大型加熱爐高等級發(fā)展促進高效裝運技術進步

陳孫藝（茂名重力石化機械制造有限公司，茂名 525024）

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大型加熱爐高等級發(fā)展促進高效裝運技術進步

陳孫藝
（茂名重力石化機械制造有限公司，茂名 525024）

摘 要綜述了在煉油化工加熱爐大型化高等級發(fā)展中，加熱爐主要零部件或大模塊的高效裝運技術。結合33張案例圖片總結了對流段模塊本體結構的加強、加熱爐整體一體化裝運和各種零部件裝運等三方面工程實踐。結構加強具體包括模塊局部結構改進、模塊整體結構選優(yōu)，零部件裝運具體包括爐管、管板、爐墻、扶梯和煙道等。最后指出了模塊吊裝受力分析和吊具設計中存在的4個問題及其對策。

關鍵詞模塊運輸；裝運技術；包裝；模塊化結構；加熱爐；事故

重大石油化工設備的高效裝運是以盡量少的運輸次數、按照次序、保證質量把設備及零部件安全地從制造廠運抵裝置建造工地的一項系統(tǒng)性的工作，該專題的總結報道不多。文[1]總結了石化設備的吊裝技術和吊具的選擇，文[2]介紹了利用模塊化制造的原理，將工廠分解為集成了多種系統(tǒng)功能的大型模塊，進行工廠化的異地建造，并運輸到現場安裝，進而連接組成工藝復雜、功能齊備的現代化工廠。2015年1月，中國石化煉化工程公司技術部組織召開了吊裝運輸專業(yè)的技術標準審查會，通過對體系、共性問題的處理進行討論以統(tǒng)一各子公司的標準，為實現裝運技術一體化管控奠定基礎。但是煉化設備種類和結構的多樣性，以及石化裝置的規(guī)?；l(fā)展，使得該項工作全面深入的規(guī)范化頗具難度。文[1]結合28張圖例分類綜述了在煉油化工加熱爐大型化高等級整體模塊化建造技術發(fā)展中，加熱爐各種模塊的包裝、運輸和吊裝技術，但都是通過增設外來構件的加固包裝，沒有涉及模塊本體的構件加強，也沒有針對性地提出減少運輸事故的對策。因此，從高效裝運關聯技術的角度來完善加熱爐的模塊化建造技術是大型加熱爐高等級發(fā)展的另一保證，如果把減少和預防運輸事故的要求轉換為提高加熱爐構件的結構剛性和減少運輸次數，則前者相應的技術對策主要是模塊本體的構件加強，后者相應的技術對策主要是加熱爐整體一體化裝運和集散成整以便裝運。

1 對流段模塊本體結構的加強

相對于外來輔助構件的加固包裝，模塊本體的構件加強是不再拆卸的加強，首先應根據有關事故分析對策，其次是把傳統(tǒng)構件之間的大間隙配合改進為適度間隙裝配，構件之間的松散連接改進為緊密連接。

1.1 裝運事故對策

文[3]通過10起事例對石油化工壓力容器在包裝運輸和裝卸中的損傷失效進行了分析。加熱爐大型模塊也存在運輸風險，圖1和圖2都是急剎車時超出車板長度的后端彎頭箱的左邊被后面的重載汽車追尾碰壞，大型模塊的運輸要有足夠的運輸時間，控制車速。

圖3是大型模塊運輸中遇到路障急剎車時、模塊因慣性過大產生顛簸和滑動，局部支承模塊的支座擠壞了爐墻底部的橫梁。

裝車時，整個模塊應裝在車板或包裝架內，即便是對流段模塊的彎頭箱段，也應盡量不要超出車板尾部懸空放置，這除了可以避免模塊自重和道路顛簸造成的損害，也避免車尾旋動的氣流把骯臟的塵土和垃圾碎屑吸進底部沒包裹的彎頭箱，污染陶纖隔熱層等，還可以預防交通意外直接碰損模塊本體造成修復困難。

1.2 模塊局部結構改進

文[4]主要介紹了大型塔器吊裝設計中關于分段與質量、吊耳選取及其方位設置等一些工程技術問題，也沒有針對性地提出模塊設計中預防運輸事故的對策。

圖1 彎頭箱后端左邊被碰撞Fig.1 Impact on the left of bend box

圖2 左側墻后端立柱被碰撞Fig.2 Impact on the columniation ofside wall

圖4 端管板與側墻螺栓連接Fig.4 Bolt joint between end tubesheet and side wall

圖3 側墻底部被沖擊變形Fig.3 Impact deformation on the columniation foot of side wall

圖5 小管板與大墻連接Fig.5 Small tubesheet connect with large wall

圖6 側墻鋼構斜撐加強Fig.6 Inclined strut strengthen the side wall

（1）端管板與側墻的連接。該節(jié)點可以是焊接、圖4的螺栓連接和輕松夾持三種，分別對應于力學中的固支邊界、簡支邊界和界于固支與簡支之間的邊界。具體節(jié)點的選擇要與兩者的結構強度剛度相匹配，以便受力的協(xié)調和相互支撐，圖5是小面積管板與大結構爐墻連接，這要比大面積管板與小結構爐墻連接強得多。

（2）管板、支耳與側墻的連接。支耳與側墻的連接一般是螺栓連接，有的在支耳與側墻之間設置隔熱板，減少熱損失但是降低了連接強度，有的在螺栓連接后再進行周邊焊接，提高了連接強度但是增加了熱損失。

擱在支耳上的管板周邊一般有一定的間隙，便于緩和爐管等結構件的熱脹冷縮。

（3）管板間距和立柱間距。窄的管板間距或立柱間距都有利于提高模塊的強度剛度，即便管板間距或立柱間距滿足結構標準或受力分析，也只是從整體鋼結構而言，對于局部結構或單件模塊來說，不一定符合運輸要求。

（4）側墻鋼構加強。圖6在側墻立柱之間增設了加強斜撐，顯然對爐墻有所加強，是不是最佳的加強撐有待分析。

1.3 模塊整體結構選優(yōu)

對模塊整體結構運輸的影響可分為形狀和尺寸兩方面。

僅從外形比較，圖7窄而高的模塊與圖8寬而矮的模塊相比，其運輸時的強度與穩(wěn)定性顯然更差，但是要把窄而高的模塊翻轉90°放置運輸在質量技術上也是較為困難的。

模塊整體結構的尺寸精度對運輸效果的影響主要在其底面平整度上，這同時涉及車板的平整度。通過圖9的組裝臺架作為基礎來組裝圖10的模塊，甚至組裝臺架就作為運輸支架，對保護模塊整體結構形狀和尺寸很有好處。

圖7 窄而高的模塊Fig.7 A narrow but high module

圖8 寬而矮的模塊Fig.8 A wider but low module

圖9 組裝輔助臺架Fig.9 Auxiliary frame for assembly

圖10 在臺架上組裝模塊Fig.10 Assembly the module on frame

圖11 輻射段大模塊普通卡車運輸Fig.11 Truck transport for large module of radiant section

2 加熱爐整體一體化裝運

2.1 整爐的裝運適應性

加熱爐的模塊裝車可有選擇：從底部液壓頂提升或使用吊具從頂部提升，安裝時則只能使用吊具從頂部提升。減少模塊數量可分極端對策和中間對策。

極端對策是加熱爐模塊合多為一的整體化建造。整爐是一件特大尺寸的超大模塊，已不是一般的模塊，由于加熱爐結構是由下向上支承的組合結構，整體裝運中其承受從上部起吊的結構受力性較差，無論裝運或安裝都只能選擇液壓從底部頂升和降落。

中間對策主要是從化整為多的模塊化建造，反向發(fā)展為合多為少的大模塊建造。這種情況下大模塊的裝運或安裝技術的選擇介于模塊化和整體化之間。圖11就是國際上的加熱爐公司對輻射段整體大模塊運輸。

2.2 整爐液壓拼裝平板車組運輸

目前，陸地或海上的吊機能力完全能滿足加熱爐模塊化吊裝或整體吊裝的要求，但是整體吊裝對加熱爐鋼構的承重校核更復雜，對整體結構的強度要求較高。如果長距離裝運完全采取公路和鐵路運輸都將受收費站、涵洞及橋梁的界限限制。所以國際上的加熱爐公司如意大利的ITT公司、法國的HEURTEY石化公司、英國的BIH公司在整體安裝模塊時大多是海運到碼頭后通過圖12（2縱列6軸）和圖13所示具有液壓懸掛頂升系統(tǒng)的拼裝平板車組SPMT運輸到安裝基礎上、準確就位然后下降到地面。SPMT （ Self-propelled modular transporter）即自行式模塊運輸車，又名自行式液壓平板車，通過若干縱列和若干軸液壓掛車拼裝成大平板，主要應用于重、大、高、異型結構物的運輸，其優(yōu)點主要是使用靈活，轉向由計算機控制，可以實現橫向、前后不等角度、圓周或定點轉向，裝卸方便可實現毫米級的定位精度，載重量在多車機械組裝或者自由組合的情況下可達5×104t以上，在裝備制造業(yè)、石油、化工、海洋石油、橋梁建造等工程領域應用廣泛，但行速較慢。當然，也可以通過獨立的液壓頂升系統(tǒng)和普通卡車的組合來裝卸大型模塊。

2.3 整爐水運

整爐河運相對簡單和安全，海運則復雜化，尤其是遠洋運輸的風險較大，裝運技術要求較高。除了需要將散件集裝箱包裝，需要進行防潮和防腐蝕設計，還可能需要對船艙或甲板進行施工改造，具備通過螺栓安裝加熱爐柱腳的基礎，遇到臺風則運輸周期受到影響。

3 零部件裝運

零部件的裝運是模塊化裝運的關聯技術，其高效化運輸手段主要是集散成整包裝。

3.1 爐管裝運

超長翅片管的起吊應使用力平衡吊具，批量運輸和存放應使用防變形吊具，見圖14。螺旋纏繞翅片管的存放見圖15，其層疊包裝和海運時的封閉包裝分別見圖16、圖17，捆綁包裝見圖18和圖19，封閉包裝是指每一層翅片管經塑料薄膜包裹后再逐層置于木箱內，最后封閉木箱以免使用前遭到有害污染?？v翅管或釘頭管的存放和包裝也可參照進行。甲醇裝置加熱爐輻射段爐管是表面光管，其彎管段的散件包裝裝車見圖20， 另一加熱爐的輻射段爐彎管段包裝架裝車見圖21。

3.2 鑄造管板裝運

圖12 能提供寬廣平臺的2縱列車組Fig.12 SPMT transport with 2 columns for large bedplate

圖13 加熱爐整爐縱列車組運輸Fig.13 SPMT transport of whole furnace

圖14 超長翅片管起吊Fig.14 Suspender of finned tube

圖15 翅片管存放Fig.15 Storage of finned tube

圖16 翅片管層疊包裝Fig.16 Samdwich packaging of finned tube

圖17 翅片管封閉包裝Fig.17 Close packaging of finned tube

圖18 翅片管捆綁包裝Fig.18 Binding of finned tube

圖19 翅片管捆綁包裝Fig.19 Binding of finned tube

圖20 輻射段彎管包裝Fig.20 Packaging of bend tube of radiant section

鑄造管板的裝運最適宜使其處于工作時的自然狀態(tài)，且應緊固、防止相互碰撞，見圖22和圖23，如果考慮海運或長距里運輸等其它防護因素，應使用類似于圖24、圖25或圖26的封閉式包裝，還要采取措施使產品零件在箱內固定，防止其晃動。

圖21 輻射段彎管包裝架Fig.21 Packaging frame for bend tube of radiant section

圖22 超寬鑄造管板包裝Fig.22 Packaging of super-width cast tubesheet

圖23 鑄造管板包裝Fig.23 Packaging of cast tubesheet

圖24 鑄造管板集裝箱封閉包裝Fig.24 Close packaging of cast tubesheet with container

圖25 鑄造管板鋼箱封閉包裝Fig.25 Close packaging of cast tubesheet with steel box

圖26 零件鋼箱封閉包裝Fig.26 Close packaging of part with steel box

3.3 對流段盤管的裝運

盤管應設計專用的包裝架，見圖27和圖28。根據工程需要，盤管內可充裝氮氣進行保護，無法蘭的盤管端口應使用塑料塞蓋封住，或者用軟布包裹端口后再把軟布捆綁牢固，防止異物進入盤管。

3.4 輻射段爐墻的裝運

圖27 對流段盤管包裝Fig.27 Packaging of coil tube of convection section

圖28 對流段盤管運輸Fig.28 Transport of coil tube of convection section

圖29 輻射段爐墻運輸Fig.29 Transport of furnace wall of radiant section

圖30 圓筒爐墻包裝Fig.30 Packaging of wall shell of cylindrical furnace

大型加熱爐的模塊化發(fā)展主要目的是減少工地現場的施工，而長距離運輸也是不利的，因此就近工地的工廠制造成為高效運輸的最佳選擇，圖29就是箱式爐輻射段爐墻、爐頂板和爐底板的近距離運輸，也可作為平臺的裝運參照，圖30是圓筒爐輻射段爐墻運輸前的加固支撐結構。

3.5 梯子平臺的裝運

圖31和圖32分別是扶梯、攔桿和煙道的框式包裝，圖33是副框架的裝運，都簡便可靠。

圖31 扶梯包裝Fig.31 Packaging of stair

圖32 煙道包裝Fig.32 Packaging of flue duct

圖33 副框架裝運Fig.33 Transport of vie-frame

4 存在問題及對策

包括技術和管理兩方面，當前的主要問題：

（1）模塊吊裝受力分析。隨著模塊化程度的不斷提高和模塊分割方式的變化，各種模塊陸續(xù)出現，從小模塊到大模塊，從大模塊到整體的超大規(guī)模再到整體作為一件模塊，從垂直模塊到橫向模塊再到不規(guī)則形狀模塊，從體狀模塊到面形模塊，從平面模塊到圓弧面模塊，從鋼結構模塊到其包括隔熱層非金屬結構的模塊，從澆注層自然養(yǎng)護后的濕模塊到澆注層養(yǎng)護后再熱烘的干模塊，從對流段模塊到過渡段模塊和輻射段模塊再到煙囪煙道模塊，帶來不同的模塊形狀及其構件之間不同的連接邊界，不同的模塊結構尺寸及相應的自重分布。

由此存在問題是：模塊本體受力模型多種多樣；計算校核其位移變形的判斷指標及其許可數值不清楚；主要因素中似乎是吊點越多越有利于預防模塊的變形，但是還要與吊具的減少吊點設計原則協(xié)調，因此吊點的數量及其布置存在合理范圍，對不同方案進行技術選優(yōu)的數學模型值得探討。

（2）模塊吊裝方案的設計主體。目前，國內加熱爐的制造和吊裝作業(yè)分屬不同的企業(yè)，由于不同的安裝企業(yè)對同一臺加熱爐的吊裝方案是根據各自的吊裝能力而制定，各自的方案不一樣。國際上流行的規(guī)則是設備制造企業(yè)負責設備施工圖的設計，設計內容包括設備運輸時的包裝及安裝時的吊具，但不一定包括吊裝方案。承包加熱爐工程的企業(yè)應承擔吊裝方案的責任，一種方式是直接提出有關方案，制造單位按要求細化和制造，安裝單位無條件實施，不具備相應能力的單位不能承接該安裝工程，另一種方式是安裝企業(yè)提出吊裝方案，承包企業(yè)不但應審查吊裝方案及吊具的設計，而且須在設計文件上簽字。這兩種方式都需要承包工程的企業(yè)具有相應的資質，這樣能促進承包企業(yè)技術管理體系的進步。

（3）模塊吊具等輔助性工裝結構差異較大，不同項目的吊具結構上的連接結點不統(tǒng)一，設計所依從的標準規(guī)范、制造應遵從的技術要求和檢驗方法不明確，不同情況下使用吊桿、吊梁（平衡梁）或吊架的技術條件不明確，吊具設計計算校核的判斷指標和許可數值也不清楚，吊具的安全可靠等功能性要求與模塊完整無損性要求不相符，容易出現技術與對象的不匹配，或者是大模塊使用小吊具的不安全苗頭，又或是小模塊使用大吊具的浪費現象。模塊吊具設計如果與模塊吊裝受力分析相結合，應該能取得更合理的效果。

（4）相關單位在吊具設計上缺乏基本的交流和必要的支持。裝運是多家企業(yè)的業(yè)務交叉接點，模塊吊具的設計主體難負全責，制造廠不熟悉設備吊裝技術，不參與編制吊裝方案，對現場吊裝的氣候環(huán)境、載荷動態(tài)條件不明，安裝單位不參與對加熱爐的模塊分割，對可能使用吊具的模塊制造廠車間室內環(huán)境不了解，對模塊運輸中可能使用吊具的水陸轉運環(huán)境也不清楚，加熱爐工程公司有審查吊具設計文件的職權，但是不申請該項的資質，不須在設計文件上簽字，也不承擔相關的責任。因此，煉化工程公司吊裝運輸專業(yè)統(tǒng)一的技術標準只是技術進步的一方面，統(tǒng)一的管理體系又是與此相關的另一方面。

5 結束語

重大石油化工設備的高效裝運是涉及設備制造廠、物流運輸公司、設備安裝單位、工程管理方、業(yè)主和保險公司甚至交通管理部門多家企業(yè)的業(yè)務交叉接點，其中的專業(yè)技術與專業(yè)管理深度結合，各專業(yè)中的關鍵技術又因承擔主體的不同而顯得分散、因實施地的不同而顯得無關聯，僅靠個別專業(yè)技術很難避免關聯體系沒有管理漏洞，因此總結實踐經驗、預防相關事故是必要的。

參考文獻

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美國 SuperKleanTM公司更改中國市場銷售經理的啟示

SuperKleanTM位于美國加州，是國際上著名的生產節(jié)能環(huán)保、工業(yè)用清洗設備專業(yè)廠商。本公司原中國市場銷售經理包涵先生因合同到期，已于2015年10月與我公司終止勞動關系，不再負責本公司業(yè)務。之前由包涵負責的工作由現任市場銷售工程師酈燦偉先生負責。

美國 SuperKleanTM公司

亞太銷售總監(jiān) 徐 立 郵箱：lihsu@superklean.com

中國市場銷售經理 酈燦偉 電話： 021-61101376，13501837394

Progress of High Efficiency Shipping Technology Promoted from Development of Large Heating Furnace

Chen Sunyi
（The Challenge Petrochemical Machinery Corporation of Maoming, Maoming 525024）

Abstract:In this paper, the technologies for main components in heating furnace and for high efficiently shipping of large module, which appears in the development of large capacity of heating furnace used in petrochemical industry, were summarized. With 33 case photos, three aspects in engineering, including strengthening of the structure in module body, integrity shipping for heating furnace and the shipping of components, were summarized. The strengthening of body structure includes the improvement of local structures in module and the optimization of integral module. The shipping of components includes that of fin tube, tubesheet, panel, ladder and flue gas duct. Finally, four problems existed in the analysis of loads for lifting of module and in the design of lifting tools were illustrated, for which the countermeasures were also demonstrated.

Keywords:shipping of module; shipping technology; packing; module structure; heating furnace; accident

作者簡介：陳孫藝（1965—），男，教授級高級工程師，獲工學博士學位，從事承壓設備及管件的設計開發(fā)、制造工藝、失效分析及技術管理。

收稿日期：2015-08-13

中圖分類號：TE 963

文獻標識碼：A

文章編號：2095-817X（2016）01-0039-000