E-GAS氣化爐及熱通道設備設計、制造、安裝特殊控制措施

王平 桂軍文 許俊

1、3 中海煉化有限責任公司惠州煉化分公司 廣東惠州 516082 2 中國化學工程第六建設有限公司 湖北襄陽 441021

E-GAS氣化爐及熱通道設備設計、制造、安裝特殊控制措施

王平1桂軍文2許俊3

1、3 中海煉化有限責任公司惠州煉化分公司 廣東惠州 516082 2 中國化學工程第六建設有限公司 湖北襄陽 441021

結合中海油惠州煉化二期2200萬t/a煉油改擴建及100萬t/a乙烯工程煤氣化制氫聯合裝置國內首套E-GAS氣化爐成功安裝的經驗,對E-GAS氣化爐及熱通道系統設備在設計、制造、安裝方面特殊控制措施進行了分析,為國內外煉油化工裝置同類設備的安裝提供了可借鑒的經驗。

E-GAS氣化爐及熱通道系統設備

E-GAS氣化爐及熱通道系統設備是中海油惠州煉化二期2200萬t/a煉油改擴建及100萬t/a乙烯工程煤氣化制氫聯合裝置的核心設備,中國石化工程建設公司負責設計,為國內首次引進,從設計、制造到安裝施工均無成熟經驗可借鑒,其難度之大為國內同類工程之最。氣化爐及熱通道系統設備最終成型質量和安裝精度對E-GAS氣化工藝成功實現起作至關重要的作用。

圖1 氣化爐及熱通道設備外形結構

單套氣化爐及熱通道設備由氣化爐、氣化爐過渡段、停留罐、停留過渡段下彎頭、停留過渡段直筒、停留過渡段上彎頭和余熱鍋爐七部分組成,需要現場空中組對焊接6道焊口,其中,最大對接焊口氣化爐過渡段重80t,直徑2400mm,厚度68mm,組對焊接跨距14m。三套氣化爐及熱通道設備共計21臺設備,均為異形大型設備,全部安裝在氣化鋼結構框架中,采用XGC88000型履帶式起重機單臂工況(2000t吊裝能力)集中吊裝,最大單鉤起吊重量達520t。其外形結構如圖1所示。

氣化爐及熱通道系統設備安裝是一個多單位分工協作、多工序交叉配合、多專業相互支持配合的系統工程,其工藝技術復雜,安裝精度要求高,框架承重結構復雜,安裝難度大。為保證相關工作圓滿完成,需從技術、質量、安全、進度四方面入手進行設計、制造、施工全過程統一指揮部署協調,為工程安全有序、優質高效地完成提供有力保障。與國內其他型式氣化工藝相比較, E-GAS氣化工藝中氣化爐及熱通道系統設備設計、制造、安裝過程中除滿足相關設計、制造、施工規范要求外,從現場施工角度,還需采取多種特殊的技術措施和控制方法。

1 設計階段

除滿足工藝及相關設計標準規范要求外須注意以下幾方面：

1.1 確定設備制造運輸分段方案

根據設備結構特點、運輸條件、現場條件,及時合理確定設備制造運輸分段方案。這是工程實施階段的第一步,也是工程后續工作順利實施的先決條件。設備分段應盡量使各部分并對稱,便于吊裝就位,并滿足運輸要求。

經過多次研究和討論,惠煉二期氣化爐及熱通道設備分為四個直筒三個彎頭七部分到場,現場空中對接6道口。

1.2 合理的現場空中組對接口設計

因氣化爐及熱通道設備各部分直徑、厚度均有差別,余熱鍋爐與其他部分材質也不同,而現場空中對接因施工環境、技術手段、施工機械及工裝等條件遠不及制造廠,因此設計時應根據設備分段方案進行現場接口特殊設計,盡量降低現場對接難度。

惠煉二期中氣化爐及熱通道設備設計中對于不同直徑、厚度、材質的現場接口均進行了過渡設計,在制造廠完成直徑、厚度、材質過渡,盡量保持現場對接口兩側直徑、厚度、材質一致,降低現場對接口組對焊接難度,為現場組對焊接創造了有利條件。

1.3 腳手架孔設計

氣化爐及熱通道設備體積龐大,設備吊裝時接口處大量結構均需預留,且設備吊裝就位時難以短時恢復,而設備測量、定位、找正均需腳手架,特別是上部兩彎頭四道對接口,如果沒有腳手孔,架腳手架支承點設置困難。因此惠煉二期中氣化爐及熱通道設備四個直筒段均在空中接中下方設計有四個對稱的腳手架孔,并在接口上方設置人孔,設備運抵現場后,先在地面搭設好設備內腳手架,設備就位時能立即具備進人條件,大幅縮減設備安裝就位時找正時間。

2 設備制造階段

選擇優秀制造商,采用先進的制造工藝,實施高標準的設備制造精度控制,是實現氣化爐及熱通道設備最終總體成型質量的基本保障。制造過程中除滿足設計圖紙、法規、標準、規范要求外,還應從以下兩方面施行更加嚴格地控制：

2.1 采用先進的焊接工藝和有效的防止熱變形措施

氣化爐及熱通道設備因外形龐大,結構特殊,焊接量超常,先進的焊接工藝和有效的防止熱變形措施是提高工效和保證設備成型質量的關鍵。

惠煉二期氣化爐及熱通道設備制造通過選擇優秀制造商,組織優秀技術人員集中攻關,實現了除部分設備外接管口外所有焊接自動化。

2.2 對關鍵外形尺寸精度偏差提出嚴格要求

選擇高效適用的工裝,審核制造商制定的設備質量保證措施,對關鍵外形尺寸精度偏差提出嚴格要求,為設備最終安裝組裝精度打下堅實基礎。惠煉二期中氣化爐及熱通道設備制造中,對外形尺寸精度偏差制訂并實現了以下更高要求：

(1)支座下平面不平度(平面度)允許偏差±1mm。過大會影響安裝垂直度,給安裝找正制造難度；

(2)支座下平面與筒體中心線垂直度允許偏差±5mm。過大會影響安裝垂直度,給安裝找正制造難度；

(3)支座下平面與現場焊接接口距離允許偏差±8mm,同一接口偏差方向應一致。過大會影響現場接口組對間隙,造成現場接口修理打磨,給現場焊接制造難度；

(4)現場接口橢圓度及彎頭中心間距允許偏差±3mm,同一接口兩側同一方位累積允許偏差±5mm。過大會影響現場接口組對錯邊量,造成現場接口修理打磨,給現場焊接制造難度。

3 設備安裝施工階段

設備安裝是制造的延續,安裝單位是設備制造精度的再現者及制造精度與安裝精度的集成者,是設備最終成型質量的后墻。氣化爐及熱通道設備安裝中,主要需關注以下技術保障及質量控制措施：

3.1 合理制定吊裝順序及吊裝方案

根據設備分段方案、外形結構特點、焊接工藝及現場條件,合理制定吊裝順序及吊裝方案。因氣化爐及熱通道設備重量較大及長度較長,設備連續吊裝,周期較長,且因運行時溫度高熱膨脹大而設置有設備與結構間彈性聯接,隨著設備吊裝進行,不當的吊裝順序會產生后續設備吊裝承重,對已吊裝找正的設備安裝精度造成一定影響。因此設備吊裝順序非常重要。

惠煉二期中針對具體工程特點與條件,氣化爐及熱通道設備選用2000t履帶吊集中吊裝的方法。吊裝順序如圖2所示。

圖2 氣化爐及熱通道設備吊裝順序

3.2 確定設備吊裝通道及各層鋼結構預留方案

根據吊裝方案,精準確定設備吊裝通道及各層鋼結構預留方案,組織設計單位與施工單位會商,確保安裝方案順利完成。會商內容主要包括：認真核算設備就位前后結構承載能力及穩定性,對部分結構采取臨時支撐,確保結構安全穩定、吊裝可行前提下最小化預留；已安裝設備必須的支承結構對后續設備安裝通道的影響及解決方案；設備吊裝到指定位置后必須在吊車松鉤前安裝的設備支承結構安裝空間及通道。

3.3 預組裝和拼裝

進行設備支承梁工廠預組裝和拼裝,控制預組裝拼裝精度。應根據預留結構的特點,確定預留結構最大化拼裝方案及安裝就位方法,并與設計協商改變影響吊裝實施的設備支承結構的節點形式,縮短設備吊裝到位后支承結構安裝和焊接時間。

惠煉二期中氣化爐及熱通道設備支承梁全部在結構預制工廠進行了預組裝,單臺設備支承梁組裝后其上平面不平度允許偏差應控制在±3mm,地腳螺栓中心位置允許偏差應控制在± 5mm,全部設備支承梁均在工廠制作成K字型,并劃設預組裝基準線,在設備就位前利用簡易工卡具將預留K字型支承梁就近置于不影響設備吊裝通道的位置,大幅減少預留結構安裝就位時間及設備吊裝到位后支承結構現場焊接工作量。

3.4 制定正確有效的支承結構及設備定位、找正措施

制定正確有效的支承結構及設備定位、找正措施,嚴格控制安裝精度要求并控制各種安裝允許偏差方向,使各項允許偏差相互補償,避免偏差累積。惠煉二期中氣化爐及熱通道設備及支承結構安裝精度控制目標為：支承結構上平面不平度(平面度)允許偏差±2mm, 結構及設備中心定位尺寸允許偏差±5mm,空中組對錯邊量允許偏差±8mm,設備中心線垂直度允許偏差±11mm,設備及結構安裝標高允許偏差±15mm。

在設計單位、制造單位、吊裝單位及安裝單位配合、實施下,三套氣化爐及熱通道設備及預留支承結構在30d內高效圓滿安裝完成,安裝工期比原計劃縮短了20d,工程進度遠超國外同類工程。設備安裝標高最大處實際偏差為6mm,設備空中組對中心位置最大偏差為3mm, 設備空中組對局部最大錯邊量為5mm(設計要求不大于11mm),安裝精度遠超國外同類工程。

TE682

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1672-9323(2016)05-0053-03

2016-06-30)