加熱爐大型模塊化優勢及設計要點

陳小東，許明明

（寧波連通設備集團有限公司，浙江 寧波 315207）

加熱爐是石油化工裝置中的主要非標設備之一，技術含量相對較高，結構復雜，制造中涉及的材料種類、工種、工序繁多，設計和施工質量對裝置的長周期安全運行起著重要作用。隨著新建裝置逐漸向大型化、規模化、高速建設、高質量方向發展，運輸設備、吊裝設備、制造廠技術水平和裝備能力的不斷提升，加熱爐的建造方式也逐漸由傳統建造模式向大型模塊化模式轉變。

1 模塊化優勢

傳統的建造方式：是將加熱爐所需的鋼結構材料、受壓元件材料、襯里材料和爐配件等發運到現場，由施工單位在項目現場進行下料、預制，由下至上進行焊接和組裝。大型模塊化是由制造廠在車間內和組裝碼頭進行，按模塊化設計方案完成絕大部分原施工單位在現場完成的工作，以高度集成的模塊運輸到現場，如圖1。

圖1 某裝置大型模塊化出廠狀態（約1500t）

（1）制造條件更好。相對于傳統建造模式，大型模塊化在制造廠內的專用平臺上制造，受空間限制小。在一些改擴建、裝置集中施工的項目上，現場施工場地有限，作業相互交叉干涉，嚴重影響進度。

（2）受天氣影響較小。對一些特殊的工序，如焊接、襯里澆筑、油漆施工，模塊化制造在雨雪、大風、大霧、低溫天氣也能在廠房內進行施工。

（3）更高的工作組織效率。模塊化工廠有專門的組織機構和固定的專業隊伍，成熟的制造流程及工藝，能有序的組織高效生產。

（4）縮短整個建設周期。傳統建造模式由下至上建造，須不斷搭設腳手架及施工平臺，用汽車吊或塔吊輔助施工。而模塊化工廠每一個制造區域都配套有多臺獨立的行車，輻射段、對流段、平臺梯子等部件可鋪開同步制造，一般能縮短4 ～6個月的建設周期。

（5）更好的工程質量。車間制造環境有利于工人技能的發揮，還可為重要部件的焊接創造出比現場更為有利的條件，如爐管焊接把技術難度高的露天高空立焊和固定焊改為技術難度低的平焊和轉動焊；現場襯里施工高空作業難度大，工廠內可采用現場建造不能實現的澆注料地面平襯，廠內養護和烘干，提高襯里施工質量。廠區內檢驗設備齊全，檢驗更為精準便捷，即使出現偏差，也能比現場建造更快發現和更好的糾正

（6）更專業的制造設備。模塊化工廠可使用更為專業的大型工裝機具，有利于提高工作效率和制作精度，如用埋弧焊等高質高效焊接方法；使用專用數控設備進行切割下料、鉆孔、鎖口等流水化作業；工廠配備的噴砂房，整體噴砂更徹底，粗糙度容易控制，專用的油漆房施工更環保，油漆均勻，美觀，且損耗小。大型熱處理爐能完成大型受壓元件的整體熱處理，受熱均勻，不易變形。專用探傷室能快速跟蹤焊接質量，且拍片進度不受其他因素影響。

2 大型模塊化設計要點

大型模塊化在工程質量和縮短建設周期上有明顯優勢，但增加的運輸費和吊裝費占比較大，在項目投資金額占比方面優勢不明顯。模塊化設計的重點是圍繞著制造、運輸、安裝進行，此外還需結合項目建設周期，資金預算等，策劃模塊化設計方案，找到建設周期和投資費用的平衡點，以獲取項目早日投產的經濟效益最大化。

（1）確定模塊化深度。不同規模的加熱爐，模塊化設計時的模塊化深度也不一樣。主要影響因素有：運輸路線上廠區道路、公路、碼頭、引橋的承載能力；橋梁、隧道等的限高、限重、限寬要求；路障是否可拆、拆除和恢復的成本；運輸路線選擇時還要考慮到車輛轉彎半徑，在改擴建裝置區內的大型模塊化項目應重點考慮；大型模塊化還要考慮運輸設備的能力，選用液壓平板車時除了考慮運輸能力外，還要考慮頂升能力和頂升高度；現場吊裝設備的起吊能力和吊裝條件也是影響模塊化深度的主要因素之一。逐項落實以上影響因素后，結合項目投資費用，確定可執行運輸、吊裝方案等后，方可確定模塊化深度，即模塊化的大小和數量。

（2）策劃結構劃分方案。模塊化設計時在進行結構劃分時，分界面應盡量避開主要立柱和橫梁，不能減弱原設計鋼結構強度；分界面應離立柱、橫梁300mm 以上，給工廠制造和現場安裝留出操作空間。輻射爐頂與側墻/端墻的分界面盡量留在側面和端面，若留在爐頂內部密封焊為仰焊，增加安裝難度，也增加了頂部漏水的風險。模塊分界面和副框架等現場安裝連接應以螺栓連接形式為主，焊接為輔；彎頭箱宜采用小片整體覆蓋式，陶瓷纖維保溫輕量化設計結構，單片重量不宜超過50kg；對流模塊的分界面以人孔門中心線劃分為宜，總的設計思路還是圍繞滿足運輸要求，方便現場安裝、拆卸、維護和檢修，減少現場安裝的高空作業量等出發點進行。

（3）重點落實運輸和吊裝保護方案。按靜設備設計的加熱爐，常規結構設計時主要考慮地震載荷和風載荷，正常運行時處于靜止狀態，而運輸和吊裝過程是不斷變化的動態過程，因此模塊化設計時要收集參數條件，進行詳細的運輸、吊裝時結構穩定性計算，并采取相應的加固方案來增強結構的穩定性。除了根據從運輸尺寸和重量來策劃模塊化設計外，還應重點計算運輸時承重鋼結構的運輸強度和剛度。加熱爐原本主要由立柱承擔爐本體幾百噸至超千噸的重量，爐底橫梁只承擔部分壁板、襯里材料、受壓元件的重量，模塊化設計后，在輸運時需要承擔更多的重量，如圖1 所示，爐底橫梁運輸時承擔重量呈幾何倍數增加。此時，模塊化設計時可采取加大爐底橫梁規格、對橫梁進行焊接補強、爐底橫梁與立柱連接采用等強連接節點形式、設置運輸輔助承載梁、可拆加固結構等措施，最后通過計算確認滿足運輸要求。對流模塊可設置托架和頂部斜撐保證襯里質量和運輸穩定性，還應設置拉桿以便現場安裝調整合理的彈性變形，布置防竄動裝置避免運輸時緊急制動對翅片造成破壞。

為確保現場安全及時的吊裝模塊，應合理設置吊點，多采用吊座和螺栓連接方式，減少因焊接吊耳給安裝現場帶來的高空切割、打磨和油漆修補工作量。同時，吊點處鋼結構和吊座在制造時的全熔透焊接和100%無損檢驗應做硬性技術要求，并嚴格執行。

3 加熱爐大型模塊化注意事項

加熱爐大型模塊化的主要目的還是保證質量，縮短建造周期，控制成本。執行過程中還有不少需要注意的細節，如海運的防潮密封方案和綁扎點形式及位置設計，加固材料的連接形式和顏色標記，安裝指導說明書都對項目執行有影響，同時，應加強與安裝單位的溝通交流，征求模塊化設計時的意見和建議，如分界面位置、吊點位置等，商討到貨順序和到貨時間，確保模塊按時到達，及時吊裝，避免模塊早到造成壓車或晚到造成大吊車空閑的情況出現。

4 結語

加熱爐大型模塊化不是對傳統建造模式的全盤否定，是時代發展催生的新型建造模式，模塊化設計也沒有固定方法和模式，不同的項目須做專項分析，綜合以上設計要點，策劃出最合理的模塊化方案，以此來推動石油化工行業高質快速發展，讓業主和參與方都獲得最大化利益。