劉英華,安海歐

(1. 惠生工程(中國(guó))有限公司，上海 201210； 2. 浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316200)

早期乙烯裂解爐由于組成部件多、種類繁雜、體積大、質(zhì)量重、部分耐火材料成品易損而不便運(yùn)輸?shù)仍?，大多采用現(xiàn)場(chǎng)制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝的方式進(jìn)行施工。從90年代中、后期開始，隨著乙烯裂解裝置向大規(guī)模、高度集成化發(fā)展，裂解爐的外形尺寸也隨之不斷增大、增高。裂解爐對(duì)流段模塊化制造、運(yùn)輸、安裝應(yīng)運(yùn)而生，不但節(jié)約了時(shí)間，而且解決了現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)施工人力不足的問題。2000年開始，對(duì)裂解爐輻射段鋼結(jié)構(gòu)開始分段模塊化預(yù)制；由于受施工現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，輻射段鋼結(jié)構(gòu)模塊化預(yù)制的分段方法多種多樣，縱向或橫向分段都比較常見。2010年前后，其它類型的工業(yè)爐開始了整體模塊化制造、運(yùn)輸、安裝的嘗試，但是乙烯裝置裂解爐整體模塊化制造、運(yùn)輸、安裝卻直到2016年才進(jìn)行了方案的前期策劃。

以下將從乙烯裝置現(xiàn)場(chǎng)施工角度，介紹整體模塊化制造、運(yùn)輸、安裝就位的方法及關(guān)鍵點(diǎn)，采用對(duì)比的方法闡述整體模塊化制造的優(yōu)勢(shì)。

1 方案確定

1.1 整體模塊化總體方案

2017年初，在國(guó)內(nèi)某石化公司進(jìn)行了乙烯裝置裂解爐整體模塊化制造方案的可行性論證，確定了如下造方案：9臺(tái)20萬t/a裂解爐全部采用異地整體模塊化制造、運(yùn)輸、安裝就位的模式施工。

1.2 整體模塊化建造工藝流程

2臺(tái)重油爐、5臺(tái)輕油爐和2臺(tái)氣體爐分別按爐型、單爐位號(hào)順序按SH/T 3511【1】標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建造。制造廠要求現(xiàn)場(chǎng)具備同時(shí)建造9臺(tái)裂解爐的施工場(chǎng)地以及配套的起重設(shè)備和船運(yùn)碼頭。單爐按照?qǐng)龅仄鹬卦O(shè)備的吊裝能力，最大化模塊制造，總體分為輻射段、對(duì)流段及集煙罩(含汽包及平臺(tái))3段總裝。建造現(xiàn)場(chǎng)見圖1，施工工藝流程見圖2。

圖1 建造現(xiàn)場(chǎng)

整體模塊建造流程如下：

1) 輻射段2個(gè)輻射室的爐殼體在地面單獨(dú)合成箱體模塊，每個(gè)模塊整體就位于臨時(shí)基礎(chǔ)上。2輻射箱體及過渡段完善后進(jìn)行輻射爐管存放， 端、 側(cè)墻和頂部耐火襯里施工。輻射段箱體制作示意見圖3。影響運(yùn)輸?shù)娜紵鳌?空氣預(yù)熱器和底部耐火澆注料在裝置現(xiàn)場(chǎng)正式就位后施工。

圖2 整體模塊化建造流程

2) 輻射室就位后安裝兩側(cè)運(yùn)輸托架，中間A軸-B軸、C軸-D軸間爐底托架在輻射箱體就位臨時(shí)基礎(chǔ)前隨箱體一起制作安裝。

3) 對(duì)流段包括脫硫脫硝(SCR)模塊及其內(nèi)部構(gòu)件，共5個(gè)箱式模塊，由專業(yè)并有資質(zhì)的制造廠將管束和墻板一體制作，模塊交付并安裝在過渡段之上(B軸-C軸)。

4) 對(duì)流段外框架，左右兩側(cè)分別在地面按分體模塊制作，過程中臥式水平安裝一級(jí)急冷器(每側(cè)4臺(tái)SLE)，將兩側(cè)框架分別立起，合模成附帶8臺(tái)一級(jí)急冷換熱器和平臺(tái)設(shè)施的1個(gè)大模塊，進(jìn)行整體一次吊裝就位。對(duì)流段框架制作示意見圖4。

圖3 輻射段箱體制作示意

圖4 對(duì)流段框架制作示意

5) B軸-C軸煙道、集煙罩在地面水平安裝，臥式進(jìn)行澆注料襯里施工，襯里完成后立起形成內(nèi)框架，兩側(cè)外框架片體與內(nèi)框架合成一個(gè)模塊。爐頂平臺(tái)完善后吊裝汽包就位，整個(gè)大模塊一次吊裝于對(duì)流段之上。集煙罩汽包平臺(tái)段制作示意見圖5。

6) 梯子平臺(tái)、勞動(dòng)保護(hù)、照明燈具、儀電橋架，其它工藝管道隨主模塊一起吊裝就位，不再進(jìn)行二次安裝。儀表電纜安裝同上。

7) 上升下降管、二級(jí)急冷換熱器、三級(jí)急冷換熱器、輔助平臺(tái)單獨(dú)安裝。

8) 煙囪、底部燒嘴受運(yùn)輸條件所限，可現(xiàn)場(chǎng)就位后安裝。

9) 所有爐內(nèi)耐火襯里全部施工完畢(底部除外)、做好防護(hù)措施后，隨爐吊裝，隨爐運(yùn)輸。

圖5 集煙罩汽包平臺(tái)段制作示意

1.3 運(yùn)輸方案

裂解爐整體模塊化運(yùn)輸確定采用滾裝運(yùn)輸方式，具體包括制造廠碼頭轉(zhuǎn)場(chǎng)陸運(yùn)、滾裝上船、島際海運(yùn)、滾裝下船、現(xiàn)場(chǎng)陸運(yùn)。

根據(jù)基地和裝置現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，確定了陸上采用自行裝、卸式模塊運(yùn)輸車SPMT軸線車(Self-Propelled Modular Trailers)運(yùn)輸，海上采用18 000 t 級(jí)自航駁船、一船一件運(yùn)輸?shù)姆桨浮?/p>

1.3.1 碼頭轉(zhuǎn)場(chǎng)陸運(yùn)

用于碼頭轉(zhuǎn)場(chǎng)陸運(yùn)的SPMT小車頂升性能必須滿足現(xiàn)場(chǎng)條件。裂解爐整體模塊(約3 700 t) 由4縱列SPMT軸線車(每縱列34軸，共計(jì)136軸、544個(gè)輪子)托舉起，靠SPMT軸線車自行調(diào)整保持車板水平，依據(jù)設(shè)備左右對(duì)稱布置，完成轉(zhuǎn)場(chǎng)陸運(yùn)。

車組裝載前進(jìn)行試頂升，檢查車板壓力，壓力差不大于2 MPa，若不滿足要求，則重新調(diào)整車組位置，再次頂升，檢查車板壓力，直至滿足裝載要求，方可啟車；SPMT掛車自身液壓調(diào)整，保證車板的平面度。在掛車上安裝數(shù)字式水平尺，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸車輛的水平狀態(tài)并及時(shí)調(diào)整。由于掛車自身的液壓蓄能器、各液壓懸掛之間的相互補(bǔ)償，使車輛具有良好的減震和適應(yīng)性能，故運(yùn)輸時(shí)能很好地控制掛車保持水平和減小震動(dòng)。

1.3.2 滾裝上船、滾裝下船

SPMT軸線車承載著裂解爐整體模塊以滾裝方式上船(漲潮時(shí)段內(nèi))或下船(落潮時(shí)段內(nèi))，船體通過調(diào)載壓艙水保持船的平衡。

裝卸船時(shí)，駁船采用T型靠泊方法，SPMT掛車從船尾上下，根據(jù)潮汐以及船舶調(diào)載情況，適時(shí)鋪設(shè)跳板，通常選擇在漲潮時(shí)車組上船，落潮時(shí)車組下船。上下船過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)岸跳板與前沿及船艉形成的高度差，應(yīng)控制在 200 mm 以內(nèi)，并且通過壓艙水調(diào)節(jié)，保持船首高于船尾的姿態(tài)。

1.3.3 島際海運(yùn)

裂解爐整體模塊與運(yùn)輸船體進(jìn)行綁定，在合適的海況下運(yùn)輸至指定錨地，高平潮時(shí)靠港。運(yùn)輸方案由某運(yùn)輸公司編制，施工方、業(yè)主、運(yùn)輸公司進(jìn)行多次方案討論，并聘請(qǐng)某海事安全咨詢公司對(duì)運(yùn)輸方案進(jìn)行評(píng)審。

1.3.4 現(xiàn)場(chǎng)陸運(yùn)

裂解爐整體模塊由SPMT小車經(jīng)公路運(yùn)抵安裝現(xiàn)場(chǎng)，啟運(yùn)前需要提前規(guī)劃路線，并納入全場(chǎng)大件運(yùn)輸系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

運(yùn)輸?shù)缆烦休d能力應(yīng)達(dá)到 12 t/m2以上，且路面板結(jié)或硬化；道路橫坡應(yīng)不大于 2%，縱坡應(yīng)小于 3%；道路寬度應(yīng)不低于24 m。

1.4 安裝就位

裂解爐整體模塊由SPMT小車完成安裝就位，影響安裝就位的輔助設(shè)備、設(shè)施可在裂解爐整體模塊就位后施工?；A(chǔ)必須預(yù)先處理完成?；A(chǔ)就位端部進(jìn)車工況見圖6。

圖6 基礎(chǔ)就位端部進(jìn)車工況

裂解爐整體模塊由SPMT軸線車頂升到規(guī)定高度(高于基礎(chǔ)地腳螺栓頂部)并調(diào)整好運(yùn)輸路線。SPMT軸線車行走至指定位置，降低頂升高度，調(diào)整前、后，左、右安裝位置；然后再次降低頂升高度直至安裝就位。

2 實(shí)施過程

2.1 最大限度工廠化制造

裂解爐整體模塊化制造可充分發(fā)揮工廠化預(yù)制的能力，實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)，既能夠加快制造進(jìn)度，又可確保制造的質(zhì)量和精度。裂解爐總裝過程示意見圖7。

2.2 運(yùn)輸是整體模塊化的關(guān)鍵點(diǎn)

裂解爐整體模塊運(yùn)輸(包括陸運(yùn)、海運(yùn)、滾裝上船、滾裝下船、海上封船加固)是整個(gè)工程的關(guān)鍵點(diǎn)。裂解爐整體模塊總體尺寸為41 090 mm×20 910 mm×50 685 mm(長(zhǎng)×寬×高)，加上汽包，高度達(dá)到53 m，總質(zhì)量達(dá)到3 689.6 t，屬于典型的扁、細(xì)、高的結(jié)構(gòu)件運(yùn)輸；而且，該結(jié)構(gòu)重心高(整體模塊重心高度為25.8 m)，給運(yùn)輸造成很大困難。為此施工方特別聘請(qǐng)了國(guó)際海事安全咨詢公司評(píng)審，現(xiàn)場(chǎng)檢查海固質(zhì)量，頒發(fā)運(yùn)輸許可證。運(yùn)輸所用駁船船體自身質(zhì)量為6 000 t，壓艙水4 000 t，將裂解爐整體與船綁扎固定形成一個(gè)整體后，整體重心降至11.6 m，使模塊安全運(yùn)輸?shù)玫娇煽勘ＷC。

2.3 合理劃分模塊，最大限度利用起重機(jī)械吊裝能力

裂解爐整體模塊化建造模塊劃分非常關(guān)鍵，其好與壞直接影響到工序劃分和交接的優(yōu)劣，也影響到后期的現(xiàn)場(chǎng)合模。模塊劃分的確定實(shí)際就是要充分發(fā)揮工廠化預(yù)制的能力，實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)，既能使制造進(jìn)度加快，又可確保制造的質(zhì)量和精度。例如：對(duì)流段外框架左右兩邊分別按分體模塊制造，然后合模成1個(gè)大模塊，含8臺(tái)一級(jí)急冷換熱器和所有設(shè)備、設(shè)施，共計(jì)820 t，一次吊裝就位。

2.4 充分發(fā)揮SPMT軸線車能力，最大限度工廠化安裝

SPMT軸線車可根據(jù)用戶需求自由組合、拼裝，理論上只要運(yùn)輸條件不受限，其承載能力無限大。充分發(fā)揮SPMT軸線車調(diào)整能力上的優(yōu)勢(shì)，將更多的設(shè)備設(shè)施在工廠內(nèi)安裝完，直接運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，可減少安裝現(xiàn)場(chǎng)的工作量，同時(shí)節(jié)約安裝現(xiàn)場(chǎng)的起重機(jī)械使用費(fèi)用和人工成本。

2.5 耐火襯里的保護(hù)

裂解爐整體模塊化建造最大的不確定因素就是耐火襯里何時(shí)做，能否經(jīng)受海運(yùn)、陸運(yùn)顛簸而不損壞。為此，設(shè)計(jì)院、耐火襯里廠家、業(yè)主和施工方從襯里選材開始，進(jìn)行了5輪技術(shù)討論，最終確定：襯里在制造廠基地完成，隨模塊整體運(yùn)輸；同時(shí)襯里運(yùn)輸加固方案(見圖8)需經(jīng)四方評(píng)審。經(jīng)實(shí)際運(yùn)輸檢驗(yàn)，襯里達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 優(yōu)勢(shì)對(duì)比

乙烯裂解爐模塊化建造與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工建造方式相比，優(yōu)勢(shì)在以下幾個(gè)方面。

3.1 節(jié)約成本

以獨(dú)山子100萬t乙烯裝置中8臺(tái)15萬t/a裂解爐為例，將模塊化建造與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工建造方式進(jìn)行比較，整體模塊化建造在節(jié)約成本上有明顯優(yōu)勢(shì)。

表1為現(xiàn)場(chǎng)制造與整體模塊化建造資源消耗對(duì)比。

表1 現(xiàn)場(chǎng)制造與整體模塊化建造資源消耗對(duì)比*

注：折合成費(fèi)用，平均單臺(tái)爐子建造施工成本減少約260萬元。

3.2 提高工作效率，縮短建設(shè)周期

施工方于2017年4月與某石化公司就140萬t/a乙烯裂解爐項(xiàng)目達(dá)成合作協(xié)議，將交付包含急冷換熱器、汽包、SCR模塊、CORSSOVER、附屬儀表電氣等復(fù)雜設(shè)備在內(nèi)的9臺(tái)20萬t/a裂解爐整體模塊，在施工方基地進(jìn)行預(yù)制、組裝和整體交付。施工方憑借多年扎實(shí)專業(yè)的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮場(chǎng)地大、模塊化施工經(jīng)驗(yàn)豐富、廠房?jī)?nèi)標(biāo)準(zhǔn)化流水線作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，僅用5個(gè)月就完成了首臺(tái)裂解爐的模塊化設(shè)計(jì)、建造和總裝，首臺(tái)之后的8臺(tái)裂解爐在2018年4～10月(共7個(gè)月)完成建造、發(fā)運(yùn)和就位。

3.3 降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

乙烯裂解爐具有爐體結(jié)構(gòu)高(53 m左右)、工藝復(fù)雜(需安裝的附屬設(shè)備、設(shè)施多)、投資大、爐內(nèi)外設(shè)計(jì)緊湊等特點(diǎn)，因此，施工過程中，所需高大腳手架多、起重作業(yè)頻繁、施工作業(yè)深度交叉，安全風(fēng)險(xiǎn)非常高。通過模塊化建造的方法可有效化解上述矛盾。模塊可根據(jù)起重能力，劃分為多個(gè)小的單元模塊。單元模塊可在不同場(chǎng)地，甚至不同廠家進(jìn)行施工，拓展了施工作業(yè)面，完全避免了交叉作業(yè)、高大腳手架的風(fēng)險(xiǎn)。單元模塊制造完成后，再把小的單元模塊集成為大模塊，整體起吊，整體就位，又化解了重大起重作業(yè)頻繁、大型吊裝設(shè)備不足(或閑置)等資源浪費(fèi)，提高大型機(jī)具使用效率。

這種建造模式可有效降低同一區(qū)域內(nèi)施工作業(yè)人員的密度，避免二次傷害及群死群傷等安全事件的發(fā)生。

3.4 減小裝置現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地不足的壓力

某石化公司乙烯裂解爐現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)非常緊湊，現(xiàn)有施工場(chǎng)地為150 m×60 m(長(zhǎng)×寬)，臨時(shí)基礎(chǔ)、運(yùn)輸托架、加固材料可以循環(huán)重復(fù)利用，裂解爐現(xiàn)場(chǎng)就位后及時(shí)拆除運(yùn)回?；氐拇笮妄堥T吊車代替以往傳統(tǒng)大型吊車，減少現(xiàn)場(chǎng)施工占地。

模塊化制造可以避開現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地不足的劣勢(shì)。

3.5 減輕施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)保壓力，達(dá)到綠色環(huán)保目標(biāo)

模塊化建造采用清潔施工工藝，規(guī)劃和使用專門的施工廢物、廢液回收?qǐng)龅睾驮O(shè)施，油品、氣體由專人進(jìn)行管理。模塊建造全場(chǎng)“無土化”施工，場(chǎng)地、道路全部硬化，并經(jīng)常對(duì)施工通行道路進(jìn)行灑水作業(yè)，防止塵土飛揚(yáng)，污染周圍環(huán)境。同時(shí)，優(yōu)化襯里作業(yè)條件，做好通風(fēng)防護(hù)，對(duì)粉塵和噪音進(jìn)行處理，并通過了職業(yè)衛(wèi)生監(jiān)督管理部門的檢查和驗(yàn)收。

4 結(jié)語

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，模塊化建造可突破大型項(xiàng)目場(chǎng)地、工期、環(huán)境、資源等多種限制，提高工程質(zhì)量，保證施工安全，大幅降低管理大型復(fù)雜項(xiàng)目的難度，提高可靠性，并將與更大范圍的“深度預(yù)制”相結(jié)合，為行業(yè)創(chuàng)造顯著價(jià)值，為業(yè)主帶來更多的效益。

技術(shù)查新報(bào)告顯示，乙烯裂解爐整體模塊化制造、運(yùn)輸、安裝就位是今后大型石化裝置施工建設(shè)的主流方向，化工裝置整體或局部模塊化建造、整體交付使用是大勢(shì)所趨。第1臺(tái)20萬t/a重油裂解爐整體模塊化安裝對(duì)國(guó)內(nèi)的乙烯裂解爐整體模塊化建造具有重要的借鑒意義。