加热炉现场模块化制作安装技术分析

曲传宝

中国化学工程第九建设有限公司 辽宁 盘锦 124021

现阶段，加热炉现场模块化制作安装已成为主流发展方向。因加热炉具有钢结构较薄等特点，且内部设有耐火衬里、对流室、辐射室等结构，导致其各模块跨度较大，质量较重，不易组装，同时在安装期间易出现变形问题，极大地降低了加热炉的制作安装精度和质量。为规避上述问题，采取现场模块化制作与安装的方式进行施工，在安装期间控制变形与连接问题，以此提高加热炉的施工效率与制造精度。

1 工程案例概况

选择中海沥青（营口）有限责任公司210 万t/ a 滑润油料精细切割装置为研究案例。该装置的加热炉有常压炉和减压炉两种，尺寸规格分别为Φ11.105m×49.240m和Φ10.154m×53.470m，两种结构的金属重量分别为360t 和415t。该厂加热炉的下部辐射室、中部对流室和顶部立式烟囱分别为圆筒型、方箱式和圆管型结构。两种加热炉的炉体直径均较大，若在工厂制作现场安装，会产生运输变形，且不易运输，同时增加整体成本。因此，采用现场模块化施工的方式进行制作与安装，以减少高空作业，提高加热炉制作和安装的安全性和精度质量，同时降低加热炉制作、安装的整体成本。

在现场施工制作与安装作业中，首先需建设现场施工场地；然后依次制作炉底钢结构、辐射室模块（钢结构、炉管、炉顶盖结构）和对流室模块（钢结构、排管）；模块结构制作完毕后，进行衬里的施工，并组装对流室炉管及管板，过程中穿插将各模块的平台、梯子、栏杆预制焊接完成；炉底钢结构及辐射室模块需采用吊车整体吊装，完成吊装后安装辐射室炉管和平台梯子；接着依次安装辐射炉顶盖、对流室模块及梯子平台；后续制作加热炉烟囱模块，并把炉体附件（吹灰器等构件）安装至加热炉结构内；最后，将加热炉烟囱模块（含梯子平台附件）吊装完毕，完成冷热风道制安后，即完成加热炉现场模块的制作与安装工作[1]。

2 加热炉预制现场建设

加热炉预制施工现场的建设规划应以实际情况为依据，场地大致可分为材料存放区、预制区和模块组装区三大部分。

2.1 材料存放区

材料存放区位于现场中心主干路的南侧，主要用来放置炉体附件、钢结构预制品和附属结构等半成品构件。材料存放区的长、宽分别为70m、30m，为避免存放变形，需作平整处理，按3∶7 的砂石比例将场地压平，最终形成厚度为200mm 的表层结构。

2.2 预制区

预制区长100m、宽30m，换填500mm 厚山皮石，用压路机分层碾压，最后用粗砂找平。预制区主要包括构件预制区与预制平台区。构件预制区与材料存放区同处于现场中心主干路南侧，主要用来制造半成品，如对流段与辐射段炉管、炉体附属钢结构和余热回收烟风道等。预制半成品制作完毕后，可直接放置于材料存放区。由于部分加热炉模块尺寸规格较大，需搭设预制平台。在组装平台上方设置缆风绳及立柱预埋件：首先在两种加热炉结构立柱处进行加固，浇筑400mm 厚度的混凝土层，两种加热炉各设置预埋件共16 个，预埋件为钢板结构，规格为500mm×500mm，均匀分布在辐射室立柱圆周处；缆风绳预埋件同样为钢板结构，规格为300mm×300mm，均匀设置在预制平台周围[2]。

2.3 模块组装区

模块组装区包括组装区域与组装平台，组装区域主要用来进行对流段、辐射炉顶、辐射段和炉底等模块的安装工作。组装区域长、宽分别为90m、15m。将整场平整处理，按3∶7 灰土进行压实，形成300mm 的灰土层，然后浇筑厚度约200mm 的混凝土，形成组装平台。

3 加热炉模块划分及制作

3.1 分段原则

现场模块化制作与安装中，可使用吊装能力强的大型汽车吊。结合该加热炉圆筒型结构特点，在模块划分中，可适当减少模块划分数量。由于该工厂加热炉炉底结构完整统一，因此炉底支腿与炉底板连接，形成单一完整模块；考虑到制作的便捷性及工艺难度，将辐射室划分为三个模块，即辐射室钢结构模块、辐射室顶钢结构模块和辐射排管模块；将对流室划分为一个模块。此外，加热炉顶部烟囱部分为单独模块，共设六个模块。完成钢结构分段预制后，需进行衬里施工并安装炉管。

3.2 模块分段

本次需完成常压炉、减压炉分段施工。常压、减压加热炉虽均分为六个模块结构，但总重、规格等存在差异，因此在实际分段施工时需按加热炉特点设置参数，详见表1 和表2。

表1 常压炉模块分段参数

表2 减压炉模块分段参数

根据各分段参数，按现场站位条件，选取适当的大型吊车吊装各段，尽量集中吊装，以减少吊装成本。

在常压炉、减压炉模块化分段施工中，对流室相关模块尺寸较大，且质量较重，整体结构复杂，可进一步细分为对流端面、对流侧面、对流烟罩、两端管板、中间管板、弯头箱架、对流排管和弯头箱门等钢结构模块。同时，由于加热炉对流室内部结构复杂，导致其内部空间狭小，需要安装完炉管等内件后再进行衬里施工，整体吊装前必须保证衬里强度达标。此外，在实际施工期间，需将衬里重量考虑在内，根据整体结构总重组织吊装施工[3]。为避免因重量过大而在吊装过程中产生安全问题，需在模块化制作期间尽可能深度预制，注重细节，将对流室模块科学划分，为模块化分段施工奠定基础。

3.3 模块连接

完成模块划分与制作后，需按特定连接形式将其固定衔接。以对流室为例，在处于标高位置的侧面钢结构安装槽钢，翼缘板与加热炉壁板外侧点焊固定。为保障焊接质量，避免密封面变形问题，根据实际焊接情况适当焊接筋板；在距离槽钢背面150mm 处设置22 个螺栓固定孔，用磁力钻在槽钢上制孔，上下两层分布，此时可运用螺栓将上下模块进行临时连接，慢慢调整固定。连接时采用M20 8.8 级螺栓，该规格螺栓具有高强度的特点，可确保模块的连接效果。另外，在加热炉壁板内侧标高位置设置衬里挡板，采用焊接方式加以固定。为保障加热炉制作精度，需使衬里厚度与挡板宽度保持一致，将上段模块安装连接至下段模块衬里挡板上方位置，并铺设耐火纤维带（δ=20mm），起到连接上下段模块的作用，提高密封连接效果。对流室模块整体吊装前，应提前设计好吊耳，保证吊装时各吊点载荷均匀分布，以防止产生吊装变形。

4 加热炉模块安装要点

4.1 钢结构模块组装

4.1.1 组装方式

在预制平台完成模块预制工作后，需将其安装固定，在本次加热炉模块安装中，运用正装法进行安装。正式安装前，在现场将辐射室钢结构立柱与槽钢环梁连接为片状结构，使用大型吊车将其转移至指定安装位置，并运用焊接手段加以固定。组装现场预埋缆风绳结构，沿加热炉半径按“由内向两侧”的方式将现场四周分布的锚点钢板进行连接；接着连接槽钢环梁，检查现场立柱垂直度与辐射室钢结构椭圆度，若存在倾斜状况需加以调整，以此完成加热炉辐射室整体骨架。完成整体钢结构框架后，接着搭设脚手架，安装炉壁板、筋板。为避免钢结构模块组装固定期间出现焊接变形问题，在全面焊接前采用点焊方式连接弧板与壁板内壁。

4.1.2 组装要点

在安装固定期间，若炉底钢结构与辐射室钢结构尺寸存在较大误差，会导致无法安装。安装作业时，暂不安装辐射室下部500mm 范围内的炉壁板，避免阻碍后续安装工作；待炉底模块与辐射室模块安装完毕后，最后组装辐射室下部500mm 范围内的炉壁板[4]。在本次现场模块化制作与安装作业中，并未设置辐射室底部环梁结构，这样可避免出现吊装期间筒体底部变形情况。可在辐射室壁板下方1000mm 处炉壁板内侧设置加固圈，采用间断焊方式连接炉壁板与槽钢肢背。该加固圈在后续施工中将被衬里覆盖，对加热炉整体结构无影响，因此该加固圈无需拆除。在加热炉模块化施工中，常压炉、减压炉的辐射室钢结构直径分别为11.9m、10.1m，高度分别为18.9m、16.5m，采用“米”字支撑形式对炉壁板进行加固。该“米”字支撑杆为无缝钢管，规格为Φ273mm×12mm；中部连接板为直径1000mm 的钢板，规格为δ=20mm。钢结构“米”字支撑加固示意图见图1。

图1 钢结构“米”字支撑加固示意图

4.2 辐射排管组装

4.2.1 组装方式

加热炉辐射排管呈辐射式分布，安装时焊接量大，且安装要求较高，需确保到辐射排管吊装位置准确且可与炉管挂钩相吻合。安装制作时，将常压炉、减压炉共四组辐射排管采用模块化方式进行制作，以此提高构件精度，并起到缩短施工周期的效果。由于固定焊接难度较大，且安装期间不可出现过多焊接口，所以要保证焊口尽量留在下方易组对的焊接位置，确保排管一次焊接成功。

4.2.2 组装要点

辐射排管结构完成制作后需就近放置，避免吊装期间出现炉管窜动问题，继而引发构件变形，可采用弧形槽钢结构对辐射排管进行加固处理。准备胎具，将其放置于炉管内侧，该胎具可在不干扰辐射排管组装的情况下进行固定，避免安装期间发生变形问题。衬里施工后，借助脚手架设备将胎具拆除即可。

5 结语

综上所述，加热炉采用现场模块化制作、安装，更便于机械设备的统筹协调。通过模块分段对加热炉进行设计优化，完善加热炉施工及材料采购工作。同时，模块化施工的方式避免了大量高空作业，有助于降低安全风险，继而更好地开展加热炉制造与安装工作，提高分段施工及安装连接精度，兼顾施工质量与效率，并具有节约成本等优点。因此，该现场模块化制作安装方式具有较强的推广价值。