加熱爐現場模塊化制作安裝技術分析

曲傳寶

中國化學工程第九建設有限公司 遼寧 盤錦 124021

現階段，加熱爐現場模塊化制作安裝已成為主流發展方向。因加熱爐具有鋼結構較薄等特點，且內部設有耐火襯里、對流室、輻射室等結構，導致其各模塊跨度較大，質量較重，不易組裝，同時在安裝期間易出現變形問題，極大地降低了加熱爐的制作安裝精度和質量。為規避上述問題，采取現場模塊化制作與安裝的方式進行施工，在安裝期間控制變形與連接問題，以此提高加熱爐的施工效率與制造精度。

1 工程案例概況

選擇中海瀝青（營口）有限責任公司210 萬t/ a 滑潤油料精細切割裝置為研究案例。該裝置的加熱爐有常壓爐和減壓爐兩種，尺寸規格分別為Φ11.105m×49.240m和Φ10.154m×53.470m，兩種結構的金屬重量分別為360t 和415t。該廠加熱爐的下部輻射室、中部對流室和頂部立式煙囪分別為圓筒型、方箱式和圓管型結構。兩種加熱爐的爐體直徑均較大，若在工廠制作現場安裝，會產生運輸變形，且不易運輸，同時增加整體成本。因此，采用現場模塊化施工的方式進行制作與安裝，以減少高空作業，提高加熱爐制作和安裝的安全性和精度質量，同時降低加熱爐制作、安裝的整體成本。

在現場施工制作與安裝作業中，首先需建設現場施工場地；然后依次制作爐底鋼結構、輻射室模塊（鋼結構、爐管、爐頂蓋結構）和對流室模塊（鋼結構、排管）；模塊結構制作完畢后，進行襯里的施工，并組裝對流室爐管及管板，過程中穿插將各模塊的平臺、梯子、欄桿預制焊接完成；爐底鋼結構及輻射室模塊需采用吊車整體吊裝，完成吊裝后安裝輻射室爐管和平臺梯子；接著依次安裝輻射爐頂蓋、對流室模塊及梯子平臺；后續制作加熱爐煙囪模塊，并把爐體附件（吹灰器等構件）安裝至加熱爐結構內；最后，將加熱爐煙囪模塊（含梯子平臺附件）吊裝完畢，完成冷熱風道制安后，即完成加熱爐現場模塊的制作與安裝工作[1]。

2 加熱爐預制現場建設

加熱爐預制施工現場的建設規劃應以實際情況為依據，場地大致可分為材料存放區、預制區和模塊組裝區三大部分。

2.1 材料存放區

材料存放區位于現場中心主干路的南側，主要用來放置爐體附件、鋼結構預制品和附屬結構等半成品構件。材料存放區的長、寬分別為70m、30m，為避免存放變形，需作平整處理，按3∶7 的砂石比例將場地壓平，最終形成厚度為200mm 的表層結構。

2.2 預制區

預制區長100m、寬30m，換填500mm 厚山皮石，用壓路機分層碾壓，最后用粗砂找平。預制區主要包括構件預制區與預制平臺區。構件預制區與材料存放區同處于現場中心主干路南側，主要用來制造半成品，如對流段與輻射段爐管、爐體附屬鋼結構和余熱回收煙風道等。預制半成品制作完畢后，可直接放置于材料存放區。由于部分加熱爐模塊尺寸規格較大，需搭設預制平臺。在組裝平臺上方設置纜風繩及立柱預埋件：首先在兩種加熱爐結構立柱處進行加固，澆筑400mm 厚度的混凝土層，兩種加熱爐各設置預埋件共16 個，預埋件為鋼板結構，規格為500mm×500mm，均勻分布在輻射室立柱圓周處；纜風繩預埋件同樣為鋼板結構，規格為300mm×300mm，均勻設置在預制平臺周圍[2]。

2.3 模塊組裝區

模塊組裝區包括組裝區域與組裝平臺，組裝區域主要用來進行對流段、輻射爐頂、輻射段和爐底等模塊的安裝工作。組裝區域長、寬分別為90m、15m。將整場平整處理，按3∶7 灰土進行壓實，形成300mm 的灰土層，然后澆筑厚度約200mm 的混凝土，形成組裝平臺。

3 加熱爐模塊劃分及制作

3.1 分段原則

現場模塊化制作與安裝中，可使用吊裝能力強的大型汽車吊。結合該加熱爐圓筒型結構特點，在模塊劃分中，可適當減少模塊劃分數量。由于該工廠加熱爐爐底結構完整統一，因此爐底支腿與爐底板連接，形成單一完整模塊；考慮到制作的便捷性及工藝難度，將輻射室劃分為三個模塊，即輻射室鋼結構模塊、輻射室頂鋼結構模塊和輻射排管模塊；將對流室劃分為一個模塊。此外，加熱爐頂部煙囪部分為單獨模塊，共設六個模塊。完成鋼結構分段預制后，需進行襯里施工并安裝爐管。

3.2 模塊分段

本次需完成常壓爐、減壓爐分段施工。常壓、減壓加熱爐雖均分為六個模塊結構，但總重、規格等存在差異，因此在實際分段施工時需按加熱爐特點設置參數，詳見表1 和表2。

表1 常壓爐模塊分段參數

表2 減壓爐模塊分段參數

根據各分段參數，按現場站位條件，選取適當的大型吊車吊裝各段，盡量集中吊裝，以減少吊裝成本。

在常壓爐、減壓爐模塊化分段施工中，對流室相關模塊尺寸較大，且質量較重，整體結構復雜，可進一步細分為對流端面、對流側面、對流煙罩、兩端管板、中間管板、彎頭箱架、對流排管和彎頭箱門等鋼結構模塊。同時，由于加熱爐對流室內部結構復雜，導致其內部空間狹小，需要安裝完爐管等內件后再進行襯里施工，整體吊裝前必須保證襯里強度達標。此外，在實際施工期間，需將襯里重量考慮在內，根據整體結構總重組織吊裝施工[3]。為避免因重量過大而在吊裝過程中產生安全問題，需在模塊化制作期間盡可能深度預制，注重細節，將對流室模塊科學劃分，為模塊化分段施工奠定基礎。

3.3 模塊連接

完成模塊劃分與制作后，需按特定連接形式將其固定銜接。以對流室為例，在處于標高位置的側面鋼結構安裝槽鋼，翼緣板與加熱爐壁板外側點焊固定。為保障焊接質量，避免密封面變形問題，根據實際焊接情況適當焊接筋板；在距離槽鋼背面150mm 處設置22 個螺栓固定孔，用磁力鉆在槽鋼上制孔，上下兩層分布，此時可運用螺栓將上下模塊進行臨時連接，慢慢調整固定。連接時采用M20 8.8 級螺栓，該規格螺栓具有高強度的特點，可確保模塊的連接效果。另外，在加熱爐壁板內側標高位置設置襯里擋板，采用焊接方式加以固定。為保障加熱爐制作精度，需使襯里厚度與擋板寬度保持一致，將上段模塊安裝連接至下段模塊襯里擋板上方位置，并鋪設耐火纖維帶（δ=20mm），起到連接上下段模塊的作用，提高密封連接效果。對流室模塊整體吊裝前，應提前設計好吊耳，保證吊裝時各吊點載荷均勻分布，以防止產生吊裝變形。

4 加熱爐模塊安裝要點

4.1 鋼結構模塊組裝

4.1.1 組裝方式

在預制平臺完成模塊預制工作后，需將其安裝固定，在本次加熱爐模塊安裝中，運用正裝法進行安裝。正式安裝前，在現場將輻射室鋼結構立柱與槽鋼環梁連接為片狀結構，使用大型吊車將其轉移至指定安裝位置，并運用焊接手段加以固定。組裝現場預埋纜風繩結構，沿加熱爐半徑按“由內向兩側”的方式將現場四周分布的錨點鋼板進行連接；接著連接槽鋼環梁，檢查現場立柱垂直度與輻射室鋼結構橢圓度，若存在傾斜狀況需加以調整，以此完成加熱爐輻射室整體骨架。完成整體鋼結構框架后，接著搭設腳手架，安裝爐壁板、筋板。為避免鋼結構模塊組裝固定期間出現焊接變形問題，在全面焊接前采用點焊方式連接弧板與壁板內壁。

4.1.2 組裝要點

在安裝固定期間，若爐底鋼結構與輻射室鋼結構尺寸存在較大誤差，會導致無法安裝。安裝作業時，暫不安裝輻射室下部500mm 范圍內的爐壁板，避免阻礙后續安裝工作；待爐底模塊與輻射室模塊安裝完畢后，最后組裝輻射室下部500mm 范圍內的爐壁板[4]。在本次現場模塊化制作與安裝作業中，并未設置輻射室底部環梁結構，這樣可避免出現吊裝期間筒體底部變形情況。可在輻射室壁板下方1000mm 處爐壁板內側設置加固圈，采用間斷焊方式連接爐壁板與槽鋼肢背。該加固圈在后續施工中將被襯里覆蓋，對加熱爐整體結構無影響，因此該加固圈無需拆除。在加熱爐模塊化施工中，常壓爐、減壓爐的輻射室鋼結構直徑分別為11.9m、10.1m，高度分別為18.9m、16.5m，采用“米”字支撐形式對爐壁板進行加固。該“米”字支撐桿為無縫鋼管，規格為Φ273mm×12mm；中部連接板為直徑1000mm 的鋼板，規格為δ=20mm。鋼結構“米”字支撐加固示意圖見圖1。

圖1 鋼結構“米”字支撐加固示意圖

4.2 輻射排管組裝

4.2.1 組裝方式

加熱爐輻射排管呈輻射式分布，安裝時焊接量大，且安裝要求較高，需確保到輻射排管吊裝位置準確且可與爐管掛鉤相吻合。安裝制作時，將常壓爐、減壓爐共四組輻射排管采用模塊化方式進行制作，以此提高構件精度，并起到縮短施工周期的效果。由于固定焊接難度較大，且安裝期間不可出現過多焊接口，所以要保證焊口盡量留在下方易組對的焊接位置，確保排管一次焊接成功。

4.2.2 組裝要點

輻射排管結構完成制作后需就近放置，避免吊裝期間出現爐管竄動問題，繼而引發構件變形，可采用弧形槽鋼結構對輻射排管進行加固處理。準備胎具，將其放置于爐管內側，該胎具可在不干擾輻射排管組裝的情況下進行固定，避免安裝期間發生變形問題。襯里施工后，借助腳手架設備將胎具拆除即可。

5 結語

綜上所述，加熱爐采用現場模塊化制作、安裝，更便于機械設備的統籌協調。通過模塊分段對加熱爐進行設計優化，完善加熱爐施工及材料采購工作。同時，模塊化施工的方式避免了大量高空作業，有助于降低安全風險，繼而更好地開展加熱爐制造與安裝工作，提高分段施工及安裝連接精度，兼顧施工質量與效率，并具有節約成本等優點。因此，該現場模塊化制作安裝方式具有較強的推廣價值。