Lummus CATOFIN 工藝丙烷脫氫裝置高溫管道施工技術要點

王 璐

中石化第十建設有限公司 山東青島 255600

Lummus CATOFIN 工藝丙烷脫氫高溫管道，主要是用于反應器運行時物料進出、催化劑再生和反應器內廢氣排放的熱力管道，具體如表1 所示。

表1 高溫管道情況一覽表

1 反應器的二次找正

5 臺反應器進出口處5 條集合管的膨脹節型式均為SLOTTED HINGE 自由型補償軸向和角向位移膨脹節。鉸鏈板安裝方向：鉸鏈板在管道東西兩側，鉸鏈板面平行于“XOZ”面,要求集合管安裝時只能有垂直方向的誤差，不能有水平方向的誤差；反應器進出口管口與集合管三通中心偏差需要依靠連接立管進行調整，立管安裝中心偏差應＜25mm。

2 管道預制

（1）預制段劃分時需要考慮膨脹節不能承受較大的徑向拉力或壓力，一般情況下膨脹節僅能一側與管子或管件連接成一個預制件。

圖1 高溫管道（烴入口）膨脹節安裝方位示意圖

（2）反應器的進出口立管直接與設備出口反應器特閥連接。反應器特閥與集合管距離較小，集合管和反應器特閥均不可調整，需要按照實際測量的數據調整預制段尺寸。

（3）管子的長度應與圖紙尺寸一致，管子兩端均自帶坡口，所有的管件、膨脹節均應自帶坡口。所有的管子開孔和支管臺安裝均應在制造廠內完成。

（4）固定口盡量選擇在有預制段安裝操作空間的位置，避免安裝時因操作位置受限影響焊接質量。

（5）所有預制段應按照分段要求進行編號，注明預制段所在的管線編號、重量、外形尺寸和調整余量等信息。

圖2 為反應器再生空氣出口管線安裝示意圖。

圖2 反應器再生空氣出口管線安裝示意圖

3 管道安裝

3.1 特閥安裝

（1）安裝前分別對反應器進出口管嘴法蘭環槽和特閥法蘭環槽進行密封面與金屬環墊接觸線檢查，當金屬環墊在密封面上轉動45°后，接觸線不得有間斷現象。

（2）特閥吊裝時應使用廠家設置的正式吊點，不得在除正式吊點以外的任何位置設置臨時吊點，并且吊裝過程中應保證特閥水平。

（3）特閥和反應器進出口法蘭螺柱應能在螺栓孔中順利通過，法蘭螺栓對稱把緊后，檢查法蘭密封面間的平行度應≤1.0mm/ m。

3.2 預制管段安裝及封閉段調整

（1）反應器再生空氣出口集合管位于7m 層平臺以下，可以在地面管墩上方鋪設臨時導軌，利用鋼制托盤小車將預制管道倒運至安裝區域，配合倒鏈進行組對焊接。

（2）集合管由北向南依次組對安裝，以RA- 001 管道中心標高為基準，組對一段調整一段，并將預應力組合件之間的集合管整體墊高至設計標高。待立管組對焊接完畢后，拆除相應臨時墊高支撐。

（3）立管安裝前要進行實測實量，對立管兩端進行修整，確保立管安裝時處于自由狀態，并且要采用對稱焊接以減小焊接過程中產生的應力。

（4）待立管處垂直浮動安裝調整完畢后，卸下特閥下部法蘭螺柱，在自由狀態下所有的螺柱應能在螺栓孔中順利通過。

圖3 為反應器再生空氣出口管線安裝工序圖。

圖3 反應器再生空氣出口管線安裝工序圖

4 膨脹節安裝

（1）根據管道安裝圖按對應的膨脹節位號安裝，膨脹節鉸鏈板的安裝方向應符合設計要求，膨脹節上的箭頭方向與施工圖流向一致，預應力膨脹節安裝要注意冷緊方向的高位和低位。

（2）膨脹節上的涂黃件不得作為吊點。

（3）膨脹節吊裝前應臨時拆除壓力表，并做好報警組件口的密封。

（4）直到整個系統包括支吊架系統全部安裝就位，彈簧吊架定位銷和鎖定塊已取出，方可去除涂黃件，拆除之前還需要告知膨脹節廠家。

5 支吊架安裝

5.1 水平浮動環安裝

水平浮動環應根據銘牌或標簽上的支吊架編號在指定安裝位置就位，并配對組裝。詳見圖4。

圖4 水平浮動環安裝示意圖

（1）拆開浮動環上下部分連接螺栓，把下浮動環支撐在管道下方，然后安裝上浮動環并擰緊螺栓。浮動環與管道軸線應保證垂直，且下浮動環底座部分不得與基礎預埋板進行焊接，確保熱態下可以自由膨脹。

（2）將耳板與管道延圓周方向均布焊接，耳板的布置注意避開連接螺栓和管道上的焊縫。耳板焊接完成后，如果耳板與浮動表面存在間隙，需用不銹鋼薄板進行填塞，使每片耳板都能正常承受載荷。

（3）將焊接拉板與承載型鋼進行焊接，然后安裝環眼螺紋拉桿并用調節螺紋套筒進行調節，使4 個拉桿的安裝尺寸與對應管架編號要求的安裝尺寸一致。調整完畢后，用開口鎖定銷進行鎖定，并做好鎖定標識。

（4）安裝并調整完成后，將兩螺栓連接板處滿焊。

5.2 垂直浮動環安裝

垂直浮動環應根據銘牌或標簽上的支吊架編號在指定安裝位置就位，并配對組裝。安裝步驟：

（1）拆開浮動環左右部分連接螺栓，安裝時在浮動環下方焊接適量的耳板，用于承受浮動環自身的重量。調節浮動環與管道間各個方向的間隙值使其保持均勻，調整浮動環水平度＜0.1mm/ m，以及浮動環吊板安裝方位。

（2）以浮動環吊點為基準點，確定彈簧的安裝位置；定位完畢后，將彈簧吊板與鋼梁焊接牢固，將彈簧安裝就位，彈簧吊桿與浮動環吊板連接，通過彈簧吊桿花籃螺栓調節彈簧至受力。

（3）將剩余耳板與管道延圓周方向進行均布焊接，注意避開連接螺栓和管道上的焊縫。如果耳板與浮動表面有間隙，需用不銹鋼薄板進行填塞，使每塊耳板都能承受到荷載。對于垂直浮動環在大小頭部位的，注意上下耳板的區別，不要錯誤使用。

（4）安裝并調試完成后，將兩螺栓連接板焊死。

5.3 高溫支腿的安裝

（1）高溫支腿現場安裝時應確保高溫支腿底板的水平度。

（2）高溫支腿在與主管焊接時，應在主管焊縫處開半圓形的豁口以避開管道的焊縫，一般要求離主焊縫的距離為20mm。

（3）高溫支腿與管道的焊縫要確保全熔透, 焊接完成后需做100%PT 檢測。

（4）高溫支腿如配有低摩擦副，低摩擦副的墊板應與現有基礎焊接，焊接的過程中應對四氟乙烯板進行保護。

（5）對于限位型高溫支腿，應根據圖紙要求進行限位件的焊接，注意限位件與高溫支腿底板的間距要滿足設計要求。

（6）高溫支腿底板與現場結構梁之間有間距要求的，安裝前應測量好管道底部與現場結構梁之間的間距，根據測量數據對高溫支腿進行修整并滿足設計要求。

（7）對于高溫支腿配超低摩擦副的特殊支架，安裝過程中應注意對其注油嘴的保護，在開車前必須把臨時緊固螺栓拆除。

（8）高溫支腿帶低摩擦副，有偏裝要求的，要按照圖紙要求對四氟基板進行偏裝，偏裝方向、偏裝尺寸需要注意，避免裝錯。

（9）高溫支腿帶超低摩擦副的，部分支架已經偏裝設置，現場安裝時無需偏裝，只需按照支腿上所標記的指北方向正確安裝即可。

（10）高溫支腿與彈簧支架配套安裝時，應注意彈簧支架不得混用。同時，彈簧支架偏裝量、偏裝方向必須按圖紙要求。

5.4 彈簧支吊架安裝與調整

5.4.1 彈簧支架

按照圖5 所示將所有零件進行組裝。用焊接方式將彈簧支架固定于梁上，支架支撐于水平管或彎管底部。安裝時若安裝高度與現場實際支撐高度有出入，可通過旋轉荷重柱（件號1b）進行微調，使支架達到安裝高度后再進行安裝，調節量為±15mm。若安裝高度與現場實際支撐高度出入較大，應選擇墊高等方式滿足安裝高度。當荷重板（件號1a）與設備或者管道將要接觸時，微調荷重柱，讓彈簧受力，以保證上鎖定塊或下鎖定塊容易取出，而后將拆卸下來的鎖定塊集中存放。

圖5 彈簧支架安裝示意圖

5.4.2 彈簧吊架

先將焊接吊耳（件號1）焊接固定于鋼梁上，再將花籃螺絲下端與下部螺紋吊桿上端螺紋連接。彈簧吊架應垂直安裝，彈簧吊桿的垂直度應＜±4°。旋轉花籃螺絲，使彈簧受力，以保證鎖定銷容易取出，取出的鎖定銷應存集中存放。

6 管道焊接

6.1 焊接材料選擇

根據TSG D0001- 2009 要求，奧氏體不銹鋼使用溫度高于540℃時，應控制材料含碳量不低于0.04%，并且在固溶狀態下使用。設計要求奧氏體不銹鋼焊縫中的Nb含量應不低于8×C，且不高于1.0%；縫中的C 含量應不低于0.04%，且不高于0.08%；焊縫金屬的鐵素體含量應控制在2%～7%，鐵素體含量平均值控制在5%以下。

6.2 焊接參數選擇

設計要求TP321H 現場焊接后不再進行穩定化熱處理，制作焊評時應有晶間腐蝕和高溫拉伸實驗，實驗結果應滿足設計要求。對于高溫不銹鋼（TP321H）管道，應選用焊接線能量集中的方法，快速進行焊接，焊接坡口應采用窄焊縫結構；焊接時應采用低氫型細焊條（絲）、小電流、小焊接線能量、多層多道焊，并且每層焊縫的交接處應錯開、避免層間溫度過高。

7 熱態考核

7.1 熱態考核前檢查

（1）設備檢查：所有相關設備膨脹位移方向上與周邊鋼結構之間的最小距離應符合設計要求，設備安裝時的臨時限位必須拆除，保證設備在運行時可以自由滑動。

（2）支吊架檢查：所有相關支吊架已按照設計要求安裝驗收完畢；拆除所有支吊架安裝時的臨時限位或支撐件；檢查確認支吊架的生根部位是否牢固可靠，不能存在懸空的情況；根據設計要求確認支吊架與周邊鋼結構之間的最小距離是否滿足運行時的位移量；清理高溫支腿與限位板或地板之間的雜物，避免影響高溫支腿自由滑動。檢查完畢后取出彈簧支吊架的定位銷或鎖定塊，檢查彈簧支吊架指針是否處于“C”位。如果發現部分管道支吊架指針發生變化，應重新對整個管道進行調整，直至管道所有彈簧均處于承載狀態，且調整后的彈簧位移空間仍能滿足設計要求。

（3）膨脹節檢查：膨脹節鉸鏈安裝方位必須與應力配管設計安裝說明一致；周邊不應有阻礙正常活動的障礙物；膨脹節報警口壓力表及報警器是否已回裝完畢；膨脹節拉桿定位螺母是否已定位并點焊固定；膨脹節在彈簧支吊架定位銷、鎖定塊取出后，拆除全部臨時加固槽鋼（涂黃部分），檢查指針是否出現較大的角向位移。

（4）特閥檢查：特閥法蘭螺栓和碟簧應佩戴齊全，并按要求使用扳手根據設計緊固的力矩值對稱緊固兩遍；特閥閥桿彈簧支吊架安裝完成，定位銷或鎖定塊已取出；特閥操作站已調試完畢，油運合格并投用，特閥全行程開關調試完成；特閥時序開啟邏輯調試完成。

（5）其他：管道內部進行人工清理，所有不銹鋼管道、支架應進行酸洗鈍化，所有碳鋼和合金鋼管道、支架進行除銹防腐處理。

7.2 熱態考核

高溫管道的熱態考核是在反應器烘器過程中進行。再生空氣壓縮機將空氣壓縮后經廢熱鍋爐預熱送入再生空氣加熱爐進行升溫，升溫后的熱空氣通過反應器入口管線進入反應器內部加熱內部襯里；然后從反應器出口管線排放至廢熱鍋爐，預熱再生空氣后由煙囪排放至大氣。

7.2.1 支吊架檢查和調整

檢查彈簧支吊架在升溫過程中位移量和位移方向是否與設計值一致，是否存在位移量超出設計額定值和反方向位移的情況。尤其要注意檢查彈簧支吊架在升溫過程中是否存在拉桿強度不夠發生斷裂的情況。根據升溫曲線，每次恒溫檢查的時候都要在位移行程上早好標記。

檢查支吊架生根的鋼梁剛度是否滿足要求，有沒有發生較大的變形；滑動、導向支架是否可以自由活動。有偏裝要求的支架在升溫過程中管道高溫支腿中心是否與支架中心重合；管道支吊架在升溫過程中是否存在變形量過大或焊縫開裂的情況。

7.2.2 膨脹節檢查

檢查膨脹節在升溫過程中位移角度和伸縮量是否符合設計要求，同一條管線上類似的膨脹節膨脹量是否存在較大的偏差；觀察雙鉸鏈膨脹節的位移方向是否滿足自由活動的要求，膨脹方向和膨脹位移角度是否符合設計要求；復合式膨脹節升溫過程中的冷緊位移量是否滿足設計要求；檢查膨脹節報警口壓力表數值，確認膨脹節波紋管是否存在泄露的情況。根據升溫曲線，每次恒溫檢查的時候都要在位移行程上早好標記。

7.2.3 相關設備、結構

要求抽真空器、再生空氣加熱爐、反應出料蒸汽發生器和廢熱鍋爐等在熱態運行下自由膨脹，不存在卡滯、變形、異響等。

7.3 熱態考核后檢查

（1）支吊架檢查：檢查彈簧位移量指針是否在冷態位置，熱態調整過的彈簧支吊架應重新在冷態處劃線；全面檢查彈簧生根的焊縫、鋼梁有沒有出現裂紋和彎曲。全面檢查高溫支腿、限位支撐焊縫是否存在裂紋和支撐件變形的情況；有偏裝要求的支架是否回到冷態位置，位移量是否發生變化；滑動、導向支架是否回到冷態位置；支座是否與基礎板緊密接觸等。

（2）膨脹節檢查：膨脹節的位移指針是否都在冷態位置，特別是復合式預應力膨脹節應恢復到冷緊值。

8 結語

對高溫管道的預制、安裝、焊接和熱態考核中的技術要點進行了闡述，并結合高溫管道施工全過程的經驗積累和總結，給出了相應的施工方法和技術保障措施。

優化后的高溫管道施工技術使預制段劃分更加合理，焊接功效得到較大提升，同時顯著提高了管道安裝及應力調整的精度，對今后Lummus CATOFIN 工藝丙烷脫氫裝置高溫管道施工有一定的借鑒意義。