大型加热炉顶改造钢结构现场施工技术

唐秀英 陆博福

(1.大庆榆林油田开发有限责任公司，黑龙江151100；2.中国第一重型机械股份公司重装事业技术质量部，黑龙江161042)

大型加热一段炉是化工企业生产装置的主要设备，投产运行多年后由于炉顶保温结构损坏,从而造成炉顶部钢梁架烧损严重炉管掉落，严重危及生产。公司决定由压力容器制造厂利用设备大修期用最短的时间来对炉顶进行改造。经过认真研究确定采用"最佳布排板图预制炉顶带钉杆板块装焊技术"等一系列工艺措施，如期完成了任务。

1 改制炉顶原始条件和技术要求

大型加热一段炉的主体是金属钢结构，内设保温耐火材料。中间是85根炉管，炉体长度为17 m，宽度为4 m，外框架走台为7 m，高度18 m。改造后炉顶钢结构是在主梁40号工字钢内设置28号槽钢支撑着85根炉管，共有5跨40号工字钢下面有6根18号槽钢，每根17 m。炉顶钢板厚度为10 mm、材质为Q235-A焊接在18号槽钢的下平面上。炉顶板的下平面内焊接404件吊挂不锈钢螺杆，用来吊装紧固耐火纤维块。螺杆的间距控制在(330±1.5)mm确保纤维块的安装。炉板的所有焊缝应避开槽钢，以保证拼接钢板对接焊缝的焊接质量。在炉管中间设有扁钢特制件与角钢、筋板等构成框架体供安装吊挂螺钉及耐火纤维块用。要求将原18号和28号槽钢进行更换新件，修复原40号工字钢。炉顶钢板对接缝应保证不漏气。要求在72 h内完成炉顶钢结构改造任务。

2 结构分析与方案确定

一段炉顶由于耐火层损坏而造成钢梁严重烧损，在此之前检修时在顶部组焊了一个炉管支撑架。该支架为这次改造创造了条件，即在修复更换28号槽钢和40号工字钢时不必再考虑炉管支撑设置临时结构。此次改造主要应解决炉顶板的制造装焊与吊挂螺杆组焊工艺技术问题、大型槽钢钢板的上料问题以及如何确保工程质量和工期问题。经全面考虑各种因素制定如下工艺技术方案：

(1)考虑到炉顶距离地面高度在20 m左右，而且吊车运料不能直接进入炉顶内，为此在炉体的南部西侧组焊一个临时上料平台，其高度距炉顶下二层1.4 m为宜，伸出1 m、宽度2 m，长度为5 m以上，留出走梯。

(2)炉顶钢板排料与尺寸确定应考虑到组焊上料安全可靠、简便易行以及工厂现有条件，钢板的幅面大小与焊缝布置要尽可能避开槽钢。因为炉体结构中间有炉管，每侧有长17 m、宽度1.7 m的空间位置，这给进料运输带来了不便，同时考虑到拼板焊缝位置的布置，每块排板钢板长度不应大于4.3 m。考虑到现有钢板宽度幅面是1.6 m，将板块宽度确定为865 mm和(730+1 000)mm，见图1。

(3)吊挂螺钉杆组件的焊接顺序安排。为保证施工工期和简便易行，将螺钉杆组件预先组焊于炉顶板上，并将炉板排布编号做标记，确保装配焊接位置准确无误。

(4)对组焊螺钉杆的炉顶板在运输吊运时应注意保护螺钉杆无损。

(5)炉顶不锈钢扁钢总长16 m、宽80 mm、厚5 mm，若制成整体后将无法进行现场组焊，为此采取预制后现场对接装焊工艺技术。

(6)在组对炉顶钢板块时考虑到施工方便和组对时防止钢板出现错口，应采用手拉葫芦牵引起吊板块组对，以保证装配焊接质量。

(7)考虑到原钢结构烧损和可能修复更换性，对原主梁的40号工字钢采取局部挖补烧损中间部位，其长度不应大于原炉管吊架支柱间距1.3 m，故取为1 m，且应保留上部100 mm宽度，组焊后两侧加补强板，补强板长为1.5 m、宽为300 mm、厚为12 mm。

(8)考虑到钢结构烧损，同时因上面有原抢修炉管支架，为此可对支撑原28号和18号槽钢进行全部更换。

(9)在施工前对炉体尺寸进行实测复合，对全部炉管吊具钩子进行检查调整加固，以防止在更换施工中发生掉落炉管事故。

图1 一段炉顶钢板预制排料图Figure 1 Furnace top plate prefabrication distributing chart of one-zone furnace

3 施工前各种件预制及辅助设施

一段炉顶改造工程量大，时间紧，为保证工期采取预制部件现场组焊，特别是带螺钉杆的炉顶板。另外本工程的上料钢板、型钢等在施工前就应完成辅助设施工作，在炉体钢架上组焊上料平台等，其工艺安排如下：

(1)现场实测炉体走台等尺寸方位，绘制简图，然后设计上料平台，绘制施工图，见图2。

(2)按平台图下料将下好的料运到现场焊制上料平台。在工作中应有30 t汽车吊配合作业，使上料平台具备使用条件。

(3)炉扁钢预制，用等离子切割下料，不锈钢板留出加工余量，刨床加工周边，而后划线铣削长孔。

(4)炉顶板预制排板下料转刨床加工坡口两处。对于大于刨床加工能力的料应先切割后再加工坡口，拼板排板图尺寸要求；在地平台上预拼，划线组焊吊挂螺钉杆，控制尺寸允差确保质量；编号做标记防止错位。见图1。

(5)28号、18号槽钢放样划线下料，连接角钢下料。

(6)其它件预制下料，如限位块、炉体裙板、角钢、不锈钢扁钢、修理40号工字钢的补强板预制下料。

图2 一段炉顶改造及上料平台位置图Figure 2 Innovation of one-zone furnace top and feeding platform location

4 炉顶改造钢结构现场制造工艺技术

在炉熄火约60 h且建筑维修部门已将炉内架好施工工作架子、拆除炉顶南北侧保温砖后进行炉顶改造的现场施工。现场施工是在炉子熄火后由炉体砌筑施工与金属结构制作工序进行交叉作业，其施工方法与工艺过程如下：

(1)检查炉管吊具拉筋钩，调整炉管加固焊接。

(2)设置手动葫芦，用绳子挂好一跨的28号和18号槽钢，分别切割取下后吊起并运出炉外。待全部切掉运出后再从下面运上新18号槽钢，并与炉体40号工字钢下面按图纸组焊。此作业由30 t汽车起吊配合作业上料，而后由人力运件到位再用手拉葫芦吊拉靠到位组焊。

(3)为便于施工及安全起见，18号槽钢组焊后即组焊炉顶钢板。此项工作先用汽车吊运装预制炉顶板块，按顺序号拉运到炉体附近，用30 t吊车上料，注意方向标记。然后用人力将板块拉运到炉体内到位，此项工作应注意防止吊挂螺钉杆脱落，为此在运输时应使螺钉杆朝上，在板上焊接吊环。

(4)按位置设置手拉葫芦，吊起炉板并组对焊接于槽钢上，同时焊接钢板拼缝接口。为便于施工、保证质量和防止板块错运吊装，装配焊接时要从炉体外侧进行装焊，并应预先划出中心线、位置尺寸，在两内侧组焊后进行另一外侧炉板组焊。

(5)组焊炉管中央两侧围角钢4号件，保证内腔尺寸500 mm。

(6)40号工字钢主梁修复，先将烧损部位炉体中间处的长800 mm、宽300 mm底部切割，保留上部的100 mm宽其余部分，而后按此大小切割新工字钢组对焊接，最后两侧加焊补强板S=12 mm×300 mm×1 500 mm。见图3。

(7)用30 t吊车吊运上料28号槽钢，用10号角钢连接固定焊接。

(8)不锈钢围板长扁钢组焊，分两节先对接焊好后，再从一头南侧运进，边送进边对接焊共计16.1 m。在送进时要在炉管间加设横杆支撑，直到10节全部送进完成为止。而后两头固定放置端头6.5 mm角钢组焊。

(9)不锈小扁钢组装焊接，调整不锈扁钢位置组焊为整体。

(10)检查吊挂螺钉杆是否有被碰掉，根据情况进行补焊加固。

(11)拆下吊炉管支撑钢架的拉筋、梁槽钢，保留40号工字钢上的支柱部分。此工作要用手动葫芦牵引吊炉管后切割拉筋，而后缓落炉管。

图3 一段炉顶钢结构图Figure 3 Steel structural diagram of one-zone furnace top

(12)调整炉管位置，组焊限位块。

(13)待上部耐热纤维块安装好后点焊固定穿轴于长扁钢孔和角钢上。

(14)待砌筑封顶后组焊炉体围板。

(15)对炉顶板对接焊缝进行煤油试漏检查。

(16)拆除上料平台，利用吊车将料运到地面，从而完成全部炉顶改造钢结构制造现场施工工作。

5 结论

(1)对于大型设备改造现场施工，部件制造及交叉作业首先应进行综合分析，制定切实可行、安全可靠、省时省力的工艺方案。如本工程因时间紧、工程量大，质量要求高，为此炉顶板吊挂螺钉杆采用预制排板布料标记注出及预先组焊吊挂螺钉杆等工艺措施。

(2)对于大型设备改造施工图的主要元部件尺寸，特别是当客观条件不具备而不能在预制元件之前实际测量核对尺寸时，为保证顺利实施，应在组焊前进行实测核对尺寸。如炉顶板尺寸图上标出数值是否与实际相符，应在停炉后进行实际测绘核对尺寸，以便修正炉顶钢板块组装尺寸，保证施工质量。

(3)该炉顶改造方案经实际应用完全符合技术要求，保证了炉体改造工程如期完成。