浅析石化项目圆筒炉钢结构制作方案及工艺

2020-01-19张彬高凯师厚云

中国设备工程 2020年18期

关键词：圈梁分片壁板

张彬，高凯，师厚云

（宁波连通设备集团有限公司，浙江宁波 315207）

1 概述

加热炉一般由辐射室、对流室、燃烧器、梯子平台、通风系统、余热回收等组成。

辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600 ～1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70%～80%）。

对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。

燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。

通风系统：将燃烧的空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。

余热回收系统包括空气预热器，其中空气预热器由非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成，余热回收系统中另设有冷凝液收集池、引风机和鼓风机。

石化设备钢结构属于钢结构分类中的高耸钢结构和板壳钢结构的综合体。石化设备钢结构是由钢制材料组成的结构，是用于石油化工行业的基础建设，是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。本文中的圆形加热炉属于石油化工装置典型的结构形式。工厂钢结构框架结构施工工艺将直接影响设备制造速度、现场施工速度、施工成本等。文中阐述了钢结构分模制作、组装等。

随着能源的紧缺以及人工成本的增长,未来工程项目必向着工业化、标准化发展,石油化工装置模块将是未来工程项目发展的必然趋势。

2 制造特点及方案对比

在制造现场设置钢结构制造组装区域，进行型钢、板材的焊接组装工作，形成先部件，后组件，最后组装的流水作业，减少了施工时间，提高了施工效率。在设备的钢结构柱、梁连接中，基本是两种连接方式：焊接、螺栓连接，在制造中钢构的焊接主要是手工焊和气体保护焊，螺栓连接分为普通螺栓和高强螺栓，螺栓连接采用两次拧紧工艺，即钢柱与其他各部件连接时、先初拧紧，待部件的直线调整合格后再终拧紧到规定的扭矩。

钢结构制作过程中要考虑，运输的尺寸、重量、标高和现场可进入的吊车吨位，适当优化整体的方案、需要解决运输和现场安装的各种可能存在的问题。钢结构制造时针对安装的方位、标高、外接钢构和外接管道要有预先的方案和工艺控制，保证管道安装的对接质量，保证框架安装的对接质量。

传统的制造方案是立式，按照下料，分片工装、组装、拆分、预组装的顺序制造的。这个工序中主要的节点是组装和预组装，分片组装是单一的，每一片分开的，只能按照经验和工装来控制每一片的精度。在后续预组装的过程中来调节，修正分片制作工程中的误差。并且需要额外的搭建脚手架，需要指定场地和专业工人。

工装制作是根据产品形状、大小、先后顺序，制作单片的制作工装，平台要求：刚性，长和宽至少要大于一个分片的尺寸，平台平面度不超过3mm。在平台板上按图纸尺寸进行划线，按方位标出辐射室上圈梁和炉底板圈梁的中心位置。划线时要求两立上下圈梁间距离预留2mm。

改进的制造方案是卧式，按照下料，整体工装，组装，拆分的顺序制造的。这个工序中主要的节点是整体工装和组装，按照图纸要求制造一套整体的工作，把梁柱、分片槽钢等主要支撑件先预制在工装上，尺寸检验合格后，在进行后续的工作，基本可以保证整台设备的精度，不再需要调整。

工装制作是根据产品的整体尺寸，制作整体需要的圆盘式框架工装，在圆筒炉工装夹具的平面上放样，尺寸和炉顶与对流段的分界面螺栓孔一致，圆筒炉工装夹具圆心与圆筒炉中心线重合。两个圆筒炉工装夹具面对面放置在预定工作台上，圆筒炉工装夹具面工作面与水平面垂直，两个圆筒炉工装夹具距离是炉顶与对流段的分界面到炉底板的距离+3～5mm，分别固定加固待用。

3 制造工序、方案

钢结构所有主要构件在厂区内加工制造，主要分为：炉底支撑、炉底、炉本体、炉顶、梯子平台(如果需要)，钢构制作完成后，主体钢结构根据制造方式不同，选择预组装或者不预组装。梯子平台由工厂部件预制完成后和整个筒体进行预组装。

在制造之前，备料以后，优先制作工装，在这个基础上组焊筒体框架，在框架的上制作筒体分片，在调整好以后进行焊接。制作工装之前，要先把平台超平，然后在平台上放样，根据需要制作的分片尺寸，确定好相关联的支撑点和支撑梁。班组在工装制作完成后，需要相关部门检查符合尺寸后再进行制作施工。工装钢结构制作完成后，安装前应对工装的定位轴线、基础轴线和标高、地面焊接的位置等进行检查。基础测量内容包括定位轴线、基础轴线和标高。分片或者整体制作时，加固的数量和强度要根据结构尺寸的大小来调整，也可以根据制造现场附近的实际情况，在工装旁进行现场加固。单根的型钢，单块的板材在吊装就位前应进行调直、调平防止变形，调整后尽快就位并进行点焊固定。每件配件就位后要核查尺寸。框架有多层梁时，要先大后小，先框架后加固的顺序从外至内逐层安梁。其他部件、配件的的安装顺序可根据总体计划安排要求进行，钢结构安装过程中还需结合其中出入口位置，要满足要求。

3.1 梁柱组装

分片制作时，先将预制的炉顶及上圈梁调整到位，参考线为工装夹具的8 条线，用螺栓紧固在工装夹具上。将预制好的立柱放对称放入，调整到位，一端与炉顶板点焊，炉底一端用螺栓紧固在工装夹具上。整体制作时，把预制好的上下圈梁按图纸位置用加固料固定点焊在平台上。把下料好的立柱按图纸位置点焊在上下圈梁上，然后把预制好的加强圈梁照图纸位置进行组装、点焊。

3.2 框架焊接

分片制作时，按图纸要求和焊接工艺，对加强槽钢与立柱进行焊接，顺序由外到内，焊接时先焊立缝再焊平缝，焊接时不得集中进行，采用连续焊，焊角高度为4mm；整体制作时，先将已制作完毕的炉底框架固定在蓝图规定位置，按图纸要求和焊接工艺，对加强槽钢与立柱进行焊接，顺序由外到内，焊接时先焊立缝再焊平缝，焊接时不得集中进行，采用连续焊，焊缝成型良好。

3.3 壁板铺设

用卷板机将壁板按照图纸尺寸进行卷制，必须保证壁板的圆弧度偏差在5mm 之内；在框架圈梁之间壁板处每隔800mm 距离一道，用钢板加固壁板，在竖直方向用筋板加固；按照图纸尺寸及排料方案进行铺设于框架上，拼接焊缝必须避开开门类、仪表接管的开孔位置及与型材的角焊缝。

3.4 壁板焊接

进行圆筒炉壁板的拼接焊接，采用全熔透焊接，单面拼接完成后另一面焊缝清根焊接，焊高必须在≥1mm；进行壁板内壁与立柱、连接槽钢、连接角钢的焊接；进行壁板外壁与立柱、连接槽钢、连接角钢的焊接；进行壁板外壁与加强槽钢的焊接。

3.5 整体焊接

分片制作时，检验合格后对圆筒炉进行分片，取下炉底圈梁，并在分片立柱间拉角钢进行加固。整体制作时，检验合格在分片立柱间拉角钢进行加固；按照图纸的尺寸位置依次焊接。

4 方案对比总结

两种方案各有特点，主要是在工序、工装、梁柱组装、框架焊接、整体焊接等几个点有区别。以直径5m，高度12m的圆筒炉钢结构就这几个方面对场地、人员、时间、效益进行对比。工厂施工作业的考核指标，主要是场地、人员、费用、产品流转速度等方面，从对比中我们可以看出立式的分片工装占用空间小，但是总体占地面积大，预制时不需要高空作业，但是精度低，后续整台组装时间长；卧式的工装占用空间大，预制时需要高空作业，但是精度高，后续修整快。在空间占用上，卧式的约是立式的一半；费用上，卧式约是立式的5/6；时间上涉及的因素比较多，不作阐述。

任何项目施工的同时都要加强安全教育，建立完善的HSE 保证体系，严格执行班前安全例会及周一安全活动。钢结构施工中存在的问题，钢结构工程施工中产生的问题，主要有不熟悉图纸、盲目施工、图纸未经会审、仓促施工，未经设计部门同意擅自修改图纸，未按相关施工验收规范施工，未按相关操作规程施工，施工方案不周全，质量管理紊乱。高层钢结构施工时，应充分理解节点深化图，合理制定施工工艺；根据不同的结构特点、焊接形式及气候条件选用合理的焊接工艺及参数，不能一概而论，盲目照搬；结构构件的加工顺序及进场数量要充分考虑现场堆放条件及吊装设备的吊运能力；测量控制要做到分区段、分层次、分阶段进行闭合、校正，防止累计误差的产生。