加熱爐現(xiàn)場(chǎng)模塊化制作安裝技術(shù)分析

曲傳寶

中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司 遼寧 盤(pán)錦 124021

現(xiàn)階段，加熱爐現(xiàn)場(chǎng)模塊化制作安裝已成為主流發(fā)展方向。因加熱爐具有鋼結(jié)構(gòu)較薄等特點(diǎn)，且內(nèi)部設(shè)有耐火襯里、對(duì)流室、輻射室等結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其各模塊跨度較大，質(zhì)量較重，不易組裝，同時(shí)在安裝期間易出現(xiàn)變形問(wèn)題，極大地降低了加熱爐的制作安裝精度和質(zhì)量。為規(guī)避上述問(wèn)題，采取現(xiàn)場(chǎng)模塊化制作與安裝的方式進(jìn)行施工，在安裝期間控制變形與連接問(wèn)題，以此提高加熱爐的施工效率與制造精度。

1 工程案例概況

選擇中海瀝青（營(yíng)口）有限責(zé)任公司210 萬(wàn)t/ a 滑潤(rùn)油料精細(xì)切割裝置為研究案例。該裝置的加熱爐有常壓爐和減壓爐兩種，尺寸規(guī)格分別為Φ11.105m×49.240m和Φ10.154m×53.470m，兩種結(jié)構(gòu)的金屬重量分別為360t 和415t。該廠加熱爐的下部輻射室、中部對(duì)流室和頂部立式煙囪分別為圓筒型、方箱式和圓管型結(jié)構(gòu)。兩種加熱爐的爐體直徑均較大，若在工廠制作現(xiàn)場(chǎng)安裝，會(huì)產(chǎn)生運(yùn)輸變形，且不易運(yùn)輸，同時(shí)增加整體成本。因此，采用現(xiàn)場(chǎng)模塊化施工的方式進(jìn)行制作與安裝，以減少高空作業(yè)，提高加熱爐制作和安裝的安全性和精度質(zhì)量，同時(shí)降低加熱爐制作、安裝的整體成本。

在現(xiàn)場(chǎng)施工制作與安裝作業(yè)中，首先需建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地；然后依次制作爐底鋼結(jié)構(gòu)、輻射室模塊（鋼結(jié)構(gòu)、爐管、爐頂蓋結(jié)構(gòu)）和對(duì)流室模塊（鋼結(jié)構(gòu)、排管）；模塊結(jié)構(gòu)制作完畢后，進(jìn)行襯里的施工，并組裝對(duì)流室爐管及管板，過(guò)程中穿插將各模塊的平臺(tái)、梯子、欄桿預(yù)制焊接完成；爐底鋼結(jié)構(gòu)及輻射室模塊需采用吊車(chē)整體吊裝，完成吊裝后安裝輻射室爐管和平臺(tái)梯子；接著依次安裝輻射爐頂蓋、對(duì)流室模塊及梯子平臺(tái)；后續(xù)制作加熱爐煙囪模塊，并把爐體附件（吹灰器等構(gòu)件）安裝至加熱爐結(jié)構(gòu)內(nèi)；最后，將加熱爐煙囪模塊（含梯子平臺(tái)附件）吊裝完畢，完成冷熱風(fēng)道制安后，即完成加熱爐現(xiàn)場(chǎng)模塊的制作與安裝工作[1]。

2 加熱爐預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)

加熱爐預(yù)制施工現(xiàn)場(chǎng)的建設(shè)規(guī)劃應(yīng)以實(shí)際情況為依據(jù)，場(chǎng)地大致可分為材料存放區(qū)、預(yù)制區(qū)和模塊組裝區(qū)三大部分。

2.1 材料存放區(qū)

材料存放區(qū)位于現(xiàn)場(chǎng)中心主干路的南側(cè)，主要用來(lái)放置爐體附件、鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制品和附屬結(jié)構(gòu)等半成品構(gòu)件。材料存放區(qū)的長(zhǎng)、寬分別為70m、30m，為避免存放變形，需作平整處理，按3∶7 的砂石比例將場(chǎng)地壓平，最終形成厚度為200mm 的表層結(jié)構(gòu)。

2.2 預(yù)制區(qū)

預(yù)制區(qū)長(zhǎng)100m、寬30m，換填500mm 厚山皮石，用壓路機(jī)分層碾壓，最后用粗砂找平。預(yù)制區(qū)主要包括構(gòu)件預(yù)制區(qū)與預(yù)制平臺(tái)區(qū)。構(gòu)件預(yù)制區(qū)與材料存放區(qū)同處于現(xiàn)場(chǎng)中心主干路南側(cè)，主要用來(lái)制造半成品，如對(duì)流段與輻射段爐管、爐體附屬鋼結(jié)構(gòu)和余熱回收煙風(fēng)道等。預(yù)制半成品制作完畢后，可直接放置于材料存放區(qū)。由于部分加熱爐模塊尺寸規(guī)格較大，需搭設(shè)預(yù)制平臺(tái)。在組裝平臺(tái)上方設(shè)置纜風(fēng)繩及立柱預(yù)埋件：首先在兩種加熱爐結(jié)構(gòu)立柱處進(jìn)行加固，澆筑400mm 厚度的混凝土層，兩種加熱爐各設(shè)置預(yù)埋件共16 個(gè)，預(yù)埋件為鋼板結(jié)構(gòu)，規(guī)格為500mm×500mm，均勻分布在輻射室立柱圓周處；纜風(fēng)繩預(yù)埋件同樣為鋼板結(jié)構(gòu)，規(guī)格為300mm×300mm，均勻設(shè)置在預(yù)制平臺(tái)周?chē)鶾2]。

2.3 模塊組裝區(qū)

模塊組裝區(qū)包括組裝區(qū)域與組裝平臺(tái)，組裝區(qū)域主要用來(lái)進(jìn)行對(duì)流段、輻射爐頂、輻射段和爐底等模塊的安裝工作。組裝區(qū)域長(zhǎng)、寬分別為90m、15m。將整場(chǎng)平整處理，按3∶7 灰土進(jìn)行壓實(shí)，形成300mm 的灰土層，然后澆筑厚度約200mm 的混凝土，形成組裝平臺(tái)。

3 加熱爐模塊劃分及制作

3.1 分段原則

現(xiàn)場(chǎng)模塊化制作與安裝中，可使用吊裝能力強(qiáng)的大型汽車(chē)吊。結(jié)合該加熱爐圓筒型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在模塊劃分中，可適當(dāng)減少模塊劃分?jǐn)?shù)量。由于該工廠加熱爐爐底結(jié)構(gòu)完整統(tǒng)一，因此爐底支腿與爐底板連接，形成單一完整模塊；考慮到制作的便捷性及工藝難度，將輻射室劃分為三個(gè)模塊，即輻射室鋼結(jié)構(gòu)模塊、輻射室頂鋼結(jié)構(gòu)模塊和輻射排管模塊；將對(duì)流室劃分為一個(gè)模塊。此外，加熱爐頂部煙囪部分為單獨(dú)模塊，共設(shè)六個(gè)模塊。完成鋼結(jié)構(gòu)分段預(yù)制后，需進(jìn)行襯里施工并安裝爐管。

3.2 模塊分段

本次需完成常壓爐、減壓爐分段施工。常壓、減壓加熱爐雖均分為六個(gè)模塊結(jié)構(gòu)，但總重、規(guī)格等存在差異，因此在實(shí)際分段施工時(shí)需按加熱爐特點(diǎn)設(shè)置參數(shù)，詳見(jiàn)表1 和表2。

表1 常壓爐模塊分段參數(shù)

表2 減壓爐模塊分段參數(shù)

根據(jù)各分段參數(shù)，按現(xiàn)場(chǎng)站位條件，選取適當(dāng)?shù)拇笮偷踯?chē)吊裝各段，盡量集中吊裝，以減少吊裝成本。

在常壓爐、減壓爐模塊化分段施工中，對(duì)流室相關(guān)模塊尺寸較大，且質(zhì)量較重，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可進(jìn)一步細(xì)分為對(duì)流端面、對(duì)流側(cè)面、對(duì)流煙罩、兩端管板、中間管板、彎頭箱架、對(duì)流排管和彎頭箱門(mén)等鋼結(jié)構(gòu)模塊。同時(shí)，由于加熱爐對(duì)流室內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其內(nèi)部空間狹小，需要安裝完?duì)t管等內(nèi)件后再進(jìn)行襯里施工，整體吊裝前必須保證襯里強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。此外，在實(shí)際施工期間，需將襯里重量考慮在內(nèi)，根據(jù)整體結(jié)構(gòu)總重組織吊裝施工[3]。為避免因重量過(guò)大而在吊裝過(guò)程中產(chǎn)生安全問(wèn)題，需在模塊化制作期間盡可能深度預(yù)制，注重細(xì)節(jié)，將對(duì)流室模塊科學(xué)劃分，為模塊化分段施工奠定基礎(chǔ)。

3.3 模塊連接

完成模塊劃分與制作后，需按特定連接形式將其固定銜接。以對(duì)流室為例，在處于標(biāo)高位置的側(cè)面鋼結(jié)構(gòu)安裝槽鋼，翼緣板與加熱爐壁板外側(cè)點(diǎn)焊固定。為保障焊接質(zhì)量，避免密封面變形問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際焊接情況適當(dāng)焊接筋板；在距離槽鋼背面150mm 處設(shè)置22 個(gè)螺栓固定孔，用磁力鉆在槽鋼上制孔，上下兩層分布，此時(shí)可運(yùn)用螺栓將上下模塊進(jìn)行臨時(shí)連接，慢慢調(diào)整固定。連接時(shí)采用M20 8.8 級(jí)螺栓，該規(guī)格螺栓具有高強(qiáng)度的特點(diǎn)，可確保模塊的連接效果。另外，在加熱爐壁板內(nèi)側(cè)標(biāo)高位置設(shè)置襯里擋板，采用焊接方式加以固定。為保障加熱爐制作精度，需使襯里厚度與擋板寬度保持一致，將上段模塊安裝連接至下段模塊襯里擋板上方位置，并鋪設(shè)耐火纖維帶（δ=20mm），起到連接上下段模塊的作用，提高密封連接效果。對(duì)流室模塊整體吊裝前，應(yīng)提前設(shè)計(jì)好吊耳，保證吊裝時(shí)各吊點(diǎn)載荷均勻分布，以防止產(chǎn)生吊裝變形。

4 加熱爐模塊安裝要點(diǎn)

4.1 鋼結(jié)構(gòu)模塊組裝

4.1.1 組裝方式

在預(yù)制平臺(tái)完成模塊預(yù)制工作后，需將其安裝固定，在本次加熱爐模塊安裝中，運(yùn)用正裝法進(jìn)行安裝。正式安裝前，在現(xiàn)場(chǎng)將輻射室鋼結(jié)構(gòu)立柱與槽鋼環(huán)梁連接為片狀結(jié)構(gòu)，使用大型吊車(chē)將其轉(zhuǎn)移至指定安裝位置，并運(yùn)用焊接手段加以固定。組裝現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋纜風(fēng)繩結(jié)構(gòu)，沿加熱爐半徑按“由內(nèi)向兩側(cè)”的方式將現(xiàn)場(chǎng)四周分布的錨點(diǎn)鋼板進(jìn)行連接；接著連接槽鋼環(huán)梁，檢查現(xiàn)場(chǎng)立柱垂直度與輻射室鋼結(jié)構(gòu)橢圓度，若存在傾斜狀況需加以調(diào)整，以此完成加熱爐輻射室整體骨架。完成整體鋼結(jié)構(gòu)框架后，接著搭設(shè)腳手架，安裝爐壁板、筋板。為避免鋼結(jié)構(gòu)模塊組裝固定期間出現(xiàn)焊接變形問(wèn)題，在全面焊接前采用點(diǎn)焊方式連接弧板與壁板內(nèi)壁。

4.1.2 組裝要點(diǎn)

在安裝固定期間，若爐底鋼結(jié)構(gòu)與輻射室鋼結(jié)構(gòu)尺寸存在較大誤差，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法安裝。安裝作業(yè)時(shí)，暫不安裝輻射室下部500mm 范圍內(nèi)的爐壁板，避免阻礙后續(xù)安裝工作；待爐底模塊與輻射室模塊安裝完畢后，最后組裝輻射室下部500mm 范圍內(nèi)的爐壁板[4]。在本次現(xiàn)場(chǎng)模塊化制作與安裝作業(yè)中，并未設(shè)置輻射室底部環(huán)梁結(jié)構(gòu)，這樣可避免出現(xiàn)吊裝期間筒體底部變形情況?？稍谳椛涫冶诎逑路?000mm 處爐壁板內(nèi)側(cè)設(shè)置加固圈，采用間斷焊方式連接爐壁板與槽鋼肢背。該加固圈在后續(xù)施工中將被襯里覆蓋，對(duì)加熱爐整體結(jié)構(gòu)無(wú)影響，因此該加固圈無(wú)需拆除。在加熱爐模塊化施工中，常壓爐、減壓爐的輻射室鋼結(jié)構(gòu)直徑分別為11.9m、10.1m，高度分別為18.9m、16.5m，采用“米”字支撐形式對(duì)爐壁板進(jìn)行加固。該“米”字支撐桿為無(wú)縫鋼管，規(guī)格為Φ273mm×12mm；中部連接板為直徑1000mm 的鋼板，規(guī)格為δ=20mm。鋼結(jié)構(gòu)“米”字支撐加固示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)“米”字支撐加固示意圖

4.2 輻射排管組裝

4.2.1 組裝方式

加熱爐輻射排管呈輻射式分布，安裝時(shí)焊接量大，且安裝要求較高，需確保到輻射排管吊裝位置準(zhǔn)確且可與爐管掛鉤相吻合。安裝制作時(shí)，將常壓爐、減壓爐共四組輻射排管采用模塊化方式進(jìn)行制作，以此提高構(gòu)件精度，并起到縮短施工周期的效果。由于固定焊接難度較大，且安裝期間不可出現(xiàn)過(guò)多焊接口，所以要保證焊口盡量留在下方易組對(duì)的焊接位置，確保排管一次焊接成功。

4.2.2 組裝要點(diǎn)

輻射排管結(jié)構(gòu)完成制作后需就近放置，避免吊裝期間出現(xiàn)爐管竄動(dòng)問(wèn)題，繼而引發(fā)構(gòu)件變形，可采用弧形槽鋼結(jié)構(gòu)對(duì)輻射排管進(jìn)行加固處理。準(zhǔn)備胎具，將其放置于爐管內(nèi)側(cè)，該胎具可在不干擾輻射排管組裝的情況下進(jìn)行固定，避免安裝期間發(fā)生變形問(wèn)題。襯里施工后，借助腳手架設(shè)備將胎具拆除即可。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加熱爐采用現(xiàn)場(chǎng)模塊化制作、安裝，更便于機(jī)械設(shè)備的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。通過(guò)模塊分段對(duì)加熱爐進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，完善加熱爐施工及材料采購(gòu)工作。同時(shí)，模塊化施工的方式避免了大量高空作業(yè)，有助于降低安全風(fēng)險(xiǎn)，繼而更好地開(kāi)展加熱爐制造與安裝工作，提高分段施工及安裝連接精度，兼顧施工質(zhì)量與效率，并具有節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)。因此，該現(xiàn)場(chǎng)模塊化制作安裝方式具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。