合成氨装置二段炉更换拆装施工技术

王锡军

中国化学工程第九建设有限公司 辽宁 盘锦 124000

中国化学工程第九建设有限公司承建的锦天化合成氨装置二段转化炉（简称二段炉）设备拆装更换项目中，二段炉规格参数为：重量180t, 直径φ3.968m，总高度18.29m。新旧二段炉分别就位在间距约43m 远的各自设备基础上。更换大型立式设备常规是将其中一台设备拆移到临近符合地勘要求的位置，再用大型吊车进行扶稳吊装操作，最后吊装到需更换的基础上。在本项目中，采用“制作暂放设备基础法”，借助钢板和地脚螺栓制作设备临时就位基础，为新二段炉吊装就位腾出安装空间，起到了保证安全和节省成本的作用。按此施工方法顺利完成了二段炉更换拆装，同时为企业今后在同类大型设备更换安装中积累了施工经验，也为承建更多的大型设备拆装施工任务创造了有利条件。

1 技术特点

（1）更换二段炉施工前，对新旧二段炉各管口法兰方位、标高及地脚螺栓都进行周密细致的测量和对比，按照尽可能复原旧二段炉原有管口位置的施工方法保证新二段炉安装的精准性。

（2）更换二段炉吊装施工行进带附近有四个地下阀门井，利用沙袋将阀门井层层填实进行有效填充防护，以防吊装过程阀门井垮塌，避免了吊装过程意外的发生，为完成吊装任务奠定安全保障。

（3）拆除旧二段炉设备原有的吊耳（没有炉内衬里时的施工吊耳）时，从安全上考虑，决定在二段炉原有炉体吊耳标高对称合适位置焊接符合吊装要求的新吊耳，保证了二段炉整体设备更换吊装过程的安全性，更换吊装一次成功率100%。

（4）在一段炉北侧已做地勘指定位置铺设两张板幅宽度2200mm、板厚30mm 的钢板，两板之间断焊连接并实测二段炉裙座地脚螺栓位置；在铺设钢板上焊接十二根地脚螺栓，制作临时二段炉基础，将拆除的旧二段炉放到此基础上进行临时就位紧固地脚螺栓。替代了扶稳旧二段炉设备所用的大型机械，从而保证更安全、低成本的完成二段炉更换施工任务。

（5）主吊绳选择Φ65- 6×37+1- 1667 钢丝绳，可采购60m 长一对绳。每根绳在吊耳处折合成4 股挂套使用，钩头处挂系三个绳头，吊耳处挂二个绳头。此方法可以减少钢丝绳占用吊耳和主吊钩挂绳空间，并且为以后钢丝绳再利用减少了成本。

（6）采用本技术，可将类似设备更换工期缩短1/ 6，减少1/ 5 的投入成本，并有效解决了类似施工情况下安全难以保证的难题。

2 技术操作要点

施工工艺流程：施工前准备→吊车进场组车→二段炉吊耳设计焊接→拆除二段炉附属管道→更换二段炉吊装施工→新二段炉管口管段组对安装→桁架式吊车出场及场地清理。

2.1 施工前准备阶段

（1）吊车方司机与技术人员查勘吊装现场，吊车方携带车辆、部件、组件、工具、机具、证件进场施工。

（2）准备钢丝绳、指挥旗、指挥哨、道木、警戒线绳等吊装用具，以及用料的采购准备。

钢丝绳的选用计算方法1：按业主给定炉体最重计算，重量G=180t，则主吊索承重Q= K1G=1.1×180=198t。Φ65- 6×37+1- 1667 钢丝绳整根破段拉力（抗拉强度1700MPa）为218t，1 根兜系为4 股，每根60m 吊索承载力为872t。吊装过程中，8 根吊索受力，总承载力为1744t，计算安全倍数为8.8 倍，满足要求。

钢丝绳的选用计算方法2：吊钩呈千斤绳受力，与吊钩垂直线夹角小于30°，每个吊耳M载荷=180×1.15=207t，207t/ 8=25.88t，即每根钢丝绳承载25.88t。φ65 钢丝绳破断力（抗拉强度1700MPa）=218kN×1.02=222t，安全系数为222t/ 25.88t=8.58。

（3）现场地面处理及准备要点：清除拖车及吊车进车路线上的地面及空中的所有障碍物。施工现场地表面为混凝土地坪，有明显坡度，影响吊车行走和组车要求。因此采用碎石及河沙进行铺垫平整碾压夯实，吊车站位行进处铺垫碎石厚度为250mm 以上。

（4）对吊装工作进行技术交底：吊车司机服从现场起重人员指挥指令，不得随意操作；事先将吊装顺序、内容、吊车行走路线、作业方式和要求对吊车司机说明；起重人员应明了全部过程的注意事项。

（5）现场分别以两炉0°线为基准点对新旧二段炉两设备的相同管口进行测量，并比对测量值。主要测量管口的标高、方位偏差、管口直管段长度的差值等。比对出的结果综合性考虑复原。

（6）平衡梁制作准备：平衡梁下料尺寸为4.15m。连接部位均应满焊,焊高最低为薄板厚度。在吊装前在平衡梁钢管上挂绳处及吊耳上均抹一些黄油，有利于钢丝绳在钢管上滑动，从而保证各股钢丝绳受力基本均匀。为了增加钢管承压的能力，在平衡梁内焊接加强板，加强板板为整块钢板；并在平衡梁管口焊接堵板，堵板需打磨棱角，呈圆滑过渡；堵板外焊接二块挡板，并挡板外侧有加强板焊接。

主吊平衡梁结构示意图见图1。

图1 主吊平衡梁结构示意图

2.2 吊车进场组车

主吊车选用的是一台浦沅- ZOOMLION QY400（400t）履带吊车，布置在二段炉北侧，与装置内东西向道路呈近乎直角。为增减吊车对地面承载力，减少吊装压强，在吊车活动区域内铺设路基箱，路基箱规格为6000mm×2300mm×250mm，数量10 块。吊装场地较宽阔，易于组车。

主吊车浦沅- ZOOMLION QY400 选用工况：超起桅杆长30m，超起配重120t，超起半径13m，车身平衡配重120t，车身压重40t，臂杆长48m，旋转半径幅度14m，起重量255.5t。完全满足此次吊装要求。

2.3 二段炉吊耳设计焊接

按新二段炉吊耳尺寸在旧炉上同等标高对称位置焊接新管式吊耳。炉体板和吊耳护板是特殊材质，焊后对其构件必须进行热处理施工。

吊耳焊接顺序：先将管轴与炉体板焊接，焊接角焊缝厚度不低于管轴壁厚；再将补强板与炉壁板进行组对，焊接管轴与补强板内圈焊缝；最后焊接补强板外圈焊缝，外圈焊缝应二人对称焊接。

2.4 拆除二段炉附属管道

对有碍旧二段炉吊装施工的附属管道逐一进行入册编号，包括材质、管道号、管径、介质、拆除位置等，影像资料留存到资料室。管道拆除分两种形式：属法兰连接形式的全部以法兰拆除为主；属焊接形式的则在适当位置进行气割拆除。

2.5 更换二段炉吊装施工

2.5.1 吊装拆除旧二段炉

吊车组车完成后，检查索具是否正常，进行吊车基本性能演练，如行走、起钩、回钩、转杆、起杆和趴杆等，观察吊车站位附近地面有无肉眼可见异常情况，如无变化则进行现场操作。根据起重总指挥指令，栓挂主吊钢丝绳加装平衡梁；吊车行进14m 吊装范围内，将主吊钢丝绳挂栓到二段炉新焊接的吊耳上；听从指令逐步起钩，检查绳索有无障碍，确认条件具备后开始承载。由于二段炉安装时有混凝土二次灌浆过程，清理炉体底座基础会有少量混凝土与炉底座板粘连。吊车承载到起重重量90%时，若炉体还未松动，应停止起钩，借助大锤楔铁或千斤顶进行松动顶升；确认彻底无粘连后，开始缓慢起钩；当起钩至基础50mm 时，再次停止起钩，观察询问吊车司机情况是否一切正常，确认后继续起钩吊离设备地脚螺栓；吊车起杆并向后行车，进行转杆将拆除的二段炉放到一段炉北侧事先放好的30mm 的钢板基础上，紧固十二条地脚螺栓；确认完毕后，主吊绳缓慢回钩。当旧二段炉吊离设备基础后，由有经验的钳工重新铲出垫铁窝，测量好垫铁标高，同时对与二段炉相连的100E08 管口进行坡口打磨处理，做好新二段炉安装就位准备工作。

2.5.2 吊装就位新二段炉

400t 吊车转杆至新二段炉方位，向后行走至新二段炉14m 旋转半径内，将主吊钢丝绳挂栓到新二段炉设备的吊耳上；听从指令逐步起钩，确认条件具备后开始承载；当设备吊离基础50mm 时，再次停止起钩，观察现场索具有无异常并询问吊车司机情况；确认正常后继续起钩，吊离基础；吊车起杆并转杆且向后行车，至吊装旋转半径14m 内时，将新安装二段炉设备吊至原有基础，由工人进行二段炉找正就位；确认就位完毕后，紧固地脚螺栓，主吊绳缓慢回钩。

2.5.3 旧二段炉就位到临时基础

400t 吊车向后行走转杆至暂放旧二段炉方位，保持14m 旋转半径内，将主吊钢丝绳挂栓到旧二段炉的吊耳上，听从指令逐步起钩，确认条件具备后开始承载；承载力达到80%时，拆除二段炉临时支架或拖拉绳等防护措施，开始承载起吊；当设备吊离承载钢板50mm 时，停止起钩，观察现场索具有无异常并询问吊车司机情况；确认正常后继续起钩，吊车起杆并转杆且向后行车，吊离一段炉区域，设备吊装到其临时基础正上方；旋转半径14m 内时，在钳工配合下找正方向，找平找直，设备就位；紧固地脚螺栓，主吊绳缓慢回钩[1]。

新、旧二段炉的吊装施工现场图及吊装平面示意图分别见图2 和图3。

图2 旧二段炉和新二段炉吊装施工

图3 二段炉吊装平面示意图

2.6 新二段炉管口管段组对安装

新二段炉N4 管口与设备E08 管口管段气割拆除前需对管段进行轴线标注，原则以原位置轴线不变进行恢复安装。新二段炉吊装就位后不要马上找正就位，需着重测量N4、N1 及N2 管段轴线偏差情况后决定，如不需新二段炉轴线调整再对其进行找正就位。反之，应先以N4管口组对安装为重点，测量N4 管口与E08 管口轴线直线度，也就是说管口直径轴线四点距离是否一致，偏差一般控制在4mm 以下。如果偏差过大，需对二段炉进行旋转微调。如难以旋转，可向业主申请对二段炉地脚螺栓进行扩孔处理，使管段同心度符合控制范围；再按照实测尺寸对原拆除管段进行热气割坡口加工，管段总长下料需加长1.5mm 进行气割，便于在气割出现误差时进行补救。

以上工序完成后，将管段内壁杂物清理干净，开始吊装组对。吊装采用50t 汽车吊，组对过程要严格控制焊缝间隙和错边量，以及管段总体直线度。全部符合要求后，进行点焊组对。N4 管口组对轴线找正结束后，再开始对N1 和N2 管口管道进行恢复组对。N1 管段组对会出现三种情况：第一种情况，如果N1 管道轴线存在角度偏差不存在距离偏差，N1 配对法兰孔难以同心紧固螺栓，就需将管段吊至地面将法兰口热气割后进行打磨；合格后将气割好的法兰紧固至N1 法兰管口上，再将管段用25t 吊车吊装组对。第二种情况，如果管段实际轴线距离偏差过大，就需先将管段在地面上把法兰口连90°弯头一端气割开，打磨合格后先紧固到N1 管口上，且一定要按拆除轴线标识进行安装紧固；再将剩余另一管段弯头气割开，将弯头找正轴线用点焊进行固定；然后测量二个弯头间直管段的长度，在φ1219×20 管子上下料，打磨合格后进行吊装组对。第三种情况就是N1 管段角度和距离全部符合新二段炉安装要求，此时将原有切割管段打磨好，直接进行吊装组对即可，最后焊接一道焊口。

N2 管段检修前需依据新二段炉空气分布器管线图纸和实际管口位置，进行实测预制；预制完一部分管道要进行预安装，预留活口位置要充分考虑管材余量，用余量进行焊缝调节；整个空气分布器管道预装完成后，标记好管段及方位号，先拆除；待新二段炉就位后，再恢复安装；固定口位置现场进行焊接。

2.7 桁架式吊车出场及场地清理

二段炉更换吊装作业完毕后，拆除400t 履带吊桁架式吊车杆，利用拖车将吊车组件运出施工现场。并对阀门井内沙袋和吊装区域内的沙石进行清理，做到工完料尽、场地清。

3 质量控制措施

3.1 二段炉设备垫铁安装质量要求和检验方法

（1）垫铁安装：每个地脚螺栓旁至少应有一组垫铁且应尽量靠近地脚螺栓；相邻两组垫铁间的距离不应大于500mm；垫铁组高度宜为30～70mm，垫铁组的面积应经计算确定；斜垫铁应成对使用；每组垫铁的数量不宜超过5 块，垫铁安放时厚的宜放在下面，薄的宜放在中间，且不宜小于2mm，斜垫铁应成对相向使用，搭接长度应不小于全长的3/ 4,设备找正紧固后应点固焊牢；设备找正紧固后，垫铁端面应露出基础环外缘，平垫铁宜露出10～20mm，斜垫铁宜露出10～30mm，垫铁组伸入基础环底面的长度应超过地脚螺栓中心。

（2）二段炉设备使用经纬仪进行测量，要对设备垂直度、管口法兰面水平度等反复进行测量、找正（使用吊车、千斤顶、设备组对卡具等），合格后方可进行螺栓紧固，装置投料前再热紧一遍。

表1 为二段炉安装质量要求和检验方法。

表1 二段炉安装质量要求和检验方法

3.2 二段炉管口管段组对质量要求

管道对接焊口的组对应做到内壁齐平，内壁错边量不宜超过壁厚的10%且不大于2mm，当大于3mm 时应进行修整。

管子对口时应在距接口中心200mm 处测量平直度，见图4。当管子公称直径小于100mm 时，允许偏差a≤1mm；当管子公称直径大于或等于100mm 时，允许偏差a≤2mm，但全长允许偏差均控制在10mm 以内。

图4 平直度测量示意图

预制管线加工尺寸允许偏差见表2。

表2 预制管线加工尺寸允许偏差 单位：mm

3.3 施工主要工序的质量控制措施

（1）锦天化检修项目部实行质量全员管理，各个职能部门之间相互衔接，相互配合。管理人员人人参与质量，人人重视质量，严把质量关。

（2）加强思想教育，提高质量意识。

（3）施工人员必须持证上岗。

（4）在施工阶段严格按照施工方案施工，按照材料控制程序进行材料接收、检查存放和记录；按照施工程序进行施工作业，对各道工序进行质量检验，并做好记录。

（5）严格按施工规范规定的程序进行施工，从班组自检员到专职质量检查员，层层把好质量关，自上而下真正树立质量第一的观念，制定质量优奖、劣惩措施并严格执行。

（6）施工前应做好准备工作，熟悉施工图纸和施工文件的内容，掌握工艺要求、操作要点、检测方法和合格标准等。

（7）计量器具应经校验合格，施工管理人员配备齐全并按规定使用。

4 结论

目前，石油化工行业检修项目越来越多，大型动静设备的更换也会更加频繁[2]。将设备各管口进行复原安装是这类立式设备安装的核心，且两台新旧立式设备更换不单是两个基础的互换，而且需要在合适的位置预制出暂放设备的基础。本技术中，自制暂放设备基础节省了大型机械成本，适合大型立式设备更换项目。随着社会发展，每年石化行业有越来越多的设备达到使用年限，本技术提出的“管口复原法”和“制作暂放设备基础法”，市场运作推广空间很大，经济效益前景可观。