郭瑋晗

(西安科技大學(xué) ， 陜西 西安 710054)

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模塊法在石油化工行業(yè)現(xiàn)代施工中的應(yīng)用

郭瑋晗

(西安科技大學(xué) ， 陜西 西安 710054)

隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷革新，材料領(lǐng)域的不斷突破，石油、化工行業(yè)設(shè)備逐漸朝著大型化、高參數(shù)方向發(fā)展。這對安裝施工也提出了較高的要求，通過逐漸摸索實踐及近年來大型吊車的吊裝能力不斷提升，大型設(shè)備、結(jié)構(gòu)安裝方法也不斷成熟。模塊法是一種適合現(xiàn)階段設(shè)備大型化、高參數(shù)化發(fā)展的好方法。本文通過實習(xí)期間參與70萬t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐鋼結(jié)構(gòu)施工，介紹鋼結(jié)構(gòu)模塊預(yù)制與安裝的工藝特點、經(jīng)濟(jì)效益、施工注意事項，給出了相應(yīng)的預(yù)防辦法及解決對策。

鋼結(jié)構(gòu) ; 模塊法 ; 現(xiàn)代施工

0 前言

隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷革新，材料領(lǐng)域的不斷突破，石油、化工行業(yè)設(shè)備逐漸朝著大型化、高參數(shù)方向發(fā)展。作為生產(chǎn)裝置載體的鋼結(jié)構(gòu)框架也朝大型、超高方向發(fā)展，這給鋼結(jié)構(gòu)框架安裝提出了更高要求。

模塊法施工，是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的具體形式，將一座大型鋼結(jié)構(gòu)分解成若干個小框架，在預(yù)制場分別預(yù)制成框，用大型吊車吊至安裝現(xiàn)場，像堆積木一樣將各段框架安裝到位。

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)施工工藝已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代大型鋼結(jié)構(gòu)框架的施工要求。大型框架的模塊法施工必須利用到大型吊裝的技術(shù)，模塊法施工技術(shù)要求不高、安全可靠、安裝速度快，避免長時間的高空作業(yè)，是一種比較理想的大型鋼結(jié)構(gòu)安裝新工藝。

1 施工實例

1.1 概述

70萬t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制及安裝的施工任務(wù)。加熱爐鋼結(jié)構(gòu)主體工程量：83 430 kg；共6層平臺，頂層標(biāo)高16.4 m；跨度11 m×8.64 m；爐管安裝28根。

1.2 施工工序

施工準(zhǔn)備→在廠房對各部件單獨預(yù)制→預(yù)制完成后在平臺上進(jìn)行組片→對組片好的框架運至施工現(xiàn)場→對輻射室爐頂、爐底進(jìn)行安裝→完善中間支撐梁、懸臂梁及勞動保護(hù)。

1.3 施工難點及對策

模塊法施工是工廠化生產(chǎn)流水線，其特有的工廠化預(yù)制、模塊法安裝方法需對下料、預(yù)制、安裝工序中的各項尺寸和焊接變形進(jìn)行嚴(yán)格控制，需克服下料尺寸精度關(guān)、預(yù)制成框幾何尺寸關(guān)、模塊焊接變形關(guān)和安裝立柱對接關(guān)。

1.3.1 嚴(yán)格尺寸，確保下料精度

模塊法施工實行批量下料，尺寸一次到位，減少現(xiàn)場修割工作量。所有立柱、橫梁、支撐全部采用電腦放樣，確保尺寸精度，長度允許偏差≤3 mm。

1.3.2 精心組織，編制框架預(yù)制程序，確保分段尺寸

以加熱爐對流室預(yù)制為例子，框架預(yù)制的程序如下：①在預(yù)制平臺上可以利用天車立柱子，上橫梁完成對流室框架的組對；②安裝對流室兩端及中間管板框架；③上側(cè)面、頂部壁板；④用吊車將預(yù)制好的框架移至廠房外利用40 t拖車運輸進(jìn)入施工現(xiàn)場，在現(xiàn)場利用80 t吊車(40 t配合)進(jìn)行翻身；⑤在施工現(xiàn)場進(jìn)行襯里施工，穿爐管，進(jìn)行爐管焊接；⑥焊接完成探傷合格后利用200 t吊車進(jìn)行對流室整體吊裝。

對流室整體預(yù)制結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 對流室整體預(yù)制結(jié)構(gòu)圖

1.3.3 控制焊接變形

焊接變形的原因主要是脹縮應(yīng)力。焊接時，焊縫及熱影響區(qū)受熱而膨脹，但由于受到周圍金屬的阻礙而不能膨脹，此時產(chǎn)生壓應(yīng)力，冷卻時焊縫及熱影響區(qū)要收縮，但又受到周圍金屬剛性的牽扯而不能自由收縮，因而產(chǎn)生拉應(yīng)力。上述兩種應(yīng)力的存在使焊件產(chǎn)生了變形。

控制焊接變形的措施：①采取加固措施，在對流室壁板焊接施工時，在壁板上焊接角鋼進(jìn)行加固防止變形。②制定合理的焊接工藝措施：由于焊接量大，焊接點多，因此，要求現(xiàn)場焊接人員不能集中在某一點、某一處。人員布置應(yīng)對稱、均勻分散。能對稱焊就不要單面焊，焊接電流盡量小。③控制焊接的組對間隙，將組對間隙控制在2 mm內(nèi)，盡量減少焊縫收縮空間。

1.3.4 模塊安裝的質(zhì)量控制

分段鋼結(jié)構(gòu)框架安裝主要問題：①立柱對接錯口問題；②框架安裝垂直度問題。立柱對接錯口若超出技術(shù)要求，可以將對接口兩側(cè)一定范圍內(nèi)立柱立縫割開，待對口完成后再焊接。框架分段安裝類似堆積木，所以必須考慮上一段與下一段的垂直度。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，每一段垂直度都控制在10 mm以內(nèi)，然后一根立柱整體垂直度控制在15 mm內(nèi)，直至全部安裝完成。如安裝垂直度偏差較大，可采用柱截面修口的方式來調(diào)整框架垂直度。

1.3.5 吊裝工藝(以加熱爐對流室為例)

對流室整體質(zhì)量為35 t，具體包括金屬質(zhì)量18 t，襯里14 t，爐管3 t。為了防止在運輸?shù)跹b翻身時候發(fā)生變形，對鋼結(jié)構(gòu)造成破壞，將對框架兩個側(cè)面進(jìn)行加固處理，具體各側(cè)面的加固如圖2所示。

圖2 對流室側(cè)墻加固圖

對流室進(jìn)行整體吊裝時，選擇柱1、2、3、4做為吊點，在柱頂橫梁H型鋼上焊接4個15 t級板式吊耳，吊耳打雙面坡口，焊接完成后進(jìn)行100%滲透檢測，在對流室的中間(柱5與柱6之間)用2根10 t倒鏈進(jìn)行拉緊固定，以免發(fā)生變形，待200 t起吊后利用80 t溜尾。

2 工藝特點

模塊法施工是現(xiàn)代大型吊裝技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)框架安裝技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，具有如下特點。

2.1 實現(xiàn)工廠化預(yù)制、模塊化安裝

模塊法施工工藝改變傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)施工方法，將大部分工作轉(zhuǎn)到預(yù)制場，建立起下料、預(yù)制、安裝的工藝流程，安裝方式擯棄傳統(tǒng)的先立柱后橫梁，然后平臺的方法，采用分段整體吊裝就位的模塊化安裝工藝。

2.2 建立下料、預(yù)制、安裝的工藝流程，提高工作效率

模塊法施工工藝將傳統(tǒng)的下料、安裝工序增加為下料、預(yù)制、安裝流程，現(xiàn)場安裝工作量大大減少，變現(xiàn)場高空施工為地面預(yù)制工作，提高了工作效率。

2.3 提高大型吊車的利用率

模塊法施工采用龍門吊及小型吊車配合進(jìn)行預(yù)制施工，大型吊車集中進(jìn)行分段鋼結(jié)構(gòu)框架吊裝就位施工，極大提高了大型吊車的利用率，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 大量高空作業(yè)轉(zhuǎn)移到地面預(yù)制，提高作業(yè)安全

模塊法施工將傳統(tǒng)施工中大部分高空安裝工作量轉(zhuǎn)移到地面預(yù)制施工中，現(xiàn)場僅分段框架連接點對焊高空作業(yè)，大大提高了現(xiàn)場施工安全性。

2.5 分散施工偏差，提高安裝質(zhì)量

模塊法施工工藝將整個鋼結(jié)構(gòu)框架安裝尺寸偏差分散到各分段鋼結(jié)構(gòu)框架中，通過控制分段框架的預(yù)制尺寸偏差和安裝偏差來控制整個框架的安裝質(zhì)量。

3 經(jīng)濟(jì)效益及效果

用模塊法施工完成70萬t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐鋼結(jié)構(gòu)的施工，不僅圓滿完成了施工任務(wù)，同時也節(jié)約了工期，比原計劃縮短了20 d。同時還為公司節(jié)省了資金，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。而且由于節(jié)省時間、施工質(zhì)量優(yōu)良，該方法也得到了業(yè)主的廣泛好評，獲得了較好的社會效益。

4 模塊法在其他施工中的運用

隨著吊裝能力的提升，模塊法近年來在大型裝置建設(shè)中運用得越來越多。例如2008年55萬t/a氣體分餾裝置異地改造及系統(tǒng)配套工程需新增兩臺丙烯塔，材質(zhì)為16MnR，C-2103A規(guī)格為Φ5 600 mm×68 598 mm×48 mm (內(nèi)經(jīng)×總長×壁厚)，質(zhì)量為472 305 kg，C-2103B的規(guī)格為Φ5 600 mm×67 998 mm×48 mm (內(nèi)經(jīng)×總長×壁厚)，質(zhì)量為468 575 kg。施工方法為模塊預(yù)制，現(xiàn)場安裝。C-2103A，C-2103B共分29節(jié)進(jìn)行預(yù)制，每節(jié)高度約3 900 mm，在預(yù)制場中將每節(jié)內(nèi)構(gòu)件、接管安裝好，驗收合格后運輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝。因?qū)儆谂f裝置改造，受現(xiàn)場施工條件局限，安裝采用Demag Ac615 200 t級汽車吊及600 t級履帶吊配置不同工況進(jìn)行。通過模塊化預(yù)制，大大減少高空施工作業(yè)量，節(jié)省了大量機(jī)械臺班，提高了施工質(zhì)量及施工進(jìn)度，取得了良好的效果。

5 模塊法施工中注意的問題

模塊法施工在大型鋼結(jié)構(gòu)施工中施工方法簡單，施工效率高，但應(yīng)注意以下幾個問題：①熟悉施工內(nèi)容，了解施工機(jī)具準(zhǔn)備情況，了解現(xiàn)場，合理制定施工方案。②充分利用CAD等計算機(jī)輔助軟件進(jìn)行模塊放樣，使工作效率提高。③嚴(yán)格按照現(xiàn)場尺寸進(jìn)行模塊的預(yù)制是模塊法施工的根本。④嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，施工工程記錄與工程進(jìn)度同步。⑤仔細(xì)核算模塊重量，合理設(shè)置吊點，正確選取吊具，確保大型吊裝的安全實施。

6 總結(jié)

隨著時代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，模塊法施工已經(jīng)逐漸深入到各種裝置建設(shè)中。在未來的施工中，模塊法將創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)及社會效益。

2017-03-27

郭瑋晗(1995-)，男，在校學(xué)生，研究方向為機(jī)械設(shè)備，電話：13193349380。

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