大型加熱爐頂改造鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工技術(shù)

唐秀英 陸博福

(1.大慶榆林油田開發(fā)有限責(zé)任公司，黑龍江151100；2.中國第一重型機械股份公司重裝事業(yè)技術(shù)質(zhì)量部，黑龍江161042)

大型加熱一段爐是化工企業(yè)生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備，投產(chǎn)運行多年后由于爐頂保溫結(jié)構(gòu)損壞,從而造成爐頂部鋼梁架燒損嚴重爐管掉落，嚴重危及生產(chǎn)。公司決定由壓力容器制造廠利用設(shè)備大修期用最短的時間來對爐頂進行改造。經(jīng)過認真研究確定采用"最佳布排板圖預(yù)制爐頂帶釘桿板塊裝焊技術(shù)"等一系列工藝措施，如期完成了任務(wù)。

1 改制爐頂原始條件和技術(shù)要求

大型加熱一段爐的主體是金屬鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)保溫耐火材料。中間是85根爐管，爐體長度為17 m，寬度為4 m，外框架走臺為7 m，高度18 m。改造后爐頂鋼結(jié)構(gòu)是在主梁40號工字鋼內(nèi)設(shè)置28號槽鋼支撐著85根爐管，共有5跨40號工字鋼下面有6根18號槽鋼，每根17 m。爐頂鋼板厚度為10 mm、材質(zhì)為Q235-A焊接在18號槽鋼的下平面上。爐頂板的下平面內(nèi)焊接404件吊掛不銹鋼螺桿，用來吊裝緊固耐火纖維塊。螺桿的間距控制在(330±1.5)mm確保纖維塊的安裝。爐板的所有焊縫應(yīng)避開槽鋼，以保證拼接鋼板對接焊縫的焊接質(zhì)量。在爐管中間設(shè)有扁鋼特制件與角鋼、筋板等構(gòu)成框架體供安裝吊掛螺釘及耐火纖維塊用。要求將原18號和28號槽鋼進行更換新件，修復(fù)原40號工字鋼。爐頂鋼板對接縫應(yīng)保證不漏氣。要求在72 h內(nèi)完成爐頂鋼結(jié)構(gòu)改造任務(wù)。

2 結(jié)構(gòu)分析與方案確定

一段爐頂由于耐火層損壞而造成鋼梁嚴重?zé)龘p，在此之前檢修時在頂部組焊了一個爐管支撐架。該支架為這次改造創(chuàng)造了條件，即在修復(fù)更換28號槽鋼和40號工字鋼時不必再考慮爐管支撐設(shè)置臨時結(jié)構(gòu)。此次改造主要應(yīng)解決爐頂板的制造裝焊與吊掛螺桿組焊工藝技術(shù)問題、大型槽鋼鋼板的上料問題以及如何確保工程質(zhì)量和工期問題。經(jīng)全面考慮各種因素制定如下工藝技術(shù)方案：

(1)考慮到爐頂距離地面高度在20 m左右，而且吊車運料不能直接進入爐頂內(nèi)，為此在爐體的南部西側(cè)組焊一個臨時上料平臺，其高度距爐頂下二層1.4 m為宜，伸出1 m、寬度2 m，長度為5 m以上，留出走梯。

(2)爐頂鋼板排料與尺寸確定應(yīng)考慮到組焊上料安全可靠、簡便易行以及工廠現(xiàn)有條件，鋼板的幅面大小與焊縫布置要盡可能避開槽鋼。因為爐體結(jié)構(gòu)中間有爐管，每側(cè)有長17 m、寬度1.7 m的空間位置，這給進料運輸帶來了不便，同時考慮到拼板焊縫位置的布置，每塊排板鋼板長度不應(yīng)大于4.3 m。考慮到現(xiàn)有鋼板寬度幅面是1.6 m，將板塊寬度確定為865 mm和(730+1 000)mm，見圖1。

(3)吊掛螺釘桿組件的焊接順序安排。為保證施工工期和簡便易行，將螺釘桿組件預(yù)先組焊于爐頂板上，并將爐板排布編號做標記，確保裝配焊接位置準確無誤。

(4)對組焊螺釘桿的爐頂板在運輸?shù)踹\時應(yīng)注意保護螺釘桿無損。

(5)爐頂不銹鋼扁鋼總長16 m、寬80 mm、厚5 mm，若制成整體后將無法進行現(xiàn)場組焊，為此采取預(yù)制后現(xiàn)場對接裝焊工藝技術(shù)。

(6)在組對爐頂鋼板塊時考慮到施工方便和組對時防止鋼板出現(xiàn)錯口，應(yīng)采用手拉葫蘆牽引起吊板塊組對，以保證裝配焊接質(zhì)量。

(7)考慮到原鋼結(jié)構(gòu)燒損和可能修復(fù)更換性，對原主梁的40號工字鋼采取局部挖補燒損中間部位，其長度不應(yīng)大于原爐管吊架支柱間距1.3 m，故取為1 m，且應(yīng)保留上部100 mm寬度，組焊后兩側(cè)加補強板，補強板長為1.5 m、寬為300 mm、厚為12 mm。

(8)考慮到鋼結(jié)構(gòu)燒損，同時因上面有原搶修爐管支架，為此可對支撐原28號和18號槽鋼進行全部更換。

(9)在施工前對爐體尺寸進行實測復(fù)合，對全部爐管吊具鉤子進行檢查調(diào)整加固，以防止在更換施工中發(fā)生掉落爐管事故。

圖1 一段爐頂鋼板預(yù)制排料圖Figure 1 Furnace top plate prefabrication distributing chart of one-zone furnace

3 施工前各種件預(yù)制及輔助設(shè)施

一段爐頂改造工程量大，時間緊，為保證工期采取預(yù)制部件現(xiàn)場組焊，特別是帶螺釘桿的爐頂板。另外本工程的上料鋼板、型鋼等在施工前就應(yīng)完成輔助設(shè)施工作，在爐體鋼架上組焊上料平臺等，其工藝安排如下：

(1)現(xiàn)場實測爐體走臺等尺寸方位，繪制簡圖，然后設(shè)計上料平臺，繪制施工圖，見圖2。

(2)按平臺圖下料將下好的料運到現(xiàn)場焊制上料平臺。在工作中應(yīng)有30 t汽車吊配合作業(yè)，使上料平臺具備使用條件。

(3)爐扁鋼預(yù)制，用等離子切割下料，不銹鋼板留出加工余量，刨床加工周邊，而后劃線銑削長孔。

(4)爐頂板預(yù)制排板下料轉(zhuǎn)刨床加工坡口兩處。對于大于刨床加工能力的料應(yīng)先切割后再加工坡口，拼板排板圖尺寸要求；在地平臺上預(yù)拼，劃線組焊吊掛螺釘桿，控制尺寸允差確保質(zhì)量；編號做標記防止錯位。見圖1。

(5)28號、18號槽鋼放樣劃線下料，連接角鋼下料。

(6)其它件預(yù)制下料，如限位塊、爐體裙板、角鋼、不銹鋼扁鋼、修理40號工字鋼的補強板預(yù)制下料。

圖2 一段爐頂改造及上料平臺位置圖Figure 2 Innovation of one-zone furnace top and feeding platform location

4 爐頂改造鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場制造工藝技術(shù)

在爐熄火約60 h且建筑維修部門已將爐內(nèi)架好施工工作架子、拆除爐頂南北側(cè)保溫磚后進行爐頂改造的現(xiàn)場施工?，F(xiàn)場施工是在爐子熄火后由爐體砌筑施工與金屬結(jié)構(gòu)制作工序進行交叉作業(yè)，其施工方法與工藝過程如下：

(1)檢查爐管吊具拉筋鉤，調(diào)整爐管加固焊接。

(2)設(shè)置手動葫蘆，用繩子掛好一跨的28號和18號槽鋼，分別切割取下后吊起并運出爐外。待全部切掉運出后再從下面運上新18號槽鋼，并與爐體40號工字鋼下面按圖紙組焊。此作業(yè)由30 t汽車起吊配合作業(yè)上料，而后由人力運件到位再用手拉葫蘆吊拉靠到位組焊。

(3)為便于施工及安全起見，18號槽鋼組焊后即組焊爐頂鋼板。此項工作先用汽車吊運裝預(yù)制爐頂板塊，按順序號拉運到爐體附近，用30 t吊車上料，注意方向標記。然后用人力將板塊拉運到爐體內(nèi)到位，此項工作應(yīng)注意防止吊掛螺釘桿脫落，為此在運輸時應(yīng)使螺釘桿朝上，在板上焊接吊環(huán)。

(4)按位置設(shè)置手拉葫蘆，吊起爐板并組對焊接于槽鋼上，同時焊接鋼板拼縫接口。為便于施工、保證質(zhì)量和防止板塊錯運吊裝，裝配焊接時要從爐體外側(cè)進行裝焊，并應(yīng)預(yù)先劃出中心線、位置尺寸，在兩內(nèi)側(cè)組焊后進行另一外側(cè)爐板組焊。

(5)組焊爐管中央兩側(cè)圍角鋼4號件，保證內(nèi)腔尺寸500 mm。

(6)40號工字鋼主梁修復(fù)，先將燒損部位爐體中間處的長800 mm、寬300 mm底部切割，保留上部的100 mm寬其余部分，而后按此大小切割新工字鋼組對焊接，最后兩側(cè)加焊補強板S=12 mm×300 mm×1 500 mm。見圖3。

(7)用30 t吊車吊運上料28號槽鋼，用10號角鋼連接固定焊接。

(8)不銹鋼圍板長扁鋼組焊，分兩節(jié)先對接焊好后，再從一頭南側(cè)運進，邊送進邊對接焊共計16.1 m。在送進時要在爐管間加設(shè)橫桿支撐，直到10節(jié)全部送進完成為止。而后兩頭固定放置端頭6.5 mm角鋼組焊。

(9)不銹小扁鋼組裝焊接，調(diào)整不銹扁鋼位置組焊為整體。

(10)檢查吊掛螺釘桿是否有被碰掉，根據(jù)情況進行補焊加固。

(11)拆下吊爐管支撐鋼架的拉筋、梁槽鋼，保留40號工字鋼上的支柱部分。此工作要用手動葫蘆牽引吊爐管后切割拉筋，而后緩落爐管。

圖3 一段爐頂鋼結(jié)構(gòu)圖Figure 3 Steel structural diagram of one-zone furnace top

(12)調(diào)整爐管位置，組焊限位塊。

(13)待上部耐熱纖維塊安裝好后點焊固定穿軸于長扁鋼孔和角鋼上。

(14)待砌筑封頂后組焊爐體圍板。

(15)對爐頂板對接焊縫進行煤油試漏檢查。

(16)拆除上料平臺，利用吊車將料運到地面，從而完成全部爐頂改造鋼結(jié)構(gòu)制造現(xiàn)場施工工作。

5 結(jié)論

(1)對于大型設(shè)備改造現(xiàn)場施工，部件制造及交叉作業(yè)首先應(yīng)進行綜合分析，制定切實可行、安全可靠、省時省力的工藝方案。如本工程因時間緊、工程量大，質(zhì)量要求高，為此爐頂板吊掛螺釘桿采用預(yù)制排板布料標記注出及預(yù)先組焊吊掛螺釘桿等工藝措施。

(2)對于大型設(shè)備改造施工圖的主要元部件尺寸，特別是當(dāng)客觀條件不具備而不能在預(yù)制元件之前實際測量核對尺寸時，為保證順利實施，應(yīng)在組焊前進行實測核對尺寸。如爐頂板尺寸圖上標出數(shù)值是否與實際相符，應(yīng)在停爐后進行實際測繪核對尺寸，以便修正爐頂鋼板塊組裝尺寸，保證施工質(zhì)量。

(3)該爐頂改造方案經(jīng)實際應(yīng)用完全符合技術(shù)要求，保證了爐體改造工程如期完成。