极端低温条件下变截面塔模块化施工工艺

2022-04-02张恩铭

石油化工建设 2022年2期

张恩铭

中国化学工程第九建设有限公司辽宁盘锦 124000

高大塔类设备的附塔梯子平台、附塔管道、防腐保温和电气照明等，如果全部在塔设备安装就位后施工，由于高空作业多、各专业垂直交叉作业多，安全风险非常大。同时，由于高处作业条件限制，给施工人员作业和质检人员检查带来极大的不便，不利于施工质量的控制。由于脚手架搭设拆除周期长，高空作业施工效率低、施工周期长，对设备周边地坪和施工影响较大，对项目总体工期影响较大。另外，由于高处作业依赖于吊装机械的配合，施工成本也势必增加。上述各种不利条件要求项目建设尽可能提高模块化施工程度，以提高项目综合效益。同时，大型吊装机械的普及，也为高大塔设备的模块化施工提供了资源保障。

内蒙古伊泰化工120 万t/ a 精细化学品示范项目中，油品加工装置拟采用模块化施工的塔类设备共11 台，其中有7 台属于变截面塔，设备直径分段变化，吊装吊耳位置设置比较低，对设备模块化施工组织和吊装作业造成较大影响。项目处于内蒙古地区，且装置区塔类设备在冬季的数天内集中到货，受现场场地和极端低温气候所限，对施工组织提出了更高的要求。以下以低温油洗单元的T202 脱丁烷塔为例，通过从设计到现场施工的全过程管理，探索提高极端低温条件下变截面塔设备模块化施工水平，以减少后续施工中的高空作业，保证施工安全，提高施工效率，降低施工成本，从而提高项目的综合效益。

1 工程概况

1.1 设备参数

T202 脱丁烷塔总高度70.7m，整体到场。设备下段直径5000mm，顶端直径2200mm，中间段直径4200mm。设备净重360t；设备梯子平台共计21 层，重量19t；设备附塔管道27 条，最大管径DN600mm，附塔管道及支架重量31t；设备及管道保温重9t；照明灯具28 盏及配套线缆和穿线管，重量忽略不计，吊装总重量419t。

1.2 施工作业环境

项目所在地为内蒙古地区，设备进场时间为当年的12 月5 日，室外白天最高气温1℃，夜晚最低气温零下20℃。设备安装标高为EL+0.500m。

由于设备进场较晚，装置区道路和地坪已经施工完毕，地坪浇筑之前已经对吊车站位影响区域进行过预处理，地耐力能满足吊装需求。为降低吊装对道路和地坪造成的破坏，对吊车站位影响区域的地下井室进行临时回填，地坪和道路上铺垫500mm 沙土，碾压后上面再放置吊车路基板。

2 设备进场前的准备工作

为了保证塔设备能够按照既定施工方案要求入场，必须从设计阶段、采购及运输阶段进行全过程管理和确认，以保证满足塔类设备的模块化施工要求。

2.1 设计阶段

2.1.1 设备制造图设计

根据设计院提供的设备制造图纸、附塔管道及梯子平台图纸，进行设备吊装方案比选。根据设备模块化吊装参数，拟采用1200t 履带吊主吊，400t 履带吊溜尾。根据设备模块化吊装重量，依据《化工设备吊耳及工程技术要求》HG/ T21574 进行吊耳选型，结合设备筒体厚度，确定筒体的局部补强尺寸和厚度；根据设备保温厚度和吊耳上方平台宽度，考虑平衡梁长度，并进行吊耳耳轴长度的最终确定。根据规范计算的吊耳距离设备筒体端部最小尺寸确定设备吊耳的最大高度；根据设备吊耳上方部位的平台和附塔管道及支架情况，综合选定设备吊耳的角度，并将最终的设备吊耳设计尺寸和定位要求返回设计院确认，经设计院确认无误后发设备制造厂。最后利用BIM 技术，对设备梯子平台、附塔管道，在运输和吊装过程中与设备运输鞍座、相邻设备与结构框架，有可能存在的碰撞进行研判调整，确保设备的运输和吊装作业顺利实施。

2.1.2 其他专业设计

对于拟进行模块化吊装的塔类设备，要对设备梯子平台图纸、附塔管道及支架图纸、设备和管道防腐保温图纸、电气照明图纸进行同步催交。

2.2 采购及运输阶段

2.2.1 设备采购及运输

设备制造厂根据接收到的吊耳制造要求，预先进行材料备料。在设备制造完毕，热处理前将吊耳和补强板施焊完毕，并进行无损检测，合格后进行设备热处理和设备水压试验。设备水压试验前核实平台垫板和管道支架垫板的位置和数量，核实无误后方可试压。设备水压试验合格后将积水排净，检查确认内部清洁度，用压缩空气吹干后，方可进行人孔封闭。

为了便于现场设备卸车，设备采用轴线车运抵现场（图1），同时自卸车到场。为了保证设备吊装时主吊耳处于水平位置，要求设备在制造厂装车时保证吊耳处于水平位置。为了减小设备运输鞍座对管道施工的影响，也为了方便现场梯子平台和附塔管道的安装就位，要求设备装车时以主吊耳为水平线划分，附塔管道较多的一面朝上，平台和梯子较多的一面朝下。为了避免设备鞍座摆放位置影响到塔平台的安装，在设备出厂装车前，施工单位技术人员要到制造车间对设备运输鞍座的摆放位置进行确认，以避开设备平台及栏杆安装位置。

图1 设备运输进场

2.2.2 其他材料采购及运输

其他材料的采购及运输需满足设备进场时间要求，并预留出15～20d 的现场防腐预制周期。对于工艺管道组成件及管道支架材料，由于管件和法兰加工周期比较长，需要提前订货并做好跟踪反馈，尤其需要注意一些特殊材质的材料。梯子平台栏杆属于通用材料，可以根据设计院提供的图集预采购一批；防腐油漆材料要注意不同介质管道的面漆颜色均应涵盖；绝热材料和外保护层，要注意提前进场以预留出材料抽检复验时间，保温支撑和钢带铆钉等材料均需同步到场；由于照明灯具和线缆采购周期较长，需要提前订货并及时做好采购制造信息跟踪。

2.3 现场施工准备阶段

2.3.1 场地准备

在设备运抵现场前，结合设备吊装方案，在设备摆放区域鞍座进行放线，在鞍座位置预先铺设钢板，钢板上摆放道木墩，以道木墩高度加设备运输鞍座高度略大于设备平台宽度为准。设备抵达现场后，通过轴线车到达预定位置，再将设备卸放在道木墩上，轴线车即可退场。

2.3.2 梯子平台栏杆预制

材料到场后要及时进行防腐刷底漆。所有栏杆卷弧后预先拼装成片。无管道穿过的平台可以直接预制成片，并预先安装栏杆；有小口径管道穿过的平台，可以平台预制成形，然后平台开洞；有大口径管道穿过的平台，为便于管道安装，平台外圈梁暂不焊接，等管道安装到位后再安装焊接外圈梁和栏杆。所有直爬梯预制成段，除吊装钢丝绳影响的个别直爬梯外，其余爬梯护笼直接安装焊接到位。

由于室外气温较低，预制工作和防腐油漆工作均在室内厂房进行。除现场焊口部分预留外，其余部分均将面漆涂刷完毕。

2.3.3 管道及支架预制

管道支架预制成形时，远离设备筒体的外侧梁暂不安装，待管道安装就位后再安装焊接。管道支架焊接完毕后，送抛丸机进行除锈，然后在室内暖棚进行防腐施工。不保温管道留一遍面漆待安装完毕后涂刷，保温管道涂刷两遍底漆后送去预制。DN100 及以下小口径管道在封闭库房预制后进行试压，试压完成用压缩空气吹净积水后进行防腐施工。DN100 以上的大口径管道在封闭库房分段预制，再运送到现场进行二次预制，以满足运输要求；大口径管道施工完成后在现场进行试压，试压采用60℃热水，试压前对管道缠绕电伴热带，除焊缝部分外还需包裹保温棉；需要特别注意试压临时管和试压泵本体由于管径较小更容易冻裂，管道上的放空阀和导淋阀由于是盲段也容易被忽略，需要加大伴热带密度和保温厚度，同时在试压泵处搭设保温棚，棚内设采暖炉和温度计。管道试压完毕后，尽快排净管内积水，并用压缩空气吹净，在积水吹净之前电伴热带要始终保持通电状态。

需要注意的是，管道在现场的堆放部位不得影响设备进场和吊车站位。

2.3.4 其他施工准备工作

电气穿线管预先根据平台外圈梁尺寸进行下料和煨弯套丝，穿线管支架和灯具支架提前进行预制补漆，但暂不安装以防止平台安装过程中损坏严重。

设备封头、管道弯头和设备抗风圈部分的保温铝皮提前进行下料，滚圆并标号后分类摆放。

3 设备进场后现场施工组织

设备于当年12 月5 日进场，到场放置稳妥。轴线车退场后，立即开始各专业施工工作。

3.1 铆工组工作

铆工共计安排四个作业组。借助活动脚手架，铆工立即对所有平台牛腿连接板位置进行定位，其他辅助人员将各层平台牛腿分别倒运到位。牛腿定位完成后，即可优先开始设备下方平台牛腿的安装工作；侧面无法够到部位的牛腿等脚手架搭设验收完成后进行安装。牛腿焊接完毕，补漆后即可开始平台安装。无管道穿过的平台直接安装到位；有小口径管道穿过的平台，平台安装就位后根据管道中心线位置进行平台开口施工；有大口径管道穿过的平台，先行安装平台内圈梁，待管道安装就位后再封闭平台外圈梁和平台板。平台安装时采用倒链和吊车配合安装就位。铆工组平台与管道支架安装作业见图2。

图2 铆工组平台与管道支架安装作业

3.2 管工组工作

管工共安排四个作业组。借助活动脚手架和生命线，管工立即对所有管道中心线和管道支架进行定位；其他辅助人员优先将管道支架倒运到位。管道支架定位完成后，即可开始设备上部管道支架的安装工作。设备侧面管道支架等脚手架搭设验收完成后进行安装，焊接完毕后要及时补漆。

管道安装就位按不同管道重量，分别采用吊车加倒链配合找正，或两台吊车抬吊的方法进行安装就位。对于塔顶部分长度过长无法整体预制一次吊装就位的管道，分段吊装就位后，需要再次对口连接固定，并对固定焊口进行无损检测。管道焊接完毕无损检测合格，热处理合格，并管道水压试验合格后，即进行焊口补漆工作。有伴热管的在主管施工完毕即可进行伴热管的铺设和绑扎固定。伴热管由于管径较小，且试压后积水不易排净吹干，极易发生冻裂。在征得业主代表同意后，对施工完毕的伴热管进行气压试漏替代水压试验。

管道安装后，对除固定支架以外的其他所有支架均需要进行临时加固措施，以保证在整个吊装过程中管道不随设备状态的改变而发生位移。安全阀在试生产前要调试，试装后拆除，对管道进行临时加固。其他阀门可以直接安装到位。

3.3 架设组工作

平台牛腿和管道支架定位完成后，即可开始绝热脚手架的搭设工作。脚手架服务于绝热施工，兼顾梯子平台栏杆的安装使用。脚手架顺着设备方向搭设，且搭设双排脚手架，需避开平台和管道支架位置。脚手架搭设完毕后，作业面满铺钢跳板，脚手架侧面设置抛撑，脚手架顶面与对面平台顶面加横杆进行锁死，以保证脚手架的稳定性。其他工作结束后，及时拆除移走脚手架。

3.4 防腐绝热组工作

由于室外气温较低，油漆存放在室内，随用随取并采取适当保温措施。牛腿平台和管道支架焊接完成后，及时进行除锈和补漆工作。绝热工作开始前，底漆补刷工作必须完成并验收合格。

牛腿和管道支架施工完成，脚手架搭设合格后，即可开始绝热施工。由于设备长度较长，绝热施工分三个作业组分段进行。绝热材料绑扎牢固后，及时用三防篷布进行包裹覆盖。外保护层同步进行放样下料，其他安装工作基本结束后，分段组织外保护层施工。

设备鞍座下部的绝热施工，待设备起吊离开鞍座后进行。

3.5 电气组施工

平台安装后，电气组即可以开始施工，依次进行支架、穿线管、接线盒、线缆穿线工作。在安装工作接近尾声时，开始安装照明灯具，以防止施工过程中不慎损坏。

3.6 吊装前检查确认

变截面塔设备吊耳设计位置比较靠下，虽然在设计阶段方案编制中已多次比选确认，管道和平台安装过程中也在检查跟踪，仍难免有个别管道支架或平台栏杆会影响吊装钢丝绳旋转。此时，要再次进行检查确认，确实有影响的暂不安装，临时绑扎或焊接固定在旁边平台上，待塔设备吊装就位后再借助倒链或吊车吊笼进行恢复。同时，要检查设备上是否有边角废料和工器具，防止吊装过程中掉落伤人。

3.7 吊装就位

正式起吊之前，必须进行试吊，复核实际吊装重量，如有偏差必须查找原因，直至偏差消除。12 月20 日正式起吊（图3），吊装选在中午气温较高、风力较小时进行，设备离开鞍座后对鞍座影响范围的绝热进行修补完善。设备吊装就位后，电气组将照明线缆接至现场配电箱，并做好防护标识。在低温条件下，变截面脱丁烷塔圆满实现既定塔起灯亮模块化施工任务。然后对吊耳上方受影响区域进行完善，清理现场工机具及施工余料。吊装机械撤场后，恢复场地原貌。