淺析石化項目圓筒爐鋼結構制作方案及工藝

張彬，高凱，師厚云

（寧波連通設備集團有限公司，浙江 寧波 315207）

1 概述

加熱爐一般由輻射室、對流室、燃燒器、梯子平臺、通風系統、余熱回收等組成。

輻射室：通過火焰或高溫煙氣進行輻射傳熱的部分。這部分直接受火焰沖刷，溫度很高（600 ～1600℃），是熱交換的主要場所（約占熱負荷的70%～80%）。

對流室：靠輻射室出來的煙氣進行以對流傳熱為主的換熱部分。

燃燒器：是使燃料霧化并混合空氣，使之燃燒的產熱設備，燃燒器可分為燃料油燃燒器，燃料氣燃燒器和油一氣聯合燃燒器。

通風系統：將燃燒的空氣引入燃燒器，并將煙氣引出爐子，可分為自然通風方式和強制通風方式。

余熱回收系統包括空氣預熱器，其中空氣預熱器由非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器兩段組成，余熱回收系統中另設有冷凝液收集池、引風機和鼓風機。

石化設備鋼結構屬于鋼結構分類中的高聳鋼結構和板殼鋼結構的綜合體。石化設備鋼結構是由鋼制材料組成的結構，是用于石油化工行業的基礎建設，是主要的建筑結構類型之一。結構主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構件組成，各構件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。本文中的圓形加熱爐屬于石油化工裝置典型的結構形式。工廠鋼結構框架結構施工工藝將直接影響設備制造速度、現場施工速度、施工成本等。文中闡述了鋼結構分模制作、組裝等。

隨著能源的緊缺以及人工成本的增長,未來工程項目必向著工業化、標準化發展,石油化工裝置模塊將是未來工程項目發展的必然趨勢。

2 制造特點及方案對比

在制造現場設置鋼結構制造組裝區域，進行型鋼、板材的焊接組裝工作，形成先部件，后組件，最后組裝的流水作業，減少了施工時間，提高了施工效率。在設備的鋼結構柱、梁連接中，基本是兩種連接方式：焊接、螺栓連接，在制造中鋼構的焊接主要是手工焊和氣體保護焊，螺栓連接分為普通螺栓和高強螺栓，螺栓連接采用兩次擰緊工藝，即鋼柱與其他各部件連接時、先初擰緊，待部件的直線調整合格后再終擰緊到規定的扭矩。

鋼結構制作過程中要考慮，運輸的尺寸、重量、標高和現場可進入的吊車噸位，適當優化整體的方案、需要解決運輸和現場安裝的各種可能存在的問題。鋼結構制造時針對安裝的方位、標高、外接鋼構和外接管道要有預先的方案和工藝控制，保證管道安裝的對接質量，保證框架安裝的對接質量。

傳統的制造方案是立式，按照下料，分片工裝、組裝、拆分、預組裝的順序制造的。這個工序中主要的節點是組裝和預組裝，分片組裝是單一的，每一片分開的，只能按照經驗和工裝來控制每一片的精度。在后續預組裝的過程中來調節，修正分片制作工程中的誤差。并且需要額外的搭建腳手架，需要指定場地和專業工人。

工裝制作是根據產品形狀、大小、先后順序，制作單片的制作工裝，平臺要求：剛性，長和寬至少要大于一個分片的尺寸，平臺平面度不超過3mm。在平臺板上按圖紙尺寸進行劃線，按方位標出輻射室上圈梁和爐底板圈梁的中心位置。劃線時要求兩立上下圈梁間距離預留2mm。

改進的制造方案是臥式，按照下料，整體工裝，組裝，拆分的順序制造的。這個工序中主要的節點是整體工裝和組裝，按照圖紙要求制造一套整體的工作，把梁柱、分片槽鋼等主要支撐件先預制在工裝上，尺寸檢驗合格后，在進行后續的工作，基本可以保證整臺設備的精度，不再需要調整。

工裝制作是根據產品的整體尺寸，制作整體需要的圓盤式框架工裝，在圓筒爐工裝夾具的平面上放樣，尺寸和爐頂與對流段的分界面螺栓孔一致，圓筒爐工裝夾具圓心與圓筒爐中心線重合。兩個圓筒爐工裝夾具面對面放置在預定工作臺上，圓筒爐工裝夾具面工作面與水平面垂直，兩個圓筒爐工裝夾具距離是爐頂與對流段的分界面到爐底板的距離+3～5mm，分別固定加固待用。

3 制造工序、方案

鋼結構所有主要構件在廠區內加工制造，主要分為：爐底支撐、爐底、爐本體、爐頂、梯子平臺(如果需要)，鋼構制作完成后，主體鋼結構根據制造方式不同，選擇預組裝或者不預組裝。梯子平臺由工廠部件預制完成后和整個筒體進行預組裝。

在制造之前，備料以后，優先制作工裝，在這個基礎上組焊筒體框架，在框架的上制作筒體分片，在調整好以后進行焊接。制作工裝之前，要先把平臺超平，然后在平臺上放樣，根據需要制作的分片尺寸，確定好相關聯的支撐點和支撐梁。班組在工裝制作完成后，需要相關部門檢查符合尺寸后再進行制作施工。工裝鋼結構制作完成后，安裝前應對工裝的定位軸線、基礎軸線和標高、地面焊接的位置等進行檢查。基礎測量內容包括定位軸線、基礎軸線和標高。分片或者整體制作時，加固的數量和強度要根據結構尺寸的大小來調整，也可以根據制造現場附近的實際情況，在工裝旁進行現場加固。單根的型鋼，單塊的板材在吊裝就位前應進行調直、調平防止變形，調整后盡快就位并進行點焊固定。每件配件就位后要核查尺寸。框架有多層梁時，要先大后小，先框架后加固的順序從外至內逐層安梁。其他部件、配件的的安裝順序可根據總體計劃安排要求進行，鋼結構安裝過程中還需結合其中出入口位置，要滿足要求。

3.1 梁柱組裝

分片制作時，先將預制的爐頂及上圈梁調整到位，參考線為工裝夾具的8 條線，用螺栓緊固在工裝夾具上。將預制好的立柱放對稱放入，調整到位，一端與爐頂板點焊，爐底一端用螺栓緊固在工裝夾具上。整體制作時，把預制好的上下圈梁按圖紙位置用加固料固定點焊在平臺上。把下料好的立柱按圖紙位置點焊在上下圈梁上，然后把預制好的加強圈梁照圖紙位置進行組裝、點焊。

3.2 框架焊接

分片制作時，按圖紙要求和焊接工藝，對加強槽鋼與立柱進行焊接，順序由外到內，焊接時先焊立縫再焊平縫，焊接時不得集中進行，采用連續焊，焊角高度為4mm；整體制作時，先將已制作完畢的爐底框架固定在藍圖規定位置，按圖紙要求和焊接工藝，對加強槽鋼與立柱進行焊接，順序由外到內，焊接時先焊立縫再焊平縫，焊接時不得集中進行，采用連續焊，焊縫成型良好。

3.3 壁板鋪設

用卷板機將壁板按照圖紙尺寸進行卷制，必須保證壁板的圓弧度偏差在5mm 之內；在框架圈梁之間壁板處每隔800mm 距離一道，用鋼板加固壁板，在豎直方向用筋板加固；按照圖紙尺寸及排料方案進行鋪設于框架上，拼接焊縫必須避開開門類、儀表接管的開孔位置及與型材的角焊縫。

3.4 壁板焊接

進行圓筒爐壁板的拼接焊接，采用全熔透焊接，單面拼接完成后另一面焊縫清根焊接，焊高必須在≥1mm；進行壁板內壁與立柱、連接槽鋼、連接角鋼的焊接；進行壁板外壁與立柱、連接槽鋼、連接角鋼的焊接；進行壁板外壁與加強槽鋼的焊接。

3.5 整體焊接

分片制作時，檢驗合格后對圓筒爐進行分片，取下爐底圈梁，并在分片立柱間拉角鋼進行加固。整體制作時，檢驗合格在分片立柱間拉角鋼進行加固；按照圖紙的尺寸位置依次焊接。

4 方案對比總結

兩種方案各有特點，主要是在工序、工裝、梁柱組裝、框架焊接、整體焊接等幾個點有區別。以直徑5m，高度12m的圓筒爐鋼結構就這幾個方面對場地、人員、時間、效益進行對比。工廠施工作業的考核指標，主要是場地、人員、費用、產品流轉速度等方面，從對比中我們可以看出立式的分片工裝占用空間小，但是總體占地面積大，預制時不需要高空作業，但是精度低，后續整臺組裝時間長；臥式的工裝占用空間大，預制時需要高空作業，但是精度高，后續修整快。在空間占用上，臥式的約是立式的一半；費用上，臥式約是立式的5/6；時間上涉及的因素比較多，不作闡述。

任何項目施工的同時都要加強安全教育，建立完善的HSE 保證體系，嚴格執行班前安全例會及周一安全活動。鋼結構施工中存在的問題，鋼結構工程施工中產生的問題，主要有不熟悉圖紙、盲目施工、圖紙未經會審、倉促施工，未經設計部門同意擅自修改圖紙，未按相關施工驗收規范施工，未按相關操作規程施工，施工方案不周全，質量管理紊亂。高層鋼結構施工時，應充分理解節點深化圖，合理制定施工工藝；根據不同的結構特點、焊接形式及氣候條件選用合理的焊接工藝及參數，不能一概而論，盲目照搬；結構構件的加工順序及進場數量要充分考慮現場堆放條件及吊裝設備的吊運能力；測量控制要做到分區段、分層次、分階段進行閉合、校正，防止累計誤差的產生。

5 結語

鋼結構項目施工過程中的問題非常復雜，主要是由于引發質量問題的因素繁多，產生質量問題的原因也復雜，即使同一性質的質量問題，原因有時也不一樣。因此，在鋼結構的施工中應嚴格按照施工程序和施工規程進行，不得無圖施工、隨意修改設計圖紙。