大型吊装技术与吊装用起重设备发展趋势.docx

大型吊装技术与吊装用起重设备发展趋势王欣高顺德（大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116023）摘 要 在当前吊装设备特点和发展的基础上，阐述了吊装技术和吊装用起重设备的发展趋势。关键词 吊装技术 吊装设备 发展趋势随着国民经济的不断发展，我国各行各业方兴未艾，尤其是石油化工、冶金和电力建设方面，为了追求 更高效率和更高效益，整体吊装工程越来越普遍，对吊 装技术和吊装设备的要求也越来越高。为此国内吊装 用起重设备由过去单一桅杆方式，逐步发展成为以高 性能、更安全可靠的大型移动式起重机为核心的吊装 设备。国内吊装技术也由桅杆吊装方式发展到单机、多 机等多样化吊装方式。这里将针对石油化工、冶金、电 力建设方面介绍吊装技术特点和起重设备发展趋势。1 吊装设备特点与吊装技术发展趋势1.1 吊装设备特点随着石油化工、冶金及电力建设规模的不断扩大， 各工程中的关键设备正在向特重、特大型方向发展。归 纳起来，可分为以下几类：（1）以塔、器为代表的重型设备。这类设备直径大、 高度高、自重大，吊装时既要求作业空间，又要求起重 设备的起重能力，吊装难度大。例如减压塔、反应器、 再生器和丙烯精馏塔，上海赛科 90 万 t 乙烯装置丙烯 精馏塔，直径 7m，高度 97m，重量 1060t；中海壳牌80 万 t 乙烯装置丙烯精馏塔，直径 6.9m，高度 94m， 重量1240t。（2）以火炬、排气筒等为代表的高柔结构设备。这 类设备长细比大，刚度小，结构稳定性差。吊装时要求 垂直作业空间，设备在吊装过程中易产生变形和失稳。 例如齐鲁石化 72 万 t 乙烯技术改造工程塑料厂火炬系 统改造工程，新建火炬标高 125.4m，重 213.15t。（3） 以核电站用穹顶、化工用压力容器及储存油 罐为代表的薄壳结构重型设备。这类设备直径大、壁 薄，吊装时要求水平作业空间和起重能力，设备在吊装 过程中易产生变形和失稳。例如秦山核电站中安全壳 筒体钢衬里板材厚度 6mm，直径 3644m，高 62.5m， 整体重量143 t173t。北京燕化公司66万t乙烯改扩建工程中的油洗塔和水洗塔两台巨型塔器，直径 9m和11m，高度 43.1m 和 48.7m，壁厚 20mm 和 26mm，重 量 510t和603t。（4）冶金用重型设备。该类设备长宽高尺寸相当， 例如轧机牌坊，武钢用于轧制中厚板的四辊轧机，两片 牌坊，单片重约 238t，外形尺寸为 11.7m 4.5m 1m；宝钢 5000mm 级高刚性四辊可逆式轧机，外形尺 寸 15.28m 4.7m 2.2m，重量 397t。1.2 吊装技术与发展趋势从上述关键工程设备可看出，吊装设备无论从体 积还是自重，都在向大型化和超大型化发展，因此对吊 装技术要求也越来越高。就起重设备的吊装能力角度 来看，吊装技术可分为分体吊装和整体吊装两大方式。 随着起重设备吊装能力的不断提高，整体吊装已逐渐 用于大型吊装项目中，并成为吊装技术的主要发展趋 势。1.2.1 分体吊装 受工作空间、场地及吊装能力限制，以往常采用分体吊装技术。例如化工、核电用塔器类，由于长度长， 自重大，一般沿轴线方向进行分段吊装。分体吊装技术 虽然解决了吊重和尺寸问题，但会附加吊装工艺和难 度。分段吊装后，需要进行空中拼接组对。而空中拼接 组对将延长吊装时间，而且大多需要工作人员完成组 对，这种空中作业将会带来很大的安全隐患。此外由于 是分段吊装，设备本身在设计和制造时就要考虑吊装 工艺，包括内部布局、局部加强等，相应地会增加设计 工作难度与工作量。对于薄壳结构，如核电站用安全壳钢 衬里穹顶，通常采用水平剖分或垂直剖分方式吊装4， 如图 1所示。由于壁薄、刚度小，分段吊装时极易产生 无法恢复的变形，因此吊点数量和吊点位置的选择非 常重要。这也增加了吊装难度和吊装工艺。欢迎访问：中国化工建设网 58王欣高顺德大型吊装技术与吊装用起重设备发展趋势态。与此同时，设备底部置于滑移装置上，滑移装置随设备的提升做水平移动，协助设备直立，如图3a)和b)。 如果设备自重过大，可采用双机或多机提升滑移法和 抬吊滑移法。双机提升滑移法与单机提升滑移法工作 原理相同，只不过是两台起重机同时作为主吊系统提 升设备，为均衡起重机间受力，可采用平衡梁型式。设 备底部仍采用滑移装置协助设备直立。双机抬吊滑移 法是其中一台起重机作为主吊系统，另一台起重机起 吊设备底部，称溜尾起重机。吊装时，两台起重机提升 设备离地，主吊起重机负责设备提升，溜尾起重机协助 设备直立。图2是多机提升滑移方式的吊装，其中两台 起重机作为主吊系统提升设备，另一台起重机起吊设 备底部，协助设备直立。2 大型移动式起重机发展趋势 为实现整体吊装，对起重设备的起重能力、作业空间、安全可靠性都有很高要求，如果是多机同时吊装， 还需要具备协调控制能力。为此大型移动起重机在吊 装方面有很大的施展空间，也因此而得以不断发展。当 前大型移动起重机的主要发展趋势如下：2.1 超大型起重机目前履带起重机最大吨位已超过 1000t ，例如 demag 公司的 cc12600 型起重量为 1600t1，liebherr 公司的 lr11200型起重量为 1000t2。轮式起重机主要 包括全地面起重机、汽车起重机和越野轮胎起重机，其 中全地面起重机的吨位跃居三者榜首。受其伸缩臂结 构自重和伸缩机构等限制，与履带起重机相比，起重吨 位相对小些10，但也接近千吨级。例如liebherr公司 最大吨位 ltm1800 型 800t，demag 公司的 ac700 型700t 和 tadano 公司的 550t 产品都是全地面起重机。 超大型起重机的另一发展趋势是采用超起装置，并逐渐成为大型起重机的必备装置。超起装置主要从 改善结构受力和增加配重两方面来提高起重能力。其 一是增设超起臂架，以改善主臂架的受力，用于提高整 机小幅度时的起重能力。另一是同时增设超起配重，用 于提高由整机稳定性决定的大幅度起重能力，如图3a) 和b)所示。为实现更大的起重能力，可采用图3c)所示 的环轨超起型式。例如 manitowoc 公司的 2250 型履带 起重机，标准型时起重量为 272t。增设超起臂架和超 起配重后，起重量为450t。而增设这种环轨超起装置， 并改用重型臂架后，起重量可达到1300t3。轮式起重机在超起方面，2000 年由 demag 公司推图1穹顶垂直剖分式分体吊装图2 多机整体吊装1.2.2 整体吊装与分体吊装相比，整体吊装工艺相对简单，对吊装 设备结构影响小，因此整体吊装成为当前吊装技术的 重要发展趋势。随着科学技术的进步与推广应用，起重 设备起重能力和起升高度幅度得到了不断提高，也使 大件整体吊装成为可能。例如中石化集团购进的1250t 履带起重机，是国内也是世界上屈指可数的超大型履 带起重机，具有“吊车航母”称号5。其成功地吊装了 上海高桥140万t加氢裂化装置建设中的重642t加氢裂 化反应器和重 604t 加氢精制反应器，南京扬巴 60 万 t 乙烯装置建设中的重 850t、高 96m 丙烯精馏塔，南京 eo/eg 装置的两台重 648t 的 eo 反应器等设备，已成 为石化企业核心起重设备。整体吊装中，塔器类设备一般需要翻转直立，因此 多采用单机滑移法6，即单台起重机作为主吊系统用于 提升设备，使设备由平卧状态逐渐过渡到直立自由状出了侧支撑超起装置(ssl)，如图4所示，可为伸缩臂提供侧向支撑，特别是吊臂几乎处于垂直位置时，有9欢迎访问：中国化工建设网 59p &c cp e trole um a nd chem ic a l cons truc tion2005 年第27 卷第1 期石油化工建设图4 侧支撑轮式起重机a)悬挂式超起配重b)小车式超起配重c)环轨型超起装置图3 超起装置a)副臂直接主臂b)副臂连接副臂图5 新的臂架组合效地提高了起重能力。该装置已用于 ac500 型 500t 全地面起重机上。grove公司和libherr公司也相继推出 了这种产品，用于 400t 以上产品中。2.2 扩大作业空间的新结构为实现大起升高度和大幅度，主臂与副臂的组合 方式被广泛采用。主臂、主臂与固定副臂、主臂与塔式 副臂这三种组合已成为大型起重机的必备组合方式。 除此以外，履带起重机又出现了新的臂架组合方式：副 臂通过过渡节直接与主臂连接，如图5a)所示；副臂上 连接副臂，如图3b)所示。其作业空间得到了有效扩大， 作业范围可达到 200m 以上。现已应用于 liebherr 和 manitowoc 公司的起重机上。轮式起重机受伸缩机构尺寸的限制，其臂架长度始终不能突破。grove 公司和 liebherr 公司先后开发 的单缸伸缩技术，大大减小了伸缩机构的尺寸，从而实 现臂节数目的增加。liebherr 公司的 ltm1500 型 500t 起重机臂节达到 7 节，长度可达 84m。2.3 日臻完善的自拆装技术为了最大限度地缩短转场时间，简化拆装，减少辅 助作业时间及对其他辅助起重设备的依赖，国外履带 起重机都具有较强的自拆装功能7。这给履带起重机带 来了全新的生命力。自拆装系统是在充分利用主机已 有构件功能的基础上，增设必要的部件和传动件而实 现的，例如桅杆顶升油缸，配重顶升油缸等。对于大型欢迎访问：中国化工建设网 60王欣高顺德大型吊装技术与吊装用起重设备发展趋势起重机，需要拆解与安装的部件有配重、履带行走装置和臂架系统。liebherr 公司和 manitowoc 公司在此方 面做了不少研究工作，推出了完备而先进的自装拆系 统，如图 6 所示。中小吨位级别。从产品规模、吨位大小和可靠性方面与国外还是有一定差距，但也在逐步消化吸收国外先进 技术，向改善现有产品、占领国内中小吨位市场、开拓 大型产品方向发展。虽然大吨位起重机领域仍被国外 企业垄断，但近些年国内企业在该领域已取得实质性 的进展8。轮式起重机方面，徐工集团和浦沅集团自行 设计开发了160t和300t全地面起重机。履带起重机方 面，本单位与徐工集团合作自行开发的 150t产品已投 入市场，与浦沅集团合作自行开发的 200t产品即将推 出样机。图6 履带起重机自装过程2.4 自动化信息化的集成液压传动是目前移动式起重机普遍采用的传动方 式，其发展历经了早期简单的定量阀控系统、恒功率变 量系统，到后来的按需求变量控制系统、负载传感系 统，直到现在的微电子智能功率控制系统。这些控制系 统的不断更新，为提高起重机的调速性能、降低操作强 度、延长设备使用寿命、降低使用成本提供了保证。而 数据总线控制技术在起重机上的应用，将发动机控制、 液压控制、安全监测状态监控和极限载荷限制集为一 体，通过总线方式进行信息传递与控制，实现了控制上 真正意义的自动化与智能化。同时借助图形化的显示 屏显示起重机的所有信息，例如系统状态、技术参数 等，甚至可协助操作者进行故障诊断，显示故障原因、 部位及处理方法11。这种先进的控制系统显著提高了控 制系统的可靠性、作业安全性、操作舒适性和工作效 率。国外公司产品已普遍采用总线控制技术，例如 demag 和 liebherr 公司。2.5 混合型起重机混合型起重机集履带起重机起重能力、作业空间 的优越性和轮式起重机机动灵活性于一体，具有广阔 的应用前景，正逐渐扩大市场份额，如图 7所示。1998 年石化公司就同时购进了德国 demag 公司 4 台 500t 级 这种设备，为国内吊装业注入了新的活力。除此之外， manitowoc 公司和 liebherr 公司也都有这类产品的推 出，吨位在 250t 以上。国内履带起重机和轮式起重机的开发能力还处于图7 混合型起重机图8 液压提升装置3液压提升装置发展趋势 随着生产工艺和要求及设备制造业的发展，出现了大型甚至超大型的设备或部件，由于现场条件的局 限，设备的重量远远超出了常规起重设备的额定承载 能力，因此液压提升装置在这方面突显优势，占据了吊欢迎访问：中国化工建设网 61p &c cp e trole um a nd chem ic a l cons truc tion2005 年第27 卷第1 期石油化工建设装市场的主导地位。液压提升设备是双桅杆或龙门桅杆系统的延续和 发展12，如图8所示。双桅杆和龙门桅杆系统的主吊以 滑车和卷扬机组成，液压提升设备的主吊以大吨位液 压千斤顶组成，比双桅杆或龙门桅杆系统技术更先进， 是超高超重设备吊装的重要工具之一。液压提升设备 的能力可达万吨级，常用于超重、超高、大跨度的构件 安装。其主要工作特点：（1）起重量不受限制，通过液压提升系统的扩展组 合，能满足千吨级甚至万吨级构件的吊装。（2）同步控制，安全受控，可手动控制和完全自动 控制。（3）可操作性好，液压提升系统体积小，重量轻。（4）吊装过程平稳，无明显附加冲击载荷。 液压提升装置的关键技术是同步控制技术13，其发展经历了液压同步顶升、液压同步提升、液压同步滑移 及间歇式同步提升滑移阶段，目前发展成为连续式同 步提升滑移控制技术。当前液压动力系统不仅有电液 比例调速系统，还有变频系统；计算机同步控制的通 讯由有线发展成为无线网络化通讯，通过人机界面实 施监测构件的位置及同步情况。计算机系统实现完全 自动同步控制，负载均衡，姿态校正，操作闭锁，过程 显示和故障报警等工作，大大提高了工程实施的安全 可靠性，保证工程质量。这类装置不仅在石化、冶金、 电力建设工程中，而且在国内著名市政工程建设中也 发挥着至关重要的作用，例如北京西客站主站房钢门 楼整体提升，门楼长 45m，宽 28.5m，重 1800t；东方 明珠广播电视塔顶部钢天线桅杆的整体安装，距地面 高度 350m，钢天线长 118m，重 450t。上海大剧院重6080t钢结构屋架的整体安装。参考文献1 demag公司起重机样本2 liebherr公司起重机样本3 manitowoc公司起重机样本4 陈廷祥核电站大型结构重型设备吊装的特点及技术发展2004年全国工程建设行业大型设备吊装市场研讨暨技术交流会 论文集5 苏伯林浅谈大型吊车的市场运作和维护管理2004年全国 工程建设行业大型设备吊装市场研讨暨技术交流会论文集6 石飞采用单吊车滑移法吊装大型设备2004年全国工程建 设行业大型设备吊装市场研讨暨技术交流会论文集7 屈福政，王欣论履带起重机自装拆系统工程机械与维修，2001(7)8 卓先领，孙影国产履带吊：挺起装备中国的脊梁 市场逆势 上扬网络版，2004(8)9 liebherr continues to fight terexs ssl patent victory cranes today, 2004(3)10 王欣、屈福政、茅永琳、彭铎履带起重机与汽车起重机之 比较工程机械与维修，1999(11)11 王欣、屈福政国外履带起重机的发展起重运输机械，1999 (2)12 石飞石化大型设备吊装思考与展望2004年全国工程建设 行业大型设备吊装市场研讨暨技术交流