焦炭塔現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)施工技術(shù)要點(diǎn)

曾永德

中國(guó)石化集團(tuán)第五建設(shè)公司 甘肅蘭州 730060

焦炭塔現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)施工技術(shù)要點(diǎn)

曾永德

中國(guó)石化集團(tuán)第五建設(shè)公司 甘肅蘭州 730060

延遲焦化工藝是一種成熟的重油加工工藝，在渣油軟質(zhì)化工藝中占有重要地位，焦炭塔是其中的核心設(shè)備。

我公司承擔(dān)施工的中國(guó)石化股份有限公司廣州分公司煉油完善配套及環(huán)保治理項(xiàng)目140萬(wàn)t/a延遲焦化裝置中焦炭塔外形尺寸和重量較大,設(shè)備全容積約2302m3、容器凈重約326.811t、設(shè)備規(guī)格為φ9400×42.659×(26+3)/24/32/34/36/38/40/42/46，設(shè)備主體材質(zhì)為SA387Gr11CL1和SA387Gr11CL1+06Gr13復(fù)合鋼板，裙座材質(zhì)為Q345R，供貨狀態(tài)為散片到貨。焦炭塔上球形封頭由17塊球片和3塊極蓋板組成；筒節(jié)共分為14帶板；錐段分3段到貨：上段分9片、中段分6片，錐段下段與過(guò)渡段由廠家直接組焊成型。所有球片和板片全部由某壓力容器制造單位負(fù)責(zé)下料、壓制成型、坡口制備，我公司負(fù)責(zé)焦炭塔現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)、焊接及安裝。綜合各種影響因素，我公司制定了先將該焦炭塔在施工現(xiàn)場(chǎng)分別組對(duì)焊接成三段（見圖1），再進(jìn)行吊裝、組對(duì)、焊接成整體，而后進(jìn)行整體熱處理以及強(qiáng)度試驗(yàn)工作的安裝方案。

1 施工準(zhǔn)備

1.1 施工作業(yè)文件的準(zhǔn)備

（1）施工單位項(xiàng)目總工組織項(xiàng)目部相關(guān)人員審查焦炭塔設(shè)計(jì)圖紙是否齊全；確認(rèn)設(shè)計(jì)總圖（藍(lán)圖）已加蓋壓力容器設(shè)計(jì)資格印章（復(fù)印章無(wú)效），印章中設(shè)計(jì)單位全稱、技術(shù)負(fù)責(zé)人姓名、設(shè)計(jì)許可證編號(hào)及設(shè)計(jì)許可證批準(zhǔn)日期一應(yīng)俱全，設(shè)計(jì)資格印章失效的圖樣和已加蓋竣工圖章的圖樣不得用于焦炭塔現(xiàn)場(chǎng)組焊施工；審查設(shè)計(jì)采用的技術(shù)法規(guī)和規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為有效版本；審查焦炭塔制造單位提供的產(chǎn)品質(zhì)量證明文件應(yīng)合法有效。

（2）施工單位項(xiàng)目總工組織人員根據(jù)焦炭塔設(shè)計(jì)圖紙和焦炭塔制造單位提供的技術(shù)文件編制現(xiàn)場(chǎng)組焊作業(yè)指導(dǎo)文件并履行審批手續(xù)。組織完成各層次的技術(shù)交底工作。

（3）施工單位項(xiàng)目總工組織技術(shù)人員核查現(xiàn)有焊接工藝評(píng)定是否能夠覆蓋焦炭塔組焊的需要，主要從現(xiàn)有焊接工藝評(píng)定所采用的焊接方法、適用的母材、焊接材料、焊接位置、試件厚度、焊接工藝等方面核查。如不能完全覆蓋，則需按照J(rèn)B4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》組織進(jìn)行所需的焊接工藝評(píng)定，確保項(xiàng)目所使用的焊接工藝評(píng)定能夠覆蓋焦炭塔組對(duì)焊接所涉及的所有位置和材質(zhì)。

1.2 施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

1.2.1 焊工資格

參與焦炭塔現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接施工的焊工，必須按照TSG Z6002-2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》的規(guī)定進(jìn)行培訓(xùn)和考核，取得國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的《特種設(shè)備作業(yè)人員證》，并且只能在有效期內(nèi)從事與其合格項(xiàng)目相符的焊接工作，嚴(yán)禁超期、超范圍施焊。

1.2.2 設(shè)備、機(jī)具、卡具準(zhǔn)備

電焊機(jī)等施工機(jī)械設(shè)備必須經(jīng)入場(chǎng)前的安全檢查和確認(rèn)，保證機(jī)械設(shè)備處于安全完好狀態(tài)；施工設(shè)備上的檢測(cè)儀表已經(jīng)檢定（驗(yàn)）合格。

用于施工檢驗(yàn)的各種檢驗(yàn)與試驗(yàn)工具（如經(jīng)緯儀、紅外線測(cè)溫儀、游標(biāo)卡尺、盤尺、卷尺、鋼板尺等）已經(jīng)法定的計(jì)量器具校驗(yàn)單位檢定（驗(yàn)）合格，并取得檢定（驗(yàn)）證書。

專用檢測(cè)工具已制作完成并經(jīng)檢查確認(rèn)合格。為了焦炭塔的組焊工作能夠高效的進(jìn)行，需特別制作焦炭塔組對(duì)檢查用弧形樣板（采用0.75mm的鍍鋅鐵皮制作），如筒體驗(yàn)收弧形樣板、球形封頭球片驗(yàn)收弧形樣板、焊縫棱角度驗(yàn)收弧形樣板等。

1.2.3 組對(duì)平臺(tái)的搭設(shè)

焦炭塔組對(duì)平臺(tái)布置在施工區(qū)域經(jīng)平整強(qiáng)化的預(yù)制場(chǎng)地上，尺寸為12m×12m。該組對(duì)平臺(tái)由尺寸為300mm×300mm的混凝土地梁基礎(chǔ)和δ=30mm厚度的鋼板組成。組對(duì)平臺(tái)搭設(shè)要求如下：

（1）混凝土基礎(chǔ)表面水平度要控制在2mm/m范圍之內(nèi)；

（2）混凝土基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到75%以后方可將厚度為30mm的鋼板鋪設(shè)在之上；

（3）鋼板的水平度要控制在1mm/m范圍之內(nèi)，鋼板之間需通過(guò)點(diǎn)焊的方式牢固連接。

1.3 焊接材料和焦炭塔組焊半成品的驗(yàn)收

1.3.1 焊接材料的驗(yàn)收

施工單位應(yīng)按照相應(yīng)焊接材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，應(yīng)做上合格標(biāo)記入庫(kù)貯存并填寫焊材入庫(kù)檢驗(yàn)記錄，妥善保管；用于現(xiàn)場(chǎng)施焊的焊接材料必須有質(zhì)量證明書和合格證，且在一年有效期內(nèi)；對(duì)同一爐批號(hào)的焊條和每種焊絲的熔敷金屬應(yīng)至少作一次化學(xué)成份分析，并確認(rèn)無(wú)誤。復(fù)合鋼板復(fù)層和過(guò)渡層以及耐蝕堆焊層采用的焊接材料EniCrFe-3應(yīng)符合GB/T13814-92的要求。

1.3.2 焦炭塔組焊產(chǎn)品零部件的驗(yàn)收

施工單位應(yīng)按照TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、壓力容器現(xiàn)場(chǎng)組焊相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求組織對(duì)焦炭塔組焊產(chǎn)品零部件的檢查驗(yàn)收并做好相關(guān)的記錄。

1.3.2.1 焦碳塔分瓣進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的半成品、零部件必須具有的技術(shù)文件：

（1）裝箱單（或半成品、零部件清單）；

（2）壓力容器產(chǎn)品安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)證書；

（3）產(chǎn)品質(zhì)量證明文件；

（4）需要的其它技術(shù)文件。

1.3.2.2 焦炭塔球形殼板、極蓋板、錐體瓣片與筒體單片周邊的坡口表面應(yīng)滿足的要求：

（1）坡口尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣要求規(guī)定，表面應(yīng)平滑；

（2）坡口表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷；

（3）坡口及其邊緣100mm范圍內(nèi)應(yīng)清潔無(wú)污染，距離坡口100mm范圍內(nèi)表面磁粉檢測(cè)Ⅰ級(jí)合格；

（4）用弧形樣板檢查到貨的半成品的弧度，應(yīng)符合圖紙和技術(shù)文件要求；

（5）用弧形樣板檢查焦炭塔球形封頭瓣片曲率時(shí)，其允許偏差應(yīng)符合表1的規(guī)定，檢查方法（見圖2）。

1.4 施工告知

在完成前述施工作業(yè)文件的準(zhǔn)備和施工現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備工作后，施工單位項(xiàng)目總工應(yīng)向焦炭塔使用單位所在地（直轄市或者設(shè)區(qū)的市級(jí)）質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門履行告知手續(xù)。項(xiàng)目部應(yīng)該準(zhǔn)備好焦炭塔設(shè)計(jì)圖紙資料、焦炭塔筒體壓制單位產(chǎn)品質(zhì)量證明文件、施工單位壓力容器現(xiàn)場(chǎng)組焊許可證及焦炭塔現(xiàn)場(chǎng)組焊作業(yè)文件等資料，隨時(shí)接受國(guó)家特種設(shè)備安全監(jiān)督部門的監(jiān)督檢查。

2 組對(duì)質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 焦炭塔組對(duì)焊接接頭分類

焦炭塔主要受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D四類，（見圖 3）。

A類焊接接頭：指焦炭塔圓筒部分的縱向接頭、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對(duì)接的接頭。

B類焊接接頭：指焦炭塔筒體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接頭、長(zhǎng)頸法蘭與接管連接的接頭及除已規(guī)定為A、C、D類的焊接接頭。

C類焊接接頭：指平蓋、管板與筒體非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭。

D類焊接接頭：指接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。

2.2 焦炭塔組對(duì)質(zhì)量要求

焦炭塔各組成部分（指板片、筒體、裙座、球形封頭瓣片和極蓋板之間）組對(duì)完成后，須對(duì)其各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，檢查的項(xiàng)目和允許偏差（見表1）。

（1）組對(duì)時(shí)，采用工卡具調(diào)整組對(duì)間隙和錯(cuò)邊量，不得進(jìn)行強(qiáng)力組裝。

非復(fù)合板A、B類焊接接頭的對(duì)口錯(cuò)邊量應(yīng)符合表2規(guī)定，錯(cuò)邊表面應(yīng)圓滑過(guò)度，并在其寬度范圍內(nèi)修整后斜度至少應(yīng)為3:1；當(dāng)焊縫兩側(cè)板厚度不一樣時(shí)，應(yīng)保證內(nèi)壁平齊，外部光滑過(guò)度；對(duì)于復(fù)合鋼板的焊接接頭，焊縫處的復(fù)層對(duì)口錯(cuò)邊量不得大于復(fù)層厚度的50%，且不大于1mm。

表1 檢查的項(xiàng)目和允許偏差表

（2）在焊接接頭環(huán)向形成的棱角,用弦長(zhǎng)等于1/6內(nèi)徑，且不小于300mm的內(nèi)樣板或外樣板檢查，其值不得大于（δ/10+2）mm，且不小于5mm。

（3）單層圓筒的直線度用不小于圓筒長(zhǎng)度的直尺檢查，直尺與筒壁之間的間隙不大于1.5mm/m且不大于50mm。多個(gè)筒節(jié)直線度允許偏差應(yīng)不大于殼體長(zhǎng)度的1‰。各段殼體吊到胎具支座上，四條方位母線應(yīng)對(duì)正，應(yīng)以各段的基準(zhǔn)圓為準(zhǔn)調(diào)整間隙及錯(cuò)邊量，通過(guò)筒體的0°、90°、180°270°四個(gè)部位拉φ0.5mm的細(xì)鋼絲進(jìn)行（線錘、鋼板尺）測(cè)量，測(cè)量位置應(yīng)離縱縫的距離不小于100mm。

（4）將筒圈組對(duì)、固定完成后，應(yīng)使用U形管水平儀測(cè)量筒圈上部的水平度。

（5）組對(duì)完成后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行圓度檢查，單層圓筒上口最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差，不得大于25mm（見圖4）。

（6）單層筒圈組焊完畢后，應(yīng)檢查兩相鄰?fù)踩Φ耐鈭A周長(zhǎng)允差不大于3.14×d/2，d為對(duì)口允許最大錯(cuò)邊量。

2.3 焦炭塔組對(duì)防焊接變形加固措施

焦炭塔各部分組對(duì)檢查合格后，不應(yīng)立即施焊。根據(jù)組對(duì)成形的各部分的特點(diǎn)采取相應(yīng)的防變形措施（見圖5）。

“Y”形支撐圈用來(lái)防止焦炭塔筒圈組對(duì)縱向焊縫的焊接變形，其加裝要求是：在離焦炭塔筒圈頂部、底部200mm處及筒圈中部各設(shè)置1個(gè)。

“米”形支撐架用來(lái)防止焦炭塔錐體或球形封頭組對(duì)縱向焊縫的焊接變形，其加裝要求是：在錐體上部、下部適當(dāng)位置分別設(shè)置一個(gè)；在球形封頭內(nèi)離最大切面200mm處按所需的數(shù)量設(shè)置。

3 各部件組對(duì)步驟

3.1 焦炭塔上段球形封頭組對(duì)步驟

（1）在組裝鋼平臺(tái)上劃出球形封頭最大切口組裝基準(zhǔn)圓（見圖6），組裝胎具的基準(zhǔn)面必須找平，其水平度允許偏差為1mm；

（2）按瓣片編號(hào)進(jìn)行組對(duì)；

（3）在距離組對(duì)焊縫兩側(cè)約100mm范圍處各設(shè)置一塊定位板；

（4）球形封頭的組對(duì)必須搭設(shè)臨時(shí)胎具（見圖7），胎具的搭設(shè)尺寸根據(jù)組對(duì)工藝要求確定。

（5）以定位板和組對(duì)胎距為基準(zhǔn)，用工卡具使瓣片緊靠定位板和胎具，進(jìn)行對(duì)口間隙和錯(cuò)邊量的調(diào)整。

（6）調(diào)節(jié)球形封頭整體的錯(cuò)邊量、對(duì)口間隙、下口的周長(zhǎng)、圓度等，具體允許偏差必須符合焦炭塔組對(duì)質(zhì)量要求。

需要注意的事項(xiàng)：球形封頭必須組對(duì)成整體后（封頭極蓋板先不組對(duì)）再進(jìn)行焊接；定位板應(yīng)采用與基層相一致的材料。

3.2 焦炭塔單層筒圈組對(duì)步驟

（1）在鋼平臺(tái)上劃出組裝基準(zhǔn)圓，組裝胎具的基準(zhǔn)面必須找平，其水平度允許偏差為1mm；按瓣片編號(hào)組對(duì)；

（2）在距離組對(duì)焊縫兩側(cè)約100mm范圍處各設(shè)置一塊定位板，在組裝基準(zhǔn)圓內(nèi)，設(shè)置組裝胎具，以定位板和組裝胎距為基準(zhǔn)，用工卡具使瓣片緊靠定位板和胎具，進(jìn)行對(duì)口間隙和錯(cuò)邊量的調(diào)整（見圖8）；

（3）組對(duì)完成后，需依照防變形措施在筒圈內(nèi)側(cè)上部、中部、下部分別用“Y”形支撐對(duì)其進(jìn)行加固，參照“Y”形支撐圈加裝示意圖制作；

（4）經(jīng)弧形樣板、焊縫檢驗(yàn)尺、盤尺、卷尺等工具檢查合格后，具體尺寸必須符合焦炭塔組對(duì)質(zhì)量要求。

3.3 焦炭塔筒圈之間環(huán)縫組對(duì)步驟

（1）在下段筒體的上口（端）內(nèi)側(cè)或外側(cè)每隔500mm設(shè)置一塊定位板，以定位板為基準(zhǔn)，將上段筒體按照筒體四條方位母線（彈出粉線為暫時(shí)性標(biāo)記）的位置吊放上去，相鄰?fù)补?jié)四條方位母線要求必須對(duì)正，其偏差值不得大于5mm；

（2）在對(duì)口處每隔500mm放置間隙片一塊，用調(diào)節(jié)絲杠調(diào)整組對(duì)間隙，用卡子、銷子調(diào)整錯(cuò)邊量，使其沿圓周均勻分布，防止局部超標(biāo)（見圖9）。

（3）找正筒體垂直度，錯(cuò)邊量等，具體允許偏差必須符合焦炭塔組對(duì)質(zhì)量要求。

3.4 焦炭塔上段球形封頭與圓筒筒圈組對(duì)步驟

（1）根據(jù)球形封頭最大切面的幾何尺寸與相鄰的筒圈A1的幾何尺寸進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，具體以球形封頭的尺寸為準(zhǔn)；

（2）必須在球形封頭全部組焊完畢后才能組對(duì)筒圈A1；

（3）組對(duì)筒圈A1的步驟與焦炭塔單層筒圈組對(duì)步驟一致。

3.5 焦炭塔單層錐體筒圈組對(duì)步驟

（1）在鋼平臺(tái)上劃出錐體大口（下端）組裝基準(zhǔn)圓，組裝胎具的基準(zhǔn)面必須找平，其水平度允許偏差為1mm；

（2）搭設(shè)臨時(shí)胎具（見圖10），胎具的搭設(shè)尺寸根據(jù)組對(duì)工藝要求確定。

（3）按瓣片編號(hào)進(jìn)行組對(duì)；

（4）在距離組對(duì)焊縫兩側(cè)約100mm范圍處各設(shè)置一塊定位板；

（5）以定位板和組裝胎距為基準(zhǔn)，用工卡具使瓣片緊靠定位板和胎具，進(jìn)行對(duì)口間隙和錯(cuò)邊量的調(diào)整；錐段組對(duì)間隙、錯(cuò)邊量等具體允許偏差必須符合焦炭塔組對(duì)質(zhì)量要求。

（6）檢查錐段組對(duì)質(zhì)量，保證錐段上下口（端）投影圓保持同心（見圖11）。即：錐段上口（端）投影到底板上的圓C1與底板定位圓C2間距相等，即所有測(cè)量的a的數(shù)據(jù)相等。

（7）在錐體上、下口（端）的適當(dāng)位置分別用“米”字支撐對(duì)其加固后進(jìn)行焊接。

3.6 焦炭塔錐體與錐體間組對(duì)步驟

（1）在下段錐體的上口內(nèi)側(cè)或外側(cè)每隔500mm設(shè)置一塊定位板，以定位板為基準(zhǔn)，將上段錐體按照錐體四條方位母線的位置吊放上去，相鄰錐段四條方位母線要求必須對(duì)正，其偏差值不得大于5mm；

（2）在對(duì)口處每隔500mm放置間隙片一塊，用調(diào)節(jié)絲杠調(diào)整組對(duì)間隙，用卡子、銷子調(diào)整錯(cuò)邊量，使其沿圓周均勻分布，防止局部超標(biāo)。

（3）調(diào)整錐體整體的同心度、直線度等，其允許偏差必須符合焦炭塔組對(duì)質(zhì)量的要求（見圖11）。

（4）在錐體上、下口（端）的適當(dāng)位置分別用“米”字支撐對(duì)其加固后進(jìn)行焊接。

3.7 焦炭塔錐段與圓筒筒圈組對(duì)步驟

（1）以錐體的第一圈A15上口圓周尺寸為準(zhǔn)，調(diào)整并確定其相鄰?fù)踩14的幾何尺寸；

（2）必須在錐體第一圈A15組焊完成后才能組對(duì)筒圈A14；

（3）組對(duì)筒圈A14的步驟與焦炭塔單層筒圈組對(duì)步驟一致。

3.8 焦炭塔裙座的組對(duì)步驟

（1）在焦炭塔組對(duì)鋼平臺(tái)上劃出裙座下口組裝基準(zhǔn)圓，組裝胎具的基準(zhǔn)面必須找平，其水平度允許偏差為1mm；

（2）搭設(shè)臨時(shí)胎具，胎具的搭設(shè)尺寸根據(jù)組對(duì)工藝要求施工；（3）按瓣片編號(hào)進(jìn)行組對(duì)；

（4）在距離組對(duì)焊縫兩側(cè)約100mm范圍處各設(shè)置一塊定位板；

（5）以定位板和組裝胎距為基準(zhǔn)，用工卡具使瓣片緊靠定位板和胎具，進(jìn)行對(duì)口間隙和錯(cuò)邊量的調(diào)整。其允許偏差必須符合焦炭塔組對(duì)質(zhì)量的要求

（6）在裙座離上下口200mm處分別用“米”字支撐對(duì)其加固后進(jìn)行焊接。

4 結(jié)語(yǔ)

焦炭塔現(xiàn)場(chǎng)組焊涉及施工準(zhǔn)備、組對(duì)質(zhì)量控制及步驟、吊裝、焊接、熱處理、無(wú)損檢測(cè)、壓力試驗(yàn)及竣工驗(yàn)收等各項(xiàng)工作，其他工作的技術(shù)要點(diǎn)不在本文談?wù)摰姆秶畠?nèi)，在此不再贅述。

我公司在中國(guó)石化股份有限公司廣州分公司煉油完善配套及環(huán)保治理項(xiàng)目140萬(wàn)t/a延遲焦化裝置焦炭塔現(xiàn)場(chǎng)組焊過(guò)程中，采用上述方法快速、高效的完成了所有現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)任務(wù)，取得了各組對(duì)工序一次報(bào)驗(yàn)通過(guò)的良好業(yè)績(jī)，節(jié)省了機(jī)械臺(tái)班、降低了施工成本；為后續(xù)的焊接等工序打下了良好的基礎(chǔ)，值得其他壓力容器現(xiàn)場(chǎng)組焊工程借鑒。

1《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》 TSG R0004-2009.

2《鋼制壓力容器》（含第1、2號(hào)修改單）GB150-1998.

3《鍋爐和壓力容器用鋼板》 GB713-2008.

4《石油化工靜設(shè)備安裝工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB50461-2008.

5 中國(guó)石化股份有限公司廣州分公司140萬(wàn)t/a延遲焦化裝置焦炭塔制造及驗(yàn)收工程技術(shù)條件.

TE682

B

1672-9323（2012）03-0038-04

2012-04-02）