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Vol. 26No. 1 2004

大型设备现场开孔放样新技术

卫建良薛防震张志强杨森 （中国石油天然气第一建设公司北京宣武医院门诊楼施工组织设计，洛阳471023

石油化工设备开孔千差万别，生产制造中经常要 进行开孔放样，传统方法一般采用投影展开法进行。这 种方法对放样技工操作水平和放样场地都有很高的要 求，需要很多放样时间，成为影响产品质量的关键因 素。大连石化新建350万t/a催化裂化装置，炼油加工能 力位居亚洲第一。其核心设备再生器最大直径Φ15.6m， 壳体高度42.4m，主体材质20R，设备总重1588.9t、 整个再生器设备开孔接管共150个，形状复杂多变，在 设备开孔放样中极具代表性。涉及到的接管类型不仅 有常规的圆柱体与圆桂体相交，还有顶封头（球冠）上 的圆柱形接管、锥段上的圆锥、圆柱偏心斜交接管（俗 称茶壶嘴）、圆柱形筒体上类似天圆地方的圆柱渐变 接管（俗称塌鼻梁）等形式。最大接管重量30.9t，接 管开孔尺寸最大为4.2×1.9m，最大接管厚度100mm， 开孔处器壁厚度最大100mm，必须综合考虑开孔壁厚 影响。传统投影展开放样技术很难满足施工进度和质 量要求，笔者以常规投影展开放样理论为基础，分别 采用简易划规法、数学模型法以及AutoCAD作图放 样法进行展开放样，摆脱实地放样过程，提高了放样 精度和施工效率，节省工程成本，收到了良好效果，下 面分别就这几种方法作简要介绍：

VeTA 2.1 ：原理简易划规法是根据旋转体接管由母线紧贴被 开孔体围绕其中心轴线旋转，且在轴线方向上能自由 移动，最终直接形成相贯线的原理进行设计的，简易 划规如图1所示，其中①为固定中心轴线，②为旋转母 线。设备开孔时，先根据开孔接管的实际尺寸制作简 易划规，再将划规中心轴线的顶点放置在接管中心线 与设备器壁的交点处，然后按照接管与器壁的角度调 整固定中心轴线的套管角度，完毕后用电焊点焊固定。

通过固定套管保持中心轴线的角度，然后转动旋转母 线，紧贴开孔体的母线即可在设备器壁上画出开孔的 轨迹线。

2.2 开孔实例再生器顶封头共有16个烟气集合管，需 要在顶封头球面上垂直开设16个直径为Φ990mm的 孔。经过方案对比，在球形表面上开孔，无论是建立数 学模型还是采用计算视辅助放样，都有很大的难度。而 采用简易划规法则简便实用，而且划规可重复使用，仅 用两人3h就完成了16个接管的开孔划线工作，划线切 割后接管安装一次成功，大大提高了施工效率。

2.3适用范围简易划规法直接在开孔体上划线，首先 不需要展开放样材料，适用于圆柱形或圆锥形等旋转 体接管开孔，制作简单，操作方便，特别对于同一规格 的接管数量很多时，划规可以重复使用，施工效率的 提高非常明显。同时简易划规法对于开孔处设备器壁 的几何形状没有限制，设备器壁可以是圆柱体、圆锥 体、球面或其它几何体形状，应用范围很广。 但由于受划规刚度和最小尺寸限制，适用开孔接 管范围也有限制，一般应控制在Φ400～Φ2000范围内。

在再生器设备圆柱形筒体上有很多圆柱形接管需 要进行开孔，这些开孔接管的尺寸都不相同，经过方 案对比，虽然简易划规法和计算机辅助放样法都可以

CEC lcal Engineering Constructior 化工建设工程

使用，但由于每个开孔接管的尺寸均不相同，而且开 孔数量很多，这就需要对于每一个接管开孔都要制作 划规或进行一次计算机辅助放样，工作量很大。而建 立数学模型法则解决了这一难题。 3.1原理数学模型法是将圆柱形设备和圆柱形接管垂 直或倾斜相交这一类型的开孔，建立统一的数学模型， 并编译成VB程序，使用时只要在VB程序界面中输人 每一个接管的参数，就可以快捷地打印出放样所需的 数据。 3.2数学模型如图2所示，把接管n等分，只要计算 出每一等分点对应的h值和弧长L值，并把这些点连 起来，即可得到接管和设备的相交线。下面以图3为例 建立数学模型。

以再生器设备筒体（Φ15600)上主装卸孔（Φ2100） 为例，在VB程序界面中依次输入设备半径为7800mm， 接管半径为1050mm，放样等分数为16，接管与设备 夹角为90”，然后执行“打印数据”命令，即可打印 出以下数据： 设备开孔放样VB程序设计 开孔处设备半径=7800 开孔处接管半径=1050 接管放样等分数=16 接管的倾斜角度=90 设备开孔放样详细数据如下： h=0 L=0 h=79 L=401 h=307 L=743 h=648 L=972

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按照上述计算结果，在开孔设备表面依次找出各 点位置，再将这些点连接起来，就可获得开孔切割线。

建立数法适用于圆柱形接管和圆柱形设备垂直或 倾斜同心相交时的设备开孔放样。

4AuCAD（计集机辅助）作图放样法

在AutoCAD运行时，一旦确定直线段的起始点和 终止点，运行尺寸标注命令，程序将自动生成该线段 的长度，这样就能省去繁杂的运算。根据这一特征，我 们只要按照1：1比例绘图，通过适当的视图转换，找出 相关线和能以直线表达的素线，运行自动标注命令，就 可获得用于放样的线段长度。

再生器设备锥段外循环管人口管为类似斜天圆地 方形的渐变接管，开孔处设备壁厚和接管厚度均为 100mm，开孔尺寸为4.2×1.9m。该接管为非旋转体 接管，不适用简易划规法，同时这种类型的接管建立 数学模型也有很大的难度，宜利用AutoCAD软件绘制 立体模型进行放样。 4.2.1按照设备锥段几何尺寸及接管几何尺寸分别绘

立体模型进行放样。 4.2.1按照设备锥段几何尺寸及接管几何尺寸分别绘

4.2.2在接管和设备立体模型上分别确定出接管中心

4.2.2在接管和设备立体模型上分别确定出接管中 线与设备器壁相交点的位置（图7、图8）

部剪切掉，然后利用软件的自动标注功能，标出客等 分线端点与基准线的垂直距离，并转化成素线长度（图 15、图16)。

图8接管立体模型上交点位置

4.2.3将接管的立体模型移动到设备立体模型上，相 交点要重合。然后按照设计图纸要求调整接管和设备 器壁在水平方向上的角度（图9、图10)

图10俯视用调整角扇

.4 按照设计图纸要求调整接管和设备器壁在竖直 向上的角度（图11、图12）

佛山市推广装配式建筑实施办法方向上的角度（图11、图12）

4.2.8将放样得到的数据反馈到设备器壁上进行开孔。 4.2.9考虑到开孔接管处设备器壁厚度的影响，可按设 备的内壁和外壁绘制两个立体模型，分别与接管相交， 得到两组数据，然后将两组数据分别反馈到设备内壁 和外壁上。开孔切割时，上部按照外部相贯线切割，下 部按照内部相贸线切割：参照内外相贯线进行坡口切 割，最后安装接营。 4.3适用范围计算机辅助放样法主要适用于非旋转体 不规则形状的接管，设备器壁可以是圆柱体、圆锥体 球面或其它几何体形状，应用范围很广。

在大连石化公司350万t/a催化裂化装置再生器设 备施工中，利用上述3种开孔方法，使许多形状复杂， 角度特殊的开孔接管问题迎刃而解，得到业内人士的 普遍认同。

虚洪绪.钣金展开计算法.北京：机械工业出版社.2000 蒋德军.宗子安.曲面展开CAD系统的设计与研究.湖南工程 学院报.2003年3期

4.2.7将接管与设备器壁相交线以外的等分线全

山水雅居冬期施工方案“2004全国大型设备吊装市场研讨暨技术交流会”论文开始征集

由中国石化施工企业管理协会联合中国化工施工企业协会 等协会主办的“2004全国大型设备吊装市场研讨暨技术交流 会”拟定于2004年4月底召开。目前会议正在征集参会论文。 会议征集论文涉及以下内容： 1.大型吊装工程施工新技术、新工艺和新设备方面的开发 与应用成果。 2.大型吊装工程管理软件的开发和应用。 3.大型吊装工程施工现场管理成果。