模塊法在石油化工行業(yè)現(xiàn)代施工中的應用

郭瑋晗

(西安科技大學 ， 陜西 西安 710054)

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模塊法在石油化工行業(yè)現(xiàn)代施工中的應用

郭瑋晗

(西安科技大學 ， 陜西 西安 710054)

隨著生產(chǎn)技術的不斷革新，材料領域的不斷突破，石油、化工行業(yè)設備逐漸朝著大型化、高參數(shù)方向發(fā)展。這對安裝施工也提出了較高的要求，通過逐漸摸索實踐及近年來大型吊車的吊裝能力不斷提升，大型設備、結構安裝方法也不斷成熟。模塊法是一種適合現(xiàn)階段設備大型化、高參數(shù)化發(fā)展的好方法。本文通過實習期間參與70萬t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氫裝置反應進料加熱爐鋼結構施工，介紹鋼結構模塊預制與安裝的工藝特點、經(jīng)濟效益、施工注意事項，給出了相應的預防辦法及解決對策。

鋼結構 ; 模塊法 ; 現(xiàn)代施工

0 前言

隨著生產(chǎn)技術的不斷革新，材料領域的不斷突破，石油、化工行業(yè)設備逐漸朝著大型化、高參數(shù)方向發(fā)展。作為生產(chǎn)裝置載體的鋼結構框架也朝大型、超高方向發(fā)展，這給鋼結構框架安裝提出了更高要求。

模塊法施工，是根據(jù)鋼結構的具體形式，將一座大型鋼結構分解成若干個小框架，在預制場分別預制成框，用大型吊車吊至安裝現(xiàn)場，像堆積木一樣將各段框架安裝到位。

傳統(tǒng)的鋼結構施工工藝已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代大型鋼結構框架的施工要求。大型框架的模塊法施工必須利用到大型吊裝的技術，模塊法施工技術要求不高、安全可靠、安裝速度快，避免長時間的高空作業(yè)，是一種比較理想的大型鋼結構安裝新工藝。

1 施工實例

1.1 概述

70萬t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氫裝置反應進料加熱爐鋼結構預制及安裝的施工任務。加熱爐鋼結構主體工程量：83 430 kg；共6層平臺，頂層標高16.4 m；跨度11 m×8.64 m；爐管安裝28根。

1.2 施工工序

施工準備→在廠房對各部件單獨預制→預制完成后在平臺上進行組片→對組片好的框架運至施工現(xiàn)場→對輻射室爐頂、爐底進行安裝→完善中間支撐梁、懸臂梁及勞動保護。

1.3 施工難點及對策

模塊法施工是工廠化生產(chǎn)流水線，其特有的工廠化預制、模塊法安裝方法需對下料、預制、安裝工序中的各項尺寸和焊接變形進行嚴格控制，需克服下料尺寸精度關、預制成框幾何尺寸關、模塊焊接變形關和安裝立柱對接關。

1.3.1 嚴格尺寸，確保下料精度

模塊法施工實行批量下料，尺寸一次到位，減少現(xiàn)場修割工作量。所有立柱、橫梁、支撐全部采用電腦放樣，確保尺寸精度，長度允許偏差≤3 mm。

1.3.2 精心組織，編制框架預制程序，確保分段尺寸

以加熱爐對流室預制為例子，框架預制的程序如下：①在預制平臺上可以利用天車立柱子，上橫梁完成對流室框架的組對；②安裝對流室兩端及中間管板框架；③上側(cè)面、頂部壁板；④用吊車將預制好的框架移至廠房外利用40 t拖車運輸進入施工現(xiàn)場，在現(xiàn)場利用80 t吊車(40 t配合)進行翻身；⑤在施工現(xiàn)場進行襯里施工，穿爐管，進行爐管焊接；⑥焊接完成探傷合格后利用200 t吊車進行對流室整體吊裝。

對流室整體預制結構圖見圖1。

圖1 對流室整體預制結構圖

1.3.3 控制焊接變形

焊接變形的原因主要是脹縮應力。焊接時，焊縫及熱影響區(qū)受熱而膨脹，但由于受到周圍金屬的阻礙而不能膨脹，此時產(chǎn)生壓應力，冷卻時焊縫及熱影響區(qū)要收縮，但又受到周圍金屬剛性的牽扯而不能自由收縮，因而產(chǎn)生拉應力。上述兩種應力的存在使焊件產(chǎn)生了變形。

控制焊接變形的措施：①采取加固措施，在對流室壁板焊接施工時，在壁板上焊接角鋼進行加固防止變形。②制定合理的焊接工藝措施：由于焊接量大，焊接點多，因此，要求現(xiàn)場焊接人員不能集中在某一點、某一處。人員布置應對稱、均勻分散。能對稱焊就不要單面焊，焊接電流盡量小。③控制焊接的組對間隙，將組對間隙控制在2 mm內(nèi)，盡量減少焊縫收縮空間。

1.3.4 模塊安裝的質(zhì)量控制

分段鋼結構框架安裝主要問題：①立柱對接錯口問題；②框架安裝垂直度問題。立柱對接錯口若超出技術要求，可以將對接口兩側(cè)一定范圍內(nèi)立柱立縫割開，待對口完成后再焊接。框架分段安裝類似堆積木，所以必須考慮上一段與下一段的垂直度。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，每一段垂直度都控制在10 mm以內(nèi)，然后一根立柱整體垂直度控制在15 mm內(nèi)，直至全部安裝完成。如安裝垂直度偏差較大，可采用柱截面修口的方式來調(diào)整框架垂直度。

1.3.5 吊裝工藝(以加熱爐對流室為例)

對流室整體質(zhì)量為35 t，具體包括金屬質(zhì)量18 t，襯里14 t，爐管3 t。為了防止在運輸?shù)跹b翻身時候發(fā)生變形，對鋼結構造成破壞，將對框架兩個側(cè)面進行加固處理，具體各側(cè)面的加固如圖2所示。

圖2 對流室側(cè)墻加固圖

對流室進行整體吊裝時，選擇柱1、2、3、4做為吊點，在柱頂橫梁H型鋼上焊接4個15 t級板式吊耳，吊耳打雙面坡口，焊接完成后進行100%滲透檢測，在對流室的中間(柱5與柱6之間)用2根10 t倒鏈進行拉緊固定，以免發(fā)生變形，待200 t起吊后利用80 t溜尾。

2 工藝特點

模塊法施工是現(xiàn)代大型吊裝技術與鋼結構框架安裝技術有機結合的產(chǎn)物，具有如下特點。

2.1 實現(xiàn)工廠化預制、模塊化安裝

模塊法施工工藝改變傳統(tǒng)鋼結構施工方法，將大部分工作轉(zhuǎn)到預制場，建立起下料、預制、安裝的工藝流程，安裝方式擯棄傳統(tǒng)的先立柱后橫梁，然后平臺的方法，采用分段整體吊裝就位的模塊化安裝工藝。

2.2 建立下料、預制、安裝的工藝流程，提高工作效率

模塊法施工工藝將傳統(tǒng)的下料、安裝工序增加為下料、預制、安裝流程，現(xiàn)場安裝工作量大大減少，變現(xiàn)場高空施工為地面預制工作，提高了工作效率。

2.3 提高大型吊車的利用率

模塊法施工采用龍門吊及小型吊車配合進行預制施工，大型吊車集中進行分段鋼結構框架吊裝就位施工，極大提高了大型吊車的利用率，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益。

2.4 大量高空作業(yè)轉(zhuǎn)移到地面預制，提高作業(yè)安全

模塊法施工將傳統(tǒng)施工中大部分高空安裝工作量轉(zhuǎn)移到地面預制施工中，現(xiàn)場僅分段框架連接點對焊高空作業(yè)，大大提高了現(xiàn)場施工安全性。

2.5 分散施工偏差，提高安裝質(zhì)量

模塊法施工工藝將整個鋼結構框架安裝尺寸偏差分散到各分段鋼結構框架中，通過控制分段框架的預制尺寸偏差和安裝偏差來控制整個框架的安裝質(zhì)量。

3 經(jīng)濟效益及效果

用模塊法施工完成70萬t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氫裝置反應進料加熱爐鋼結構的施工，不僅圓滿完成了施工任務，同時也節(jié)約了工期，比原計劃縮短了20 d。同時還為公司節(jié)省了資金，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。而且由于節(jié)省時間、施工質(zhì)量優(yōu)良，該方法也得到了業(yè)主的廣泛好評，獲得了較好的社會效益。

4 模塊法在其他施工中的運用

隨著吊裝能力的提升，模塊法近年來在大型裝置建設中運用得越來越多。例如2008年55萬t/a氣體分餾裝置異地改造及系統(tǒng)配套工程需新增兩臺丙烯塔，材質(zhì)為16MnR，C-2103A規(guī)格為Φ5 600 mm×68 598 mm×48 mm (內(nèi)經(jīng)×總長×壁厚)，質(zhì)量為472 305 kg，C-2103B的規(guī)格為Φ5 600 mm×67 998 mm×48 mm (內(nèi)經(jīng)×總長×壁厚)，質(zhì)量為468 575 kg。施工方法為模塊預制，現(xiàn)場安裝。C-2103A，C-2103B共分29節(jié)進行預制，每節(jié)高度約3 900 mm，在預制場中將每節(jié)內(nèi)構件、接管安裝好，驗收合格后運輸至現(xiàn)場進行安裝。因?qū)儆谂f裝置改造，受現(xiàn)場施工條件局限，安裝采用Demag Ac615 200 t級汽車吊及600 t級履帶吊配置不同工況進行。通過模塊化預制，大大減少高空施工作業(yè)量，節(jié)省了大量機械臺班，提高了施工質(zhì)量及施工進度，取得了良好的效果。

5 模塊法施工中注意的問題

模塊法施工在大型鋼結構施工中施工方法簡單，施工效率高，但應注意以下幾個問題：①熟悉施工內(nèi)容，了解施工機具準備情況，了解現(xiàn)場，合理制定施工方案。②充分利用CAD等計算機輔助軟件進行模塊放樣，使工作效率提高。③嚴格按照現(xiàn)場尺寸進行模塊的預制是模塊法施工的根本。④嚴把質(zhì)量關，施工工程記錄與工程進度同步。⑤仔細核算模塊重量，合理設置吊點，正確選取吊具，確保大型吊裝的安全實施。

6 總結

隨著時代的進步，科技的發(fā)展，模塊法施工已經(jīng)逐漸深入到各種裝置建設中。在未來的施工中，模塊法將創(chuàng)造更多的經(jīng)濟及社會效益。

2017-03-27

郭瑋晗(1995-)，男，在校學生，研究方向為機械設備，電話：13193349380。

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