苯乙烯裝置三聯換熱器E- 2201 更換工藝創新

孫傳峰

陜西化建工程有限責任公司 陜西楊凌 712100

新浦化學（泰興）有限公司32 萬t/ a 苯乙烯裝置核心設備三聯換熱器是由E- 2201、E- 2202 和E- 2203三組換熱器連在一起組焊成一個整體的立式固定管板換熱器（見圖1），自2012 年投產以來，E- 2201 結焦腐蝕嚴重，造成管束泄漏，使能耗增加、降低產品收益率。為此，需對最下段E- 2201 換熱器進行整體更換。本次設備更換屬于國內第二例，第一例為中石油獨山子石化公司于2019 年對同類設備進行整體吊裝至地面切割更換后，進行整體吊裝就位。

圖1 三臺換熱器實物圖

新浦化學（泰興）有限公司苯乙烯廠三聯換熱器總高度31.2m，所屬框架總高度40.4m。三臺換熱器重量分別為 108.5t （E- 2201）、80.4t（E- 2202）、58.8t（E- 2203）。先自上而下拆除影響設備吊裝的管道、鋼結構框架、平臺至22.8m 標高位置，在E- 2201 與E- 2203 換熱器連接處進行劃線切割，將E- 2202 和E- 2203 整體吊裝移出；再將下段E- 2201 吊裝移出框架，將新設備E- 2201 吊裝就位；復核標高與垂直度、管口方位后吊裝上段，將E- 2201 上段與E- 2203 下段組對焊接；設備安裝完成后，恢復管道和設備框架。

1 技術準備要點

1.1 施工前編制專項施工方案

因該設備為二類壓力容器，按照《特種設備安全技術規范》TSG21- 2016 中要求：壓力容器的改造或者重大修理方案應當經過原設計單位或者具備相應能力的設計單位書面同意。陜西化建工程有限責任公司具備三級壓力容器設計資質，方案經設計人員審核、單位技術負責人批準加蓋設計章后，最終完成方案的制定。

1.2 向特種設備安全監管部門辦理書面告知

該三聯換熱器具有其結構特殊性，殼程為三個換熱器獨立運行，管程為三臺換熱器連為一體，且管程設計壓力0.176MPa，屬于壓力容器監檢范圍。按照《特種設備安全技術規范》TSG21- 2016 中要求：壓力容器的重大修理是指主要受壓元件的更換、矯形、挖補，以及對符合本規程3.2.2.1 規定的對接接頭的補焊或者對非金屬壓力容器粘接縫的修補。本次更換的下段既不屬于新設備的安裝也不屬于改造，屬于壓力容器的重大修理，所以在告知書選擇施工類別時應選擇維修。另外，該設備為進口設備，辦理告知書時還應提供《進口壓力容器安全性能監督檢驗證書及報告書》。

1.3 焊接工藝評定的選擇

表 1 中 Q345R 后加入 GB/ SA 516 Gr70、GB/ SA 537 Cl 1；

?

表2 中鋼號Q245R、Q345R 一欄修改為Q245R、Q345R、GB/ SA516Gr70、GB/ SA537Cl1；GB/ SA387 Gr12 Cl 2 納入Cr- Mo 系欄。

表2 殼體用鋼板超聲檢測要求

同時修改單中明確了GB/ SA 516 Gr70 等同于ASME ⅡA SA- 516M:2013 中的SA 516 Gr70。且對應NB/ T 47014 中的母材組別號分別為：GB/ SA 516 Gr70——Fe- 1- 2；按照NB/ T 47014- 2011 中

6.1.2.2 某一母材評定合格的焊接工藝，適用于同類別號同組別號的其他母材的豁免原則，陜西化建的Q345R 的焊接工藝評定也適用于SA516- 70 的焊接。

1.4 吊裝方案的編制

除按正常吊裝方法考慮外，重點要考慮以下幾點：

（1）E- 2202 和E- 2203 組合段設備吊裝重量的預估，按圖紙設計重量兩端重量為139.2t，因內部結焦、保溫以及E- 2203 內部襯里等，實際吊裝設備重量約為180t。另外，在吊裝前一定要在E2201 上口增加限位卡，便于安全減少超起配重。

（2）下段E- 2201 吊裝時要將與設備基礎連接的所有灌漿料清理干凈，準備2 個50t 千斤頂，待設備起吊到設計重量時用千斤頂慢慢頂力，設備底座完全離開設備基礎后方可起吊。

根據布魯斯的解釋，“自然計算是發生于自然或者由自然激發的計算”。事實上，自然計算無處不在，發生于腦中的信息處理過程、發生于免疫系統中的信息處理過程，以及發生于自然選擇中的信息處理過程等等都屬于自然計算。

（3）上段吊裝時無設備吊耳，設備最上端為直徑3200mm 變直徑2100mm 的異徑管，壁厚只有12mm，材質為304H。從吊裝安全考慮，自主設計研發了吊裝封頭，取得了良好效果。

主要施工程序如下：施工準備→安全技術交底→膨脹節固定→管道臨時支架固定→鋼結構框架拆除→設備連接管道及其他附件拆除→三聯換熱器上段封頭吊耳焊接→三聯換熱器上段拆除→三聯換熱器下段拆除→拆除部分廢料外運→三聯換熱器下段安裝→三聯換熱器上段安裝→三聯換熱器封頭吊耳拆除→三聯換熱器附屬管道及其他附件恢復→鋼結構框架恢復→防腐、保溫→最終驗收。

2 三聯換熱器拆除工藝

2.1 膨脹節固定

設備管道拆除前需要將與設備連接的膨脹節固定（圖2），膨脹節兩頭焊接鋼板后再用鋼管連接。本工程中設備膨脹節大小為φ3200，選用鋼板厚度為20mm，鋼管為φ114.3×6.02 的鋼管焊接，沿膨脹節圓周均布16 組。在焊接工裝前，需提前在焊接工裝位置焊接加強板（材質304H，厚20mm），加強板上開氣孔；管道膨脹節大小為φ2100，共計兩個，分別是水平向及豎直向膨脹節，選用鋼板厚度為12mm，鋼管為φ60.3×3.4 的鋼管焊接，每處膨脹節固定均沿膨脹節圓周均布16 組。與設備連接的部分管道需要拆除，不需要拆除的管道要固定起來，臨時固定支架必須與現場實際管道支架規格一致，方可滿足管道固定的要求。

圖2 膨脹節限位示意圖

2.2 三聯換熱器上段封頭吊耳焊接

三聯換熱器上段E- 2202 上口直管拆除完成，進行設備封頭吊耳焊接。拆除上部彎頭后，在設備管口內距頂部100mm 處焊接十字支撐，選用DN100（101.6×5.74）鋼管作為支撐，t=20mm 作為連接板。圖3 為封頭吊耳示意圖。

圖3 封頭吊耳示意圖

2.3 三聯換熱器拆除

三聯換熱器拆除分大型起重機械進場就位、換熱器切割位置劃線定位、E- 2202 與E- 2203 換熱器整體保護拆除、E- 2201 換熱器保護拆除、E- 2201 拆除換熱器清運等幾個步驟。

第一段為E- 2202 與E- 2203 整體吊裝，第二段為E- 2201 段換熱器吊裝。為保證設備安全拆除，根據設計圖紙、作業空間、設備尺寸及起重設備特性表等核算，起重主吊車選用400t 履帶吊，遛尾吊選用400t 汽車吊進行配合拆除。

三聯換熱器分解之前，需提前劃好切割線，并且必須經由苯乙烯廠、監理單位及施工單位三方現場簽字確定，同意在該位置切割拆除，方可進行切割作業。現場采用等離子切割機進行切割。

2.4 E- 2203 試壓、堵漏

結合現場施工工序，上段（E- 2202+E- 2203）拆除吊裝放置在地面后，拆除下段（E- 2201）時，要對換熱器E- 2203 進行水壓試驗，并對有滲漏的管束進行封堵。

3 三聯換熱器組裝工藝

設備組裝施工工序：施工準備→安全技術交底→換熱器E- 2201 就位安裝→換熱器E- 2201 安裝驗收→E- 2203 與E- 2202 換熱器整體吊裝與E- 2201 組焊（焊縫檢測合格）→設備管程氣壓試驗→E- 2202 換熱器殼程出料口彎管組裝（焊縫檢測合格）→三聯換熱器連接管道安裝→拆除框架梁恢復→防腐保溫→現場清理→最終驗收。

3.1 設備基礎處理

（1）設備就位前對已建設備基礎組織業主、監理單位進行驗收，評定、測量、驗收合格后，方可組織設備安裝。

（2）基礎外觀不得有裂紋、蜂窩、空洞及露筋等現象，基礎各部位尺寸及位置偏差數值不得超過允許偏差數值。

3.2 E- 2201 換熱器安裝

E- 2201 設備就位主吊車采用400t 履帶吊，遛尾吊選用400 汽車吊進行吊裝。

3.3 E- 2203、E- 2202 換熱器與E- 2201 組焊

（1）設備組對：在下簡節的上口內側或外側每隔1000mm 左右設置一塊定位板,將上簡節吊裝就位，在對口處每隔1000mm 左右放置一間隙片, 間隙片的厚度按對口間隙確定：用調節絲杠調節對口間隙；最終組對要求為直線度偏差不大于11mm，設備整體長度（含裙座長度）公差為±13mm。

（2）焊接材料選擇：材質為SA516- 70，焊絲為CHG56，焊條為CHE507R。

（3）焊條電弧焊填充和蓋面時，焊接規范參數應嚴格執行焊接工藝評定的要求，嚴格控制線能量和焊接工藝參數，焊接工程師對焊接過程進行旁站監督。

（4）焊接完成后，無損檢測檢查一次合格率達100%。

換熱器吊裝施工完成現場圖見圖4。

圖4 換熱器吊裝施工完成

4 結語

苯乙烯裝置三聯換熱器中E2201 在使用8～10 年左右均會有不同程度的泄漏，常規的對管束進行堵漏次數較為頻繁，極大影響裝置穩定運行。通過獨山子石化、江蘇新浦化學、天津大沽石化（計劃2022 年更換）等運行情況分析，全國20 多套苯乙烯裝置大部分裝置即將進入大修、更換期，唯一解決的辦法就是將下段進行更換。通過本次空中分段施工，極大降低了資金投入，相對傳統施工方法節約成本達30%左右，也為后續類似施工項目積累了經驗。