筒