常减压塔模块化安装施工工法
1 前言
近几年，国家建立大型千万吨级的炼油基地，加快油品质量升级，减少污染物的排放量，提升炼油生产能力，降低能耗。常减压蒸馏装置作为千万吨级的炼油核心装置之一，其常压塔和减压塔是装置的核心设备。
XXX公司近年来在全国各地承建了不同生产能力的常减压蒸馏装置，在承建过程中不断探索、优化模块化施工，取得了良好的效果。本工法以2014年竣工投产的XXX 装置的常减压塔模块化制作安装过程进行详细的阐述。
常减压塔由于超高、超重，受运输条件限制，分段組焊。在施工策划中，借鉴我公司在其它项目的经验，对项目施工经验和不足之处，进行分析讨论，进行创新，提出模块化制作安装的工艺；针对重点、难点采取有效措施，有效的解决了塔体复合板焊接难点、设备合理分段运输及现场组焊的问题，以及大直径转油线管口水压试验时盲板封堵等其它施工难点。
2 工法特点
2.1 根据所采用的焊接方法和使用的焊接机具情况，本工法中常减压塔焊接坡口选用K型不对称形式。同时在施工现场搭设水平度满足要求的钢平台，采取合理的加固措施，保证塔体水平度、组对安装精度满足要求，有效控制了筒体的椭圆度、端面不平度、棱角等误差，保证了设备组焊安装质量。
2.2 常压塔的转油线直径D900mm、减压塔的转油线直径D2600mm，在水压试验前需对设备接管管口用盲板进行封堵，提前通过协调，制造厂家直接将转油线与塔体接管管口对焊后，在管口后焊接封头，有效的解决了试压盲板封堵的问题，试压完毕后将封头从塔内割除，提高了施工效率。
2.3 常减压塔的安装脚手架搭设完毕后，严格按照工序进行交接验收实施，检查、验收、挂牌，常减压塔内外搭设的脚手架均采用双排脚手架，作业层满铺钢跳板，钢跳板用铁丝绑扎结实。
2.4 在施工现场单独为常减压塔的组焊预留足够的施工场地，确保劳动保护以及附塔管支架、塔内件焊接及固定件等均在地面安装完成，最大程度的提高地面安装深度，提高施工效率。
3 适用范围
本工法适用于常减压蒸馏装置常减压塔的制造，以及塔体现场组焊安装。
4 工艺原理
4.1 常减压塔在制造厂分段制作成筒体供货，现场将筒体组成段，采取分段组焊安装。塔内件及固定件以及设备开孔接管均在现场焊接完成。减压塔在现场组装场地搭设水平钢平台将十段筒体组装成五大段再分别吊装，在高空对五段筒体组对焊接就位，常压塔按三段吊装就位。
4.2 筒体预制过程中，接管附件、塔内固定支撑件、劳动保护以及附塔管支架、护板均在制造厂完成，核算上述吊装重量，保证在吊车允许吊装重量内最大程度的在地面安装完成。
4.3 常减压塔焊缝检测执行JB/T 4730标准，现场焊接B类环焊缝100%射线Ⅱ类检测。在现场组装平台组对环焊缝焊接完毕后，对当天能焊接完成的焊缝立即在晚间进行焊缝检测，加快施工效率。
4.4 常减压塔体转油线的接管管口直径分别是D900/2600mm，这两根接管分别与转油线连接，在塔内将转油线接管管口加长200mm，在其端头焊接球形封头，转油线在制造厂完成水压试验，合格后运输到现场安装，转油线与塔体安装完成后，球形封头暂不拆除，在塔体完成水压试验后在拆除（球形封头将塔体和转油线完全隔断，保证塔体水压试验时，塔体的水不能进入到转油线中）。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程，见图5.1。
图5.1 施工工艺流程
5.2 常减压塔安装操作要点
5.2.1 基础验收
减压塔筒体安装在标高+EL26m的框架式基础上，其环墙式基础上36个M56地脚
螺栓均匀分布。其中8根为基础预埋锚板型地脚螺栓，其余为地脚螺栓预留孔。基础在醒目的位置标识标高基准线、纵横中心线，沉降观测点，对基础标高、表面平整度、地脚螺栓间距和同心度严格测量验收。
基础各部位的尺寸及位置的偏差数值，其验收标准见表5.2.1。
表5.2.1 框架式混凝土基础质量标准单位：mm 序号检查项目允许偏差值检验方法
1 基础坐标位置X、Y值（纵、
横轴线）
基础15 全站仪、经纬仪、
钢尺检查
柱、梁8
2 垂直度每层 5 吊线坠、经纬仪、
钢尺检查
全高H/1000且不大于20
3 标高层高0
-10 水准仪、水平尺、
钢尺检查
全高0
-20
4 平面度8 用2m钢尺检查
5 预埋地脚螺栓中心线位置 2 拉线、钢尺检查
6 预留孔中心线位置10 拉线、钢尺检查注：X、Y为相对轴线距离；H为结构全高。
5.2.2 塔体及内件及附属构件材料的验收
1 减压塔、常压塔的供货状态，分别见表5.2.2-1和5.2.2-2。
序号分段规格设备本体标高简图
1
Φ5000筒体 +下封头下封头下部～EL-2600
2
Φ5000/Φ9800锥段+裙座EL-2600～EL2500
序号分段规格设备本体标高简图
3
Φ9800mm筒体1 EL2500mm～EL7250mm
4
Φ9800mm筒体2 EL7250mm～EL12000mm
5
Φ9800mm筒体3 EL12000mm～EL17000mm
6
Φ9800mm筒体4 EL17000mm～EL21800mm
7
Φ9800mm/Φ7800mm锥段EL21800mm～EL26900mm
8
Φ7800mm筒体EL26900mm～EL30900mm
9 Φ7800mm/Φ5400mm锥段+500mm
筒节
EL30900mm～EL34550mm
10
Φ5400mm筒体 +上封头EL34550mm～上封头上部
注：1）除Φ5000mm段采取整体交货外，其余段接管不安装（上封头接管法兰与封头焊接除外，以上封头切线为基准），接管与法兰以及人孔预制成部件单独交货；
2) 一次焊接内件（除Φ5000mm段的一次焊接件由制造厂完成，其它分段筒体口处500mm
之内一次焊接件在现场焊接）由现场进行安装焊接；
3) Φ9800mm段总高预留30mm焊接收缩余量，Φ7800mm段总高预留10mm焊接收缩余量。
表5.2.2-2 常压塔分段供货一览表
2 塔体等附属材料的验收
1）塔体、内件、附属构件材料必须符合设计要求，有出厂合格证、质量证明书及安装说明书等技术文件；塔的主体、主要零部件及焊接所用材料应符合设计图样要求，并具有制造厂的出厂合格证或质量证明书。质量证明书应包括材料牌号、炉号、规格、化学成分、力学性能及供货状态等。
2）塔的外形尺寸、缺件、损坏、变形及锈蚀状况，检查清点应在有关人员参加下及时填写“验收、清点记录”。见表5.2.2-3、5.2.2-4、5.2.2-5。
表5.2.2-3 筒体高度允许偏差
表5.2.2-4 外圆周长允许偏差单位：mm
表5.2.2-5 筒体不直度ΔL允许偏差
5.2.3 塔体的组对
1 筒体的组对安装在现场钢平台上进行。减压塔在制造厂分十段筒体供货，在地面上组装成五段后吊装就位，减压塔预制吊装状态情况见表5.2.3-1，常压塔见表5.2.3-2。
2 筒体分段组装时，在底圈筒体的上口内侧或外侧每隔500mm设置一块定位板，以定位板为基准，上段筒体按照方位线安装到位，相邻筒节四条方位线必须对正，其偏差值不得大于5mm；在对口处每隔500mm放置间隙片一块，用调节丝杠调整组对间隙，用卡子、销子调整错边量，使其沿圆周均匀分布，防止局部超标。对口错边量不应大于上圈板厚的20％，且≤1.5mm，检查符合要求后进行定位焊。
3 筒体环缝组对后应满足下列要求:
1) 复合钢板组对应以复层表面为基准，错边量不应大于复层厚度的50%，且不应大于2mm，检验采用焊缝检查尺；
2）对接环焊缝处形成的棱角E应小于等于壁厚的10%加2mm，且不大于5mm。用长度不小于300mm的检查尺检验；
表5.2.3-1 减压塔预制吊装状态一览表
分段情况第一段第二段第三段第四段第五段
规格Φ5000mm筒体 +下封
头+Φ5000mm/Φ
9800mm锥段+600mm筒
节+裙座Φ9800mm筒体1+Φ
9800mm筒体2
Φ9800mm筒体3+Φ
9800mm筒体4
Φ9800mm/Φ7800mm锥
段+Φ7800mm筒体+Φ
7800mm/Φ5400mm锥段
+500mm筒节
Φ5400mm筒体 +上封头
简图
对接焊缝材质
Q345R+S30403 Q345R+S30403 Q345R+S30403 Q345R+S11306 Q345R+S11306 壳体重量94.42t 87.7t 93.334t 60.22t 46.134t 接管附件重量 1.197t 4.515t 1.823t 3.218t 2.439t
塔内固定支撑件20t 20t 20t 20t 20t 劳动保护重量 4.88t 5.88t 5.88t 5.88t 4.88t
钩头、平衡梁、钢丝
绳、吊耳重量
15t 15t 15t 15t 15t
附塔管支架、护板4t 4t 4t 4t 4t 总重139.497t 137.095t 140.037t 108.318t 92.453t
7
表5.2.3-2 常压塔预制吊装状态一览表
3）定位焊的长度、厚度和间距应符合表5.2.3-2的规定，定位焊应有足够的强度。引弧和熄火点都应在坡口内，发现裂纹等缺陷，必须清除重新焊接；
表5.2.3-2 定位焊缝质量标准单位：mm
5.2.4 复合钢板的焊接
1 焊接工艺评定
焊接工艺评定是确保压力容器焊接质量的重要措施，依据NB/T47014-2011，焊接材料及焊接工艺评定的选用如下表5.2.4-1的规定：
表 5.2.4-1 焊接工艺评定
2 焊工资格
所有参与设备焊缝及附件焊缝的焊工，需将焊工技能操作证原件交质量管理部门检查备案。持证焊工应按TSG Z6002规定，承担与考试合格项目相应的焊接工作，同时焊工按照五建公司项目管理要求，考试合格后持证上岗,严禁无证上岗，越级施焊等情况。
3 电焊机
根据焊接工艺要求选用同型号的时代焊机，并配备检验合格的电流表电压表各一块。
4 电焊条
电焊条的选用，将选用的焊材合格证及时报监理、业主等单位审批合格后，现场再进行焊接作业，规格φ3.2mm、φ4.0mm两种，焊条药皮含水量、融敷金属扩散氢含量，均符合NB/T47018规范要求，焊条烘烤要求见表5.2.4-2中。
5 焊接环境
1）组对焊缝以下1m的位置要有安全牢固的施工平台，在地面组装时就地搭设组对安装脚手架平台，在高空的组对平台，利用设备每层通道平台（设备平台在安装焊接
中对支撑梁采取加固措施），在设备的平台上搭设脚手架组对平台，上下通道利用旁边的楼梯间通道，搭设通道到相应的组对层。
2）焊缝外侧要有防风、挡雨设施，可采用彩钢板围护，局部用脚手架杆做支撑，顶部用防火篷布达到防风防雨措施。
3）分段设备订口处用防火阻燃篷布防护，用扁钢圈将防火阻燃篷布和设备筒体夹紧，外贴防水密封胶带，进行密封。
6 焊接工艺参数
1) Q345R+S30403复合材料
焊接坡口形式见图5.2.4-1，焊接范围参数见表5.2.4-3。
表 5.2.4-3 焊接范围参数
2） Q345R+S11306复合材料
焊接坡口图见图5.2.4-2，焊接范围参数见表5.2.4-4。
55°±5°
图5.2.4-2 焊接坡口图
表5.2.4-4 焊接范围参数
3） Q345R+S30403对接Q345R+S11306复合材料
焊接坡口图见图5.2.4-3，焊接范围参数见表5.2.4-5。
55°±5°
图5.2.4-3 焊接坡口图
表 5.2.4-5 焊接范围参数
7 焊接注意事项：
1）严防碳钢焊条焊接在复层或过渡层，碳钢焊条需堆焊在基层上；
2）碳钢焊条的飞溅若落在复层的坡口面上时，要仔细及时清除；
3）焊接时，架设两台经纬仪随时观察设备垂直度，两台经纬仪位置互成90°夹角，焊接过程中，设备的垂直度要随时检测确认，一旦有少量变动，立即对设备垂直度进行修正处理；
4）施焊基层时不得将基层金属堆焊在复层上；
5）焊件组对点焊固定时，选用的焊接材料及工艺措施应与正式焊接工艺相同；
6）在点焊发现缺陷应及时清除重焊，正式焊缝一部分的根部定位焊缝还应将其表
面的焊肉清理干净，并将两端修整成缓坡形；
7）正式施焊前可在试板上进行堆焊试验，调整好各工艺参数并确认无气孔后再进行正式焊接；
8）在保证焊缝熔透或熔合良好的条件下，应在焊接工艺规程允许范围内采用大电流，快速施焊，焊条的横向摆动幅度不超过其直径的三倍；
9）多层焊时，层间温度应尽可能低。层间存在的氧化物、焊肉超高及其它焊接缺陷，应用机械方法或不锈钢丝刷彻底清理干净；
10）在堆焊前，应对基层焊接接头进行打磨，并且基层表面和经打磨过的表面不得有裂纹等缺陷存在。在堆焊前清理复层表面应用不锈钢丝刷清除；
11) 在常减压塔体焊前应在内层焊道上下两侧1m范围内刷白垩粉进行保护；
12）对于复合钢板焊接工艺：焊接顺序是先从基层一侧进行底焊，并逐层焊满碳钢焊缝。然后从复层一侧铲焊根，槽深8～10mm为宜，再焊接过渡层及复层焊缝；
13）过渡层及复层焊接宜用小线能量多道焊接，奥氏体不锈钢（S30403）复层焊接层间温度不宜大于150℃，奥氏体-铁素体双相(S30403+S11306)不锈钢复层焊接层间温度不宜大于100℃；
14）不锈钢接管与设备不锈钢复合钢壳体组焊时宜采用内齐平结构；复合接管（包括人孔筒节）或碳素钢及低合金钢接管与设备不锈钢复合钢壳体组焊，应使接管端部与不锈钢复合钢壳体复合钢板界面对齐；焊接过渡层和复层焊缝时将将管段部堆焊成形；
15）复合板焊接时由于其两种材料导热性能差异，结晶收缩率不同，焊接工序较多，因此焊接变形较大，焊接时必须采取一定的预防措施。
5.2.5 常减压塔水压试验盲板封堵。
常减压塔的筒体接管管口的转油线的规格分别为D900mm和D2600mm，接管管口盲板封堵难度大，在施工过的已完的(XXX常减压/XXX石化常减压)两个项目中采取了不同的封堵方法，具体如下。
1 XXX石化常减压蒸馏装置施工中，D3200mm的转油线采用内置盲板进行封堵。用δ=35mm、Q345R碳钢盲板，安装在低速转油线内侧，将复层打磨掉，盲板焊接在基层。盲板内外侧用25#工字钢进行井字撑加强，同时将复层磨掉12个点，井字撑节点与基层焊接牢固。待试压完毕后，拆除盲板及井字撑，并清理干净。对盲板及井字撑12个点割除的不锈钢复层采用氩弧焊填平补齐。
2 转油线采用内置盲板进行封堵的方法，虽然可以在塔体充水时，达到连接转油线与炉子的工艺管道也可以同时进行施工，节约了现场的施工时间。但在转油线与塔开孔焊接时，由于转油线吊装、安装易产生应力，复合板对接焊缝焊接完毕后易产生延迟裂纹，导致焊缝焊接的合格率下降，降低了安装质量。
3 XXX常减压塔的模块化制作安装工程中，总结XXX常减压塔的安装经验，转油线施工采用球形封头进行封堵，塔体在水压试验时，将转油线和塔体之间隔开，达到了塔
体设备接管口盲板封堵的效果，也将对接产生的应力消除，加快了施工进度，降低了施工安全风险，减少了现场重复施工。
6 材料与设备
6.1 材料
以XXX装置常减压塔设备组焊为例，措施用料见表6.1.
表6.1 主要措施用料表
6.2 机具设备
机具设备见表6.2
表6.2 主要机具设备一览表
7 质量控制
7.1 执行标准
执行标准一览表，见表7.1。
7.2 质量保证措施
7.2.1 基础施工质量
常减压塔裙座坐落在基础平面上，通过加垫铁调整基础水平与标高。设备底座螺栓孔距、孔径、孔数，是否与混凝土基础预埋螺栓相对应，表面的不平度偏差，都严格控制在技术规范规定的范围内。
7.2.2 组装质量
常减压塔各段筒体在平台上进行组对，每段筒体的上下口直径、水平度、椭圆度及对口间隙、错边量、棱角度等都严格控制在规定的范围内，组装时不得强力组对。
7.2.3 焊接质量
1 焊接防变形及预防措施
复合板焊接时由于其两种材料导热性能差异，结晶收缩率不同，焊接工序较多，因此焊接变形较大，焊接时必须采取一定的预防措施。
1）环焊缝焊接可采用在焊缝上下加胀圈，采用对称焊接方法；
2）焊接时宜采用分段退步焊接和均匀对称焊接等方法，以减少变形；
3）对于焊接中由于收缩带来的自然变形应加以控制。
2 焊接检查
1）焊缝必须进行百分之百外观检查，检查前应将焊缝及其附近表面的飞溅物清除。
2）筒体内壁复层焊缝焊后应进行打磨处理，使之平整光滑，焊缝不允许有表面裂纹、表面气孔、夹渣及熔合性飞溅等缺陷；
3）焊缝余高应小于等于1+0.1b1，且不大于3 mm（b1为焊缝宽度），内焊缝不大于2mm；
4）对于待堆焊表面按堆焊要求进行处理，焊缝表面不允许有表面凹陷；
5）对接接头必须全部焊透，不得有咬边，如有咬边缺陷需进行补焊处理，焊后塔体内侧焊缝须磨至与母材平齐。复层不得有咬边等其它缺陷存在。
8 安全措施
8.1 应执行的国家、行业和地方的法律法规及规定
中华人民共和国国务院令建设工程安全生产管理条例；
XXX公司健康、安全、环境管理体系；
XXX公司安全生产监督管理制度、安全检查规定、安全教育管理规定；
XXX公司临时用电安全管理规定。
8.2 措施
8.2.1 严格执行国家、地方的法律法规和行业的有关规定，做好安全教育，充分做好风险和环境识别以及应急预案措施。
8.2.2 做好安全技术交底，对施工方法、工艺程序、工艺要求、现场作业特点、关键控制点等做详尽交底。
8.2.3 施工用电必须做到规范，并作随时、定时检查。用电设备应由专业人员进行维修及定期维护，并做好防雨措施。导线、把线、电缆线应避免损坏漏电，电动设备、工具须配备相应的漏电保护器。
8.2.4 筒体摆放、运输应平稳，吊装运输前作技术交底，按要求详细检查吊装机索具、吊耳，确认无误后方可起吊，吊装时由专人统一指挥，吊装过程中应平稳，严禁冲撞脚手架。
8.2.5 脚手架的搭设编制专项施工方案，并按方案执行。脚手架、梯子、安全网需经联合检查确认，合格后挂牌方可使用，并定时检查。
8.2.6 每个动火的操作平台，四周设三防帆布（高约1.2m），钢跳板上铺设二层防火石棉布，每个动火点设4～6个灭火器材。
8.2.7 无损检测应设专门警示牌及警戒线，现场作业时须按规定要求进行。
8.2.8 夜间作业应有足够照明，冬季、雨季做好防冻防滑工作。壳体内施工应使用12V安全行灯。
8.2.9 压力试验时，应设警戒线，无关人员严禁进入试压区。
8.2.10 进行X射线检测时，必须根据项目HSE管理规定办理射线作业票，与业主取得联系、同意，应和其它工序错开，避免射线伤害，作业现场无防护时，则以X射源为中心的30m内不得有人，并设“当心辐射”的警告牌，设监护人和临时围栏。
9 环保措施
9.1 执行的国家和地方（行业）环境保护法规
中华人民共和国环境保护法；
中华人民共和国环境噪音防治法（修订）；
中华人民共和国放射性污染防治法；
XXX公司建设项目环境保护管理实施细则。
9.2 环保措施
9.2.1 遵守国家有关环境保护的法律法规，建立有效的环境监测系统，加强对施工现场粉尘、噪音、废气、废水的检测和监控工作。现场定期检查、考核各项环保工作，
及时采取消除粉尘、废气、废水噪音的污染措施。要对易飞扬的细颗粒、散体材料和废弃物的运输、堆放应具备可靠的防扬尘措施。禁止在施工现场焚烧垃圾。
9.2.2 现场及时回收余料、废料、严禁乱堆乱放，做到工完料净场地清，保证施工场地清洁、道路畅通，排水系统处于良好的使用状态。在车辆、行人通行的地方施工时，应设置施工限行标志。
9.2.3 常减压塔试压完成后，按照业主指定的排水点进行排水，避免随地排放污染环境。
10 效益分析
通过本次在XXX常减压塔模块化施工工法的实施，现场施工进度和效益均得到了提高，各方面都取得了较好的收益。
10.1 以我公司近三年在XXX和XXX承建相同的800万吨年常减压蒸馏装置为例进行说明，下表就针对两个项目在常减压塔安全管理、施工进度、经济效益方面分别进行比较分析。
表10.1 XXX和XXX常减压塔安全施工及经济效益比较一览表
通过上表比较：
在安全管理方面，通过采用模块化施工后，在XXX常减塔的组焊安装中，安全管理方面投入的钢管减少8500米，减少40%，钢跳板减少3000米，减少44%，安全网减少934平方，减少50%。
在施工进度方面，通过模块化施工后，XXX常减压塔的组焊安装工期约4个月，工期缩短50%。
在经济效益方面，XXX常减压塔施工费用节省约261万元。
10.2 环境保护
XXX常减压两台塔的施工期间，现场组装所需场地大，现场文明施工及环境保护管理难度较大，施工产生的工业垃圾较多，且现场预制场地没有经过处理，工业垃圾收集较难，易对环境产生轻度污染。在XXX常减压两台塔的制作安装前，及时对现场组装场地进行混凝土硬化处理，同时对场地合理策划和布置，现场制作过程，及时派专人对场地进行清扫，同时加强过程控制，对易产生污染物的部位，采用预防和过程控制，设立
专门的垃圾收集箱，派专职人员清理，对工业垃圾采取专业回收。有效的保障了在XXX 常减压两台塔施工过程中对环境的保护。