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摘要：在冶炼厂的建设中，如高炉、焙烧炉、大型储罐等的壳体设备结构越来越趋向于大型化，在施工现场制作工艺、安装工序、吊装方法等工序的选择成了安全、质量控制过程中重点，下面以某沸腾焙烧炉上部炉壳其中一段的吊装为例对安装工序的控制进行论述。
关键词：筒体设备、制作、吊装、控制
中图分类号：O213文献标识码： A
随着工业化的飞速发展，冶炼行业建设都以节能、环保、综合利用资源的方向发展为主，为节约资源、降低能耗，现投入建设的冶炼设备都以大型化为主，施工单位在依据原有的施工技术和经验的前提下，逐步完善施工方法和安装工艺，在控制工程成本的前提下，合理利用先进的机械设备来控制施工质量，保障安全施工。
无论是设备的设计者还是制造者或是使用者，都对设备的质量极其关注。设备的质量主要取决于设计、材料、工艺、制作、安装、检测等各个系统的控制，其中现场安装控制系统是最重要的环节，一个设备及结构最终的效果就体现在现场安装质量的控制环节上。
在保证安装质量的同时，施工单位也综合考虑了安全措施的控制，为减少高空作业量，本设备施工中采用在地面平台多层组装的方式进行安装，此方式也在最大程度上保证了设备的制作质量。如何在保证施工质量的同时达到合理控制项目成本也是重中之重，因此选择合理的制作工序时也需要考虑安装、吊装方法的选择。在大型壳体设备安装的质量安全控制大致从以下几个方面进行：
一、设备结构的特点及现场情况分析
1.1该段炉壳钢结构特点
炉壳参数:φ17300mm 、h＝8360mm。
1.2炉体钢结构制作安装精度要求
上部炉壳圆柱度允许偏差20mm、直径允许偏差±10mm、高度允许偏差±6mm、与下部壳体的同轴度允许偏差为φ25mm；
1.3构件安装场地情况分析
吊车距离设备安装位置的最小工作半径可以达到13m；到组装样台最小工作半径可以达到16m。
二、吊装方式的确定
因炉壳钢结构直径较大，从结构特点决定了不能用倒装法，从经济性和科学性来考虑，须分瓦块制作再组装成整体，安装就有3种方式：分瓦块吊装、分带吊装、分段吊装。
2.1从施工安全性和施工工期来考虑，首先排除分瓦块吊装，根据炉壳钢结构特点：直径大、制作安装精度高，着重考虑分带吊装和分段吊装
2.2分带吊装：优点是起重量相对轻，可以选用中型起重设备主吊；缺点是质量控制较为困难，高空作业时间长，安全性相对差，炉壳上焊接的辅助构件多，支撑构件使用多，施工周期相对长，起重设备使用时间相对长，台班量相对较大。
2.3分段吊装：优点是质量控制较好，高空作业时间短，安全性较好，炉壳上焊接辅助构件少，支撑构件使用少，施工周期短，起重设备使用时间短，台班量相对小；缺点是起重量相对大，需选用大型起重设备。
经过多方面比较及现场实际施工条件，为达到安全、快捷、有序的施工，本着经济性和科学性的原则，沸腾炉炉壳吊装方式最终确定为分段吊装。
分段后最重的构件参数：重49.515吨、φ17300mm、h=3.34m
三、安装机具的选择
3.1吊车的选择
经验算该构件总起重量为57.5吨（壳体重49.5吨+吊架重3吨+索具重0.5吨+支撑重0.5吨+临时操作平台重1.5吨+吊车钩重2.5吨）。
该段起吊高度H=25.28m；经计算需用吊车主臂为60m以上，工作半径在16m以内, 才能满足起吊57.5吨重的要求。
根据以上参数，选用的QUY260吨履带式起重机，该设备在主臂长为62m、工作半径为16m以内时，可以满足本段壳体吊装工作，见如下吊装示意图。
3.2吊装计算、吊具的选型:
3.2.1为了减少吊装变形，所以炉壳吊装采用十字吊架来进行吊装辅助工作，见附图一。十字形吊架上方设吊耳4个，用4根钢丝绳与吊车配合，下方设吊耳4个，用8根钢丝绳与工件配合，一来可以不选很大的吊绳，二来分散吊点，减少變形
3.2.2吊装受力分析示意图：
G=壳体重49.5吨+吊架重3吨+索具重0.5吨+支撑重0.5吨+临时操作平台重1.5吨=55吨，
3.3.3吊架受力分析及计算：
吊架受力分析图
根据吊装需要，吊装用十字吊架采用H型钢（H580×300×12×20）现场制作（见附图一）。
对于普通材质的Q235钢，梁的弯曲许用应力［δ］=［1520～1670 kg/cm2］；许用剪应力 [τ] =[1000 kg/cm2]。本工程中吊架、吊耳的验算均采用此标准来衡量。
先对吊架的强度进行计算校验，本方案中取吊架的一根梁来进行强度计算，若一根梁强度足够，则整个吊架的强度足够。
吊架受力计算简单图如下：
吊架受力计算简图
十字吊架强度验算：
如图所示，已知：
G1为壳体重量
G2为吊架、平台、索具、支撑总重量
G=G1+G2=55 t；
考虑吊装过程中的冲量，取动载系数1.2
考虑吊各吊绳的长度不可能达到绝对相等，取偏正系数1.2
则G=55×1.2×1.2＝79.2吨＝7.92×104kg
P==1.98×104kg；
剪切力Q＝-P
弯矩M＝P×L＝1.98 ×104kg×150cm
M＝2.97×106kg*cm
首先进行抗弯强度校验
弯曲应力计算公式
δ＝
式中δ－弯曲应力
Wx－抗弯截面系数
－H型梁整体稳定系数
根据H型钢（H580×300×12×20）为（高×宽×腹板厚度×翼板厚度）
计算出抗弯截面系数为：
Wx＝＝
Wx＝1.0304×104cm3
查表得到＝0.49
将数据带入公式
δ＝＝
δ＝588kg/ cm2
∵
Q235钢，梁弯曲许用应力［δ］=［1520～1670 kg/cm2］
δ＝588kg/ cm2
∴δ<［δ］
梁抗弯强度足够
最后进行抗剪强度校验
十字吊架抗剪强度：
前面已知吊架剪切力Q=-P＝1.98×104kg
吊架受到的最大剪应力τMAX
τMAX=
式中I＝
带入数据I＝
I＝1.116×105cm4
τMAX=＝
τMAX＝317.9 kg/cm2
∵[τ] =[1000 kg/cm2]
τMAX﹤[τ]
∴ 吊架抗剪强度足够
结论：吊架满足吊装使用要求
3.3.4钢丝绳的选用：
在吊装过程中，钢丝绳与水平方向的夹角取决于其承担的力及十字吊架的设置（见受力分析图）。由于本工程使用的十字吊架采用四根钢丝绳来连接所承受的沸腾炉最大重量为G= 55t
按照吊装受力示意图，吊架每根钢丝绳受力P=55/4÷cos30°=14.9t。
选取十字吊架与吊车吊钩连接钢丝绳Ф43（6×19+1）强度1700MPa
破断拉力1185KN (121.4t)4根。
安全系数K=121.4t/14.9t=8.15
按照吊装受力示意图，壳体每根钢丝绳受力P1=49.5/8÷cos25°=6.83t。
选取十字吊架与炉壳连接钢丝绳Ф30（6×37+1）强度1700MPa破断拉力580.5 KN（59.2t）8根。
安全系数K=59.2t/6.83t=8.7
3.3.5卸扣及吊耳选取：（见附图二）
根据P=14.9t选取20t卸扣8个，此8个卸扣为吊架卸扣
根据P1=6.83t选取10t卸扣8个，此8个卸扣为炉壳卸扣
吊点及吊耳确定
吊架上下均设点4个，见附图一所示：
起吊的重物均为环状，物体的重心为几何中心，八个吊点对称均布在吊装物重量的分布圆周上，吊耳采用δ=30的钢板制作，在焊接吊耳时必须打坡口焊接牢固。
① 算焊缝承受的剪切力
公式：τ=Q/(L×δ)≤［τ|］
式中：τ焊缝所承受的切应力；
Q焊缝所受的剪切力；
L焊缝长度；
δ接头中较薄板的厚度；
［τ|］焊缝许用剪应力。
吊耳尺寸：400×200δ=30
焊缝长度L=400mm
最薄板厚δ=30
焊缝所受的剪切力以P2的十倍计算为Q=57.5吨
焊缝许用切应力［τ|］=225MPa
τ=Q/(L×δ)=57500×9.8/（400×30）=46.95 MPa
τ＜［τ|］
焊缝许用应力足够，按Q235材质的钢材每1cm2承受剪切力1t来计算，设计吊耳孔φ100，如图所示，吊耳最薄弱处受力可达30t。
吊耳的设计是合理的，但每一钩吊耳的布置及焊接必须经技术负责人和有关责任人认可方可施焊。
焊接吊耳时必须打坡口焊接牢固。
最终确定吊架吊耳及构件吊耳均选择400×300×30
四、验证是否卡杆
卡杆验证示意图如下：
可知：起重机主臂62m，工作半径14m时安全起吊重量67.2吨，工作半径16m时安全起吊重量57吨，先将工作半径L定为15m， 得到夹角α＝14.0008°，在炉壳起升到标高25.28的工作位置时，工件与主臂干涉990mm，无法吊装。
经过考虑后，再查履带吊性能表，将工作半径定为16.5m，此时吊车起重能力55吨，夹角α＝15.434°，经验算工件与主臂之间的距离L2＝146mm，不会卡杆 ，可以起吊。
五、防变形措施：
由于此段上口有一圈圆环，下口没有加强圈。吊耳焊在上口圆环有筋板的部位，下口口面上部500mm的部位以长为8m的ㄈ16#槽钢作支撑，共需8根。此段吊到位置找正时，以下段上口为基准进行找正。
6.空中环缝的组装：需要在空中组装的环缝，均设可靠的多邊形操作平台，满布细目安全网，操作平台栏杆顶部设一圈φ10mm的钢丝绳作为安全绳，在空中环缝组装过程中，当壳体调整到符合图纸要求，整圈焊缝的错边量，焊缝间隙分布均匀后，才可以对称点焊，点焊完后再次复查，符合要求后对称打底、对称施焊。严禁边调整边点焊，导致误差累积。
炉壳吊耳布置示意如下：
七、吊装过程中起重工的指挥
吊车在专门指定的指挥人员指挥下，起吊转臂要保证吊装的炉壳与已安装好的壳体在起吊过程中不交叉即可（一般高出100mm），移至位置后，慢慢放绳，直到与已安装壳体点焊牢固再松钩，在吊装过程中，操作工须时时注视吊车中仪表盘的参数，吊车所承受的重量尽量保持在起吊平衡时的吨位，这样才能保证吊装的安全。
附图一 十字形吊架
H型钢制作的十字形吊架
附图二 吊耳
综上所述，安装质量的控制，既是工艺、措施严格把关的过程，也是组织管理严格实施的过程，这几方面的问题解决了，其质量、安全也就得到了控制。
关键词：筒体设备、制作、吊装、控制
中图分类号：O213文献标识码： A
随着工业化的飞速发展，冶炼行业建设都以节能、环保、综合利用资源的方向发展为主，为节约资源、降低能耗，现投入建设的冶炼设备都以大型化为主，施工单位在依据原有的施工技术和经验的前提下，逐步完善施工方法和安装工艺，在控制工程成本的前提下，合理利用先进的机械设备来控制施工质量，保障安全施工。
无论是设备的设计者还是制造者或是使用者，都对设备的质量极其关注。设备的质量主要取决于设计、材料、工艺、制作、安装、检测等各个系统的控制，其中现场安装控制系统是最重要的环节，一个设备及结构最终的效果就体现在现场安装质量的控制环节上。
在保证安装质量的同时，施工单位也综合考虑了安全措施的控制，为减少高空作业量，本设备施工中采用在地面平台多层组装的方式进行安装，此方式也在最大程度上保证了设备的制作质量。如何在保证施工质量的同时达到合理控制项目成本也是重中之重，因此选择合理的制作工序时也需要考虑安装、吊装方法的选择。在大型壳体设备安装的质量安全控制大致从以下几个方面进行：
一、设备结构的特点及现场情况分析
1.1该段炉壳钢结构特点
炉壳参数:φ17300mm 、h＝8360mm。
1.2炉体钢结构制作安装精度要求
上部炉壳圆柱度允许偏差20mm、直径允许偏差±10mm、高度允许偏差±6mm、与下部壳体的同轴度允许偏差为φ25mm；
1.3构件安装场地情况分析
吊车距离设备安装位置的最小工作半径可以达到13m；到组装样台最小工作半径可以达到16m。
二、吊装方式的确定
因炉壳钢结构直径较大，从结构特点决定了不能用倒装法，从经济性和科学性来考虑，须分瓦块制作再组装成整体，安装就有3种方式：分瓦块吊装、分带吊装、分段吊装。
2.1从施工安全性和施工工期来考虑，首先排除分瓦块吊装，根据炉壳钢结构特点：直径大、制作安装精度高，着重考虑分带吊装和分段吊装
2.2分带吊装：优点是起重量相对轻，可以选用中型起重设备主吊；缺点是质量控制较为困难，高空作业时间长，安全性相对差，炉壳上焊接的辅助构件多，支撑构件使用多，施工周期相对长，起重设备使用时间相对长，台班量相对较大。
2.3分段吊装：优点是质量控制较好，高空作业时间短，安全性较好，炉壳上焊接辅助构件少，支撑构件使用少，施工周期短，起重设备使用时间短，台班量相对小；缺点是起重量相对大，需选用大型起重设备。
经过多方面比较及现场实际施工条件，为达到安全、快捷、有序的施工，本着经济性和科学性的原则，沸腾炉炉壳吊装方式最终确定为分段吊装。
分段后最重的构件参数：重49.515吨、φ17300mm、h=3.34m
三、安装机具的选择
3.1吊车的选择
经验算该构件总起重量为57.5吨（壳体重49.5吨+吊架重3吨+索具重0.5吨+支撑重0.5吨+临时操作平台重1.5吨+吊车钩重2.5吨）。
该段起吊高度H=25.28m；经计算需用吊车主臂为60m以上，工作半径在16m以内, 才能满足起吊57.5吨重的要求。
根据以上参数，选用的QUY260吨履带式起重机，该设备在主臂长为62m、工作半径为16m以内时，可以满足本段壳体吊装工作，见如下吊装示意图。
3.2吊装计算、吊具的选型:
3.2.1为了减少吊装变形，所以炉壳吊装采用十字吊架来进行吊装辅助工作，见附图一。十字形吊架上方设吊耳4个，用4根钢丝绳与吊车配合，下方设吊耳4个，用8根钢丝绳与工件配合，一来可以不选很大的吊绳，二来分散吊点，减少變形
3.2.2吊装受力分析示意图：
G=壳体重49.5吨+吊架重3吨+索具重0.5吨+支撑重0.5吨+临时操作平台重1.5吨=55吨，
3.3.3吊架受力分析及计算：
吊架受力分析图
根据吊装需要，吊装用十字吊架采用H型钢（H580×300×12×20）现场制作（见附图一）。
对于普通材质的Q235钢，梁的弯曲许用应力［δ］=［1520～1670 kg/cm2］；许用剪应力 [τ] =[1000 kg/cm2]。本工程中吊架、吊耳的验算均采用此标准来衡量。
先对吊架的强度进行计算校验，本方案中取吊架的一根梁来进行强度计算，若一根梁强度足够，则整个吊架的强度足够。
吊架受力计算简单图如下：
吊架受力计算简图
十字吊架强度验算：
如图所示，已知：
G1为壳体重量
G2为吊架、平台、索具、支撑总重量
G=G1+G2=55 t；
考虑吊装过程中的冲量，取动载系数1.2
考虑吊各吊绳的长度不可能达到绝对相等，取偏正系数1.2
则G=55×1.2×1.2＝79.2吨＝7.92×104kg
P==1.98×104kg；
剪切力Q＝-P
弯矩M＝P×L＝1.98 ×104kg×150cm
M＝2.97×106kg*cm
首先进行抗弯强度校验
弯曲应力计算公式
δ＝
式中δ－弯曲应力
Wx－抗弯截面系数
－H型梁整体稳定系数
根据H型钢（H580×300×12×20）为（高×宽×腹板厚度×翼板厚度）
计算出抗弯截面系数为：
Wx＝＝
Wx＝1.0304×104cm3
查表得到＝0.49
将数据带入公式
δ＝＝
δ＝588kg/ cm2
∵
Q235钢，梁弯曲许用应力［δ］=［1520～1670 kg/cm2］
δ＝588kg/ cm2
∴δ<［δ］
梁抗弯强度足够
最后进行抗剪强度校验
十字吊架抗剪强度：
前面已知吊架剪切力Q=-P＝1.98×104kg
吊架受到的最大剪应力τMAX
τMAX=
式中I＝
带入数据I＝
I＝1.116×105cm4
τMAX=＝
τMAX＝317.9 kg/cm2
∵[τ] =[1000 kg/cm2]
τMAX﹤[τ]
∴ 吊架抗剪强度足够
结论：吊架满足吊装使用要求
3.3.4钢丝绳的选用：
在吊装过程中，钢丝绳与水平方向的夹角取决于其承担的力及十字吊架的设置（见受力分析图）。由于本工程使用的十字吊架采用四根钢丝绳来连接所承受的沸腾炉最大重量为G= 55t
按照吊装受力示意图，吊架每根钢丝绳受力P=55/4÷cos30°=14.9t。
选取十字吊架与吊车吊钩连接钢丝绳Ф43（6×19+1）强度1700MPa
破断拉力1185KN (121.4t)4根。
安全系数K=121.4t/14.9t=8.15
按照吊装受力示意图，壳体每根钢丝绳受力P1=49.5/8÷cos25°=6.83t。
选取十字吊架与炉壳连接钢丝绳Ф30（6×37+1）强度1700MPa破断拉力580.5 KN（59.2t）8根。
安全系数K=59.2t/6.83t=8.7
3.3.5卸扣及吊耳选取：（见附图二）
根据P=14.9t选取20t卸扣8个，此8个卸扣为吊架卸扣
根据P1=6.83t选取10t卸扣8个，此8个卸扣为炉壳卸扣
吊点及吊耳确定
吊架上下均设点4个，见附图一所示：
起吊的重物均为环状，物体的重心为几何中心，八个吊点对称均布在吊装物重量的分布圆周上，吊耳采用δ=30的钢板制作，在焊接吊耳时必须打坡口焊接牢固。
① 算焊缝承受的剪切力
公式：τ=Q/(L×δ)≤［τ|］
式中：τ焊缝所承受的切应力；
Q焊缝所受的剪切力；
L焊缝长度；
δ接头中较薄板的厚度；
［τ|］焊缝许用剪应力。
吊耳尺寸：400×200δ=30
焊缝长度L=400mm
最薄板厚δ=30
焊缝所受的剪切力以P2的十倍计算为Q=57.5吨
焊缝许用切应力［τ|］=225MPa
τ=Q/(L×δ)=57500×9.8/（400×30）=46.95 MPa
τ＜［τ|］
焊缝许用应力足够，按Q235材质的钢材每1cm2承受剪切力1t来计算，设计吊耳孔φ100，如图所示，吊耳最薄弱处受力可达30t。
吊耳的设计是合理的，但每一钩吊耳的布置及焊接必须经技术负责人和有关责任人认可方可施焊。
焊接吊耳时必须打坡口焊接牢固。
最终确定吊架吊耳及构件吊耳均选择400×300×30
四、验证是否卡杆
卡杆验证示意图如下：
可知：起重机主臂62m，工作半径14m时安全起吊重量67.2吨，工作半径16m时安全起吊重量57吨，先将工作半径L定为15m， 得到夹角α＝14.0008°，在炉壳起升到标高25.28的工作位置时，工件与主臂干涉990mm，无法吊装。
经过考虑后，再查履带吊性能表，将工作半径定为16.5m，此时吊车起重能力55吨，夹角α＝15.434°，经验算工件与主臂之间的距离L2＝146mm，不会卡杆 ，可以起吊。
五、防变形措施：
由于此段上口有一圈圆环，下口没有加强圈。吊耳焊在上口圆环有筋板的部位，下口口面上部500mm的部位以长为8m的ㄈ16#槽钢作支撑，共需8根。此段吊到位置找正时，以下段上口为基准进行找正。
6.空中环缝的组装：需要在空中组装的环缝，均设可靠的多邊形操作平台，满布细目安全网，操作平台栏杆顶部设一圈φ10mm的钢丝绳作为安全绳，在空中环缝组装过程中，当壳体调整到符合图纸要求，整圈焊缝的错边量，焊缝间隙分布均匀后，才可以对称点焊，点焊完后再次复查，符合要求后对称打底、对称施焊。严禁边调整边点焊，导致误差累积。
炉壳吊耳布置示意如下：
七、吊装过程中起重工的指挥
吊车在专门指定的指挥人员指挥下，起吊转臂要保证吊装的炉壳与已安装好的壳体在起吊过程中不交叉即可（一般高出100mm），移至位置后，慢慢放绳，直到与已安装壳体点焊牢固再松钩，在吊装过程中，操作工须时时注视吊车中仪表盘的参数，吊车所承受的重量尽量保持在起吊平衡时的吨位，这样才能保证吊装的安全。
附图一 十字形吊架
H型钢制作的十字形吊架
附图二 吊耳
综上所述，安装质量的控制，既是工艺、措施严格把关的过程，也是组织管理严格实施的过程，这几方面的问题解决了，其质量、安全也就得到了控制。