極端低溫條件下變截面塔模塊化施工工藝

張恩銘

中國化學工程第九建設有限公司 遼寧盤錦 124000

高大塔類設備的附塔梯子平臺、附塔管道、防腐保溫和電氣照明等，如果全部在塔設備安裝就位后施工，由于高空作業多、各專業垂直交叉作業多，安全風險非常大。同時，由于高處作業條件限制，給施工人員作業和質檢人員檢查帶來極大的不便，不利于施工質量的控制。由于腳手架搭設拆除周期長，高空作業施工效率低、施工周期長，對設備周邊地坪和施工影響較大，對項目總體工期影響較大。另外，由于高處作業依賴于吊裝機械的配合，施工成本也勢必增加。上述各種不利條件要求項目建設盡可能提高模塊化施工程度，以提高項目綜合效益。同時，大型吊裝機械的普及，也為高大塔設備的模塊化施工提供了資源保障。

內蒙古伊泰化工120 萬t/ a 精細化學品示范項目中，油品加工裝置擬采用模塊化施工的塔類設備共11 臺，其中有7 臺屬于變截面塔，設備直徑分段變化，吊裝吊耳位置設置比較低，對設備模塊化施工組織和吊裝作業造成較大影響。項目處于內蒙古地區，且裝置區塔類設備在冬季的數天內集中到貨，受現場場地和極端低溫氣候所限，對施工組織提出了更高的要求。以下以低溫油洗單元的T202 脫丁烷塔為例，通過從設計到現場施工的全過程管理，探索提高極端低溫條件下變截面塔設備模塊化施工水平，以減少后續施工中的高空作業，保證施工安全，提高施工效率，降低施工成本，從而提高項目的綜合效益。

1 工程概況

1.1 設備參數

T202 脫丁烷塔總高度70.7m，整體到場。設備下段直徑5000mm，頂端直徑2200mm，中間段直徑4200mm。設備凈重360t；設備梯子平臺共計21 層，重量19t；設備附塔管道27 條，最大管徑DN600mm，附塔管道及支架重量31t；設備及管道保溫重9t；照明燈具28 盞及配套線纜和穿線管，重量忽略不計，吊裝總重量419t。

1.2 施工作業環境

項目所在地為內蒙古地區，設備進場時間為當年的12 月5 日，室外白天最高氣溫1℃，夜晚最低氣溫零下20℃。設備安裝標高為EL+0.500m。

由于設備進場較晚，裝置區道路和地坪已經施工完畢，地坪澆筑之前已經對吊車站位影響區域進行過預處理，地耐力能滿足吊裝需求。為降低吊裝對道路和地坪造成的破壞，對吊車站位影響區域的地下井室進行臨時回填，地坪和道路上鋪墊500mm 沙土，碾壓后上面再放置吊車路基板。

2 設備進場前的準備工作

為了保證塔設備能夠按照既定施工方案要求入場，必須從設計階段、采購及運輸階段進行全過程管理和確認，以保證滿足塔類設備的模塊化施工要求。

2.1 設計階段

2.1.1 設備制造圖設計

根據設計院提供的設備制造圖紙、附塔管道及梯子平臺圖紙，進行設備吊裝方案比選。根據設備模塊化吊裝參數，擬采用1200t 履帶吊主吊，400t 履帶吊溜尾。根據設備模塊化吊裝重量，依據《化工設備吊耳及工程技術要求》HG/ T21574 進行吊耳選型，結合設備筒體厚度，確定筒體的局部補強尺寸和厚度；根據設備保溫厚度和吊耳上方平臺寬度，考慮平衡梁長度，并進行吊耳耳軸長度的最終確定。根據規范計算的吊耳距離設備筒體端部最小尺寸確定設備吊耳的最大高度；根據設備吊耳上方部位的平臺和附塔管道及支架情況，綜合選定設備吊耳的角度，并將最終的設備吊耳設計尺寸和定位要求返回設計院確認，經設計院確認無誤后發設備制造廠。最后利用BIM 技術，對設備梯子平臺、附塔管道，在運輸和吊裝過程中與設備運輸鞍座、相鄰設備與結構框架，有可能存在的碰撞進行研判調整，確保設備的運輸和吊裝作業順利實施。

2.1.2 其他專業設計

對于擬進行模塊化吊裝的塔類設備，要對設備梯子平臺圖紙、附塔管道及支架圖紙、設備和管道防腐保溫圖紙、電氣照明圖紙進行同步催交。

2.2 采購及運輸階段

2.2.1 設備采購及運輸

設備制造廠根據接收到的吊耳制造要求，預先進行材料備料。在設備制造完畢，熱處理前將吊耳和補強板施焊完畢，并進行無損檢測，合格后進行設備熱處理和設備水壓試驗。設備水壓試驗前核實平臺墊板和管道支架墊板的位置和數量，核實無誤后方可試壓。設備水壓試驗合格后將積水排凈，檢查確認內部清潔度，用壓縮空氣吹干后，方可進行人孔封閉。

為了便于現場設備卸車，設備采用軸線車運抵現場（圖1），同時自卸車到場。為了保證設備吊裝時主吊耳處于水平位置，要求設備在制造廠裝車時保證吊耳處于水平位置。為了減小設備運輸鞍座對管道施工的影響，也為了方便現場梯子平臺和附塔管道的安裝就位，要求設備裝車時以主吊耳為水平線劃分，附塔管道較多的一面朝上，平臺和梯子較多的一面朝下。為了避免設備鞍座擺放位置影響到塔平臺的安裝，在設備出廠裝車前，施工單位技術人員要到制造車間對設備運輸鞍座的擺放位置進行確認，以避開設備平臺及欄桿安裝位置。

圖1 設備運輸進場

2.2.2 其他材料采購及運輸

其他材料的采購及運輸需滿足設備進場時間要求，并預留出15～20d 的現場防腐預制周期。對于工藝管道組成件及管道支架材料，由于管件和法蘭加工周期比較長，需要提前訂貨并做好跟蹤反饋，尤其需要注意一些特殊材質的材料。梯子平臺欄桿屬于通用材料，可以根據設計院提供的圖集預采購一批；防腐油漆材料要注意不同介質管道的面漆顏色均應涵蓋；絕熱材料和外保護層，要注意提前進場以預留出材料抽檢復驗時間，保溫支撐和鋼帶鉚釘等材料均需同步到場；由于照明燈具和線纜采購周期較長，需要提前訂貨并及時做好采購制造信息跟蹤。

2.3 現場施工準備階段

2.3.1 場地準備

在設備運抵現場前，結合設備吊裝方案，在設備擺放區域鞍座進行放線，在鞍座位置預先鋪設鋼板，鋼板上擺放道木墩，以道木墩高度加設備運輸鞍座高度略大于設備平臺寬度為準。設備抵達現場后，通過軸線車到達預定位置，再將設備卸放在道木墩上，軸線車即可退場。

2.3.2 梯子平臺欄桿預制

材料到場后要及時進行防腐刷底漆。所有欄桿卷弧后預先拼裝成片。無管道穿過的平臺可以直接預制成片，并預先安裝欄桿；有小口徑管道穿過的平臺，可以平臺預制成形，然后平臺開洞；有大口徑管道穿過的平臺，為便于管道安裝，平臺外圈梁暫不焊接，等管道安裝到位后再安裝焊接外圈梁和欄桿。所有直爬梯預制成段，除吊裝鋼絲繩影響的個別直爬梯外，其余爬梯護籠直接安裝焊接到位。

由于室外氣溫較低，預制工作和防腐油漆工作均在室內廠房進行。除現場焊口部分預留外，其余部分均將面漆涂刷完畢。

2.3.3 管道及支架預制

管道支架預制成形時，遠離設備筒體的外側梁暫不安裝，待管道安裝就位后再安裝焊接。管道支架焊接完畢后，送拋丸機進行除銹，然后在室內暖棚進行防腐施工。不保溫管道留一遍面漆待安裝完畢后涂刷，保溫管道涂刷兩遍底漆后送去預制。DN100 及以下小口徑管道在封閉庫房預制后進行試壓，試壓完成用壓縮空氣吹凈積水后進行防腐施工。DN100 以上的大口徑管道在封閉庫房分段預制，再運送到現場進行二次預制，以滿足運輸要求；大口徑管道施工完成后在現場進行試壓，試壓采用60℃熱水，試壓前對管道纏繞電伴熱帶，除焊縫部分外還需包裹保溫棉；需要特別注意試壓臨時管和試壓泵本體由于管徑較小更容易凍裂，管道上的放空閥和導淋閥由于是盲段也容易被忽略，需要加大伴熱帶密度和保溫厚度，同時在試壓泵處搭設保溫棚，棚內設采暖爐和溫度計。管道試壓完畢后，盡快排凈管內積水，并用壓縮空氣吹凈，在積水吹凈之前電伴熱帶要始終保持通電狀態。

需要注意的是，管道在現場的堆放部位不得影響設備進場和吊車站位。

2.3.4 其他施工準備工作

電氣穿線管預先根據平臺外圈梁尺寸進行下料和煨彎套絲，穿線管支架和燈具支架提前進行預制補漆，但暫不安裝以防止平臺安裝過程中損壞嚴重。

設備封頭、管道彎頭和設備抗風圈部分的保溫鋁皮提前進行下料，滾圓并標號后分類擺放。

3 設備進場后現場施工組織

設備于當年12 月5 日進場，到場放置穩妥。軸線車退場后，立即開始各專業施工工作。

3.1 鉚工組工作

鉚工共計安排四個作業組。借助活動腳手架，鉚工立即對所有平臺牛腿連接板位置進行定位，其他輔助人員將各層平臺牛腿分別倒運到位。牛腿定位完成后，即可優先開始設備下方平臺牛腿的安裝工作；側面無法夠到部位的牛腿等腳手架搭設驗收完成后進行安裝。牛腿焊接完畢，補漆后即可開始平臺安裝。無管道穿過的平臺直接安裝到位；有小口徑管道穿過的平臺，平臺安裝就位后根據管道中心線位置進行平臺開口施工；有大口徑管道穿過的平臺，先行安裝平臺內圈梁，待管道安裝就位后再封閉平臺外圈梁和平臺板。平臺安裝時采用倒鏈和吊車配合安裝就位。鉚工組平臺與管道支架安裝作業見圖2。

圖2 鉚工組平臺與管道支架安裝作業

3.2 管工組工作

管工共安排四個作業組。借助活動腳手架和生命線，管工立即對所有管道中心線和管道支架進行定位；其他輔助人員優先將管道支架倒運到位。管道支架定位完成后，即可開始設備上部管道支架的安裝工作。設備側面管道支架等腳手架搭設驗收完成后進行安裝，焊接完畢后要及時補漆。

管道安裝就位按不同管道重量，分別采用吊車加倒鏈配合找正，或兩臺吊車抬吊的方法進行安裝就位。對于塔頂部分長度過長無法整體預制一次吊裝就位的管道，分段吊裝就位后，需要再次對口連接固定，并對固定焊口進行無損檢測。管道焊接完畢無損檢測合格，熱處理合格，并管道水壓試驗合格后，即進行焊口補漆工作。有伴熱管的在主管施工完畢即可進行伴熱管的鋪設和綁扎固定。伴熱管由于管徑較小，且試壓后積水不易排凈吹干，極易發生凍裂。在征得業主代表同意后，對施工完畢的伴熱管進行氣壓試漏替代水壓試驗。

管道安裝后，對除固定支架以外的其他所有支架均需要進行臨時加固措施，以保證在整個吊裝過程中管道不隨設備狀態的改變而發生位移。安全閥在試生產前要調試，試裝后拆除，對管道進行臨時加固。其他閥門可以直接安裝到位。

3.3 架設組工作

平臺牛腿和管道支架定位完成后，即可開始絕熱腳手架的搭設工作。腳手架服務于絕熱施工，兼顧梯子平臺欄桿的安裝使用。腳手架順著設備方向搭設，且搭設雙排腳手架，需避開平臺和管道支架位置。腳手架搭設完畢后，作業面滿鋪鋼跳板，腳手架側面設置拋撐，腳手架頂面與對面平臺頂面加橫桿進行鎖死，以保證腳手架的穩定性。其他工作結束后，及時拆除移走腳手架。

3.4 防腐絕熱組工作

由于室外氣溫較低，油漆存放在室內，隨用隨取并采取適當保溫措施。牛腿平臺和管道支架焊接完成后，及時進行除銹和補漆工作。絕熱工作開始前，底漆補刷工作必須完成并驗收合格。

牛腿和管道支架施工完成，腳手架搭設合格后，即可開始絕熱施工。由于設備長度較長，絕熱施工分三個作業組分段進行。絕熱材料綁扎牢固后，及時用三防篷布進行包裹覆蓋。外保護層同步進行放樣下料，其他安裝工作基本結束后，分段組織外保護層施工。

設備鞍座下部的絕熱施工，待設備起吊離開鞍座后進行。

3.5 電氣組施工

平臺安裝后，電氣組即可以開始施工，依次進行支架、穿線管、接線盒、線纜穿線工作。在安裝工作接近尾聲時，開始安裝照明燈具，以防止施工過程中不慎損壞。

3.6 吊裝前檢查確認

變截面塔設備吊耳設計位置比較靠下，雖然在設計階段方案編制中已多次比選確認，管道和平臺安裝過程中也在檢查跟蹤，仍難免有個別管道支架或平臺欄桿會影響吊裝鋼絲繩旋轉。此時，要再次進行檢查確認，確實有影響的暫不安裝，臨時綁扎或焊接固定在旁邊平臺上，待塔設備吊裝就位后再借助倒鏈或吊車吊籠進行恢復。同時，要檢查設備上是否有邊角廢料和工器具，防止吊裝過程中掉落傷人。

3.7 吊裝就位

正式起吊之前，必須進行試吊，復核實際吊裝重量，如有偏差必須查找原因，直至偏差消除。12 月20 日正式起吊（圖3），吊裝選在中午氣溫較高、風力較小時進行，設備離開鞍座后對鞍座影響范圍的絕熱進行修補完善。設備吊裝就位后，電氣組將照明線纜接至現場配電箱，并做好防護標識。在低溫條件下，變截面脫丁烷塔圓滿實現既定塔起燈亮模塊化施工任務。然后對吊耳上方受影響區域進行完善，清理現場工機具及施工余料。吊裝機械撤場后，恢復場地原貌。

圖3 設備吊裝就位現場圖

4結束語

通過采用模塊化安裝工藝施工，可以將大量的高空作業轉移到地面上進行，減少高空作業，保障施工安全；降低施工難度，保證施工質量。并大量引入平行作業，加快施工進度，提高施工效率。同時降低施工成本，提高項目的綜合效益。