石化裝置分段塔器現(xiàn)場(chǎng)立式和臥式組對(duì)施工對(duì)比分析

白戰(zhàn)鵬，楊東峰

(中國(guó)石油天然氣第一建設(shè)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471023)

塔器設(shè)備是石油化工行業(yè)生產(chǎn)裝置中的重要設(shè)備之一，主要應(yīng)用于吸收、洗滌、精餾、萃取等石油化工單元，屬于壓力容器。其外形普遍具有壁厚薄、噸位大、長(zhǎng)徑比(高度和直徑之比)大、內(nèi)部構(gòu)件多等特點(diǎn)。由于其外形尺寸受到運(yùn)輸或者現(xiàn)場(chǎng)安裝條件限制，往往導(dǎo)致設(shè)備需要在制造基地分片或者是分段制造，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)之后，再進(jìn)行組裝【1】。但施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)受制于諸多因素，不同的組對(duì)方式，質(zhì)量、安全、施工費(fèi)用和效率都有很大的區(qū)別，所以塔器設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)組焊方法的選擇顯得尤為重要。

某石化公司20×104t/a異構(gòu)化裝置脫異戊烷塔規(guī)格為φ2 400 mm×48 764 mm×14 mm，材質(zhì)Q245R,共設(shè)置16層勞動(dòng)保護(hù)平臺(tái)，設(shè)備制造后分兩段供貨到現(xiàn)場(chǎng)，分段位置在標(biāo)高24.75 m處，不需要熱處理。設(shè)備的立式組對(duì)工藝按照如下順序進(jìn)行：分段塔體到貨后，放置于地面臨時(shí)支架上，再分段進(jìn)行勞動(dòng)保護(hù)安裝和附塔管道安裝，然后分段進(jìn)行吊裝，空中組對(duì)焊接后進(jìn)行塔體無(wú)損檢測(cè)和水壓試驗(yàn)，最后完成電氣照明安裝和保溫工作等。臥式組對(duì)工藝按照如下順序進(jìn)行：分段塔體到貨后，在地面臨時(shí)支架上進(jìn)行臥式組對(duì)、焊接后，進(jìn)行勞動(dòng)保護(hù)和附塔管道安裝，同時(shí)完成塔體的無(wú)損檢測(cè)和水壓試驗(yàn)，然后完成電氣照明安裝和保溫工作，最后整體吊裝就位。

1 現(xiàn)場(chǎng)立式組對(duì)和臥式組對(duì)施工比較分析

以擬采取的兩種施工工藝從工藝流程、場(chǎng)地使用、手段用料投入及工作量、施工機(jī)具和勞動(dòng)力投入及工期、安全和質(zhì)量保證、成本差異等方面進(jìn)行比較分析。

1.1 工藝流程

1.1.1 塔器立式組對(duì)施工工藝流程

采用立式組對(duì)下段和上段的施工工藝時(shí)，在施工場(chǎng)地允許的情況下，兩段可以并行作業(yè)，以加快施工進(jìn)度。上、下段塔器分段勞動(dòng)保護(hù)，附塔管線、附塔照明等安裝完畢后進(jìn)行吊裝、組對(duì)，然后進(jìn)行焊接及無(wú)損檢測(cè)，最后進(jìn)行水壓試驗(yàn)、塔體保溫等，具體流程見(jiàn)圖1。

1.1.2 塔器臥式組對(duì)施工工藝流程

采用臥式組對(duì)工藝時(shí)，則是在塔器分段到貨進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后，直接吊裝安放到臨時(shí)支架上進(jìn)行組對(duì)焊接，焊接完畢后進(jìn)行勞動(dòng)保護(hù)安裝，然后再進(jìn)行工藝管道、附塔照明安裝，最后進(jìn)行水壓試驗(yàn)、保溫等，具體流程見(jiàn)圖2。

圖1 塔器立式組對(duì)施工工藝流程【2】

圖2 塔器臥式組對(duì)施工工藝流程【2】

從施工作業(yè)流程上對(duì)比，同樣的工作內(nèi)容，臥式組對(duì)作業(yè)流程更加簡(jiǎn)潔，更便于施工組織。

1.2 施工場(chǎng)地使用

立式組對(duì)場(chǎng)地要求分為兩部分，即吊裝場(chǎng)地和塔器組對(duì)場(chǎng)地。

立式組對(duì)為分段吊裝，使用的吊車規(guī)格相對(duì)較小。如果采用汽車吊，兩種方式對(duì)場(chǎng)地要求幾乎相同；如采用履帶吊車，則立式組對(duì)對(duì)場(chǎng)地的要求小于臥式組對(duì)，工作量相對(duì)較小。

立式組對(duì)工藝的塔器擺放位置較臥式組對(duì)靈活，根據(jù)場(chǎng)地和吊裝情況可以平行擺放、同軸擺放或采取其他方式擺放；臥式組對(duì)則只能采取同軸擺放，對(duì)組對(duì)場(chǎng)地有一定要求。

由以上分析可知，兩種組對(duì)方式占地面積基本相同，但立式組對(duì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地要求相對(duì)較低，擺放更加靈活。

1.3 場(chǎng)地處理

立式和臥式組對(duì)都需要對(duì)塔體支座所在位置地基進(jìn)行處理，但臥式組對(duì)時(shí)，因塔體需要在地面進(jìn)行水壓試驗(yàn)，所以其支座下方需對(duì)地基進(jìn)行換填處理。具體如下：根據(jù)該施工塔器的總質(zhì)量，兩種工藝均需去除原始地表浮土、平整地面，并用壓路機(jī)夯實(shí)地基，且每個(gè)組對(duì)胎具下方均采用標(biāo)準(zhǔn)枕木(220 mm×160 mm×2 500 mm)平鋪兩層、交叉碼放的承重垛作為胎具支撐，但臥式組對(duì)工藝需要在支座下方進(jìn)行換填3 000 mm×3 000 mm×300 mm碎石的處理。

由于臥式組對(duì)使用主吊吊車噸位大于立式組對(duì)，所以其吊車站位位置的地基處理除采取去除表面浮土、平整地面、用壓路機(jī)夯實(shí)外，還要增加88.4 m2換填500 mm碎石的處理。

1.4 手段用料投入

手段用料投入主要包括現(xiàn)場(chǎng)塔器擺放、組對(duì)、安裝勞動(dòng)保護(hù)平臺(tái)和附塔管道、水壓試驗(yàn)投入的手段用料。

立式組對(duì)由于塔體支座吊裝前只承受塔體、勞動(dòng)保護(hù)、附塔管道重量，相較臥式組對(duì)需承受的塔體、勞動(dòng)保護(hù)、附塔管道、保溫、照明、試驗(yàn)用水的重量要小很多，所以其支座形式類似于換熱器的鋼支座；而臥式組對(duì)由于要進(jìn)行臥式水壓試驗(yàn)，其支座除要制作一個(gè)類似換熱器的支座外，還需增加能夠防止塔體變形的鞍式支座。因此立式組對(duì)投入的手段用料的材料規(guī)格和數(shù)量比臥式組對(duì)小很多，制作工作量也小很多。經(jīng)過(guò)計(jì)算，立式組對(duì)和臥式組對(duì)選用的支座形式和投入的材料如表1 所示。

立式組對(duì)吊裝前，在下段對(duì)口位置附近要搭設(shè)臨時(shí)組對(duì)平臺(tái)并在保溫前拆除，而臥式組對(duì)則不需要。

立式組對(duì)工藝為塔體保溫搭設(shè)的腳手架為單排封閉式滿堂腳手架，臥式組對(duì)工藝則是在塔體兩側(cè)沿塔體軸向搭設(shè)雙排雙層腳手架。兩種工藝投入的腳手架材料量的具體情況見(jiàn)表2。

表1 組對(duì)投入手段用料及工作量對(duì)比

表2 兩種工藝腳手架材料投入比較

比較分析可知，雖然立式組對(duì)投入的腳手架材料數(shù)量較少，但綜合使用時(shí)間和搭設(shè)難度系數(shù)因素，臥式組對(duì)投入腳手架的綜合費(fèi)用成本小于立式組對(duì)。

1.5 施工機(jī)具和勞動(dòng)力投入及工期

施工機(jī)具主要是指為進(jìn)行塔體組對(duì)、勞動(dòng)保護(hù)安裝、附塔管道安裝和塔體吊裝而投入的組對(duì)工具、吊車等主要機(jī)具。勞動(dòng)力投入主要是指從到場(chǎng)卸車至完成塔器吊裝全過(guò)程的施工人數(shù)投入。

兩種工藝投入的施工機(jī)具在勞動(dòng)保護(hù)和附塔管道安裝及水壓試驗(yàn)過(guò)程中是相同的，主要區(qū)別在于塔體的組對(duì)和吊裝。在相同吊裝作業(yè)半徑情況下， 立式組對(duì)由于是分段吊裝， 吊裝總質(zhì)量和吊裝高度相較臥式組對(duì)小， 所以選用的吊車型號(hào)也要小很多； 但由于立式組對(duì)過(guò)程受外界環(huán)境因素影響較臥式組對(duì)過(guò)程大， 所以從塔器吊裝、 組對(duì)， 到達(dá)到脫鉤條件的時(shí)間要大于臥式組對(duì)， 該時(shí)間隨著塔體直徑的增加而增加。吊車對(duì)比情況見(jiàn)表3。

表3 組對(duì)投入吊車情況對(duì)比

兩種施工工藝在勞動(dòng)保護(hù)安裝過(guò)程投入的人力是相同的。在塔體組對(duì)時(shí)，由于立式組對(duì)焊接過(guò)程在空中進(jìn)行，受環(huán)境因素影響，難度較臥式組對(duì)大，出現(xiàn)完成滯后和返工的幾率也較臥式組對(duì)大。而現(xiàn)場(chǎng)臥式組對(duì)采取在臨時(shí)支架上組對(duì)焊接，所以綜合投入人力和時(shí)間進(jìn)行比較可知：立式組對(duì)投入人力大于等于臥式組對(duì)；立式組對(duì)完成后進(jìn)行附塔管道空中組對(duì)投入的人力受環(huán)境影響大于臥式組對(duì)；立式組對(duì)后水壓試驗(yàn)由于要進(jìn)行塔頂檢查，投入人力大于臥式組對(duì)；立式組對(duì)后搭設(shè)和拆除塔體保溫腳手架投入的人力受工作面局限影響少于臥式組對(duì)，但持續(xù)時(shí)間由于同樣原因較臥式組對(duì)大幅增加，綜合分析，則立式組對(duì)搭、拆腳手架投入的人力大于臥式組對(duì)，而且隨著塔器直徑和高度的增加差距越來(lái)越大。具體情況見(jiàn)表4。

表4 兩種施工工藝投入人力情況對(duì)比

由表4對(duì)比分析可知：立式組對(duì)塔體保溫和腳手架搭、拆投入人工時(shí)是臥式組對(duì)的1.5倍以上，投入人力是臥式組對(duì)的0.5倍，實(shí)施工期是臥式組對(duì)的2倍左右，且隨著塔器規(guī)格的增大而急劇增加。

1.6 安全和質(zhì)量分析

安全和質(zhì)量保證方面主要從塔器組對(duì)到塔體保溫腳手架拆除完成的過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析。

兩種施工工藝安全管控難度主要在于高空作業(yè)方面。立式組對(duì)焊接在高空24.75 m標(biāo)高進(jìn)行，高空墜落、高空墜物、人員疲勞等風(fēng)險(xiǎn)較臥式組對(duì)急劇增加，安全管理難度急劇增大，而臥式組對(duì)在4 m標(biāo)高以下進(jìn)行，相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)要低很多；立式組對(duì)水壓試驗(yàn)過(guò)程由于需要觀察塔頂41.5 m標(biāo)高位置的試驗(yàn)壓力，人員高空墜落和疲勞風(fēng)險(xiǎn)也較大，而臥式組對(duì)則幾乎不存在相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)；立式組對(duì)塔體保溫和搭、拆腳手架過(guò)程中的高空墜落、高空墜物、人員疲勞等風(fēng)險(xiǎn)隨著施工位置變高不斷增加，而臥式組對(duì)施工能穩(wěn)定地控制在4 m以下，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，管理難度也較小。

兩種施工工藝質(zhì)量管控難度主要涉及塔體組對(duì)、焊接過(guò)程，都是由高空作業(yè)引起。立式組對(duì)過(guò)程受氣溫和風(fēng)速影響，垂直度控制難度較大，遇到太陽(yáng)直曬導(dǎo)致塔體溫差較大的情況時(shí)，還需要采取上段垂直度預(yù)偏差措施，以保證塔體總體垂直度，而臥式組對(duì)過(guò)程受氣候影響相對(duì)較??；立式組對(duì)焊接過(guò)程在高空需采取防風(fēng)、防雨措施，難度和效果較臥式組對(duì)稍差，焊接質(zhì)量控制難度較臥式組對(duì)大【3】。塔器臥式組對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況見(jiàn)圖3。

通過(guò)上述對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在安全和質(zhì)量保證方面，立式組對(duì)工藝與臥式組對(duì)工藝相比，差距較大。

圖3 塔器臥式組對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工

1.7 直接成本差異對(duì)比

直接成本主要從塔器進(jìn)場(chǎng)卸車、擺放到完成塔體保溫腳手架拆除全過(guò)程完成的相同工作量中，投入人力、機(jī)具、措施用料方面進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)綜合時(shí)間因素，比較二者有差異的部分，具體情況見(jiàn)表5。

表5 兩種施工工藝直接成本對(duì)比

2 結(jié)論

通過(guò)各單項(xiàng)對(duì)比可知：立式組對(duì)工藝流程較臥式組對(duì)復(fù)雜，施工組織難度也較臥式組對(duì)大；施工場(chǎng)地規(guī)劃較臥式組對(duì)靈活；組對(duì)過(guò)程投入的手段用料少于臥式組對(duì)；吊裝投入的吊車規(guī)格小于臥式組對(duì)，但使用時(shí)間較臥式組對(duì)長(zhǎng)；塔體保溫和腳手架搭、拆花費(fèi)人工時(shí)大于臥式組對(duì)，但投入的腳手架材料小于臥式組對(duì)；組對(duì)工期、安全和質(zhì)量控制安裝難度以及安裝成本均高于臥式組對(duì)。綜合上述比較分析結(jié)果可見(jiàn)，臥式組對(duì)工藝較立式組對(duì)工藝更適應(yīng)目前的市場(chǎng)環(huán)境，更具推廣價(jià)值。