乙烯裂解爐模塊化制造及整體運輸技術(shù)

王 津

南京揚子石油化工工程有限責(zé)任公司 江蘇南京 210048

大型乙烯裝置裂解爐模塊化制造及整體運輸是國際石化裝備行業(yè)的發(fā)展趨勢，中國石化集團早在2012年就提出“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、模塊化建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化采購”的工程建設(shè)項目“三化”工作，目前已在沿海一大型石化基地的乙烯裝置項目上推進實施“一個現(xiàn)場、兩個工地”戰(zhàn)略部署，創(chuàng)新項目建設(shè)管理方式，“以空間換時間、向管理要進度”，將模塊化建設(shè)工作延伸到第二個工地，對管道、鋼結(jié)構(gòu)及其他專業(yè)工程進行深度預(yù)制和組裝。“第二工地”制造完成的裂解爐通過SPMT 軸線車整體運輸?shù)健暗谝还さ亍保浞职l(fā)揮“兩個工地”的作用。本文在乙烯裂解爐常規(guī)安裝技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點探討裂解爐的本體構(gòu)件模塊化、臨時運輸加固措施和整體運輸方式等，并分析了模塊化的發(fā)展優(yōu)勢。

1 工程概況

本工程地處我國東南沿海某島嶼上，氣候炎熱，雨多風(fēng)大，施工場地位于海島吹填砂區(qū)域，地質(zhì)條件不理想。項目共有8 臺15 萬t/ a 乙烯裂解爐，單臺爐鋼結(jié)構(gòu)平面長×寬尺寸為13m×26m，為雙輻射爐膛結(jié)構(gòu)；輻射段上部有7 個對流段模塊，爐本體最高點為煙囪頂標(biāo)高，達到59.8m。其中1# 、2# 、4# 、6# 和8# 裂解爐在“第一工地”現(xiàn)場制作安裝，3# 、5# 、7# 裂解爐在“第二工地”模塊化制造并整體運輸至“第一工地”。

2 裂解爐模塊化

裂解爐主體結(jié)構(gòu)分為輻射段、橫跨段、對流段模塊、集煙罩、煙道，以及內(nèi)部附屬的輻射爐管、急冷換熱器、引風(fēng)機等設(shè)備。根據(jù)爐本體結(jié)構(gòu)特點，可劃分為輻射段側(cè)墻/ 端墻整體拼裝模塊化、對流段模塊化、急冷換熱器及附屬鋼結(jié)構(gòu)模塊化、輻射爐管模塊化等，詳見圖1。

2.1 整體安裝流程

裂解爐采取豎向“由下而上”的安裝流程，以輻射段、對流段、集煙罩為三大段進行制作、組裝，將在工廠和現(xiàn)場地面預(yù)制組裝的模塊以“搭積木”的方式進行總體安裝，主要構(gòu)件安裝流程如圖2 所示。

2.2 輻射段爐墻板拼裝模塊化

圖1 主要構(gòu)件模塊化

圖2 主體安裝流程

（1）根據(jù)輻射段鋼結(jié)構(gòu)拼裝尺寸，設(shè)置組對平臺（長×寬尺寸：20m×12m），焊接定位板，節(jié)點處用墊鐵找平，組成一個片狀組裝胎具。

（2）輻射段爐墻板（含內(nèi)側(cè)錨固釘）分片到貨后，按照拼裝部位對鋼結(jié)構(gòu)進行編號，放置到組裝胎具上。在放置墻板時需注意將內(nèi)側(cè)朝下，以便于附屬鋼結(jié)構(gòu)平臺的安裝。

（3）首先組對墻板的框架結(jié)構(gòu)，幾何尺寸調(diào)整合格后進行焊接，焊接完成后對墻板和加強筋進行組焊。墻板焊接時，應(yīng)采取對稱焊、分段焊、加設(shè)防變形板等方式防止焊接變形。

（4）一面墻體（端墻/ 側(cè)墻）拼裝完成后，利用兩根帶平衡滑輪組的平衡梁，將在組裝平臺上拼裝完成的輻射段一側(cè)墻板緩慢吊起（圖3），就位后擰緊地腳螺栓，最后在墻板四角方位用拖拉繩臨時固定。

2.3 對流段模塊安裝

每臺裂解爐有7 塊對流段模塊，均為工廠化預(yù)制，成品到貨。現(xiàn)場吊裝采用提前制作完成的專用吊裝桁架“由下而上”依次吊裝就位（圖4），兩模塊間應(yīng)鋪設(shè)耐火陶瓷纖維毯作為密封。模塊就位找正后，及時安裝定位螺栓。若需隔天吊裝，部分模塊安裝就位后，要及時在頂部鋪設(shè)三防布進行保護。

圖3 輻射段墻板拼裝吊裝

圖4 對流段模塊吊裝

3 臨時整體加固措施

裂解爐在整體運輸過程中，由于制造條件和受力狀況與正常工況有所不同，因此在制造前的設(shè)計階段，必須充分考慮整體運輸過程中的臨時加固措施，確保運輸過程中的穩(wěn)定性。通過裂解爐施工方、運輸單位與設(shè)計的對接溝通，為了不改變正式就位后爐本體的受力形式，臨時加固采取裂解爐底部增加聯(lián)合托盤的形式（圖5）。

圖5 加固三維示意圖

裂解爐底部聯(lián)合托盤采用H 型鋼（H400mm×400mm×20mm×25mm，材質(zhì)Q345）與本體承重柱進行焊接，縱向采用整根橫梁、橫向采用斷開橫梁連接。爐本體柱四周用同等規(guī)格H 型鋼連接，所有焊縫均開40°坡口，全熔透焊接，焊縫級別為二級。除了托盤式加固方式，在運輸前還需對裂解爐煙道、汽包、輻射爐管和工藝管道等進行加固，加固采用工字鋼I20 及綁扎帶進行固定。

4 模塊化整體運輸

單臺裂解爐運輸重量達到3600t（含附屬結(jié)構(gòu)梯子平臺、附屬設(shè)備、管道和運輸加固底盤等），最高點高度為59.8m，爐體重心在34.6m，具有質(zhì)量集中、高度高、穩(wěn)定性差的特點，運輸難度較大。此外，施工場地位于海島吹填砂區(qū)域，地質(zhì)條件差，對運輸區(qū)域的地基要求高。因此，項目參與各方針對運輸路線區(qū)域的地基處理、運輸車輛的選擇等進行了充分的論證。

4.1 地基處理

依據(jù)計算得知，地基承載力為18.69t/ m2，考慮預(yù)留一定的安全系數(shù)，地基承載力≮20t/ m2。因此，將運輸行走區(qū)域按照其周邊場地標(biāo)高開挖800mm 基槽，確保開挖后的基槽內(nèi)無軟土。如有積水、淤泥，應(yīng)排水晾干或?qū)⒕植寇浲翆油诔觯檬瘔K進行鋪墊、碎石找平，并使用20t 級震動式壓路機壓實基槽。基槽回填前需由檢驗人員進行驗槽，確保基槽滿足位置、尺寸、土質(zhì)和開挖深度要求。回填首先使用直徑Φ300mm ～500mm 的毛石，中間再用碎石、砂填充縫隙，并用20t級震動壓路機反復(fù)縱橫震動壓實；最后面層上鋪100mm 厚碎石，頂層澆筑200mm 厚7%級配碎石水穩(wěn)層找平，防止運輸途中車輪打滑引發(fā)事故。

4.2 地基檢測

為確保設(shè)備運輸安全，地基處理完畢后模塊化運輸前一定時間，除依據(jù)SH/ T 3515- 2017《石油化工大型設(shè)備吊裝工程施工技術(shù)規(guī)程》采用配重塊壓重法進行地基地耐力的檢測外，還需要進行車組載荷試驗，對地基處理范圍內(nèi)存在的隱性問題提出要求。現(xiàn)場采用2縱列6 軸線壓載210t 配重進行重載試驗，軸載為35t/軸線，已大于實際運輸時的軸載要求（3600÷112=32.14t）；對處理范圍內(nèi)所有的路面進行全方位承壓試驗，不留死角；對重要位置需要進行重車組轉(zhuǎn)向試驗（原地轉(zhuǎn)向）、升降試驗（重車組原地升降不少于3次）和靜載試驗（重車組停留30min）；最后對試驗過程中出現(xiàn)的問題進行整改。

4.3 車輛選擇

運輸車輛選擇德國進口索埃勒自驅(qū)動模塊360°全轉(zhuǎn)向液壓平板車(簡稱SPMT)。該車作為引領(lǐng)世界大型設(shè)備搬運工具發(fā)展方向，具有高載荷、高效性、靈活操作及全方位轉(zhuǎn)向等特點，已逐漸取代傳統(tǒng)液壓平板車，廣泛應(yīng)用與大型石化、核電和海工模塊等大型設(shè)備的倒運及裝卸船作業(yè)等。

SPMT 每節(jié)為8 縱列、28 軸線，每軸線自重4.5t，最大有效荷載43.5t，時速1km/ h，可根據(jù)不同情況組合拼接成不同模塊使用。根據(jù)裂解爐運輸總重量3600t，計算出需4 節(jié)共計112 軸線，車組總有效載荷4872t，負(fù)荷率為74%，滿足運輸條件。

4.4 整體運輸

（1）裂解爐“第一工地”土建基礎(chǔ)、爐本體及附屬設(shè)備、管道、電儀、臨時加固措施、地基處理和SPMT 軸線車配置等，經(jīng)項目參與各方檢查確認(rèn)合格后，即具備整體運輸條件。

（2）將4 節(jié)SPMT 軸線車開至待運裂解爐底部，在液壓平板上設(shè)置運輸支撐塊，緩慢頂升使裂解爐整體受力后，將底部鋼結(jié)構(gòu)立柱切斷至圖紙標(biāo)明的柱頂標(biāo)高，完成后緩慢運輸至“第一工地”，詳見圖6。

（3）運輸就位后，SPMT 軸線車液壓平板緩慢下降就位，將裂解爐底部鋼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)底板逐個焊接。待全部焊接完成并找正合格后，車輛離場，運輸完成。

圖6 裂解爐整體運輸示意圖

5 模塊化優(yōu)勢比較分析

裂解爐整體模塊化在安全、質(zhì)量、進度、市場競爭力等方面，較以往的安裝方式具有明顯優(yōu)勢：

5.1 安全、質(zhì)量優(yōu)勢

乙烯裝置的布局一般都非常緊湊，尤其是裂解爐區(qū)的數(shù)臺裂解爐并排布置，施工區(qū)域狹小，安裝過程涉及到鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、電氣、儀表、筑爐等多個專業(yè)，裂解爐之間搶奪施工作業(yè)面的問題顯著，導(dǎo)致嚴(yán)重的交叉作業(yè)現(xiàn)象。通過“一個現(xiàn)場、兩個工地”的實施，可以騰挪作業(yè)空間，展開施工作業(yè)面，加大安全距離，減少交叉作業(yè)，改善作業(yè)環(huán)境，降低安全風(fēng)險，提高安裝質(zhì)量。

5.2 進度優(yōu)勢

受益于施工作業(yè)環(huán)境的改善，裂解爐安裝過程中吊車可以圍著爐本體四周行駛，增加吊車的使用覆蓋率，為鋼結(jié)構(gòu)、管道等安裝提供了更為舒適的安裝條件，減小了安裝難度，提高了安裝效率，贏得了作業(yè)時間，縮短了施工工期。根據(jù)測算，實際工期較以往經(jīng)驗工期減少了3- 4 個月。

5.3 市場競爭優(yōu)勢

通過大型石化工程裂解爐模塊化項目的實施，跟上了世界級模塊化的發(fā)展趨勢，積累了實戰(zhàn)經(jīng)驗，提高了項目參與各方的市場綜合競爭力。

6 結(jié)束語

裂解爐模塊化的實施突破了大型石化乙烯項目工期、環(huán)境、資源等多種限制，增加了安全、質(zhì)量保證，提高了施工可靠性，對工程項目創(chuàng)新提供了更多的實際應(yīng)用價值，為今后石化裝置局部或整體模塊化建造、整體交付使用奠定了堅實的基礎(chǔ)。