化工項目自拆卸式火炬的施工

許頊

（中國石化工程建設公司，北京100101）

化工項目自拆卸式火炬的施工

許頊

（中國石化工程建設公司，北京100101）

福建煉油乙烯項目的火炬系統包括化工、煉油、芳烴和酸性氣四套火炬，由同一座塔架支撐，采用自拆卸式高架捆綁火炬技術。文章就項目火炬系統的組成、施工難點及注意事項等進行介紹，并提出了以下幾點建議：火炬塔架桿件出場前應分段預組裝，到現場后進行整體臥組；火炬筒體盡量不采用現場制作；嚴格保證火炬筒體預裝精度；進行筒體頂升前要做好各項調試工作；火炬塔架高空障礙燈滑輪組盡量采用全封閉設計。

石化工程火炬系統；塔架；點火系統；吊裝施工

0 引言

福建煉化有限公司（以下簡稱福建煉化）是一家由中國石油化工股份公司和福建省石化工業公司合資的有限責任公司，位于福建省泉州市泉港區，原油加工能力原為400萬t/a（截止2006年）。在原有煉油廠基礎上，于2006年開始興建福建煉油乙烯項目（FREP），該項目是一套世界級的集煉油及石化于一體的項目，包括對石油產品的公用系統、附屬設施、場外工作以及現有產品裝置內的附屬設施進行改建、新建的煉油和化工產品裝置及儲運設施。根據整個裝置的安全性設計，火炬是其中最重要的一個公用設施。該項目的火炬系統是目前國內最大的火炬系統，由中國石化工程建設公司（SEI）執行EPC總承包。圖1為火炬塔架全景。

圖1 火炬塔架全景

1 火炬系統介紹

火炬系統包括火炬外管、火炬包和輔助設施三大部分。新建四套火炬為化工火炬、煉油火炬、芳烴火炬和酸性氣火炬，由同一座塔架支撐，采用自拆卸式高架捆綁火炬技術。該技術可節約占地、減少工程量和投資額，同時在不影響其他火炬正常運行的前提下，確保故障火炬順利裝卸；全部檢維修工作均可在地面進行，且整個裝卸過程無需使用大型吊車。四套火炬的高度均為150 m，塔架高度為145 m。

化工火炬頭、煉油火炬頭和芳烴火炬頭的排放直徑為1 800 mm，火炬頭上各設4支長明燈；酸性氣火炬頭的公稱直徑為750mm，火炬頭上設3支長明燈。每套火炬各設1臺現場地面自動爆燃點火盤，采用爆燃方式點燃長明燈，實現長明燈自動點火、遙操點火和現場就地手動點火。為保證各裝置的火炬氣排放安全，各火炬系統上長明燈保持常燃。

1.1 火炬塔架及裝卸樓梯間

本項目火炬塔架技術采用美國ZEECO公司專利技術，自拆卸式火炬塔架采用四邊形桁架鋼管結構形式，全部使用法蘭、高強螺栓連接。

該塔架桁架結構由立柱、橫梁、斜撐組成，內部無任何設施。塔架四壁均為梯形，北墻直立，其他三面墻體向中心收縮，形成矩形錐體結構，塔底截面尺寸為30 m×30 m，塔頂截面尺寸為15 m×10 m，塔架總高度為145 m，桿件總數772根，其中最大桿件直徑達750 mm（8根），總質量為880.5 t。

塔架的垂直面（每一臺火炬）設有導軌，用于火炬筒體支撐。4個火炬筒體位于塔架外側，塔架外側設置軌道用于安裝火炬筒體及其他設施，所有的公用配管（如燃料氣管、蒸汽管、爆燃管等）均安裝在分段筒體上，每節筒體均裝設滾輪，可沿軌道上下移動。

塔架共設置3層操作平臺，1個為連接火炬筒節螺栓操作用24 m平臺，1個為掛摘火炬筒節與滑輪掛鉤操作用平臺，另1個為頂層安裝查看用平臺。

塔架設置有檢修安裝用樓梯間（斜梯）和緊急操作用直梯。塔架頂端設有高空障礙燈裝卸的懸掛裝置。塔架外側設有固定火炬筒用豎直滑道，每個火炬設置滑道2個，共8個滑道。

1.2 自拆卸式捆綁火炬特點

（1）一座塔架上同時支撐多套火炬筒體。

（2）一套火炬系統的檢維修工作不影響其他火炬系統的正常運行。（3）所有檢維修工作均在40 m以下高度完成。（4）不需要大型吊車即可完成對火炬頭、密封裝置及火炬筒體的拆裝工作。

（5）各火炬系統集中布置在塔架的垂直立面側，間距3~5 m，便于火炬系統裝卸；整個裝卸工作均在40 m以下高度完成。

（6）火炬系統分成若干段，每段通過法蘭或螺栓連接；所有公用工程管道和電儀穿線管敷設在筒體上，與筒體一樣相應分成若干段，每段之間通過法蘭連接，且每段為一個相對獨立的部分，容易裝卸。

（7）每套筒體在塔架上均設有兩根滑動導軌，筒體上裝有滑動支腿，可在滑動導軌中上下自由滑動；筒體底部設翻轉支座，可使筒體自由翻轉。

1.3 自動點火系統

火炬自動點火系統以長明燈上的熱電偶溫度控制信號作為檢測單元，PLC作為控制單元，高空點火裝置作為執行單元，整個系統實現自動顯示、報警、點燃或熄滅等控制功能。火炬點火系統包括：LSDG導電桿、LSWT-90型彎管、LSYHT01引火筒、DL-04電纜、熱電偶等主要元器件。

1.3.1 LSDZ01型半導體電嘴

LSDZ01型半導體電嘴采用高能半導體材料，該材料具有負值的電阻溫度系數，放電過程為電內加熱，它使表面材料蒸發電離，從而產生放電電火花，電火花能量取決于儲能電容。高能半導體點火系統采用航空用高能半導體電嘴作為點火元件，是當今世界上最先進、最可靠的點火方式。

1.3.2 地面內傳燃式火炬點火器

地面內傳燃式火炬點火器是火炬系統的重要設備之一，也是火炬點火的備用手段。目前國內點火器制造廠生產的地面點火器普遍存在點火成功率低和不防爆等缺點。本項目火炬設施的設計，參照從國外引進的火炬點火先進技術，并結合國內點火器產品的實際情況，開發了LSHD02型地面防爆式火炬點火器。凈化壓縮空氣和燃料氣管道上均設置了自力式調節器，以保持恒定壓力（在管路上均設置了壓力表）；在地面點火器主控箱內部設置限流孔板以維持一定流量，使爆燃氣體達到爆燃濃度范圍，使點火成功率大大提高。

1.3.3 點火種類

火炬系統的點火種類有：自動點火方式、手動點火方式、DCS遠程點火方式、強制點火方式、火炬現場就地點火盤爆燃點火方式。

2 火炬系統施工難點及技術對策

火炬系統施工過程中，火炬塔架的吊裝施工是施工中的重點和難點，火炬筒體的頂升是控制可拆卸式火炬的關鍵環節，點火系統調試是項目正常運行的保證。

2.1 塔架吊裝

塔架位于廠外通港路北側山頂上，加上塔架高度，吊裝區域風多風急。塔架各段尺寸巨大，現場相對狹窄，在各段吊裝時，其頂部高處作業空間設置、安全圍護等均存在較大困難。

火炬塔架吊裝采用分段吊裝的施工工藝，各段具體技術參數見表1。

2.1.1 塔架吊裝過程及注意事項

（1）在火炬塔架分段吊裝施工過程中，塔架第1、2段應直接在塔架基礎上進行組裝、找正、地腳螺栓固定，第3至第12段應在地面預組對后，分段吊裝。

（2）塔架各段吊裝前，應首先進行試吊，并組織相關人員對吊車及機索具進行全面檢查，確認吊索的受力情況、起重機的機械運轉狀況、地基沉降情況等無問題后，簽署《吊裝命令書》，方可正式起吊。

表1 火炬塔架吊裝各分段技術參數

（3）塔架第3至第12段吊裝，充分考慮了火炬塔架安裝現場條件、火炬塔架的分段情況及塔架裝配施工圖紙和到貨日期。使用LR1750型750 t履帶起重機為主吊，在每段塔架上部橫梁截面上設置的主吊耳處采用吊耳懸掛法吊裝塔架各段；使用CKE2500型250 t履帶起重機為輔助起重機，在每段塔架的下部采用鋼絲繩兜掛法溜尾。

塔架各段預組裝完畢，索具拴掛檢查完畢，兩臺起重機先將設備抬起，并逐漸將塔架由平臥狀態過渡到垂直狀態；待塔架達到直立狀態后，溜尾吊車摘鉤，主吊車起升回轉，待吊裝段高于上一段標高200 mm時，緩慢轉桿回鉤，將塔架安裝在已經就位的塔架上；塔架找正后，擰緊連接螺栓，主吊車摘鉤，完成吊裝工作；之后吊車退場、組裝和吊裝場地恢復。

（4）遵循上述吊裝方法和原則，在LR1750型起重機的5種作業工況下依次完成對塔架各分段吊裝，要求每吊裝完成一段，安裝施工必須符合圖紙、設計和規范要求。

2.1.2 塔架吊裝現場技術措施

（1）塔架的加固。在對火炬塔架第3至第12段進行組段吊裝時，由于其溜尾索具作用截面的B、C、D三面內無橫梁支撐，無法形成穩定的框架結構，因而在從側臥到豎直的起吊過程中，容易造成塔架變形。為防止塔架變形，在進行吊裝時，溜尾吊車用平衡梁保證C面內的構架不變形，B、D面內用鋼絲繩及手拉葫蘆進行加固。加固位置及加固方式見圖2。塔架各段由平臥轉到直立狀態后，立即拆除手拉葫蘆及鋼絲繩等加固措施，減少高處作業。

圖2 火炬塔架第3至第12段加固位置及加固方式

（2）塔架的保護。火炬塔架為全螺栓熱浸鋅結構，除現場不允許切割焊接外，其浸鋅層也不允許破壞。所有鋼絲繩與塔架部件接觸部位均采用厚度為2 mm鋼板包裹，鋼板與部件之間加涂黃油，以保證潤滑及起到保護作用。

（3）吊裝溜繩的設置。吊裝作業中塔架各段應沿對角方位成90°加設兩根溜繩，溜繩與地面夾角不大于45°，且不得向一個方向連續扭轉，不得直接接觸銳利物，無法避免時應墊以保護物。溜繩的牽引需借助火炬區四周的混凝土框架立柱，4~6人一組進行拖曳，避免塔架有旋轉傾向時牽引力量不足。

（4）塔架空中組對。加工專用圓楔子和撬杠，用于空中組對時對中螺栓孔。一根柱子的螺栓孔基本對正后，立即穿圓楔子定位，然后再穿入正式螺栓。其余柱子的對中使用撬杠和手拉葫蘆調整，調整過程中要注意保證對法蘭和螺栓孔的保護。

（5）腳手架的搭設。腳手架搭設鋼管選用符合GB/T 13793-2008《直縫電焊鋼管》的D 48 mm× 3.50 mm鋼管；扣件采用可鍛鑄性材料制作，其材質符合GB 15831-2006《鋼管腳手架扣件》的質量標準；腳手板根據Q/12NH 3188-1997《鋼跳板》標準選用250 mm×40 mm×3 000 mm鋼跳板或250 mm×50 mm×2 000 mm木跳板。設雙排鋼管腳手架，外排為矩形腳手架，內排為多邊形腳手架，其立桿應垂直穩放在混凝土基礎或硬土上，主節點處必須設置一根橫向水平桿，用直角扣件扣接且嚴禁拆除，要用扣件連接擰緊螺栓，不準用鐵絲綁扎。

（6）腳手架板的鋪設寬度不得小于0.75 m，腳手架板必須鋪滿。腳手架板搭接時不得小于20 cm；對頭接時應架設雙排小橫桿，間距不小于20 cm。在架子拐彎處腳手板應交叉搭接，墊平架板應用木板，并且要固定牢固，不得用磚墊。

（7）腳手架的外側、斜道和作業平臺均要綁1.2 m高的防護欄桿，在0.6 m高處增加一道水平桿，平臺或斜道安裝18 cm高的擋板。大橫桿兩端都必須在斜桿連接點外伸25 cm，挑架所有受力點都要綁雙扣，同時要綁防護欄桿。根據工作需要，用跳板搭設人員工作平臺時，必須保證有暢通的通道。工作平臺和外排腳手架架桿夾角之間的孔洞必須用雙護欄封堵。

（8）腳手架搭設要求外伸作業平臺，在塔架4個立柱外側延伸，要求符合吊裝作業、安裝作業要求，腳手架板鋪設要安全牢固可靠。

2.2 火炬筒體施工

火炬筒體頂高出支撐塔架頂約10 m。在地面設置4臺卷揚機作為提升系統。在軌道外側設置2臺小卷揚機，作用是把火炬筒體由水平位置平衡地翻轉為豎直位置；設置在塔架根部右側的1臺大卷揚機，作用是通過機械滑輪把火炬豎向向上提升；設置在火炬塔架左側的卷揚機，作用是把火炬筒節由放置在軌道上水平位置翻轉為豎直位置。

火炬筒體安裝質量對后期可拆卸火炬是否可以順利拆卸更換至關重要，本項目依據美國SD公司的安裝技術要求，其安裝高度誤差數據見表2。

本項目的火炬筒體每段長度都是24 m，每根火炬筒體上部設一個翻轉支架，下部設提升支架，支架上焊接環板做加強筋。在火炬筒體外壁設有許多附筒管道，具體有2根DN300 mm蒸汽管道，1根DN100 mm蒸汽管道，9根燃料氣管道，1根電氣保護管，1根儀表用保護管。每段火炬筒體之間全部采用法蘭連接，所有的燃料氣與蒸汽管道也全部采用法蘭連接。

表2 火炬筒體安裝高度誤差

由于火炬筒體長度太長，不便于運輸，且運輸成本太高，因此火炬筒體全部采用現場加工。當時在現場面臨的主要困難有：

（1）現場場地條件差，地面坑洼不平，經常會有積水，且地質松軟。

（2）沒有大型的胎具、基礎平臺，現場的吊裝器具也緊缺。

（3）任務重、工期緊，適逢奧運期間，原材料供應滯后。

（4）自然條件惡劣，降雨頻繁，給后期的噴砂防腐工作造成很大的困難。

（5）火炬筒體涉及到各個專業，協調等要求比較高。

火炬筒體采用卷揚機倒拔進行組對安裝，對筒體上法蘭、附筒管道、滑動支架等的制作精度要求很高。

加工方在現場克服各種困難，加班加點，平整場地，預制臨時胎具，所有組件全部進行放樣以保證精度；業主、總包、廠家、第三方監理等各個部門嚴把質量關；質量檢驗與監督人員全天候堅守在施工現場，及時發現問題，消除隱患。

火炬筒體現場加工完畢后，又對火炬筒體與火炬頭進行整體地面預組，對所有法蘭連接、滑動支架的直線度以及整個火炬進行檢查，對不符合技術要求的地方及時進行修正，以保證火炬一次性組裝成功。

全部準備工作完成后，火炬筒體進入頂升階段，火炬筒體與基礎連接采用翻轉基礎，該基礎采用鋼制基礎，基礎表面與火炬筒采用螺栓連接，整個基礎可繞軸翻轉90°。依次將火炬筒體進行翻轉、頂升、連接等，經過多方的努力，最后整個火炬筒體一次吊裝成功。

2.3 點火系統調試

火炬整體安裝完成后，點火系統的主要調試工作要與業主協調，在投產前對每個火炬的每種點火方式都進行了試驗，確保點火成功率100%。

本項目采用4套地面爆燃式點火系統和高空自動點火系統（化工火炬、煉油火炬、芳烴火炬、酸性火炬各一套），可實現長明燈的自動點火、遙控點火和現場就地點火。圖3為點火系統簡單流程示意。

本項目火炬系統的點火測試中分別對各種點火方式進行測試，測試結果均能滿足項目投用要求。

圖3 點火系統流程示意

3 幾點建議

福建煉化一體化項目火炬系統的順利投用，為日后大型聯合石化裝置火炬系統的設計和施工積累了經驗和教訓，具體施工方法依然有改進的空間，以下是有關施工的幾點經驗和建議：

（1）火炬塔架桿件出廠前必須分段預組裝，所有桿件到現場后進行整體臥組。

因本火炬塔架全部是熱浸鋅，桿件加工完成后在進行熱浸鋅的過程中肯定會發生受熱應力變形的情況，所以熱浸鋅完畢后需要對塔架預組，及時校正變形桿件。本項目火炬塔架主要桿件在出廠前均已預組對，未出現問題，現場全面組裝時出現6根小桿件連接角度問題，需要進行現場切割調整，對于桿件的外觀和質量都有一定影響，建議出廠前全面進行預組裝，確保每根桿件的準確，減少現場處理工作量。

到場后進行整體臥組。因為條件限制，塔架在加工廠只是進行了分段預組，到達現場后，在場地允許的條件下進行整體臥組。塔架外部設有5根滑道，這5根滑道的直線度對整個火炬的安裝起決定性作用，必須保證整體組裝后整個滑道的直線度在設計允許范圍之內，發現問題及時調整。因為桿件之間采用法蘭連接，整個火炬有成千上萬的接點，每個接點螺栓的松緊都可能對整體直線度產生重要影響。同時，在導軌內部接觸面上，涂上潤滑油以減少火炬提升時的阻力。

火炬塔架吊裝時，在上部緊固接點螺栓時采用吊籠。火炬塔架高度太高，全部采用人工搭建腳手架成本高，工期長。經多方面考慮，決定用預制專用吊籠緊固上面需要緊固的接點，這樣大大節省了工期與費用。

由于以上各項工作的提前進行及廠家加工精度的保證，整個火炬塔架在吊裝過程中沒有出現任何問題，迅速精確地安裝完畢。

（2）嚴格控制火炬筒體預裝的精度。本項目火炬筒體采用現場預制，其精度較難保證，全部預制完成后，對每個火炬的6節筒體進行全部的臥組裝，以確保筒體頂升后的垂直度和兩側導軌的直線度，保證頂升順利進行。

（3）做好各項調試工作是進行筒體頂升安裝的前提。火炬筒體安裝前，在基礎基座上進行火炬筒體、火炬頭整體預組，將附筒管道、附筒的電氣、儀表全部就位，并完成全部防腐保溫工作，再進行各項試驗：其一，整體火炬直線度測試；其二，工藝管道水壓、氣密試驗；其三，電氣儀表通斷測試；其四，點火試驗等。若筒體頂升完成后，調試出現問題，則只能將筒體全部拆卸進行檢查，其返工工作量很大。

（4）火炬塔架高空障礙燈滑輪組盡量采用全封閉設計。本項目塔架航標燈采用卷揚機提升到塔架頂端位置，塔架所處位置處于風口，風力較大，提升完成后，鋼絲繩與滑輪組出現卡死現象，無法再次進行升降操作，無法及時對高空障礙燈更換檢查。若采用密閉滑輪組，可大大減少鋼絲繩卡死的機率，方便高空障礙燈的更換維修。

[1]衛建良，尹國梁，劉素，等.150 m多簡體自提升塔架式火炬結構與施工[J].石油工程建設，2006，32（5）：53-57.

許頊（1979-），男，北京人，工程師，2002年畢業于北方交通大學，現從事石化項目工程技術和管理工作。

2011-09-29

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.03.017