塔器设备现场组焊的施工质量控制

杨伟　张永梅　邓超　刘光宇

摘 要：压力容器现场组焊是炼化行业工程建设中的关键控制点之一，它涉及项目质量、安全、进度和费用控制的各个方面，具有里程牌的意义。因此其施工质量的好坏直接关系到整个工程的顺利进行，其相关工序被列为施工质量控制的关键工序。从产品质量形成的施工前准备、施工中过程控制和施工后检验三个阶段分别论述了塔器设备现场组焊过程中各阶段质量控制的具体方法，同时阐述了“先进、可靠的施工技术是质量保证手段之一”的管理理念。

关 键 词：塔器设备； 现场组焊； 施工技术； 质量控制方法

中图分类号：TG113 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1433-04

Quality Control of On-site Assembly Welding of Column Equipments

YANG Wei1， ZHANG Yong-mei2， DENG Chao2， LIU Guang-yu2

（1. Panjin Northern Asphalt Co.，Ltd.， Liaoning Panjing 124022， China；

2. HQC（Liaoning） Company， Liaoning Fushun 113006， China）

Abstract： On-site assembly welding of pressure vessels is one of the key control procedures during construction process of petrochemical industry， which involves quality， safety， schedule and cost control. The welding quality has direct impact on the progress of the whole construction process， and its related procedures have been considered as key production processes of quality control. In this paper， from the standpoints of construction preparation， welding process control and post-welding inspection， the specific methods to control welding quality in the different stages of on-site column assembly welding process were introduced， and it's pointed out that advanced and reliable construction technology is one of the measures to guarantee the quality”

Key words： Columns； On-site assembly welding； Construction technology； Quality control method

塔器设备是石油化工行业生产装置中的重要设备之一，主要用于吸收、洗涤、精馏、萃取等炼化单元操作。塔器设备属于压力容器，其外型普遍具有壁薄、吨位大、长径比大（高度和直径之比）、内部构件多的特点。塔器设备不仅制造精度要求高，而且其外型尺寸多受运输条件限制，往往需要经过工厂制造和现场制造相结合的方法来实现设备的制造和安装。

化工生产装置中，对于塔器设备的采购常被列在超限设备清单中。所谓超限设备，就是指由于运输或安装条件受限，导致设备在制造厂需分片或分段制作，通过分段运输，现场组焊成整体的设备[1]。因此現场施工需要通过先进的组焊技术来再现设备制造厂的加工精度。为了达到这一质量要求，施工过程中常把其相关工序确定为质量控制的关键工序，可见，塔器设备现场组焊的施工质量控制极为重要。

1 概况

1.1 基本情况

本文为某石化公司40万t/a芳烃抽提装置中抽提蒸馏塔（204-C-1001）和溶剂回收塔（204-C-1002）两台设备的现场安装实例，如图1所示。两台塔器设备在制造厂分段制造、分段运输，经现场组焊而成，与其它现场组焊设备的不同之处是：组焊是在东北地区冬季的12月份进行，由于气温偏低给现场施工的吊装作业和焊接作业增加了很大难度。两台设备基本参数如下：

抽提蒸馏塔 （204-C-1001）：规格φ2 400×φ3 900×67 468×18/20/22壳体总重118 t、材料 Q345R；

溶剂回收塔（204-C-1002）：φ5 000×φ3 700×43 543×28/18 壳体总重133 t、主体材料 Q345R。

1.2 项目背景条件

本工程开工时间在六月份，主要施工内容包括地基处理、混凝土基础、构/建筑物、动/静设备、工艺管道、配套的电气仪表及公用工程设施等。按照项目施工进度计划的要求，两台设备的安装被安排在冬季（当年的12月和次年的1月）进行，当时平均气温在零下20～30 ℃之间。此时装置的土建施工尚未全部施工结束，且邻近构架的混凝土基础尚在搭设的临时暖棚内处于养护期，安装用场地及道路的地面也未形成。

1.3 施工难点

1.3.1 预制场地有限

由于施工工期紧张，并考虑租用吊车事宜，两台设备需同时到场，随之而来的分段设备进场验收、组对、焊接、内件和梯子平台的安装，以及大型吊车的吊装行走、站位和起吊等问题，均给本来就布局紧凑的装置平面提出了矛盾叠加的新问题，需要统筹兼顾各方条件来满足现场施工的需要。

1.3.2 组对、焊接质量要求高

由于设备主体材料为Q345R，且需要在空中完成组对、焊接、热处理和无损检测等工作，所涉及的施工工序和检验手段较多，因此需要采取提高工艺技术要求等级的方法最大限度地减少施工中出现的质量偏差。

1.3.3 安全管理难度大

由于采取了分段吊装和空中组焊的施工方法，使高空作业量大，吊装设备多，交叉作业频繁，以及冬季施工的冰雪场地、操作环境气温低、机械设备易发生故障等，都需要采取可靠的安全风险防护措施。

2 施工技术方案的确定

针对上述施工难点，项目部进行了周密的施工组织策划，充分分析了场地狭小、塔器无法在地面组焊成整体的情况，借鉴以往成熟施工工艺，确定设备在制造厂分成两段制作和运输。即在现场采用立式、空中组焊的施工方法来实现上、下段塔器设备的合拢安装。考虑到施工场地狭小、工期紧张、设备直径大且壁薄、天气寒冷等诸多不利因素，为确保设备的现场组焊质量，项目部分别从人、机、料、法、环五个方面进行精心组织，通过施工前技术准备、施工中旁站监督和施工后严格检验等质量控制活动来保证提蒸馏塔（204-C-1001）和溶剂回收塔（204-C-1002）的现场组焊质量；为了确保空中组焊焊缝质量的可靠性，对这两条环向焊缝扩大无损检测比例，即进行100%射线检测（原设计文件中规定是20% RT检测）[2]。从而通过技术措施和管理手段来保证两台设备的安装质量、焊接质量和总体直线度偏差均在标准要求的范围内。

3 施工准备阶段的质量控制

施工前，项目部严格履行设计交底和图纸会审制度，让所有施工人员充分理解设计意图；设备安装单位编制专项技术方案。方案经业主、监理和质量监督部门各级评审通过后，技术人员又向具体施工人员进行了技术交底。让所有操作人员明确施工方法和质量要求；项目部对主要操作人员，如从事吊装、组对和焊接的施工人员进行技术培训，经考核性合格后持证上岗操作；检查所有设备、机具和测量仪器的完好性和有效性；严格组织参建各方对设备基础质量、分段到货设备外观质量及其各零部件制作质量等进行严格验收；有针对性地制定了施工质量控制预案。

其主要质量控制内容如下[1]：

a） 检查设备制造厂的产品质量证明文件、分段排版图；检查施工机具的有效证件及完好性；检查计量器具、样板等是否在有效期内；

b） 检查设备的外观质量及外型尺寸：包括筒体周长、圆度、长度、直线度、内件尺寸及外观质量等；检查设备管口方位、检查塔盘支持件的规格、数量、外观质量等；检查法兰密封面的形式、尺寸，以及密封面表面质量；

c） 复核组装标记：检查分段到场设备筒体的组对标记线、方位线、内件支持圈位置、设备开口标记和坡口尺寸等；

d） 检查坡口质量：用于组对的坡口应为机械加工方法制作、尺寸应符合图纸要求、表面应平滑、无裂纹、分层、夹渣等缺陷、附坡口渗透检测的合格报告等[3]；

e） 检查焊接质量：包括筒体的对口错边量、组对间隙、焊接工艺评定、焊接工艺卡、焊材烘干、焊接顺序、焊接线能量控制、焊接预热、层间温度、焊后缓冷、焊缝外观成型质量以及施焊环境措施落实等[4]；

f） 检查吊装质量：检查吊车行走和站位场地的稳固性、是否经过验收或确认；设备基础的工序交接证明；设备的垂直度、中心线、方位、标高、垫铁布置、高度及数量等。

4 施工过程中的质量控制

好的产品质量不仅依靠生产者具有高的质量意识，而且要有先进的施工技术做保障。抽提蒸馏塔（204-C-1001）和溶剂回收塔（204-C-1002）安装过程中的吊装工序、组对工序和焊接工序是施工质量控制的三个关键环节，要有先进、合理、可行和操作简便的技术措施作为质量保证。

①首先对吊车行走和起吊作业场地进行加固处理，采取铺设厚钢板，让吊车在钢板上作业，最大限度避免吊装过程中出现失稳的可能性。根据設备的几何尺寸、重量、安装位置及高度等参数，结合现有吊装设备存有情况以及周边地区大型吊车的现况，本次吊装作业选用了一台400 t履带吊（LR

1400-2）为主吊设备和一台200 t 汽车吊车为溜尾设备，采用“单吊车抬尾法”完成吊装作业。 避开塔设备开口、附塔管线方位等参数，在分段位置及裙座上各设置一个板式吊耳作为溜尾吊耳，采取先试吊再吊装的方法将设备找正、就位，确认设备与砼基础连接牢固后拆除主吊索具，调整垂直度和坚固地脚螺栓。

②在地面对设备的上、下段分别安装各自的劳动保护平台后，先将设备下段部分吊装在设备基础上就位，找正找平后紧固地脚螺栓，然后再吊装设备上段，在空中组焊环向焊缝，从而实现设备的整体合拢。由于上、下段设备需要在空中完成组对，使所需的施工机具、人力和操作空间均受到约束，加之操作过程中可能出现的不确定性，将会更加给施工带来难度。故在环焊缝下部约1.2 m处预先增设临时操作平台，借此搭设防风棚，给上、下段筒体的组对、焊接、热处理及检测等操作创造环境条件。

为了控制上、下段筒体组对质量，在筒体对口部位加设工装卡具，用于安装校正、限位和确保对口错边量小于2 mm[1]。见图2所示。

吊装前，在地面核实两段筒体上的0°、90°、180°、270°方位线，复测上、下端口外周长，周长差控制需在10 mm以内（制造厂出厂时应保证该数值不超差），并对筒体进行临时加固和撑圆，其上、下段筒体的圆度差控制在5 mm以内，吊装就位后，校对方位线，安装组对卡具，在合适位置设置点焊组对眼块。利用方楔和吊车配合进行环缝间隙与错边量的调整。组对时四条方位线对正，以各分段的对口基准圆为准，调整间隙和错边量，并检查筒体对口后的垂直度、上端口水平度，合格后进行定位焊[2]。焊接过程中，吊车不可松钩。

塔器的找正与找平应按照基础上的安装基准线（中心标记和标高标记），对应设备上的基准测量点进行测量和调整，如图3所示。

测量基准如下：

（1）底面标高以基础上的标高基准线为准；

（2）塔的中心线位置以基础上的中心线为基准；

（3）塔的方位应以基础上距离最近的中心线为基准；

（4）塔的垂直度以塔的上、下封头切线部位的中心划线为基准。

塔器的找正、找平补充测点如下：

（1）主法兰口；

（2）塔体铅垂的轮廓面；

塔器使用调整垫铁进行找正，并在同一平面内互成直角的两个方向进行，塔器找铅垂度的同时，应抽查塔盘或支持圈的水平度，兼顾其水平度偏差和总体垂度度均符合规范要求。

设备找正结束后，紧固地脚螺栓，并将各块垫铁互相点焊牢固，经检查确认合格后进行基础灌浆[5]。（由于气温低，当时不具备灌浆施工条件，被安排在次年4月份进行）

③焊接技术措施

针对冬季气温低、风大的不利施焊环境条件，采取搭设临时防网棚措施来创造施焊环境，即在组对环焊缝位置搭设整圈的防风棚，

确保焊接操作在没有风干扰下的条件下进行。组对

前对坡口表面及其两侧内、外壁各20 mm范围内的油漆、污垢、浮锈等进行清理，使用砂轮打磨坡口至露出金属光泽。选择焊接业绩好的持证焊工施焊；焊接操作采取多人均布，按顺序同向同时施焊、

多层多道焊、焊前预热、焊后缓冷，严格控制层间温度的工艺方法；同时适时进行施工设备和人力的监控与轮换，保证整条环焊缝一次焊接完成；坡口形式采用单面外坡口、焊接方法采用手工电弧焊，焊条选用低氢碱性焊条E4315，焊前预热温度为100～150 ℃，焊后缓冷温度300～350 ℃，严格执行焊接工艺规程，确保焊缝质量优良[4]。

5 施工后检查阶段的质量控制

按照设计文件的规定，该现场组焊的环焊缝应进行20%的射线检测，考虑其筒体材料强度较高，组焊在空中进行、焊接操作环境温度低等不利条件，从提高产品质量可靠性角度出发，对该焊缝采取了扩大检测比例手段，即整条焊缝进行100%的射线检测，二级合格[3]，确保获得高质量的焊缝。焊后经检测：焊缝一次合格率100%；复测塔体直线度，抽提蒸馏塔（204-C-1001）的直线度小于7 mm；溶剂回收塔（204-C-1002）的直线度小于10 mm，均符合标准要求的小于30 mm的规定。塔设备现场组焊质量合格。次年两台设备又进行了水压试验，全部一次合格。至此顺利完成现场组焊设备的安装任务。

6 结束语

通过抽提蒸馏塔和溶剂回收塔两台设备的分段制造、现场组焊，及其安装后各项测量参数和检验结果，得出：依托先进、可靠的施工技术，并运用科学的质量管理方法，通过二者的有机融合和相

互促进，是提高工程质量的关键所在。

参考文献：

[1] SH3524-2009 石油化工靜设备现场组焊技术规程[S]：6-13.

[2] JB4710-2005 钢制塔式容器[S]：34-36.

[3] NB/T47013.2-2015 承压设备无损检测条2部分：射线检测[S]： 42-47.

[4] GB20236-2011 现场设备、工业管道焊接工程施工规范[S]：14-21

[5] 王桂杰，刘晶，等 .提高设备基础垫铁安装精度的方法[J].当代化工， 2016 （9）：2158-2161.