摘要：本文讨论了石油化工工程中设备附属立式直梯安装问题，对直梯双端焊接固定情况下，在设备运行状态时，产生的拉力进行了实例计算，分析了危害产生原因，并提出相应对策。
关键词：直梯；热膨胀拉力；产生危害
立式直梯在石油化工工程中是常见设备附属物，在施工安装中，参建各方经常忽略立式直梯的安装质量要求。下面，我们就安装实例分析一下，不按规范要求安装在设备上的立式直梯，会造成什么危害[1]。
1问题的发现与提出
在某石油化工工程项目中，质量监督人员在检查航煤加氢装置C101塔安装质量时，发现塔附属笼式立式直梯上下两端与支撑架连接处采用了焊接固定方式（见图1）。依据设计单位扶梯标准图集CEI/EQT721—2007、CEI/EQT722—2007，扶梯下端应采用长孔滑动螺栓连接，上端圆孔螺栓固定连接。质量监督人员据此向施工单位提出质量异议。然而，施工单位出具了《施工图审查记录》：设计单位同意直梯螺栓连接改为焊接。但是，上述设计变更违反了[2]《固定式钢梯及平台安全要求》GB4053.1—2009第一部分.钢直梯第4.4.4条“固定在设备上的钢直梯，当温差较大时，相邻支撑中应一对支撑完全固定，另一对在梯梁上开设长圆孔，采用螺栓连接。”的要求。质量监督人员向设计、总承包、施工单位下达了质量问题处理通知书，要求立即整改。针对上述问题实例，我们决定进行计算分析，来看看这么做到底会产生什么样的危害。
2拉力的计算与分析
2.1设计条件
C101塔的设计温度278℃，项目所在地区环境最低温度一般在0℃，塔体材质为20#碳素钢，直梯材质为Q235A，直梯最大长度6m，直梯断面尺寸60mm×10mm。查询参考书，塔体碳素钢在250℃下的线膨胀系数为α=12.56×10-6，扶梯Q235A的弹性模量为E=200GPa。
2.2拉力计算
塔壁与直梯热膨胀差：△L=α△tL=12.56×10-6×（278-0）×6=0.021m直梯梁中的拉应力(Pa)：σ=Eε=E·△L/L=200×109（12.56×10-6×278×6)/6=6.98336×108Pa直梯梁拉力(N)：F=σs=6.98336×108Pa×0.06×0.01=4.19×105N即单根扁钢直梯梁所受拉力为41.9t。
2.3计算结果的分析
依据上述计算，我们可以看出：在0℃的环境温度下，C101塔在正常使用温度278℃时，如果把立式直梯的两端都与塔体焊接固定，单根扁钢直梯梁所受拉力为41.9t。依据工程经验，我们知道单点焊接能够承受5t的拉力，上述计算结果达到了单点焊接所能承受的力的8倍还要多，在运行状态下一定会被拉断，如果支架与塔壁焊缝比较薄弱，则会因母材的撕裂而发生物料泄漏爆炸等重大事故。有人可能会提出疑问，认为上述计算只是特例，一般不会出现，那么我们来延申计算一下，看看全部工况下的计算结果。我们还是以上述实例条件来计算，因为6m的直梯和碳素钢设备都是石油化工工程中最为常见的，我们只改变设备使用温度与环境温度差，以25℃温差间隔计算12组数据，计算方法不变，计算结果如图2所示。观察图2我们可以看出，直梯的拉力同设备与环境的温度差基本上为线性关系。通过查图可知，在40℃温差下直梯的拉力即可超过5t，也就会产生破坏力，而40℃温差在石油化工工程中非常容易达到，甚至有很多地方的昼夜温差都能达到40℃。进一步分析，我们还应该注意到，上述实例计算中，直梯的膨胀量达到了2.1cm，如果滑动端长圆孔的长度小于4cm，或者螺栓没有位于孔中间偏向膨胀方向一侧，还是不能避免对设备的损伤。
3结论与对策
GB4053—2009《固定式钢梯及平台安全要求》规范中明确提出了对于固定在设备上的钢直梯，当温差较大时，相邻支撑中应一对支撑完全固定，另一对在梯梁上开设长圆孔，采用螺栓连接。但是，规范中没有明确多少度温差算是较大，没有对螺栓孔长度及螺栓安装方法提出详细要求，这就需要设计单位依据具体设计条件进行量化。很多施工人员，甚至包括设计人员都没有深入领会规范制定的思想意图，认清其中隐藏的危害，随意改变设计图集要求，容易造成重大施工质量隐患。在实际工程施工中，应该严格按照规范要求，按图施工，不能随意更改设计。对于常见的碳素钢设备附属直梯，当温差超过40℃就应当注意到直梯两端的连接方式，而且要检查长圆孔的长度应不小于4cm，且螺栓要位于孔中间偏向膨胀方向一侧。
参考文献：
[1]闻邦椿.《机械设计手册》[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]GB4053—2009《固定式钢梯及平台安全要求》[S].
作者：方恭庆 吕晓阳 单位：中国石油天然气兰州工程质量监督站 中国石油广东石化质量部
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