王建山

中石化第四建設(shè)有限公司 天津 300270

1 工程概況

天津石化130 萬t/ a 催化裂化裝置再生器旋分系統(tǒng)經(jīng)過多年的使用后，旋風(fēng)分離器材質(zhì)已經(jīng)出現(xiàn)劣化的趨勢，并且旋分效率下降比較嚴(yán)重。為確保整套催化裂化裝置長周期運(yùn)行，需對再生器封頭及旋分系統(tǒng)進(jìn)行更換。封頭直徑為8900mm，新封頭及旋風(fēng)分離系統(tǒng)整體重150t。要求在裝置停工期間完成封頭及旋分系統(tǒng)的整體更換，工期非常緊張，僅12d，并且施工現(xiàn)場條件苛刻，在整體吊裝及旋分系統(tǒng)安裝等相關(guān)問題的處理上存在較大的難度。再生器主要技術(shù)參數(shù)和封頭、旋分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分別見表1 和圖1。

催化裝置前部（南側(cè)）吊車站位區(qū)域、封頭承重支架安裝區(qū)域場地較為狹窄，地下管線較多，并且吊車站位區(qū)域內(nèi)有1 座循環(huán)水閥門井，封頭承重支架處還有2口污水井。

封頭及旋分系統(tǒng)組裝工序復(fù)雜：封頭采取整體到貨的形式（集氣室在制造廠安裝完成），集氣室襯里在制造廠進(jìn)行施工，封頭部分襯里在現(xiàn)場進(jìn)行施工。封頭到現(xiàn)場后需要進(jìn)行兩次翻身：首先，封頭采取口朝下的方式使用軸線車運(yùn)至現(xiàn)場，使用2 臺汽車吊完成卸車及第一次翻身,并安裝于1.8m 支架上；然后進(jìn)行封頭襯里施工，待襯里施工完成且強(qiáng)度達(dá)到要求后，進(jìn)行第二次翻身，并安裝于8m 承重支架上。

封頭8m 承重支架處下部存在管線，并且附近有2口污水井，所以承重支架下部鋪設(shè)黃沙進(jìn)行找平，承重支架柱腳下部采取墊路基箱的方式來分散受力，以保證地面受力在其承載范圍之內(nèi)。

表1 再生器技術(shù)參數(shù)

圖1 封頭及旋分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 施工方法

因要求在停工期間內(nèi)完成封頭及旋分系統(tǒng)的整體更換，工期非常緊張，若采用常規(guī)方法無法達(dá)到施工要求。為此，經(jīng)與業(yè)主單位多次論證和分析后，決定采取模塊化安裝的方法，封頭與旋風(fēng)分離系統(tǒng)進(jìn)行地面組裝，停工后對舊封頭及舊的旋風(fēng)分離系統(tǒng)進(jìn)行整體更換。該方案能夠大大節(jié)省整套裝置停工檢修時間，但同時也帶來了極大的技術(shù)風(fēng)險和施工難度。

3 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)

（1）在地面進(jìn)行模塊化組裝，新封頭及旋風(fēng)分離系統(tǒng)整體安裝到舊筒體上，以及焊接過程中旋分垂直度如何保證。

（2）裝置處于開車狀態(tài)，無法測量舊筒體的冷態(tài)周長，新封頭和短節(jié)在制造時的直徑是否執(zhí)行圖紙尺寸，如何保證新舊筒體的直徑在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

（3）8.9m 大直徑封頭的兩次吊裝翻轉(zhuǎn)，尤其是第二次襯里完成后的翻轉(zhuǎn)難度極大。

（4）封頭及旋分在地面進(jìn)行組裝，必須將新封頭架空在一定的高度上，封頭架空如何處理。

（5） 可供650t 履帶吊站位及移動的場地較小，650t 履帶吊超起配重外沿半徑16m，而且超起配重距離地面非常近。為了滿足超起配重的旋轉(zhuǎn)條件，需對以吊機(jī)回轉(zhuǎn)中心為圓心，以16m 為半徑范圍內(nèi)的地表以上障礙物進(jìn)行清理。

現(xiàn)場實(shí)際情況是：吊機(jī)站位（北側(cè)）的前部為裝置的外取熱框架和提升管反應(yīng)器框架，無法進(jìn)行拆除；西側(cè)為破乳劑罐、柴油罐、防火墻，以及2 個支撐新舊封頭的設(shè)備承重支架，無法進(jìn)行拆除；東南側(cè)為閥門井、消防炮等，可以進(jìn)行拆除處理。吊機(jī)西側(cè)和前部（北側(cè)）只能在吊機(jī)站位時予以考慮。在吊車的行走路線上有DN350 EL- 250 消防管線1 根、DN500EL- 1300 管線1 根、DN300EL- 1350 管線1 根、DN300 EL- 1200 管線1 根、DN40 EL- 900 管線1 根，且管線呈東西走向，650t 履帶吊行走時無法避開。

4 問題的分析和解決

4.1 旋風(fēng)分離器的垂直度保證措施

再生器共有一、二級旋風(fēng)分離器8 組共16 臺（每組重量7.8t），旋風(fēng)分離器的最終垂直度偏差在5mm[1]以內(nèi)。為保證旋風(fēng)分離器的垂直度，必須解決好以下四方面的施工問題。

4.1.1 封頭及集氣室的制造精度

封頭及集氣室部分為天津冠杰制造，在旋分更換的方案確定后，我方會同業(yè)主、冠杰及旋分制造廠營口慶營共同確定了施工界面及各方面技術(shù)指標(biāo)的要求，要求冠杰在制造封頭時嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行；每組一級旋分吊掛孔的中心到對應(yīng)的二級旋分出口斜接管中心的距離必須符合圖紙要求，偏差必須全部在0～2mm 以內(nèi)；封頭制造完畢安裝一級旋分吊掛孔及集氣室時，必須保證整個封頭的水平度；必須對業(yè)主及我方進(jìn)行工序報驗(yàn)及最終的尺寸檢測，以保證所有相關(guān)尺寸全部在要求之內(nèi)。

4.1.2 旋分的制造精度及一、二級旋分的組對精度

在與冠杰進(jìn)行對接的同時，也要求營口慶營制造的旋分每組一、二級旋分中心距偏差必須在0～2mm。為保證一、二級旋分的垂直度，每組一、二級旋分的同心度及一、二級旋分的中心距，旋分在組對時必須采取垂直方式。我方與業(yè)主多次對相關(guān)尺寸進(jìn)行了檢測。

4.1.3 一級旋分與吊掛連接及二級旋分與集氣室上的斜接管焊接問題

旋分安裝的垂直度是保證整個旋分系統(tǒng)垂直度的關(guān)鍵。

首先，我方在封頭翻身安裝于8m 大承重支架上之前，先對承重支架柱頂板進(jìn)行抄平，抄平完成后再安裝封頭；封頭安裝于承重支架上后，再對封頭水平度進(jìn)行精確調(diào)整，且在吊裝旋分的過程中每天對封頭的水平度進(jìn)行一次復(fù)測。必須8 組旋分全部吊裝就位后，再對每組旋分進(jìn)行組對、焊接。旋分分組時，在保證每組旋分垂直度的同時，還必須保證8 組旋分的一級旋分進(jìn)風(fēng)口全部在圖紙要求的標(biāo)高，且保證8 組旋分在同一水平面上；然后調(diào)整8 組旋分的垂直度；調(diào)整好垂直度后對二級旋分上口進(jìn)行焊接，在焊接前要對二級旋分上口的組對間隙進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證焊縫受熱后收縮量一致；然后采用2 人對稱焊接，焊接的同時旋分下部安排專人觀察旋分垂直度的變化情況，隨時與上部焊工進(jìn)行溝通，以保證旋分的垂直度在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。

4.1.4 新封頭及旋分系統(tǒng)與舊筒體的組對焊接

（1）在確定旋分更換的同時就制定了封頭更換的一系列措施，如封頭的切割位置、舊封頭的拆除方法及新封頭直筒段的尺寸。

（2）因裝置處于運(yùn)行狀態(tài)，再生器運(yùn)行時其內(nèi)部溫度在700℃左右，外壁溫度在200℃左右，遂對現(xiàn)有筒體切割處采取測量熱態(tài)周長、實(shí)測筒體外表面溫度，并使用自制的整體樣板進(jìn)行貼靠比對。

熱膨脹量（ΔL）計算公式見（1）。

式中：ΔL——熱膨脹量，mm；

t1——現(xiàn)場實(shí)測溫，℃；

t2——環(huán)境溫度，℃；

L——圖紙外周長，mm；

a——平均線膨脹系數(shù)，mm/ (mm·℃)。

現(xiàn)場實(shí)測溫度平均值為 198.5℃， 按照GB150- 2011 中表B.14 鋼材平均線膨脹系數(shù)查得a=12.25×10-6mm/ (mm·℃)[2]，現(xiàn) 場 實(shí) 測 溫 度t1=200℃，圖紙外周長L=28123.537mm，環(huán)境溫度t2=20℃，計算熱膨脹量ΔL= 62.012mm。但現(xiàn)場實(shí)測熱態(tài)外周長為28128mm，經(jīng)過考慮內(nèi)部有襯里及外部有平臺、管線等束縛，決定按照圖紙制作新封頭及筒節(jié)。后經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，在裝置停車氣刨抽條完成后，發(fā)現(xiàn)對口處的周長為28118mm，比圖紙值小了10mm，但此數(shù)值包括抽條時因受熱而收縮的量，因而可以確定再生器器壁在熱態(tài)和冷態(tài)情況下周長的變化較小。

（3）在再生器運(yùn)行狀態(tài)時，使用自制的整體式樣板對再生器對口處的橢圓度進(jìn)行了貼靠，發(fā)現(xiàn)對口處的整體圓形。為此，在對口前在對口處往下返200mm焊接一圈寬200mm、厚20mm 的加固圈，以此來保證舊封頭拆除后對口處不會出現(xiàn)變形。

（4）為保證新封頭安裝時達(dá)到精確的水平度，從而保證旋分系統(tǒng)的垂直度。在割除舊封頭時，利用U 型管進(jìn)行定位，采取分段對稱氣刨抽條的方法來減少熱影響變形。舊封頭吊除后，先對舊筒體的對口處進(jìn)行修口，然后利用U 型管對對口處的水平度進(jìn)行最終的測量和修正，從而確保舊筒體組對基準(zhǔn)面的水平度。

4.2 大直徑球形封頭的吊裝翻轉(zhuǎn)

封頭的翻轉(zhuǎn)分為3 個步驟：起吊離地懸空，封頭采用2 臺吊車平抬，封頭處于平衡狀態(tài)；封頭采用主吊車（1 臺吊車）吊裝兩個吊耳，溜尾吊車緩慢送繩，最終使封頭環(huán)口呈豎直狀態(tài)；封頭以主吊車吊鉤為中心旋轉(zhuǎn)180°，溜尾吊車將鋼絲繩栓掛在另外2 個吊耳上緩慢起吊，將封頭另一側(cè)吊起，完成封頭翻轉(zhuǎn)過程。

再生器封頭直徑為8.9m，為滿足襯里施工的要求，封頭需進(jìn)行兩次翻轉(zhuǎn)。特別是第二次翻轉(zhuǎn)時，內(nèi)部襯里已經(jīng)施工完畢，其重量大，翻轉(zhuǎn)難度也大。

4.2.1 吊裝方式的選擇及吊耳的設(shè)計

吊耳的選擇與設(shè)計兼顧封頭翻轉(zhuǎn)和最終封頭與旋風(fēng)分離系統(tǒng)的整體吊裝。在封頭頂部接近于一級旋分吊掛孔心線的圓周上布置4 個50t 級的板式吊耳，用于封頭及旋分系統(tǒng)的整體吊裝。在吊裝物體（封頭、直筒段、集氣室）的重心位置上布置2 個50t 級的板式吊耳，規(guī)格同上述4 個50t 級的板式吊耳；在下部貼近封頭直筒段環(huán)口的位置對稱于上述2 個吊耳位置內(nèi)部設(shè)置2個板式吊耳，用于翻身。具體的吊耳焊接位置見圖2。

圖2 吊耳布置圖

再生器封頭到貨狀態(tài)為環(huán)口朝下，使用軸線車運(yùn)至現(xiàn)場，封頭卸車及第一次翻身使用2 臺汽車吊完成；將封頭從口朝下狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成口朝上狀態(tài)，吊裝重量60.8t（包括封頭、直筒段、集氣室及集氣室的部分襯里）；卸車及將封頭吊成豎直狀態(tài)使用2# 和3# 位置吊耳進(jìn)行，其中3# 吊耳為主吊耳，2# 吊耳為溜尾吊耳；封頭吊至豎直狀態(tài)后，使用4# 吊耳作為溜尾吊耳將封頭提升完成翻轉(zhuǎn)任務(wù)。

4.2.3 封頭的第二次翻轉(zhuǎn)

集氣室及再生器封頭的所有襯里全部施工完畢后，進(jìn)行封頭的第二次翻轉(zhuǎn)，即將封頭從仰置狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成臥置狀態(tài)，吊裝重量91t。

此次翻轉(zhuǎn)首先使用3# 和4# 位置吊耳將封頭吊裝成豎直狀態(tài)，其中3# 吊耳為主吊耳，4# 吊耳為輔吊耳。為保證翻轉(zhuǎn)時不損壞直筒段的橢圓度及襯里，在4# 吊耳處采用2 根φ219×18 的無縫鋼管進(jìn)行加強(qiáng)。封頭呈豎直狀態(tài)后，將2# 吊耳作為輔助溜尾吊耳完成后續(xù)翻轉(zhuǎn)任務(wù)。

4.3 封頭與旋風(fēng)分離器組裝的架空處理

封頭架空必須具備3 個條件：

（1）封頭懸空置于一定的高度上，而且必須滿足8組旋風(fēng)的吊裝空間需求。

（2）每組旋分的重量達(dá)8t，吊裝時只能從封頭的下部斜向穿入，在穿入的過程旋分將對封頭產(chǎn)生水平和豎直兩個方向的作用力；另外，旋風(fēng)分離器的就位是逐個進(jìn)行的，在所有的旋風(fēng)分離器全部就位前，旋分將對封頭產(chǎn)生一個偏心力。這兩種不均勻的受力最終全部需要封頭的承重支架承受。

中醫(yī)診斷學(xué)是根據(jù)中醫(yī)學(xué)理論，研究診察病情、判斷病種、辨別證候的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能的一門學(xué)科[1]。它是繼《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》課程學(xué)習(xí)后，緊接著開設(shè)的一門課程，它不僅是中醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)課，也是從基礎(chǔ)理論過渡到臨床各科的橋梁課程，可見其重要地位不可忽視。理論實(shí)踐相結(jié)合地教學(xué)模式不僅是本書特性的體現(xiàn)，也是最合適于本科生的中醫(yī)診斷學(xué)教學(xué)模式。

（3）為滿足旋風(fēng)分離器的最終垂直度要求，需要保證封頭安裝前承重支架上表面的水平度。

為滿足以上旋風(fēng)分離系統(tǒng)模塊化安裝的需求，特別設(shè)計了1 個高8m 的八卦形架空裝置（圖3）。

圖3 架空裝置示意圖

4.4 封頭及旋分系統(tǒng)整體吊裝工藝

4.4.1 吊裝工藝

（1）封頭及旋分系統(tǒng)吊裝采用650t 履帶吊，站位于催化裝置前部（南側(cè)）；

（2）主吊索具采用2 根Φ65mm－6×37+FC－1770MPa 20m 鋼絲繩(每根兩彎四股使用)，以及4 個55t 級卡環(huán)，分別與頂部4 個50t 級板式吊耳連接。具體吊裝參數(shù)見表2。

表2 吊裝參數(shù)表

650t 履帶吊組車在6# 路上進(jìn)行，桿長78m，具體位置見圖4。

圖4 平面布置圖、地基處理圖、吊車組桿圖

4.4.2 地基處理方案

4.4.2.1 地基計算

吊裝作業(yè)時，650t 吊車對地面壓力（設(shè)備吊裝就位狀態(tài)）計算式見式（2）。

式中：G2——650t 吊車自重，836t（車體276t+ 車身壓重60t+ 后配重200t+ 超起配重300t）；

P1——650t 吊車所受最大載荷，193t。

吊車作業(yè)時，每條履帶板下方鋪設(shè)5 塊6000mm×2000mm 路基板箱（共10 塊），由此計算地面承壓面積：A1=6m×2m×5=60m2（按照單條履帶受力考慮）。

650t 吊車對地面壓強(qiáng)：

因此，出于安全考慮，主吊車站位區(qū)域地基承載能力不得小于18t/ m2。

4.4.2.2 地載力試驗(yàn)

委托天津市地質(zhì)工程勘察院對吊車站位區(qū)域進(jìn)行地載力試驗(yàn)，地載力靜測值按照500kPa 進(jìn)行試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果為合格。

4.4.2.3 地基處理方法

650t 吊車站位區(qū)域?yàn)榛炷恋孛?，混凝土層厚度約200mm。吊裝前在吊裝區(qū)域鋪墊300mm 厚石子，上面鋪設(shè)鋼板（3m×6m×0.03m），最后在鋼板上鋪設(shè)大型路基箱（6m×2m×0.3m），鋼板和路基箱的鋪設(shè)要最大限度地降低對地壓強(qiáng)，以保證吊裝工作的安全順利進(jìn)行。650t 吊車進(jìn)車行走區(qū)域地下管線中除消防管線在混凝土地面以下，其余管線離地表較深。根據(jù)多年的吊裝經(jīng)驗(yàn)，地表1m 以下的管線在履帶板下部鋪設(shè)路基箱，路基箱的下部再墊鋼板，鋼板下部采用碎石子找平完全可以滿足吊車行走。但消防管線因離地表太近，我方經(jīng)過研究決定采取在管線兩側(cè)將碎石子墊的高度稍高一點(diǎn)，消防管線處稍低一點(diǎn)，將路基箱鋪設(shè)在下部，使消防管線處不受力。吊車站位前部地溝內(nèi)部鋪設(shè)φ219×10 的管線，然后內(nèi)部填充河沙以保護(hù)地溝。

4.4.2.4 閥門井處理

650t 履帶吊車站位區(qū)域東南側(cè)緊鄰閥門井，井深約2m。為防止吊車站位作業(yè)時發(fā)生閥門井塌方危及吊裝作業(yè)安全，決定將閥門井進(jìn)行填埋處理。閥門井處理方式如下：將閥門井井沿高出地面部分全部鑿除；地管周圈將磚墻全部砸除，以免地管沉降時磚墻將管線擱壞；用鋼板和型鋼對井內(nèi)進(jìn)行加固；對鋼板與井壁縫隙使用灌漿料進(jìn)行填縫；用河沙將加固完成的閥門井內(nèi)部填充，且每填充500mm 進(jìn)行踩實(shí)一次，直至填至井沿；最后，用粗砂對井口進(jìn)行找平處理并壓實(shí)，上面鋪設(shè)2 層厚度30mm 鋼板。閥門井處理如圖5 所示。

4.5 吊裝索具及吊耳強(qiáng)度計算

4.5.1 吊耳強(qiáng)度校核

4.5.1.1 吊耳板的強(qiáng)度校核

圖5 閥門井加固圖

吊耳材料選用 Q245R 鋼板， 屈服極限σs=245MPa，[σ]=σs/ 1.6=153.1MPa，[τ]= [σ]/ 1.7=90.1MPa，焊縫處[σ]C-C=[σ] ×0.7=107.2MPa。單個吊耳設(shè)計載荷50t，共4 個，取載荷系數(shù)1.1。吊耳受力示意圖見圖6。

圖6 吊耳受力示意圖

4.5.1.2 焊縫S1截面強(qiáng)度校核

S1截面抗彎截面系數(shù)W=0.00169m3。

彎曲正應(yīng)力σ=M/ W=79.7MPa

S1截面剪應(yīng)力τ=FH/ S1=24.5MPa

當(dāng)量σmax=(σ2+3τ2)0.5

=90.3MPa＜[σ]C-C=107.2MPa

4.5.1.3 耳孔強(qiáng)度校核

耳孔擠壓應(yīng)力，由拉曼公式得，

因此，符合吊裝使用要求[2]。

綜上所述，此吊耳板設(shè)計符合吊裝要求。

4.5.2 鋼絲繩強(qiáng)度校核

4.5.2.1 第一次翻轉(zhuǎn)

主吊鋼絲繩為Φ60mm－6×37+FC－1770MPa、10m/ 根的鋼絲繩2 根，每股鋼絲繩的破斷拉力為2100kN，鋼絲繩扣與水平線的夾角按60°計算，則k＝2100×sin60°×2/（9.8×60.8）＝6.1＞5，滿足鋼絲繩強(qiáng)度條件。鋼絲繩與每個吊耳之間用35t 卸扣連接（共需2 個卸扣）。

輔吊鋼絲繩為Φ50mm－6×37+FC－1770MPa、8m/ 根的鋼絲繩2 根，每股鋼絲繩的破斷拉力為1460kN，鋼絲繩扣與水平線的夾角為60°，則k＝1460×2×sin60°/ 9.8×42.6＝6.1＞5，滿足鋼絲繩強(qiáng)度條件。4.5.2.2 第二次翻轉(zhuǎn)

主吊鋼絲繩為Φ50mm－6×37+FC－1770MPa、10m/ 根的鋼絲繩2 根，一彎兩股使用，每股鋼絲繩的破斷拉力為1460kN，鋼絲繩扣與水平線的夾角按90°計算，則k ＝1460×sin90°×4/ （9.8×91）＝6.55＞5，滿足鋼絲繩強(qiáng)度條件。鋼絲繩與每個吊耳之間用55t 卸扣連接（共需2 個卸扣）。

輔吊鋼絲繩為Φ60mm－6×37+FC－1770MPa、10m/ 根的鋼絲繩2 根，每股鋼絲繩的破斷拉力為2100kN，鋼絲繩扣與水平線的夾角為60°，則k＝2100×2×sin60°/ 9.8×63.7＝5.8＞5，滿足鋼絲繩強(qiáng)度條件。

4.5.2.3 封頭就位吊裝

主吊鋼絲繩為Φ65mm－6×37+FC－1770MPa、20m/ 根的鋼絲繩2 根，每根兩彎四股使用，每股鋼絲繩的破斷拉力為2560kN，鋼絲繩扣與水平線的夾角按60°計算，則k＝2560×sin60°×8/ （9.8×181）＝10＞5，滿足鋼絲繩強(qiáng)度條件。鋼絲繩與每個吊耳之間用55t 卸扣連接（共需4 個卸扣）。

4.5.2.4 煙道吊裝

主吊鋼絲繩為Φ40mm－6×37+FC－1770MPa、20m/ 根的鋼絲繩2 根，每根一彎兩股使用，每股鋼絲繩的破斷拉力為935kN，鋼絲繩扣與水平線的夾角按90°計算，則k ＝935×sin90°×4/ （9.8×55）＝6.94＞5，滿足鋼絲繩強(qiáng)度條件。每根鋼絲繩用1 個35t卸扣配合使用（共需2 個卸扣）。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明，催化裂化裝置再生器旋分系統(tǒng)的更換采用模塊化安裝法，封頭與旋分系統(tǒng)進(jìn)行地面整體組裝，裝置停車后對舊封頭舊旋分系統(tǒng)進(jìn)行整體更換的方案，是切實(shí)可行的。該方案不僅大大節(jié)省了裝置的停工檢修時間，而且保證了旋分系統(tǒng)苛刻的垂直度、一旋入口標(biāo)高等一系列技術(shù)指標(biāo)達(dá)到要求。