一種原料氣吸收塔的安裝施工難點及其解決措施

賀 能 周 軍 喻 穎 蔣濱羽 胡念杰

（1.湖南省特種設(shè)備檢驗檢測研究院湘潭分院 湘潭 411204）

（2.湖南大工重機有限公司 湘潭 411204）

原料氣吸收塔是新疆某公司年產(chǎn)68萬t煤基新材料項目的凈化裝置低溫甲醇洗工序中的主要設(shè)備，由中國某工程有限公司設(shè)計，湖南某公司制造、安裝，該設(shè)備有噸位重、直徑大、壁厚厚、高度超高的特點，為全國同類型設(shè)備之最，制安單位從其制造、運輸、現(xiàn)場組裝等因素進行綜合考慮，決定采用吸收塔筒體在工廠車間內(nèi)分成五段制造，分段運至現(xiàn)場組裝成臺的施工方案。

1 原料氣吸收塔的基本情況

該原料氣吸收塔主要參數(shù)：

設(shè)計壓力：6.7MPa；

設(shè)計溫度：上部-70/80℃，下部-45/80℃；

材質(zhì)：上部SA230Gr.E，下部09MnNiDR；

介質(zhì)：合成氣、原料氣、富甲醇、貧甲醇；

內(nèi)徑：φ3200/φ4200mm；

筒體厚度：80/96mm；

其他參數(shù)：設(shè)備總長91000mm，內(nèi)部共有102層塔盤，凈重958t（不含塔盤內(nèi)件）。分段數(shù)據(jù)見表1。

表1 原料氣吸收塔分段數(shù)據(jù)（注：分段重量不含內(nèi)件重量）

2 現(xiàn)場施工的要求及難點分析、工藝措施

相對來講，原料氣吸收塔在公司廠房內(nèi)制造的質(zhì)量控制要容易些，考慮到運輸?shù)纫蛩刂荒懿捎梅侄纬尚同F(xiàn)場組裝方法，最難點是新疆冬季室外施工，環(huán)境惡劣，高空吊裝難度大，需要采取一些特殊工藝措施，分述如下：

2.1 冬季現(xiàn)場施焊難點分析、工藝措施

●2.1.1 施工現(xiàn)場環(huán)境及要求

因原料氣吸收塔運輸嚴重耽擱，導(dǎo)致現(xiàn)場整體組裝時間延后，組裝時間由計劃的八月推至十二月份，當?shù)貧鉁亟抵亮阆?0℃至零下20℃，并伴有3～4級寒風(fēng)，在這樣的環(huán)境下焊接最易產(chǎn)生冷裂紋等缺陷，為保證焊接質(zhì)量，必須改善作業(yè)環(huán)境，以滿足焊接工藝的基本要求，同時調(diào)整施工工藝措施，確保滿足焊接質(zhì)量的要求。

根據(jù)NB/T 47015—2011要求，施焊環(huán)境出現(xiàn)以下情況時，應(yīng)采取有效防護措施，否則禁止施焊：

1）雨雪環(huán)境；

2）相對濕度大于90%；

3）風(fēng)速：氣體保護焊大于2m/s，其他焊接方法大于10m/s；

4）焊件溫度低于-20℃；[1]

●2.1.2 采取的工藝措施

1）塔體現(xiàn)場組焊施工措施（三條環(huán)焊縫地面完成）

（1）制作施工房。

在待施焊的環(huán)焊縫周圍搭建一間高7m、寬8m、厚4m的施工房，首先用管架搭建框架，再用彩鋼板封閉，外用油布包裹，如圖1所示，達到防風(fēng)、防雨、保溫的作用。

圖1 施工房示意圖

（2）房間升溫措施。

房間頂部安裝4盞1000W的碘鎢燈，地面增設(shè)4～8臺1500W石英爐或兩個木炭盆燃燒持續(xù)加熱，使整個施工房內(nèi)室溫到達5℃以上，確保施焊條件。

（3）環(huán)焊縫焊接工藝措施。

圖2 環(huán)焊縫工藝措施示意圖

離焊縫中心左右各200～300mm處整圈鋪設(shè)兩道寬500mm的保溫石棉，如圖2所示。施焊次序：先焊外壁焊縫，對內(nèi)壁焊道清根后再焊內(nèi)壁焊縫。預(yù)熱措施：施焊道的背面用履帶式加熱板持續(xù)加熱，施焊道正面用氣體加熱槍全程加熱，溫度控制在200℃左右。消氫處理：內(nèi)外壁焊接完成之后立即加熱至300℃保濕1h進行焊后消氫處理。無損檢測合格后焊接內(nèi)部件立即進行焊后熱處理，完畢后才能拆除施工房。

2）塔體整體組對施工措施（最后一條環(huán)焊縫空中完成）

（1）空中組對。

制作一個載人吊籃：規(guī)格2000mm×1000mm×12000mm，材料采用140槽鋼及25鋼管。在原料氣吸收塔底部筒體就位完畢后，使用吊機懸掛載人吊籃完成組隊平臺的制作。原料氣吸收塔上部起吊，施工人員在平臺作業(yè)完成空中組對。

（2）制作空中施工房。

距焊道以下800mm，以上1200mm?？偢?000mm，寬1000mm周圈封閉。采用槽鋼及管子固定，再用鋼板和彩鋼板封閉，再用油布包裹，內(nèi)部六壁面用保溫棉鋪設(shè)，達到防風(fēng)、防雨、保溫效果。室內(nèi)加溫設(shè)施與前同，確保室內(nèi)溫度在5℃以上。在塔體人孔1至2處安裝抽風(fēng)機進行排煙處理。

（3）最后一道環(huán)焊縫施工。

離焊道100mm處上下鋪設(shè)兩道寬500mm保溫石棉，如圖3所示，施焊方法與前同，焊接注意點，由于塔體為立式，焊接位置為橫焊施焊，要注意焊接速度、焊道之間的清理、焊縫成型等。

圖3 空中環(huán)焊縫施工示意圖

2.2 空中吊裝施工難點分析、工藝措施

●2.2.1 吊裝工藝措施

原料吸收塔為超高大型設(shè)備，設(shè)備吊裝空中組對難度很大，針對設(shè)備體積、重量、制造難點以及超大型設(shè)備現(xiàn)場組裝的經(jīng)驗，設(shè)備擬在現(xiàn)場臨時指定區(qū)域進行三條環(huán)焊縫臥式組對焊接及最后一條環(huán)焊縫立式組對焊接的工藝施工方法。

①②③段臥式組裝成第一大段，長約59m，重約640 余 t。

④⑤段臥式組裝成第二大段，長約33m，重約325t。

最后兩大段空中立式組裝。

●2.2.2 整體預(yù)組裝

為了保證現(xiàn)場順利組對，在公司內(nèi)需進行整體預(yù)組裝，預(yù)組裝檢驗合格后每段塔體分段端口外表面處的0°、90°、180°、270°位置用白色油漆劃出。組對時檢測錯邊量、直線度等應(yīng)符合JB 4732，JB/T 4710—2005及圖紙的要求。

●2.2.3 現(xiàn)場吊裝及組對工藝措施

1）設(shè)備的吊裝。

提前將滾輪架擺放在指定的位置，五大段筒體到達現(xiàn)場后用吊車抬吊放置于已準備好的滾輪架上。

卸車時注意防止塔體劃傷及碰傷等。先把第①②③段臥式組裝成第一大段；第④段與第⑤段臥式組裝成第二大段。

設(shè)備兩大段組焊、無損檢測及熱處理合格后，先立式吊裝第一大段，在塔內(nèi)側(cè)距離合攏環(huán)焊縫1.2m左右的地方組裝好組對工作平臺，工作平臺可固定在內(nèi)件支撐梁上；在外側(cè)距離合攏環(huán)焊縫1.2m左右的地方，在不影響吊裝情況下，組裝好部分組對工作平臺。

用起重機將其吊裝就位；安裝地腳螺栓螺母，用經(jīng)緯儀測量塔體垂直度，保證塔體垂直度符合標準及圖紙要求，第一大段立起后，將其余的平臺及爬梯組焊好，以便上組對工作平臺進行組對第①②③段組成第一大段，如圖4所示。再將工作平臺組焊好，平臺應(yīng)保證能同時擺放6～8臺電焊機，兩臺電加熱器，應(yīng)能保證6～8名焊工同時操作。焊機設(shè)備及熱處理設(shè)備就位。最后進行第二大段的吊裝（長約33m，重約為325t）。第二大段與第一大段空中組對吊裝，如圖5所示。

2）塔體空中的組對。

當塔體段吊裝到位后，調(diào)整管口方位，對正組對線，進行組對及點固焊，組對成型應(yīng)符合下列要求。

（1）組對時，錯邊量b應(yīng)符合JB 4732—1995標準要求，如圖6所示，并將焊縫間隙控制在2±1mm范圍內(nèi)。

（2）對接口處同一斷面上最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差e，應(yīng)按GB 150—2011及JB/T 4710—2005的規(guī)定（如圖7所示）。

（3）組對后，殼體總直線度符合JB/T 4710—2005標準要求及圖紙要求。

（4）組裝時卡具、臨時支架、定位焊的工藝均應(yīng)和正式焊接工藝相同，并由合格焊工施焊。

圖4 第一大段吊裝示意圖

圖5 第二大段吊裝示意圖

圖6 組對錯變量測量

圖7 同一斷面內(nèi)徑差測量

3 現(xiàn)場施工完成后的檢驗情況

原料氣吸收塔共兩臺，每臺原料氣吸收塔受壓部分在現(xiàn)場共4條環(huán)焊，均為96mm厚的09MnNiDR，焊縫長度均為13791mm，所有焊縫TOFD檢測均一次合格且質(zhì)量等級均為Ⅰ級。所有焊縫熱處理后UT、MT均Ⅰ級合格。熱處理后對焊縫、熱影響區(qū)及母材接觸介質(zhì)表面所做的硬度檢測：HV（10）＜245。

產(chǎn)品最終整體直線度誤差：一臺為18mm，一臺為25mm，均小于設(shè)計要求的30mm。產(chǎn)品竣工時間為2015年5月。于2016年年初投入使用，各項指標均達到或優(yōu)于設(shè)計值。

4 結(jié)束語

通過采取制作封閉施工房、分段組對吊裝等工藝措施克服了大型塔式設(shè)備吊裝組對、惡劣環(huán)境下施焊等困難，為工程的及時順利完工奠定了堅實的基礎(chǔ)，也為以后同類工程施工提供了可借鑒的經(jīng)驗。

[1] NB/T 47015—2011 壓力容器焊接規(guī)程[S].

[2] JB 4732—1995 鋼制壓力容器——分析設(shè)計標準[S].

[3] GB 150—2011 壓力容器[S].

[4] JB/T 4710—2005 鋼制塔式容器[S].