重催裝置余熱鍋爐省煤器模塊更換施工工法

任旭鵬，王德千，李 悅

中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266061

1 工程概況

重油催化裂化裝置是石油煉化主要裝置之一，余熱鍋爐是其重要組成部分。余熱鍋爐上半部分是汽包和蒸發(fā)段，通常不進行檢修或改造，省煤器位于余熱鍋爐中下層位置，鑲在余熱鍋爐內(nèi)部，外部是余熱鍋爐的主框架。省煤器模塊分為低溫省煤器和高溫省煤器，通常是長方體結(jié)構(gòu)，由外部的鋼結(jié)構(gòu)和壁板以及內(nèi)部的幾百根翅片管組成。

近年來省煤器模塊化施工使現(xiàn)場施工更加便捷，但是增加了吊裝施工的難度。省煤器模塊鑲嵌在余熱鍋爐框架內(nèi)部，模塊與框架之間的間隙非常小，中國石油天然氣第七建設(shè)公司經(jīng)歷多年的催化裝置余熱鍋爐檢修施工項目總結(jié)出一套更換余熱鍋爐省煤器模塊的施工方法。采用先將省煤器模塊通過外部平臺（排子）滑入到框架內(nèi)部后再利用倒鏈提升的方法進行施工。利用該工法解決了余熱鍋爐省煤器模塊更換施工難度大的問題，避免了模塊上方其他設(shè)備和結(jié)構(gòu)的拆除，同時也保證了余熱鍋爐框架整體的穩(wěn)定性。

2 工藝原理

省煤器模塊吊裝前準(zhǔn)備工作主要是在余熱鍋爐框架外部設(shè)置平臺（排子），在框架內(nèi)部鋪設(shè)滑道。舊模塊的拆除是從內(nèi)部滑道通過倒鏈的拉拽將模塊移動到外部平臺（排子）上，然后由外部吊車將其吊至地面；新模塊的安裝是通過倒鏈拉拽將其從外部平臺（排子）移動到內(nèi)部滑道上，然后通過倒鏈或千斤頂提升進行安裝。整個施工過程類似于采用抽芯機更換換熱器芯子。

關(guān)鍵是外部平臺（排子）和滑道以及省煤器模塊提升吊耳設(shè)計既要保證外部平臺（排子）和滑道對模塊的承載能力，又要保證模塊順暢通過滑道進入框架內(nèi)部，還要考慮模塊提升吊耳的設(shè)計形式，以保證模塊在提升過程中倒鏈、模塊與其他固定結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生干涉，使提升過程平穩(wěn)流暢。

應(yīng)用該工法進行省煤器模塊吊裝施工的特點為：一是避免了拆除模塊上方其他設(shè)備，與傳統(tǒng)的先拆除上方設(shè)備再安裝模塊，最后恢復(fù)上方原設(shè)備（相當(dāng)于拆除重建）相比，拆除作業(yè)量和施工周期大大減少；二是施工前期準(zhǔn)備工作雖然較多，需要制作施工工裝和布置機具，但是準(zhǔn)備工作完成后施工快捷、方便，操作流程簡單；三是模塊從外部進入到余熱鍋爐框架內(nèi)部后，后續(xù)施工全部在余熱鍋爐框架內(nèi)部進行，一般氣象條件下均可正常開展工作，另外起重吊裝作業(yè)與其他工種的交叉作業(yè)非常少。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

省煤器模塊吊裝施工工藝流程見圖1、圖2。舊省煤器模塊拆除過程與新省煤器模塊安裝過程相反，流程圖中省略舊省煤器模塊拆除流程。

圖1 省煤器模塊吊裝施工流程

圖2 吊耳和索具設(shè)置（子）流程

3.2 操作要點

3.2.1吊車進場、工況確認(rèn)

首先采用吊車將省煤器模塊吊裝至外部平臺（排子）上，然后才能進行拉拽模塊的工作。在選用吊車時要特別注意吊車的吊裝能力，承載模塊的工裝若設(shè)計成外部平臺形式時，吊車工況僅滿足模塊重量即可，若設(shè)計成排子形式時，吊車工況要滿足模塊和排子的整體重量。

3.2.2 加固余熱鍋爐框架立柱

省煤器模塊位于余熱鍋爐框架內(nèi)部，安裝模塊需拆除障礙物，有時需要拆除重要的承重立柱，因此在拆除障礙物前需要對余熱鍋爐框架進行加固。加固措施是在其余立柱上焊接1根H型鋼，共同承擔(dān)上部其他設(shè)備重量。如圖3所示在原立柱上背靠背焊接一根等長的H型鋼進行加固。如需拆除主橫梁，可先在主橫梁的上方或下方加設(shè)一根橫梁替換原主橫梁，然后再對主橫梁進行拆除。

圖3 余熱鍋爐框架立柱現(xiàn)場加固

3.2.3 障礙物清除

對加固完成的余熱鍋爐框架進行障礙物清除，主要針對省煤器模塊在水平拉入余熱鍋爐框架內(nèi)部時以及模塊在框架內(nèi)部提升時，某些斜撐、橫梁、立柱、平臺以及電氣儀表等障礙物的拆除清理，清除范圍見圖4。待省煤器模塊安裝完成后再進行恢復(fù)。

圖4 余熱鍋爐框架障礙物清除范圍

3.2.4 設(shè)置外部平臺 （排子）

（1）省煤器模塊要從外部滑移至余熱鍋爐框架內(nèi)部，若模塊在較低高度上進入余熱鍋爐框架內(nèi)部時，可在框架外部設(shè)置一個平臺供模塊臨時放置，內(nèi)部鋪設(shè)滑道，見圖5，模塊通過倒鏈的拉拽進入到余熱鍋爐框架內(nèi)部。

圖5 外部平臺設(shè)置和滑道鋪設(shè)立面

（2）若省煤器模塊在較高高度上進入余熱鍋爐框架內(nèi)部，則設(shè)置外部平臺需要耗費較多型材。因而采用設(shè)置排子供模塊臨時放置，而后采用吊車吊著排子和模塊與框架內(nèi)滑道進行對接，模塊則通過倒鏈的拉拽進入到余熱鍋爐框架內(nèi)部。排子相對于外部平臺耗材要少，但是吊車吊裝能力需要將排子的重量考慮進去，這可能需要更大型號的吊車。

（3）平臺或排子可采用工字鋼或者H型鋼進行設(shè)計，排子三維示意見圖6。由于這兩種型鋼屬常用型材，均有一定寬度的翼板供模塊滑動，且抗彎模量大。在設(shè)計時可先選擇某一規(guī)格的型鋼，然后通過SolidWorks有限元軟件進行分析校核并優(yōu)化，直至滿足模塊承載要求。采用SolidWorks有限元軟件計算可隨時更改選用型材的型號和材質(zhì)，分析校核非常方便。

圖6 排子三維示意

3.2.5 余熱鍋爐框架內(nèi)部鋪設(shè)滑道

省煤器模塊通過滑道從外部平臺（排子）滑移至框架內(nèi)部，滑道要鋪墊在模塊底部，并與外部平臺（排子）上表面保持平齊?；肋x用2根等長的H型鋼或工字鋼，鋪設(shè)在余熱鍋爐框架2根主橫梁上方，鋪設(shè)時翼板水平腹板垂直。2條滑道之間的寬度應(yīng)適宜，最寬不超過模塊底面邊緣，也不能過近，否則模塊在滑移過程中左右搖晃不穩(wěn)定，如圖7所示。模塊在滑移過程中與滑道之間有較大的摩擦力，為防止滑道偏移，可將滑道與余熱鍋爐其他固定件進行焊接[1]。

圖7 滑道鋪設(shè)距離示意

3.2.6 吊耳和索具設(shè)置

3.2.6.1 拉拽吊耳和索具設(shè)置

（1）將省煤器模塊從外部平臺（排子）通過滑道移動至余熱鍋爐框架內(nèi)部，需依靠倒鏈進行拉拽，拉拽點設(shè)置在模塊的兩端，每端可焊接兩個板式吊耳。而倒鏈固定點端的吊鉤可設(shè)置在模塊滑行方向遠(yuǎn)端的固定物上，通常可設(shè)置在余熱鍋爐框架較大橫梁或立柱上。最好設(shè)計成斜向上拉拽，這樣可以減輕一定的摩擦力，從而減小拉拽力度。

（2） 省煤器模塊與滑道之間的摩擦系數(shù)為0.1，模塊質(zhì)量通常為30～50t，摩擦力為30～50kN，因而可采用2臺5 t倒鏈對模塊進行拉拽[2]，如圖8所示。

圖8 拉拽吊耳和索具示意

3.2.6.2 提升吊耳設(shè)置

（1）為保證安全，省煤器模塊提升倒鏈的吊裝能力余量要大，應(yīng)選用4臺20 t倒鏈進行提升，20 t倒鏈固定端吊鉤所系掛的吊耳應(yīng)設(shè)計為板式吊耳，吊耳焊接在模塊安裝位置上方的余熱鍋爐框架橫梁翼板上，如圖9所示。

圖9 提升吊耳設(shè)置示意

（2）20 t倒鏈上方的固定吊耳設(shè)計并焊接完畢后，模塊上也相應(yīng)設(shè)計提升吊耳。模塊在出廠時，廠家通常已在模塊頂部設(shè)置了4個板式吊耳作為吊裝吊耳，但是此4個吊耳在用倒鏈提升作業(yè)時實用性不大，影響提升倒鏈的起升余量，為盡量防止多次提升，20 t倒鏈的活動端吊鉤應(yīng)盡量系掛在模塊底部。模塊與框架之間的間距較小，但一般不小于100 mm，吊耳形式采用管式為宜，管式吊耳長度可短些，能容下吊裝繩扣的繩徑即可，20 t倒鏈活動端吊鉤掛在繩扣上，繩扣長度需超出被吊模塊上表面，這樣20 t倒鏈的吊鉤與余熱鍋爐框架之間也存在間隙，不產(chǎn)生干涉，從而可順利提升。

以大慶煉化100×104t/a ARGG裝置余熱鍋爐省煤器模塊為例，該余熱鍋爐省煤器模塊分為一臺高溫省煤器和兩臺低溫省煤器，三臺省煤器模塊呈上、中、下布置，模塊上吊耳焊接位置及吊耳形式示意見圖 10～12。

圖10 高溫省煤器提升吊耳設(shè)置示意

圖11 低溫省煤器（上）提升吊耳設(shè)置示意

圖12 低溫省煤器（下）提升吊耳設(shè)置示意

3.2.6.3 提升索具設(shè)置

模塊本體上的提升吊耳和20 t倒鏈上方的提升吊耳都焊接好后，準(zhǔn)備φ24 mm的鋼絲繩扣，長度根據(jù)吊點位置和安裝位置等數(shù)據(jù)分析確定，適中即可，繩扣若較長可能導(dǎo)致20 t倒鏈無行程時模塊還未提升到安裝位置，若較短，可能導(dǎo)致起吊時20 t倒鏈不能與模塊本體提升吊耳連接上。采購20 t倒鏈時，可選擇較大行程的倒鏈，如6 m或8 m倒鏈，這樣可選擇較短繩扣提升模塊，可一次性將模塊提升到位。

3.2.7 省煤器模塊吊裝至外部平臺 （排子）上

吊車系掛索具進行試吊，試吊合格后進行正式吊裝，將模塊吊裝至平臺上并擺正方位，方位找好后摘除吊裝索具。為了減小拉拽模塊產(chǎn)生的摩擦力，吊車的索具可以重新系掛在模塊上與余熱鍋爐框架較遠(yuǎn)的兩個吊耳上，吊車預(yù)緊力達到150kN，這樣可以大大減小動摩擦力。隨著模塊逐漸拉入框架內(nèi)部，吊車再摘除索具[4]。

3.2.8 省煤器模塊滑移至余熱鍋爐框架內(nèi)部

系掛2臺5 t拉拽倒鏈，當(dāng)5 t倒鏈固定端吊鉤所系掛的固定吊點與設(shè)備拉拽點的距離較遠(yuǎn)，5 t倒鏈的最大行程不夠時，需要再掛一對φ17 mm的繩扣，繩扣長度能夠使倒鏈連接上模塊，系掛好拉拽索具后進行拉拽。當(dāng)5 t倒鏈無行程時，可撤掉繩扣，重新系掛5 t倒鏈，將倒鏈兩端的吊鉤直接系掛在吊耳上，進行二次拉拽。拉拽過程要平穩(wěn)，設(shè)備跑偏時要及時進行調(diào)整。

3.2.9 提升省煤器模塊吊裝就位

省煤器模塊拉拽至余熱鍋爐框架內(nèi)部后，拆除拉拽倒鏈，系掛提升索具。每臺20 t倒鏈配4名吊裝起重工進行倒鏈的拉拽。隨著省煤器模塊的提升，如若20 t倒鏈無行程不能一次提升到安裝位置時，需用一套索具或固定構(gòu)件臨時將模塊固定，然后重新更換一套較短的索具或吊點下移進行二次提升，直至模塊到達安裝位置，然后安裝模塊4個彈簧支架，模塊固定好后拆除提升索具。

3.2.10 安裝模塊牛腿和連接煙道

省煤器模塊由提升倒鏈提升至就位位置后，由于倒鏈提升時間較長，為防止倒鏈疲勞工作，必須安裝模塊的4個牛腿，由牛腿承受模塊整個重量，而后替換提升倒鏈。

隨著各個省煤器模塊安裝就位并固定，要安裝模塊之間的連接煙道，連接煙道基本是半成品到貨，先安裝煙道的壁板，將上下模塊連接起來，再安裝煙道的支撐角鋼。有的省煤器模塊之間是采用膨脹節(jié)和煙道共同連接的，要先安裝膨脹節(jié)，再安裝連接煙道。

3.2.11 安裝模塊外保溫層

省煤器模塊的煙道全部安裝焊接好后，進行最后的保溫施工，省煤器模塊兩側(cè)保溫層厚度155 mm，端部保溫層厚度 130 mm，煙道保溫層厚度130 mm，換熱設(shè)備殼體立柱外側(cè)的保溫層厚度為35 mm，保溫材料選用復(fù)合硅酸鹽保溫棉，外面包裹白鐵皮，做隔熱處理時將所有模塊包裹在里面。

4 應(yīng)用實例

該工法已經(jīng)成功應(yīng)用于哈爾濱石化160×104t/a重油催化裂化裝置余熱鍋爐高溫省煤器模塊更換、大慶煉化100×104t/a ARGG裝置余熱鍋爐3臺省煤器安裝、大慶煉化180×104t/a ARGG裝置6臺省煤器的拆除和安裝。模塊均一次吊裝成功，安裝位置準(zhǔn)確。與傳統(tǒng)方法相比，避免了拆除模塊上方所有設(shè)備，無論從施工成本、施工周期還是效益上都具有明顯優(yōu)勢。

以大慶煉化公司100×104t/a ARGG裝置檢修工程為例，本工法與傳統(tǒng)方法的經(jīng)濟效益進行對比情況見表1。

表1 傳統(tǒng)方法與本工法經(jīng)濟效益對比

本工法適用于重油催化裂化裝置檢修工程余熱鍋爐省煤器模塊的安裝施工，同樣也適用于其他鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)部模塊的安裝施工。