■ 王德明 潘洪鑫 中國石化集團公司南京工程公司設備工程分公司 江蘇南京 210000

乙烯裝置裂解爐施工技術

■ 王德明 潘洪鑫 中國石化集團公司南京工程公司設備工程分公司 江蘇南京 210000

裂解爐是乙烯裝置中的重要設備之一。其工藝復雜，施工難度大，通過在兩套乙烯裂解爐施工經驗總結的基礎上，重點闡述乙烯裂解爐主體鋼結構的預制、安裝技術，筑爐襯里，爐管組對焊接等成熟施工技術。

乙烯裝置 吊裝機械 裂解爐施工 筑爐襯里 爐管施工

1 前言

某公司乙烯裂解爐是裝置中的重要設備之一，其工藝技術采用美國ABB Lummus和中石化技術開發(fā)中心聯(lián)合研制的大型裂解爐技術，裝置有兩臺重質油裂解爐。裂解爐采用門字式對稱結構布置，下部為輻射段，上部為對流段，輻射段與對流段之間不是垂直布置，而是有一水平轉折段（過渡段）。每臺裂解爐有各自獨立的輻射室、對流室，六大組輻射爐管通過平衡裝置懸掛在輻射室頂部，在輻射室的正上方共有六臺急冷鍋爐,每臺爐頂平臺設有汽包1臺,風機1臺,兩臺爐子通過鋼平臺連接在一起。

裂解爐是以餾分油為原料，經高溫熱裂解加工成乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯和二甲苯及芳烴等基本石油化工有機原料。

裂解爐施工過程中，在吊裝機械選擇、裂解爐主體安裝、筑爐襯里等方面總結了一定的經驗，對今后大型裂解爐施工能起到指導作用。

2 裂解爐施工技術

裂解爐工藝復雜，施工難度大，前期鋼結構預制時其幾何尺寸的準確性控制，各連接梁與柱、梁間單剪或雙剪連接板的高強螺栓配對鉆孔、安裝、焊接，焊接變形控制等是保證整個裂解爐鋼結構整體尺寸的關鍵。裂解爐鋼結構主要分上下兩部分，分段、成片、成框的預制質量直接影響下道工序的安裝。爐內件安裝及筑爐襯里內部結構復雜、工序多，垂直度、不直度、整體平面度、內部砌筑施工膨脹縫多控制難度大，施工質量的好壞將直接關系到乙烯裝置的長周期穩(wěn)定運行。

2.1 裂解爐吊裝

2.1.1 吊裝機械選型

裂解爐主體占地廣，施工周期長，受施工環(huán)境限制，現(xiàn)場不利于吊裝車輛長時間站位。為保證現(xiàn)場的吊裝需要,節(jié)省機械費，經多方案優(yōu)化,吊裝機械選用DBQ1000型塔吊。塔吊吊裝能力強、費用低，特別適合裂解爐吊裝、施工。具體布置見圖1。

2.1.2 塔吊基礎

DBQ1000型塔吊為沿軌道自行走式塔吊，軌道鋪設時其地基需進行特殊處理。地基基礎為無筋擴展基礎，由兩部分組成，下層為毛石墊層、上層為道渣面層。基礎橫斷面尺寸見圖2。

2.1.3 汽包及廢熱鍋爐的吊裝 兩臺汽包分別安裝在爐頂平臺（EL35720mm）,重量為47t,12臺廢熱鍋爐的重量為每臺15t，吊裝繩扣選用(φ52mm-6×37+1-170kg/mm2)鋼絲繩兩根，卡成兩個套進行吊裝，其破斷拉力為139.81t，安全系數(shù)為：n-139.81×1.5×2/47-8.9＞[n]。工作半徑可利用塔吊的可移動性調整至16.5m，額定負荷為50.1t,用塔吊直接吊裝就位見圖3。

2.2 裂解爐施工

兩臺裂解爐鋼結構主體由44根立柱組成，設計高度為EL35720mm，鋼結構及爐本體鋼結構柱、梁采用H型鋼，主要節(jié)點采用高強螺栓，剛性連接或鉸接。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，結合施工進度、設備、爐管的安裝及筑爐要求，將裂解爐鋼結構從廢鍋支座上方1～2m分為上、下兩段，在預制場進行成片、成框預制，再運輸?shù)桨惭b現(xiàn)場進行安裝。

裂解爐工藝復雜，施工難度大，前期鋼結構預制時其幾何尺寸的準確性控制，各連接梁與柱、梁間單剪或雙剪連接板的高強螺栓配對鉆孔、安裝、焊接，焊接變形控制等是保證整個裂解爐鋼結構整體尺寸的關鍵。裂解爐鋼結構主要分上下兩部分，分段、成片、成框的預制質量直接影響下一工序安裝。

2.2.1 施工工藝流程見施工工藝流程圖4

2.2.2 主要施工方法

(1)鋼結構施工方法

將整個鋼結構分為上下兩部分進行預制、安裝。下段、上段鋼結構預制時，按圖5、圖6示意圖成片或成框：

(2)裂解爐鋼結構現(xiàn)場安裝程序見圖7

(3)輻射室、對流室側板及端板的安裝方法

裂解爐輻射室、對流室側板及端板的安裝方法為：地面預制的輻射室、對流室框或片，側板及端板在地面安裝到預制成型的鋼結構框或片上，保溫釘也在地面進行組焊，側板、端板隨鋼結構框或片同步安裝?？蚺c框、框與片或片與片間的側板及端板，地面整體預制完并保溫釘組焊后整體進行安裝。由于裂解爐爐側板及端板較大，極易產生焊接及吊裝變形，在施工中應特別注意。預制前應先對型鋼及立筋進行調直，鋼板進行平板，以保證組對質量。鋼板開孔應使用機械方法，鋼板下料應考慮焊接收縮量。

(4)鋼結構成片預制的防變形控制見圖8。

(5)裂解爐側板、端板的焊接方法：

為避免裂解爐輻射段、對流段側板及端板在焊接時產生變形，焊接時先焊接型鋼和立筋遮蓋部分的焊縫與鋼板之間的角焊縫，最后焊接鋼板對接焊縫。對接焊縫應采用分段退步施焊，以減少焊接變形。側板及端板對接焊縫焊接時一般先焊短焊縫，再焊長焊縫，并適當留出伸縮量。鋼板與立筋等的斷續(xù)焊應按設計要求劃線后焊接，保證焊接長度及間隔均勻。

(6)鋼結構爐壁板防焊接變形控制：

① 采用臨時加固，即對于豎向焊縫在兩塊爐壁板對接焊縫一側距離焊縫100mm處延焊縫方向加設角鋼（∠75×8），焊后拆除，對于橫向焊縫，在爐壁板下料排版時應盡量讓所有焊縫全部分布到槽鋼梁上，從外側看不到橫向焊縫。

② 焊接順序采用“先短后長、先里后外”，焊接方法上采用小電流分段退步焊。

③ 施工程序上應先將爐壁板在預制時進行點焊，待輻射室全部找正加固完畢后進行焊接。

3 筑爐襯里施工

裂解爐爐襯結構復雜、施工面積大、耐火材料種類繁多、型號復雜、施工技術要求高，特別是對流段串磚的施工與安裝交叉作業(yè)，工序要求嚴格，施工難度大。爐襯施工是爐子的關鍵工作之一，爐襯的施工質量直接關系到爐子的生產效率和使用壽命。3.1裂解爐筑爐襯里主要施工程序

見圖9

3.2 施工準備

3.2.1 耐火材料的檢驗、保管 所有耐火材料應有合格證或質量證明書，同時按批次對其進行理化性能和外觀幾何尺寸的抽查檢驗，清點各種材料的數(shù)量，做好記錄。不合格、過期和變質的材料應堅決退貨。

3.2.2 施工機具及材料倉庫的準備 在施工現(xiàn)場搭設耐火材料二級倉庫，倉庫的使用面積至少為25×12m，倉庫應防雨、防潮和通風，進庫材料應根據(jù)使用先后次序分批進貨，分類堆放，堆放高度不應超過1.5m，并做好標記，設專人保管。

3.2.3 襯里前檢查驗收 襯里施工前應對鋼結構、各種錨固支撐件的質量進行確認。

3.2.4 測量定位、放線 用經緯儀和水準儀，按測量控制點在爐膛內放出軸線、爐中心線和控制標高?？刂茦烁邩酥井嬙跔t墻的中間和墻角，以便控制爐襯尺寸和檢查鋼結構誤差，根據(jù)爐襯的要求繪出定位放線圖，按順序測量端、側墻相對尺寸，標明爐底板、托磚板、錨固釘、對流段各層角鋼位置，以及對流段鋼串磚桿插孔間距及上下孔同心度。

3.3 筑爐施工方法

3.3.1 輻射段爐襯施工

(1)首先進行爐墻的放線工作，安設定位鋼絲，進行選磚，同一厚度的磚放在同一層砌筑。

(2)輻射段耐火磚墻砌筑時應保持橫平豎直，四面墻同時進行，分層砌筑。各層磚的水平縫均應在同一水平位置上，以保證托磚板下膨脹縫的有效高度符合要求。

(3)檢修門開孔范圍內采用標準磚干砌，磚縫用干耐火粉填滿。

(4)耐火磚的加工應用切磚機或刀鋸切割，不允許用錘或瓦刀砍劈，找正應使用木槌或橡皮錘，泥漿干固后，不得敲打砌體。

(5)特殊、復雜和重要的部位應進行預砌筑，并做好技術記錄。

(6)有抓釘?shù)拇u墻施工時，抓釘應平直地嵌入耐火磚內，抓釘必須安裝在固定板圓孔內，抓釘上表面應與被錨固的磚上表面平齊。

3.3.2 膨脹縫的施工

（1）膨脹縫的留設嚴格按照設計規(guī)定的位置和結構進行，內外層的膨脹縫應錯縫布置。

（2）留設的膨脹縫應均勻平直，縫內保持清潔并按規(guī)定填充陶纖繩，膨脹縫內不得夾有碎磚及其它雜物，填充料應密實且有彈性。

3.3.3 陶纖模塊的施工

（1）使用時應分清纖維模塊各種標記、規(guī)格、牌號和使用部位。

（2）模塊安裝要使用專用工具，嚴禁對模塊亂撕。（3）安裝陶纖模塊前應先安裝燒嘴磚、看火孔磚。

（4）爐墻陶纖模塊的安裝應自下而上按設計規(guī)定的排列方向、型號逐排進行，每排均由爐墻中線開始向兩側安裝。

3.3.4 對流段串磚的施工

（1）施工前，應預先檢查耐火磚與固定桿、固定套是否配套，并應進行預砌筑以確定折流磚位置見圖10及圖11。

(2)砌筑應先砌管支座部位，用設計規(guī)定填料將耐火磚與管支座間空隙填塞密實，然后從兩端開始，在中部完工。管支座處耐火磚砌筑見圖12。

(3)頂部的磚和磚支座之間的膨脹間隙無法滿足設計要求時，則應將頂層磚切削加工，以保證膨脹縫寬度。

4 爐管的安裝

爐管從材質上主要有CRIA、A106B、KHR45A、KHR32C、A312TP347H等。輻射爐管又細又長，吊裝容易產生變形；對流爐管比較長而且較重，對流鋼架間隙又較小，這樣就給爐管組對、焊接帶來很大難度，所以對焊工焊接操作技能提出更高要求，應引起高度的重視，采取可行的施工措施，以保證爐管安裝、焊接質量。

4.1 輻射段爐管

4.1.1 爐管安裝前，每組輻射段爐管吊裝前用0.6MPa的壓縮空氣逐組爐管進行吹掃，重新將管口用管帽進行封閉。

4.1.2 先安裝爐管入口彈簧吊架，彈簧吊架應處于冷態(tài)鎖緊狀態(tài)。

4.1.3 爐管吊裝使用抬尾吊車配合，防止爐管在吊裝過程中產生塑性變形。鋼絲繩不得直接與爐管接觸，應用橡膠板隔離或使用石棉繩等專用鎖具。

4.1.4 爐管從輻射室頂部開孔處進入爐膛，放置在爐底臨時梁上，其入口懸掛在彈簧吊架上，出口臨時固定在鋼結構上。

4.1.5 爐管的組對必須在廢鍋找正后進行，同組爐管全部組對后方可焊接。

4.2 上升管、下降管安裝

4.2.1 上升管、下降管安裝前，應先安裝其彈簧吊架，并調整鎖死在冷態(tài)位置。

4.2.2 在地面上，將上升管、下降管管段內側油污、灰塵清理干凈。上升管、下降管宜在汽包安裝前吊裝就位，固定在其彈簧吊架和鋼結構上。汽包和廢熱鍋爐找正合格后，方可進行上升管、下降管的組焊。上升管、下降管的組焊順序為先組焊下降管后組焊上升管。

4.2.3 從汽包和廢熱鍋爐兩側開始向中間進行配管，上升管、下降管的預拉段應留在中間直線管段上，最后封閉管段應按實際尺寸進行測量，將調整管段多余部分切除。

4.3 爐管焊接

4.3.1 工藝評定

現(xiàn)場爐體配管全部采用手工氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面的焊接工藝方法。爐管焊接前，按爐管材質、規(guī)格和焊接材料進行焊接工藝評定試驗。

4.3.2 焊工要求

參加裂解爐爐體配管焊接的焊工，應為從事過裂解爐施工的優(yōu)秀焊工，并按業(yè)主和監(jiān)理單位的要求進行技能考試。

4.3.3 管道內部保護

為了防止焊縫內部氬弧焊打底時氧化，除A106Gr材質外，其它材質焊接時，管道內部應采取充氬氣保護措施，充氬氣置換時間要充分。使用的氬氣純度要達到99.96%，含水率不大于50ml/m3。氬氣密封室應用可溶性紙在坡口兩側封堵或制作可重復使用的鏈條膠皮式活塞封堵，見圖13。

4.3.4 焊接工藝

(1)輻射爐管

KHR45A、KHR32C系某公司開發(fā)的耐高溫、抗氧化、抗?jié)B碳的特殊合金。主要成份為Cr35Ni45Si2，富含多種微合金：Nb、Al、Ti、Zr等。高溫耐腐蝕合金焊接的主要問題是焊接熱裂紋和氣孔，焊接接頭易過熱、可操作性差。焊接經驗如下：

① 徹底清除焊絲和母材坡口表面的油脂及其他附著物。

② 選用合理的裝配順序和焊接次序，選用較低的線能量、降低層間溫度。

③ 使用帶有熄弧電流自動衰減裝置的焊機進行焊接。

④ 焊材必須采用與母材相當牌號的焊絲（焊條），這樣就保證了焊材與母材同一熔點、同一結晶溫度、同一熱脹（收縮）率等，避免了焊接過程中出現(xiàn)焊肉掛不住、焊縫出現(xiàn)裂紋等缺陷。

⑤ 采用合理、嚴格的工藝參數(shù)，針對厚度為6～8mm的焊縫，其主要焊接工藝參數(shù)見表1。

⑥ 對母材的坡口進行著色檢測，打底焊結束后，再進行著色檢查，焊道焊完后，對表面在進行著色檢查。表面檢測合格后，進行X射線探傷。

表1 焊接工藝參數(shù)表

⑦ 對于返修的焊縫，必須首先確定好缺陷位置，在磨開缺陷時要盡可能的減少開口面積。開口面積越大，補焊熱影響區(qū)越大，產生熱裂紋的傾向越大。

⑧補焊缺陷開口時采用細焊絲、小電流多層焊。

（2）對流爐管

對流段彎頭箱處跳躍管連接彎頭的焊接，由于施焊空間狹小，應采用專用小型柔性氬弧焊把進行施焊，氬弧焊打底時，障礙處應采用內填焊絲法施焊，其它層的焊接全部采用氬弧焊。

（3）其它爐管

上升管、下降管和超高壓過熱蒸氣管鉻鉬耐熱鋼焊口應一次性焊接完畢，焊接層間溫度不應低于250℃。焊接完畢后，應進行250～350℃,30 min的后熱處理。

上升管、下降管預拉伸焊接接頭，此焊口應在其它焊口焊接、檢驗和焊后熱處理完畢后進行施焊。坡口組對時，拉伸量應滿足要求。拉伸卡具應在焊接檢驗和焊后熱處理進行完畢后拆除。

(4)焊條焊絲選用見表2。

5 結束語

裂解爐施工技術通過在兩套乙烯裂解爐的施工應用，裂解爐無論是鋼結構安裝質量，筑爐襯里質量，爐管的焊接質量都取得了較好的業(yè)績，裂解爐施工技術也總結了一定的經驗，但隨著技術的不斷進步和發(fā)展，以及大型吊裝機具在施工中的廣泛應用，裂解爐模塊化安裝的施工技術將越來越多的在乙烯裝置施工中應用，今后還應將裂解爐的施工新技術、新方法不斷總結來完善裂解爐施工技術。

表2 焊條焊絲選用一覽表

1石油煉制工藝學.中國石化出版社.

TE963

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1672-9323（2010）06-0043-06

2010-07-23)