维普资讯 http://www.cqvip.com 第３０奄第２ １９Ｉ Ｖ ｌ．３０ Ｎ０．２ ２００８年４ ＪＪ Ａｐｒ．２００８ 大型超高超重厚壁设备现场安装技术 胡秋英张传玉崔定龙嵇建平 （中国化学工程集团中国化学工程第十四建设公司，江苏南京２１００４４） 摘要就大型超高超重厚壁设备现场分段吊装、空中组焊方案进行可行性分析，并通过实例阐述应用效果。 关键词设备分段吊装空中组对方案分析应用效果 中图分类号ＴＵ７５８ 文献标识码Ｂ 文章编号１６７２—９３２３（２００８）０２—０００１—０４ １前言 目前国内煤化工行业迅速发展，装置规模越来越 大，现场设备安装难度不断加大，特别是大型超重、超 高设备的现场安装不断增加，加之国内大型吊装设备 吊装能力的局限，往往使设备整体吊装方法受到。 那么是否可以采用现场大型超重超高设备分段吊装， 空中组焊方式呢？这是目前大型装置建设中超重超高 设备吊装所共同关注的话题。 ２００７年，我公司承担了兖矿煤业榆林能化有限公 司首套６０万ｔ／ａ甲醇项目的施工，其关键设备Ｃ１６０１ 甲醇吸收塔就属于大型超高超重厚壁设备，为此我们 对大型装置建设中超重超高设备的分段吊装、空中组 焊技术进行了可行性论证。 ２项目简述 兖矿煤业榆林能化有限公司６０万ｔ／ａ甲醇项目是 目前国内启动的煤制甲醇单系列最大的生产装置，关 键设备Ｃ１６０１甲醇吸收塔，高７９．５２７ｍ，空塔重７３４ｔ， 图１ Ｃ１６０１吸收塔结构示意图 外径为３６９６ｍｍ，壁厚为：９８ｒａｍ，材质：上部简体 ３方案分析 ＳＡ２０３ＧｒＤ，下部筒体ＳＡ５３７ ＣＬ１，是整个装置中最重 采用现场分段吊装、空中组装方案，主要包括简体 的设备。Ｃ一１６０１吸收塔业主订货合同规定 设备分为 组对、焊接、无损检测、热处理、吊装几个环节，其中 四段由制造厂在工厂预制，经预组装后运到施工现场， 焊接过程和空中筒体组对是关键，现作如下分析： 由设备制造厂在现场进行地面水平组对焊接、无损探 ３．１ ＳＡ２０３ ＯｒＤ钢材焊接性能分析 伤、热处理及水压试验等，设备制造厂在现场整体交 ＳＡ２０３ ＧｒＤ相当于国产３．５Ｎｉ钢，属于低合金铁 货，由施工单位整体吊装。根据吊装计算，整体吊装就 素体型低温钢。其化学成份见表１： 位，必须采用１６００Ｔ以上的大型吊车，而安装时国内 表１ ＳＡ２０３ ＧｒＤ钢材化学成份 市场尚无此类吊车；采用门式液压提升装置或桅杆起 吊，占用场地太大，受到施工场地及工期要求而 无法实施。 采用国际焊接学会推荐碳当量公式计算碳当量： ＣＥ ｍａｘ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１ ５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／ ５＝０．５８３３３％ 由于碳当量不高，淬硬倾向较小，其焊接性能一 欢迎访问：《中国化工建设网》ＷＷＷ．ｃｃｃｅｎｒ．ｏｒｇ 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｐ＆Ｐｅｔｃｒｏｌｅｕ ｍ和Ｃｈ石ｅｍｉ油ｃａｌＣ化ｏｎｓ工ｔｒｕｃ建ｔｉｏｎ设 般，但比铬钼耐热钢好，焊接时注意防止发生冷裂纹， 热裂纹。 ２００８年第３Ｏ卷第２期 针对以上情况，组对过程中必须控制这些因素的 向、周向定位装置，保证对口错边量；利用斜形铁和吊 且由于ＳＡ２０３ ＧｒＤ钢含有３．５％的Ｎｉ，焊接时应防止 影响，才能实现分段吊装、空中组对的构想。可采用径 由于Ｃ一１６０１吸收塔设备壁厚较厚（９８ｍｍ），焊接 车配合调正，保证每段的直线度和塔整体直线度；通 接头同时刚性较大，焊前应考虑预热１３０～１５０￣Ｃ，最 过防风措施，减少高空风速对焊接质量的影响；从而 高不超过２００℃，焊后立即进行后热消氢处理。无损探 保证塔整体的组焊质量。 伤合格后进行消除应力热处理。 由于ＳＡ２０３ ＧｒＤ钢用于一６０℃工作温度，焊接时 ３．４ ０－ｊ ６０ｊ吸收塔分段方案 为进一步证明现场分段吊装、空中组焊方案的可 应考虑保证焊接接头的低温韧性，焊接时应严格控制 行性，２００７年４月１日至３日，在南京举办了Ｃ１６０１吸 焊接线能量，线能量不得超过２００００Ｊ／ｃｍ。 收塔现场分段立式组装方案论证会，对现场分段、吊 ３．２ ８Ａ５５７ ｃＬｊ钢材焊接性能分析 装、空中组对、焊接、无损探伤、热处理工艺进行可行 ＳＡ５３７ ＣＬ１钢中文全称为（（压力容器用经热处理 性论证。与会专家一致认为，Ｃ１６０１吸收塔采用现场 的碳锰硅钢板》，属于低合金铁素体型低温钢。其化学 分段吊装、空中组焊方案可行，并建议分四段进行现 成份见表２： 场空中组焊，为现场组装提供了技术支撑。制造厂按 表２ ＳＡ５３７ ＣＬ１钢材化学成份 四段预制，下部简体和封头为第一段，材质为ＳＡ５３７ ‘０．２ａ １ ０．１５—０．５ Ｉ ｉ ０一ｊ．６ｌ‘０∞ｊ ｌ ‘０．∞ｊ Ｉ‘０． Ｉ ‘０．２５ Ｉ ‘Ｏ． ，Ｉ ‘０．∞ ＣＬ１，总长为２０．５ｍ，中下部简体为第二段，材质为 ＡＳＴＭ Ａ５３７／Ａ５３７Ｍ一０６标准规定，碳当量不 ＳＡ５３７ ＣＬ１，总长为１８．４５ｍ，中上部筒体为第三段， 得超过０．５７％。 材质为ＳＡ２０３ ＧｒＤ，总长为１８．９８ｍ，上部简体和封 由于碳当量不高，淬硬倾向较小，其焊接性能一 头为第四段，材质为ＳＡ２０３ ＧｒＤ，总长为２１．５７９ｍ。 般，但比铬钼耐热钢好，焊接时应注意防止发生冷裂纹。 ３．５组装程序： 由于Ｃ一１６０１吸收塔设备壁厚较厚（９８ｍｍ），焊接 Ｃ一１６０１吸收塔分四段进行现场空中组焊、最大重 接头同时刚性较大，焊前应考虑预热１５０～２００￣Ｃ，焊 量１８９吨，经计算主吊车选择１０００Ｔ履带吊，２５０Ｔ履 后立即进行后热消氢处理，无损探伤合格后进行消除 带吊溜尾，组装程序： 首先，将第一段吊装到基础上就位，并找正、找平 应力热处理。 由于ＳＡ５３７ ＣＬ１钢用于低温工作状态，焊接时应 固定。 考虑保证焊接接头的低温韧性，焊接时应严格控制焊 第二，进行脚手架搭设，组装第二段的组对平台。 接线能量，线能量不得超过２００００Ｊ／ｃｍ。 第三，将第二段吊装就位，并找正、找平、点固、 由此可见：ＳＡ２０３ ＧｒＤ、ＳＡ５３７ ＣＬ１焊接性能较 焊接、探伤和热处理； 好，通过评定合格的焊接工艺控制可以实现空中组焊。 第四，重复上述步骤，把第三、四段塔体吊装就位。 ３．３空中组对 空中组对对塔的质量影响主要可以分为两方面： 第二段吊装、组对、 一是塔体的几何尺寸误差，二是自然环境的影响。 焊接、探伤、热处理 空中组对，可能产生的几何尺寸的误差主要有如 下几种： 第四段吊装、ｆ焊接、探伤，热处理Ｉｌｔｘ，ｌ、Ｌ． —＋ｌ脚ｆ架搭设、安装 Ｉ塔伴附件’ 一是径向误差，它将导致对ＩＳｌ错边，影响焊接质 量，同时，对塔整体的同轴度及塔体内件造成影响。 二是周向误差，它将导致管口方位的错位；从而影 图２组装流程 响到工艺配管； ３．６焊接工艺 三是轴向误差，将影响塔体的垂直度，改变塔体受 ３．６．１焊接方法 力状况。 Ｃ～１６０１吸收塔空中组对焊接采用手工电弧焊焊接 自然环境的影响，主要是高空风速对焊接质量的 方法。 影响，以及风载荷对吊装组对的影响； ３．６．２技术准备 欢迎访问：《中国化工建设网》ｗｗｗ．ｃｃｃｅｎｒ．ｏｒｇ 维普资讯 http://www.cqvip.com 胡秋英 张传玉崔定龙嵇建平 大型超高超重厚壁设备现场安装技术 根据焊接工艺评定，编制 焊接工艺规程））和 焊 ３．６．８根层焊接 接作业指导书》，对参与施工的所有人员进行技术交 底。 ３．６．３坡口形式 根层焊缝厚度不小于３ｒａｍ，且不大于５ｒａｍ。根层 焊接时，注意观查熔池，保持熔池缺口稳定，防止焊 瘤、未焊透缺陷。 坡Ｅｌ形式按ＨＧ２０５８３ 钢制化工容器结构设计规 ３．６．９填充层焊接 定））表１卜２规定进行适当修正，修正后的坡口形式如 填充层焊缝厚度一般不应大于４ｒａｍ。填充第一层 下图；大Ｖ形坡口位于设备外壁，小Ｖ形坡口位于设 焊接时，注意控制焊接线能量，防止根层焊缝烧穿。采 备内壁，先焊接设备外壁，在设备内壁清根后，再焊接 用多层多道焊，采用快速直线不摆动运条方式。严格 设备 设备 外壁 控制层间温度１３０～１５０￣Ｃ。 ３．６．１０盖面层焊接 盖面焊接采用多道焊，采用快速直线不摆动运条 方式，应注意焊缝的成形，注意填满焊缝。盖面焊接应 注意控制焊接线能量，防止焊缝表面产生咬边缺陷。盖 面焊接应特别注意缓慢熄弧，填满弧坑，防止焊缝表 面气孔和表面裂纹产生。焊缝焊完后，严格按设计要 求打客，焊缝圆滑过渡，塔体内表面焊缝应修平，焊 疤、焊渣应清除干净。 ３．６．１１反面清根、焊接 图３坡口图 正面焊缝焊到３０ｒａｍ后进行反面清根处理。反面 ３．６．４引弧 清根采用碳弧气刨，使用角向磨光机彻底清除氧化层 引弧应在坡口表面内进行，或采用引弧板引弧，严 和渗碳层，直至完全露出金属光泽。清根后的第一层 格禁止在母材表面引弧，造成电弧划伤。 焊缝焊接，采用 ３．２小直径焊条焊接。 ３．６．５收弧和接头 ３．６．１２后热处理 收弧时应缓慢提起焊把（焊），注意填满弧坑， 焊后采取缓冷措施，并立即进行后热消氢处理。后 防止产生弧坑裂纹、缩孔（弧坑气孔）缺陷，发现弧坑 热消氢处理加热方式采用电红外加热方式。后热消氢 裂纹和缩孔缺陷应立即清除。 处理工艺：加热温度３００～４００℃，保温０．５～１．Ｏｈ，缓 ３．６．６预热 慢冷却。 预热方法采用电红外加热方式。预热的范围应包 ３．６．１３焊后热处理 括焊接接头中心两侧各３００ｍｍ的宽度，温度测量点应 焊后即时进行焊后热处理，焊后热处理加热方式 选择位于焊缝两侧５０ｒａｍ处，施焊过程中要始终保持 采用电红外加热方式。焊后热处理工艺：ＳＡ５３７ ＣＬ１ 对预热温度的监控。预热温度为１３０～１５０￣Ｃ。 焊缝（Ｂ６焊缝）：６３０±１０＊Ｃ，保温时间３．５ｈ，加热速 ３．６．７焊工布置 度６０℃／ｈ，冷却速度６０℃／ｈ。ＳＡ５３７ ＣＬ１＋ＳＡ２０３ 采用６名手工电弧焊工对称分布焊接方式，基本保 ＧｒＤ及ＳＡ２０３ ＧｒＤ焊缝（Ｂ１３、Ｂ２０焊缝）：热处理温 持相同的焊接速度。 度５８０±ＩＯ￣Ｃ，保温时间５．５ｈ，加热速度６０￣Ｃ／ｈ，冷 却速度６０℃／ｈ。 ４应用效果 ２００７年７月２８日开始吊装第一段，历时一个月， Ｃ１６０１吸收塔现场分段吊装、空中组装结束，２００７ 年９月２６日进行了水压试验，经榆林技术质量监督局 监检一次合格。 图４焊工布置示意图 欢迎访问：《中国化工建设网》ｗｗｗ．ｃｃｃｅｎｒ．ｏｒｇ ３７ 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｐｅ￣ｏｌｅｕｍａｎｄＣｈｅｎｆｉｃｆｌＣｏｎｓｔｕｃｒｉｔｏｎ ＆Ｃ 石油化工建设 ２００８年第３０卷笫２期 采用现场卧式组装、整体吊装的方案，使用吊车： １ 主吊机≥１６００Ｔ，辅吊机５００Ｔ，塔体现场组焊场地需 硬化处理，吊车站位需硬化处理，由于吊车吨位的增 加，大型机具的进退场费和使用台班费加大，而采用 手架搭拆费用，而节省了部分场地硬化费，特别是节 分段吊装、空中组装施工方法与前方案相比增加了脚 组对时。径向调正场景 周向调正场景 省了吊车的使用费。详见３表。 表３施工工期和经济分析表 吊装 吊车 吊车迁 主吊车 辅吊车 地丛处 施工 焊接热 无损探 脚手絮 总 方案 规格 移费用 费用 费用 理费川 工期 处理费 伤费用 搭撤费 用 （万元） （万元） （万元） （万元） （天） 用（万元） （万元） （万元） （万元 整体 ｌ６００Ｔ 吊装 ＋６００Ｔ ｌ００５ Ｉｌ２ １ｏｏ ２００ ３２｝３ ３５ ２０ ｌ５ １４８７ 分段 ｌ００胛 吊装 ＋２５０Ｔ ４７２ ｌ３５ ６０ １４０ ３０ ５０ ２５ １４５ ｌ０２７ 注：表中各项费用依据现场预算与大型吊车移动费，台班费询价．各项费用加权之后．分段 组对时。轴向调正场景 一 焊接场景 吊装、空中组装较整体吊装方案节省４６０万元。 图５焊接现场图 ４．１质量情况 根据塔设备制造、安装技术要求和检验标准，对所 有焊缝坡口进行１００％磁粉探伤ＪＢ／Ｔ４７３０ ＭＴ—Ｉ合 格。 Ａ、Ｂ类焊缝（筒体、封头）内外表面进行１００％ 磁粉探伤ＪＢ／Ｔ４７３０ ＭＴ—Ｉ合格，焊缝外观质量符合 要求。 Ａ、Ｂ类焊缝（筒体、封头）１００％射线探伤ＪＢ／ Ｔ４７３０ ＲＴ一Ⅱ合格。焊缝还进行２０％（包括所有的焊 缝交叉部位）超声波复验，ＪＢ／Ｔ４７３０ ＵＴ—Ｉ合格。 射线探伤使用Ｉｒ１ ９２。焊接一次合格率为１ ００％。 塔体安装垂直度公差为８ｍｍ，同心度偏差最大为 ２０ｍｍ。 ４．２工期和效益 ４．２．１施工工期 若采用现场卧式组装、整体吊装的方案：从第一段 图６施工现场 塔体运抵现场开始，首先应对组装场地进行硬化，卧 置顺序第一、二、三、四段塔体，组对焊接完毕后，进 ６结束语 行检验、热处理、水压试验、整体吊装，所耗费工时在 Ｃ１６０１吸收塔现场分段吊装、空中组焊技术获得 ３０—３５个工作日；采用分段吊装、空中组焊的方案：通 成功。通过实例可知，在吊车吊装能力和施工场 过采用合理的脚手架搭设方案，只是在第一段吊装就 地受到时，采用现场分段吊装、空中组焊是可行 位后用２～３ｄ搭脚手架及操作平台，第二段吊装就位 的方法，且能降低成本，关键是焊接、热处理工艺制定 组焊完毕，可采用高空防风与上行脚手架平台相结合 和控制，以及空中组对时垂直度的控制，分段数量要 的焊口封闭作业区封闭作业，焊口施焊、检验、热处理 结合具体情况综合考虑。Ｃ１６０１吸收塔现场分段吊装、 与上行脚手架搭设同步施工，节省了作业时间，经现 空中组焊方案的成功，为大型设备的现场安装积累了 场实践证明：该方案工期也较节省，比卧式组装、整体 经验，取得了技术支撑，优化了施工方法，克服了大型 吊装可节省２～５ｄ。 超高超重厚壁设备现场安装的难题，值得借鉴。 ４．２．２经济效益 （“安稿日期：２００７－ｌ２一ｌ８） ３８ 欢迎访问：《中国化工建设网》ｗｗｗ．ｃｃｃｅｎｒ．ｏｒｇ
