＊陳 俊

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316015）

某公司重油裂解裝置分餾塔在試壓過程中出現(xiàn)舊筒體下段立焊縫出現(xiàn)破裂并帶動上下兩塊壁板受損現(xiàn)象，裂縫位置在塔底上方約10m處（見圖1）。

圖1 塔壁開裂位置

裂紋沿立焊縫開裂，裂縫范圍：縱向約6m，橫向約3m。經(jīng)過原因分析為該焊縫在制造時偏離焊接工藝的要求，采用大電流、高線能量的焊接工藝，在焊縫及熱影響區(qū)形成了沿晶微裂紋，日常生產(chǎn)時連貫成線逐步擴展，從而導(dǎo)致試壓時焊縫撕裂，裂紋周邊塔體母材經(jīng)過力學(xué)性能試驗未發(fā)現(xiàn)異常，符合要求。如果對整個分餾塔進行整體更換，將面臨資金成本、施工周期和生產(chǎn)需求等方面的壓力。經(jīng)過討論研究，設(shè)計院認為在不對分餾塔移位，在原地對開裂部位的塔體進行加固，只更換開裂部分筒體的方案可行。

1.分餾塔基本情況

分餾塔規(guī)格為DN6000/5200×(24+3/20+3/18+3)/(1 8+3)×6 7 0 6 1，該塔高6 7 0 6 1 m m，設(shè)備自重382457kg，分餾塔下部直徑為6000mm，厚度為24+3mm，材質(zhì)為16MnR+0Cr13Al，容積1664m3。開裂的位置如圖1所示，在塔體6-11人孔位置（塔底部上方約10m處），裂縫范圍：縱向約6m，橫向約3m，經(jīng)過綜合考慮，在不移動分餾塔的情況下，對開裂的三層筒體進行更換，并且按照設(shè)計要求對該塔所有焊縫進行無損檢測。

2.分餾塔開裂部位加固

因現(xiàn)場還有許多不確定因素，為了防止分餾塔體進一步損壞，在壁板更換前需要對破損的塔壁進行加固，加固方案見圖2。

圖2 塔體加固示意圖

（1）為了防止裂縫的進一步擴大，在受損焊縫上下兩端臨時加焊一段圓弧立板，止裂板在縱向橫向均設(shè)置，在縱板之間使用δ20mm的鋼板（材質(zhì)20#鋼）進行拉筋加固。

（2）止裂板加工完成后，需要對塔體破損部分進行結(jié)構(gòu)加固（見圖2），防止塔體傾斜。在破損處上方和下方各加設(shè)兩道環(huán)板（環(huán)板采用δ25mm厚，材質(zhì)20#鋼板），環(huán)板寬度400mm，兩道環(huán)板之間高度為400mm，并在兩道環(huán)板之間加設(shè)加強筋板。裂紋上下環(huán)板之間增加12根支撐立柱（立柱選用Φ325×10材質(zhì)20#無縫鋼管），鋼管按照圖2進行布置按照，安裝過程中所有焊接均為滿焊并著色檢測合格。塔體經(jīng)過鋼管立柱加固后，補償了塔底裂紋帶來的強度損失，并在底部給整個分餾塔起到了支撐作用，在壁板更換階段，需要割除部分壁板，剩余的壁板在12根鋼管的支撐下能否滿足強度及穩(wěn)定性的需求，需要進一步進行核算。

（3）為了保證施工過程中的塔體強度，對加固結(jié)構(gòu)進行強度和穩(wěn)定性進行核算。采用ANSYS有限元分析軟件，進行塔設(shè)備及其加固結(jié)構(gòu)的軸向外壓失穩(wěn)計算。根據(jù)塔體以及支撐結(jié)構(gòu)尺寸，建立整體結(jié)構(gòu)的有限元模型。塔體下端面施加全約束，塔體開裂位置上部塔體采用等效密度法，等效480t（包含1.2倍的增重系數(shù)）的塔設(shè)備及其附屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量，其余塔體、筋板、環(huán)板與無縫鋼管按照實際密度進行設(shè)置。修復(fù)時按照在無縫鋼管立柱與剩余塔體（塔體二分之一圓弧截面）共同支撐，載荷工況分為三種：純重力、重力加塔體切除面迎風(fēng)向風(fēng)載、重力加塔體切除面背風(fēng)向風(fēng)載。塔體及其加固結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性計算結(jié)果如表1。根據(jù)GB 150—2011的規(guī)定，16MnR鋼的許用應(yīng)力為189MPa，20鋼的許用應(yīng)力為152MPa，參照ASME VIII—2019中4.12.2壓力容器軸向外壓失穩(wěn)評定方法，經(jīng)過替代計算得到20#無縫鋼管的許用軸向應(yīng)力為125MPa，通過計算結(jié)果表明，采取12根鋼管立柱的加固方案在各種載荷工況下，其鋼管立柱穩(wěn)定性均能滿足要求。

表1 各種載荷工況下的塔體與鋼管立柱強度與鋼管立柱穩(wěn)定性評定結(jié)果表

（4）塔體筒體更換時，此時的上部塔體的重量（估算480t），將由12根立根及剩余塔體（塔體二分之一圓弧截面）共同支撐承擔(dān)，雖然我們經(jīng)過計算，得出其鋼管立柱穩(wěn)定性均能滿足要求。但由于以下四點原因：①施工時間長，沿海風(fēng)力不可預(yù)測，塔體高度高、容易失穩(wěn)；②作業(yè)難度大、安全風(fēng)險系數(shù)高，若產(chǎn)生后果不可接受；③國內(nèi)無可借鑒經(jīng)驗，現(xiàn)場情況復(fù)雜；④設(shè)備進水試壓時，地基承載力偏大。更換筒節(jié)到試壓期間，采用吊機對分餾塔進行卸載配合，吊機選用SCC8000履帶式起重機，90m重型主臂超起性能，作業(yè)半徑為20m，額定載荷為351t，吊機輔助吊裝按塔體重量的70%計算吊裝重量為336t。

（5）塔體加固期間、壁板更換期間，在塔頂部設(shè)置平衡水柱，周期性的觀察水平刻度值，從而掌握塔體水平度的變化。同時通過經(jīng)緯儀塔體垂直度，測量塔體偏移量，及目測頂部樓梯間與塔體的間隙是否還保持一致。

3.分餾塔下部塔體壁板更換

分餾塔裂縫處止裂及整塔加固12根支撐立柱安裝焊接完成后，開始對破損部位塔內(nèi)件及附屬管線進行拆除，下部三層筒體進行更換。

（1）根據(jù)現(xiàn)場實際情況，每層筒節(jié)分為4份，即每次更換四分之一弧面，具體更換順序如圖3所示。每次更換由①→②+③、④→⑤+⑥，⑦→⑧+⑨、⑩→+（根據(jù)現(xiàn)場情況可以在加工廠進行部分壁板拼裝并檢測完成，即②+③、⑤+⑥在加工廠內(nèi)進行拼裝焊接并完成檢測后拉至現(xiàn)場，再進行現(xiàn)場組對安裝?，F(xiàn)場實現(xiàn)2+1的施工，減少現(xiàn)場焊接工作量）分四次進行組對焊接。

圖3 筒體壁板更換布置圖

（2）壁板切割前根據(jù)更換布置圖，現(xiàn)場進行劃線，對利舊筒體進行十字加固，防止變形。切割時，采用等離子切割機自塔內(nèi)向塔外切割，考慮到進鋼板所需的空間，切割面積將大于1/4弧面，但是不得大于1/2弧面。按照焊接工藝卡要求對利舊筒體的焊縫進行消氫熱處理、打磨焊縫。完成坡口打磨、著色滲透、消氫熱處理等工作，相應(yīng)組對卡具準(zhǔn)備齊全后方可進行新壁板安裝焊接。

（3）現(xiàn)場焊接嚴(yán)格按照焊接工藝卡（見圖4）要求進行，安裝順序參照3.1，現(xiàn)場優(yōu)先安裝1#板就位焊接，2#+3#由加工廠加工焊接完成并檢測合格后運輸至現(xiàn)場，由現(xiàn)場組裝人員進行安裝就位焊接，后面以此類推進行施工。根據(jù)工藝卡要求，焊工應(yīng)具備SMAW(N8)-FeⅡ-2G-Fef4J、SMAW(N8)-FeⅡ-3GFef4J資質(zhì)?；鶎雍附拥暮笚l選用J507（E5015），過渡層A302（E309-16）、復(fù)層焊接的焊條選用A137（E347-15）。

圖4 焊接工藝卡

（4）因立柱阻擋，現(xiàn)場部分焊縫無法進行焊接，但其它焊縫均焊接完成后，塔體結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性得到了保證，可以對立柱進行拆除。立柱的拆除對稱進行，每拆除一對立柱，對該處未焊接的焊縫焊接完成后方可拆除（中間間隔一根立柱先不拆）下一對。所有的焊縫在焊接完成后都必須按照圖紙要求進行100%RT檢測，檢測結(jié)果應(yīng)符合NB/T 47013.2規(guī)定的Ⅱ級要求。因為破損處上方和下放各加設(shè)兩道環(huán)板，這兩道環(huán)板在生產(chǎn)中會對塔壁產(chǎn)生約束影響塔壁板膨脹，因此需要對環(huán)板進行拆除或者在環(huán)板上割膨脹縫。

（5）壁板更換完成后，根據(jù)塔壁人孔及油氣入口管道的位置，對其進行開孔并焊接人孔短接和油氣入口接管，筒體壁板更換完成焊縫檢測合格后，恢復(fù)塔內(nèi)件、勞保平臺、保溫。

（6）由于該分餾塔已運行多年，下部筒節(jié)壁板開裂后，只對開裂部分進行更換，為了保證分餾塔能安全平穩(wěn)的運行，對該塔其它舊焊縫進行100%無損檢測，并使檢測結(jié)果符合NB/T 47013.2規(guī)定的Ⅱ級。為了節(jié)約施工周期，這項工作在壁板更換過程中同步進行。

（7）所有塔接管及人孔焊接完畢，分餾塔塔體所有焊縫檢測合格后，加設(shè)盲板并對分餾塔重新進行水壓試驗。試壓壓力0.483MPa，水壓試驗合格后，泄水完畢后，吊機摘鉤離開現(xiàn)場。

4.結(jié)束語

該分餾塔塔高約67m，直徑6m，自重約382t，塔底部裂紋，已不能使用，如果報廢重建，將面臨施工成本、周期及生產(chǎn)等多方面壓力。通過本文所述方法，既保證了安全生產(chǎn)需求，又考慮到施工過程中塔體裂紋擴大及垮塌的風(fēng)險。采用不移位的情況下對底部筒節(jié)更換的施工，此方法作業(yè)面積小，不需要對附屬管線全部拆除，不需要對分餾塔吊出移位，在保證安全的情況下，節(jié)約了施工周期和資金成本，可以給其它類似情況下的施工提供參考。