淺析石化項目圓筒爐鋼結(jié)構(gòu)制作方案及工藝

張彬，高凱，師厚云

（寧波連通設(shè)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(fēng)系統(tǒng)、余熱回收等組成。

輻射室：通過火焰或高溫?zé)煔膺M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(chǎn)熱設(shè)備，燃燒器可分為燃料油燃燒器，燃料氣燃燒器和油一氣聯(lián)合燃燒器。

通風(fēng)系統(tǒng)：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(fēng)方式和強制通風(fēng)方式。

余熱回收系統(tǒng)包括空氣預(yù)熱器，其中空氣預(yù)熱器由非冷凝式空氣預(yù)熱器和冷凝式空氣預(yù)熱器兩段組成，余熱回收系統(tǒng)中另設(shè)有冷凝液收集池、引風(fēng)機和鼓風(fēng)機。

石化設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)屬于鋼結(jié)構(gòu)分類中的高聳鋼結(jié)構(gòu)和板殼鋼結(jié)構(gòu)的綜合體。石化設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)是由鋼制材料組成的結(jié)構(gòu)，是用于石油化工行業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。結(jié)構(gòu)主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，各構(gòu)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(jié)構(gòu)形式。工廠鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)施工工藝將直接影響設(shè)備制造速度、現(xiàn)場施工速度、施工成本等。文中闡述了鋼結(jié)構(gòu)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(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展,石油化工裝置模塊將是未來工程項目發(fā)展的必然趨勢。

2 制造特點及方案對比

在制造現(xiàn)場設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)制造組裝區(qū)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(yè)，減少了施工時間，提高了施工效率。在設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)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(diào)整合格后再終擰緊到規(guī)定的扭矩。

鋼結(jié)構(gòu)制作過程中要考慮，運輸?shù)某叽纭⒅亓俊?biāo)高和現(xiàn)場可進入的吊車噸位，適當(dāng)優(yōu)化整體的方案、需要解決運輸和現(xiàn)場安裝的各種可能存在的問題。鋼結(jié)構(gòu)制造時針對安裝的方位、標(biāo)高、外接鋼構(gòu)和外接管道要有預(yù)先的方案和工藝控制，保證管道安裝的對接質(zhì)量，保證框架安裝的對接質(zhì)量。

傳統(tǒng)的制造方案是立式，按照下料，分片工裝、組裝、拆分、預(yù)組裝的順序制造的。這個工序中主要的節(jié)點是組裝和預(yù)組裝，分片組裝是單一的，每一片分開的，只能按照經(jīng)驗和工裝來控制每一片的精度。在后續(xù)預(yù)組裝的過程中來調(diào)節(jié)，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(yè)工人。

工裝制作是根據(jù)產(chǎn)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(biāo)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(yù)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(jié)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(yù)制在工裝上，尺寸檢驗合格后，在進行后續(xù)的工作，基本可以保證整臺設(shè)備的精度，不再需要調(diào)整。

工裝制作是根據(jù)產(chǎn)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(yù)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(jié)構(gòu)所有主要構(gòu)件在廠區(qū)內(nèi)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(gòu)制作完成后，主體鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)制造方式不同，選擇預(yù)組裝或者不預(yù)組裝。梯子平臺由工廠部件預(yù)制完成后和整個筒體進行預(yù)組裝。

在制造之前，備料以后，優(yōu)先制作工裝，在這個基礎(chǔ)上組焊筒體框架，在框架的上制作筒體分片，在調(diào)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(jù)需要制作的分片尺寸，確定好相關(guān)聯(lián)的支撐點和支撐梁。班組在工裝制作完成后，需要相關(guān)部門檢查符合尺寸后再進行制作施工。工裝鋼結(jié)構(gòu)制作完成后，安裝前應(yīng)對工裝的定位軸線、基礎(chǔ)軸線和標(biāo)高、地面焊接的位置等進行檢查。基礎(chǔ)測量內(nèi)容包括定位軸線、基礎(chǔ)軸線和標(biāo)高。分片或者整體制作時，加固的數(shù)量和強度要根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸的大小來調(diào)整，也可以根據(jù)制造現(xiàn)場附近的實際情況，在工裝旁進行現(xiàn)場加固。單根的型鋼，單塊的板材在吊裝就位前應(yīng)進行調(diào)直、調(diào)平防止變形，調(diào)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(nèi)逐層安梁。其他部件、配件的的安裝順序可根據(jù)總體計劃安排要求進行，鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中還需結(jié)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(yù)制的爐頂及上圈梁調(diào)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(yù)制好的立柱放對稱放入，調(diào)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(yù)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(yù)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(nèi)，焊接時先焊立縫再焊平縫，焊接時不得集中進行，采用連續(xù)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(guī)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(nèi)，焊接時先焊立縫再焊平縫，焊接時不得集中進行，采用連續(xù)焊，焊縫成型良好。

3.3 壁板鋪設(shè)

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(nèi)；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(shè)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(nèi)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(jié)

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(qū)別。以直徑5m，高度12m的圓筒爐鋼結(jié)構(gòu)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(yè)的考核指標(biāo)，主要是場地、人員、費用、產(chǎn)品流轉(zhuǎn)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(yù)制時不需要高空作業(yè)，但是精度低，后續(xù)整臺組裝時間長；臥式的工裝占用空間大，預(yù)制時需要高空作業(yè)，但是精度高，后續(xù)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(zhí)行班前安全例會及周一安全活動。鋼結(jié)構(gòu)施工中存在的問題，鋼結(jié)構(gòu)工程施工中產(chǎn)生的問題，主要有不熟悉圖紙、盲目施工、圖紙未經(jīng)會審、倉促施工，未經(jīng)設(shè)計部門同意擅自修改圖紙，未按相關(guān)施工驗收規(guī)范施工，未按相關(guān)操作規(guī)程施工，施工方案不周全，質(zhì)量管理紊亂。高層鋼結(jié)構(gòu)施工時，應(yīng)充分理解節(jié)點深化圖，合理制定施工工藝；根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點、焊接形式及氣候條件選用合理的焊接工藝及參數(shù)，不能一概而論，盲目照搬；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工順序及進場數(shù)量要充分考慮現(xiàn)場堆放條件及吊裝設(shè)備的吊運能力；測量控制要做到分區(qū)段、分層次、分階段進行閉合、校正，防止累計誤差的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)項目施工過程中的問題非常復(fù)雜，主要是由于引發(fā)質(zhì)量問題的因素繁多，產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因也復(fù)雜，即使同一性質(zhì)的質(zhì)量問題，原因有時也不一樣。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的施工中應(yīng)嚴格按照施工程序和施工規(guī)程進行，不得無圖施工、隨意修改設(shè)計圖紙。