合成氨裝置二段爐更換拆裝施工技術

王錫軍

中國化學工程第九建設有限公司 遼寧 盤錦 124000

中國化學工程第九建設有限公司承建的錦天化合成氨裝置二段轉化爐（簡稱二段爐）設備拆裝更換項目中，二段爐規格參數為：重量180t, 直徑φ3.968m，總高度18.29m。新舊二段爐分別就位在間距約43m 遠的各自設備基礎上。更換大型立式設備常規是將其中一臺設備拆移到臨近符合地勘要求的位置，再用大型吊車進行扶穩吊裝操作，最后吊裝到需更換的基礎上。在本項目中，采用“制作暫放設備基礎法”，借助鋼板和地腳螺栓制作設備臨時就位基礎，為新二段爐吊裝就位騰出安裝空間，起到了保證安全和節省成本的作用。按此施工方法順利完成了二段爐更換拆裝，同時為企業今后在同類大型設備更換安裝中積累了施工經驗，也為承建更多的大型設備拆裝施工任務創造了有利條件。

1 技術特點

（1）更換二段爐施工前，對新舊二段爐各管口法蘭方位、標高及地腳螺栓都進行周密細致的測量和對比，按照盡可能復原舊二段爐原有管口位置的施工方法保證新二段爐安裝的精準性。

（2）更換二段爐吊裝施工行進帶附近有四個地下閥門井，利用沙袋將閥門井層層填實進行有效填充防護，以防吊裝過程閥門井垮塌，避免了吊裝過程意外的發生，為完成吊裝任務奠定安全保障。

（3）拆除舊二段爐設備原有的吊耳（沒有爐內襯里時的施工吊耳）時，從安全上考慮，決定在二段爐原有爐體吊耳標高對稱合適位置焊接符合吊裝要求的新吊耳，保證了二段爐整體設備更換吊裝過程的安全性，更換吊裝一次成功率100%。

（4）在一段爐北側已做地勘指定位置鋪設兩張板幅寬度2200mm、板厚30mm 的鋼板，兩板之間斷焊連接并實測二段爐裙座地腳螺栓位置；在鋪設鋼板上焊接十二根地腳螺栓，制作臨時二段爐基礎，將拆除的舊二段爐放到此基礎上進行臨時就位緊固地腳螺栓。替代了扶穩舊二段爐設備所用的大型機械，從而保證更安全、低成本的完成二段爐更換施工任務。

（5）主吊繩選擇Φ65- 6×37+1- 1667 鋼絲繩，可采購60m 長一對繩。每根繩在吊耳處折合成4 股掛套使用，鉤頭處掛系三個繩頭，吊耳處掛二個繩頭。此方法可以減少鋼絲繩占用吊耳和主吊鉤掛繩空間，并且為以后鋼絲繩再利用減少了成本。

（6）采用本技術，可將類似設備更換工期縮短1/ 6，減少1/ 5 的投入成本，并有效解決了類似施工情況下安全難以保證的難題。

2 技術操作要點

施工工藝流程：施工前準備→吊車進場組車→二段爐吊耳設計焊接→拆除二段爐附屬管道→更換二段爐吊裝施工→新二段爐管口管段組對安裝→桁架式吊車出場及場地清理。

2.1 施工前準備階段

（1）吊車方司機與技術人員查勘吊裝現場，吊車方攜帶車輛、部件、組件、工具、機具、證件進場施工。

（2）準備鋼絲繩、指揮旗、指揮哨、道木、警戒線繩等吊裝用具，以及用料的采購準備。

鋼絲繩的選用計算方法1：按業主給定爐體最重計算，重量G=180t，則主吊索承重Q= K1G=1.1×180=198t。Φ65- 6×37+1- 1667 鋼絲繩整根破段拉力（抗拉強度1700MPa）為218t，1 根兜系為4 股，每根60m 吊索承載力為872t。吊裝過程中，8 根吊索受力，總承載力為1744t，計算安全倍數為8.8 倍，滿足要求。

鋼絲繩的選用計算方法2：吊鉤呈千斤繩受力，與吊鉤垂直線夾角小于30°，每個吊耳M載荷=180×1.15=207t，207t/ 8=25.88t，即每根鋼絲繩承載25.88t。φ65 鋼絲繩破斷力（抗拉強度1700MPa）=218kN×1.02=222t，安全系數為222t/ 25.88t=8.58。

（3）現場地面處理及準備要點：清除拖車及吊車進車路線上的地面及空中的所有障礙物。施工現場地表面為混凝土地坪，有明顯坡度，影響吊車行走和組車要求。因此采用碎石及河沙進行鋪墊平整碾壓夯實，吊車站位行進處鋪墊碎石厚度為250mm 以上。

（4）對吊裝工作進行技術交底：吊車司機服從現場起重人員指揮指令，不得隨意操作；事先將吊裝順序、內容、吊車行走路線、作業方式和要求對吊車司機說明；起重人員應明了全部過程的注意事項。

（5）現場分別以兩爐0°線為基準點對新舊二段爐兩設備的相同管口進行測量，并比對測量值。主要測量管口的標高、方位偏差、管口直管段長度的差值等。比對出的結果綜合性考慮復原。

（6）平衡梁制作準備：平衡梁下料尺寸為4.15m。連接部位均應滿焊,焊高最低為薄板厚度。在吊裝前在平衡梁鋼管上掛繩處及吊耳上均抹一些黃油，有利于鋼絲繩在鋼管上滑動，從而保證各股鋼絲繩受力基本均勻。為了增加鋼管承壓的能力，在平衡梁內焊接加強板，加強板板為整塊鋼板；并在平衡梁管口焊接堵板，堵板需打磨棱角，呈圓滑過渡；堵板外焊接二塊擋板，并擋板外側有加強板焊接。

主吊平衡梁結構示意圖見圖1。

圖1 主吊平衡梁結構示意圖

2.2 吊車進場組車

主吊車選用的是一臺浦沅- ZOOMLION QY400（400t）履帶吊車，布置在二段爐北側，與裝置內東西向道路呈近乎直角。為增減吊車對地面承載力，減少吊裝壓強，在吊車活動區域內鋪設路基箱，路基箱規格為6000mm×2300mm×250mm，數量10 塊。吊裝場地較寬闊，易于組車。

主吊車浦沅- ZOOMLION QY400 選用工況：超起桅桿長30m，超起配重120t，超起半徑13m，車身平衡配重120t，車身壓重40t，臂桿長48m，旋轉半徑幅度14m，起重量255.5t。完全滿足此次吊裝要求。

2.3 二段爐吊耳設計焊接

按新二段爐吊耳尺寸在舊爐上同等標高對稱位置焊接新管式吊耳。爐體板和吊耳護板是特殊材質，焊后對其構件必須進行熱處理施工。

吊耳焊接順序：先將管軸與爐體板焊接，焊接角焊縫厚度不低于管軸壁厚；再將補強板與爐壁板進行組對，焊接管軸與補強板內圈焊縫；最后焊接補強板外圈焊縫，外圈焊縫應二人對稱焊接。

2.4 拆除二段爐附屬管道

對有礙舊二段爐吊裝施工的附屬管道逐一進行入冊編號，包括材質、管道號、管徑、介質、拆除位置等，影像資料留存到資料室。管道拆除分兩種形式：屬法蘭連接形式的全部以法蘭拆除為主；屬焊接形式的則在適當位置進行氣割拆除。

2.5 更換二段爐吊裝施工

2.5.1 吊裝拆除舊二段爐

吊車組車完成后，檢查索具是否正常，進行吊車基本性能演練，如行走、起鉤、回鉤、轉桿、起桿和趴桿等，觀察吊車站位附近地面有無肉眼可見異常情況，如無變化則進行現場操作。根據起重總指揮指令，栓掛主吊鋼絲繩加裝平衡梁；吊車行進14m 吊裝范圍內，將主吊鋼絲繩掛栓到二段爐新焊接的吊耳上；聽從指令逐步起鉤，檢查繩索有無障礙，確認條件具備后開始承載。由于二段爐安裝時有混凝土二次灌漿過程，清理爐體底座基礎會有少量混凝土與爐底座板粘連。吊車承載到起重重量90%時，若爐體還未松動，應停止起鉤，借助大錘楔鐵或千斤頂進行松動頂升；確認徹底無粘連后，開始緩慢起鉤；當起鉤至基礎50mm 時，再次停止起鉤，觀察詢問吊車司機情況是否一切正常，確認后繼續起鉤吊離設備地腳螺栓；吊車起桿并向后行車，進行轉桿將拆除的二段爐放到一段爐北側事先放好的30mm 的鋼板基礎上，緊固十二條地腳螺栓；確認完畢后，主吊繩緩慢回鉤。當舊二段爐吊離設備基礎后，由有經驗的鉗工重新鏟出墊鐵窩，測量好墊鐵標高，同時對與二段爐相連的100E08 管口進行坡口打磨處理，做好新二段爐安裝就位準備工作。

2.5.2 吊裝就位新二段爐

400t 吊車轉桿至新二段爐方位，向后行走至新二段爐14m 旋轉半徑內，將主吊鋼絲繩掛栓到新二段爐設備的吊耳上；聽從指令逐步起鉤，確認條件具備后開始承載；當設備吊離基礎50mm 時，再次停止起鉤，觀察現場索具有無異常并詢問吊車司機情況；確認正常后繼續起鉤，吊離基礎；吊車起桿并轉桿且向后行車，至吊裝旋轉半徑14m 內時，將新安裝二段爐設備吊至原有基礎，由工人進行二段爐找正就位；確認就位完畢后，緊固地腳螺栓，主吊繩緩慢回鉤。

2.5.3 舊二段爐就位到臨時基礎

400t 吊車向后行走轉桿至暫放舊二段爐方位，保持14m 旋轉半徑內，將主吊鋼絲繩掛栓到舊二段爐的吊耳上，聽從指令逐步起鉤，確認條件具備后開始承載；承載力達到80%時，拆除二段爐臨時支架或拖拉繩等防護措施，開始承載起吊；當設備吊離承載鋼板50mm 時，停止起鉤，觀察現場索具有無異常并詢問吊車司機情況；確認正常后繼續起鉤，吊車起桿并轉桿且向后行車，吊離一段爐區域，設備吊裝到其臨時基礎正上方；旋轉半徑14m 內時，在鉗工配合下找正方向，找平找直，設備就位；緊固地腳螺栓，主吊繩緩慢回鉤[1]。

新、舊二段爐的吊裝施工現場圖及吊裝平面示意圖分別見圖2 和圖3。

圖2 舊二段爐和新二段爐吊裝施工

圖3 二段爐吊裝平面示意圖

2.6 新二段爐管口管段組對安裝

新二段爐N4 管口與設備E08 管口管段氣割拆除前需對管段進行軸線標注，原則以原位置軸線不變進行恢復安裝。新二段爐吊裝就位后不要馬上找正就位，需著重測量N4、N1 及N2 管段軸線偏差情況后決定，如不需新二段爐軸線調整再對其進行找正就位。反之，應先以N4管口組對安裝為重點，測量N4 管口與E08 管口軸線直線度，也就是說管口直徑軸線四點距離是否一致，偏差一般控制在4mm 以下。如果偏差過大，需對二段爐進行旋轉微調。如難以旋轉，可向業主申請對二段爐地腳螺栓進行擴孔處理，使管段同心度符合控制范圍；再按照實測尺寸對原拆除管段進行熱氣割坡口加工，管段總長下料需加長1.5mm 進行氣割，便于在氣割出現誤差時進行補救。

以上工序完成后，將管段內壁雜物清理干凈，開始吊裝組對。吊裝采用50t 汽車吊，組對過程要嚴格控制焊縫間隙和錯邊量，以及管段總體直線度。全部符合要求后，進行點焊組對。N4 管口組對軸線找正結束后，再開始對N1 和N2 管口管道進行恢復組對。N1 管段組對會出現三種情況：第一種情況，如果N1 管道軸線存在角度偏差不存在距離偏差，N1 配對法蘭孔難以同心緊固螺栓，就需將管段吊至地面將法蘭口熱氣割后進行打磨；合格后將氣割好的法蘭緊固至N1 法蘭管口上，再將管段用25t 吊車吊裝組對。第二種情況，如果管段實際軸線距離偏差過大，就需先將管段在地面上把法蘭口連90°彎頭一端氣割開，打磨合格后先緊固到N1 管口上，且一定要按拆除軸線標識進行安裝緊固；再將剩余另一管段彎頭氣割開，將彎頭找正軸線用點焊進行固定；然后測量二個彎頭間直管段的長度，在φ1219×20 管子上下料，打磨合格后進行吊裝組對。第三種情況就是N1 管段角度和距離全部符合新二段爐安裝要求，此時將原有切割管段打磨好，直接進行吊裝組對即可，最后焊接一道焊口。

N2 管段檢修前需依據新二段爐空氣分布器管線圖紙和實際管口位置，進行實測預制；預制完一部分管道要進行預安裝，預留活口位置要充分考慮管材余量，用余量進行焊縫調節；整個空氣分布器管道預裝完成后，標記好管段及方位號，先拆除；待新二段爐就位后，再恢復安裝；固定口位置現場進行焊接。

2.7 桁架式吊車出場及場地清理

二段爐更換吊裝作業完畢后，拆除400t 履帶吊桁架式吊車桿，利用拖車將吊車組件運出施工現場。并對閥門井內沙袋和吊裝區域內的沙石進行清理，做到工完料盡、場地清。

3 質量控制措施

3.1 二段爐設備墊鐵安裝質量要求和檢驗方法

（1）墊鐵安裝：每個地腳螺栓旁至少應有一組墊鐵且應盡量靠近地腳螺栓；相鄰兩組墊鐵間的距離不應大于500mm；墊鐵組高度宜為30～70mm，墊鐵組的面積應經計算確定；斜墊鐵應成對使用；每組墊鐵的數量不宜超過5 塊，墊鐵安放時厚的宜放在下面，薄的宜放在中間，且不宜小于2mm，斜墊鐵應成對相向使用，搭接長度應不小于全長的3/ 4,設備找正緊固后應點固焊牢；設備找正緊固后，墊鐵端面應露出基礎環外緣，平墊鐵宜露出10～20mm，斜墊鐵宜露出10～30mm，墊鐵組伸入基礎環底面的長度應超過地腳螺栓中心。

（2）二段爐設備使用經緯儀進行測量，要對設備垂直度、管口法蘭面水平度等反復進行測量、找正（使用吊車、千斤頂、設備組對卡具等），合格后方可進行螺栓緊固，裝置投料前再熱緊一遍。

表1 為二段爐安裝質量要求和檢驗方法。

表1 二段爐安裝質量要求和檢驗方法

3.2 二段爐管口管段組對質量要求

管道對接焊口的組對應做到內壁齊平，內壁錯邊量不宜超過壁厚的10%且不大于2mm，當大于3mm 時應進行修整。

管子對口時應在距接口中心200mm 處測量平直度，見圖4。當管子公稱直徑小于100mm 時，允許偏差a≤1mm；當管子公稱直徑大于或等于100mm 時，允許偏差a≤2mm，但全長允許偏差均控制在10mm 以內。

圖4 平直度測量示意圖

預制管線加工尺寸允許偏差見表2。

表2 預制管線加工尺寸允許偏差 單位：mm

3.3 施工主要工序的質量控制措施

（1）錦天化檢修項目部實行質量全員管理，各個職能部門之間相互銜接，相互配合。管理人員人人參與質量，人人重視質量，嚴把質量關。

（2）加強思想教育，提高質量意識。

（3）施工人員必須持證上崗。

（4）在施工階段嚴格按照施工方案施工，按照材料控制程序進行材料接收、檢查存放和記錄；按照施工程序進行施工作業，對各道工序進行質量檢驗，并做好記錄。

（5）嚴格按施工規范規定的程序進行施工，從班組自檢員到專職質量檢查員，層層把好質量關，自上而下真正樹立質量第一的觀念，制定質量優獎、劣懲措施并嚴格執行。

（6）施工前應做好準備工作，熟悉施工圖紙和施工文件的內容，掌握工藝要求、操作要點、檢測方法和合格標準等。

（7）計量器具應經校驗合格，施工管理人員配備齊全并按規定使用。

4 結論

目前，石油化工行業檢修項目越來越多，大型動靜設備的更換也會更加頻繁[2]。將設備各管口進行復原安裝是這類立式設備安裝的核心，且兩臺新舊立式設備更換不單是兩個基礎的互換，而且需要在合適的位置預制出暫放設備的基礎。本技術中，自制暫放設備基礎節省了大型機械成本，適合大型立式設備更換項目。隨著社會發展，每年石化行業有越來越多的設備達到使用年限，本技術提出的“管口復原法”和“制作暫放設備基礎法”，市場運作推廣空間很大，經濟效益前景可觀。