模块法在石油化工行业现代施工中的应用

郭玮晗

(西安科技大学 ， 陕西 西安 710054)



模块法在石油化工行业现代施工中的应用

郭玮晗

(西安科技大学 ， 陕西 西安 710054)

随着生产技术的不断革新，材料领域的不断突破，石油、化工行业设备逐渐朝着大型化、高参数方向发展。这对安装施工也提出了较高的要求，通过逐渐摸索实践及近年来大型吊车的吊装能力不断提升，大型设备、结构安装方法也不断成熟。模块法是一种适合现阶段设备大型化、高参数化发展的好方法。本文通过实习期间参与70万t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氢装置反应进料加热炉钢结构施工，介绍钢结构模块预制与安装的工艺特点、经济效益、施工注意事项，给出了相应的预防办法及解决对策。

钢结构 ; 模块法 ; 现代施工

0 前言

随着生产技术的不断革新，材料领域的不断突破，石油、化工行业设备逐渐朝着大型化、高参数方向发展。作为生产装置载体的钢结构框架也朝大型、超高方向发展，这给钢结构框架安装提出了更高要求。

模块法施工，是根据钢结构的具体形式，将一座大型钢结构分解成若干个小框架，在预制场分别预制成框，用大型吊车吊至安装现场，像堆积木一样将各段框架安装到位。

传统的钢结构施工工艺已经不能满足现代大型钢结构框架的施工要求。大型框架的模块法施工必须利用到大型吊装的技术，模块法施工技术要求不高、安全可靠、安装速度快，避免长时间的高空作业，是一种比较理想的大型钢结构安装新工艺。

1 施工实例

1.1 概述

70万t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氢装置反应进料加热炉钢结构预制及安装的施工任务。加热炉钢结构主体工程量：83 430 kg；共6层平台，顶层标高16.4 m；跨度11 m×8.64 m；炉管安装28根。

1.2 施工工序

施工准备→在厂房对各部件单独预制→预制完成后在平台上进行组片→对组片好的框架运至施工现场→对辐射室炉顶、炉底进行安装→完善中间支撑梁、悬臂梁及劳动保护。

1.3 施工难点及对策

模块法施工是工厂化生产流水线，其特有的工厂化预制、模块法安装方法需对下料、预制、安装工序中的各项尺寸和焊接变形进行严格控制，需克服下料尺寸精度关、预制成框几何尺寸关、模块焊接变形关和安装立柱对接关。

1.3.1 严格尺寸，确保下料精度

模块法施工实行批量下料，尺寸一次到位，减少现场修割工作量。所有立柱、横梁、支撑全部采用电脑放样，确保尺寸精度，长度允许偏差≤3 mm。

1.3.2 精心组织，编制框架预制程序，确保分段尺寸

以加热炉对流室预制为例子，框架预制的程序如下：①在预制平台上可以利用天车立柱子，上横梁完成对流室框架的组对；②安装对流室两端及中间管板框架；③上侧面、顶部壁板；④用吊车将预制好的框架移至厂房外利用40 t拖车运输进入施工现场，在现场利用80 t吊车(40 t配合)进行翻身；⑤在施工现场进行衬里施工，穿炉管，进行炉管焊接；⑥焊接完成探伤合格后利用200 t吊车进行对流室整体吊装。

对流室整体预制结构图见图1。

图1 对流室整体预制结构图

1.3.3 控制焊接变形

焊接变形的原因主要是胀缩应力。焊接时，焊缝及热影响区受热而膨胀，但由于受到周围金属的阻碍而不能膨胀，此时产生压应力，冷却时焊缝及热影响区要收缩，但又受到周围金属刚性的牵扯而不能自由收缩，因而产生拉应力。上述两种应力的存在使焊件产生了变形。

控制焊接变形的措施：①采取加固措施，在对流室壁板焊接施工时，在壁板上焊接角钢进行加固防止变形。②制定合理的焊接工艺措施：由于焊接量大，焊接点多，因此，要求现场焊接人员不能集中在某一点、某一处。人员布置应对称、均匀分散。能对称焊就不要单面焊，焊接电流尽量小。③控制焊接的组对间隙，将组对间隙控制在2 mm内，尽量减少焊缝收缩空间。

1.3.4 模块安装的质量控制

分段钢结构框架安装主要问题：①立柱对接错口问题；②框架安装垂直度问题。立柱对接错口若超出技术要求，可以将对接口两侧一定范围内立柱立缝割开，待对口完成后再焊接。框架分段安装类似堆积木，所以必须考虑上一段与下一段的垂直度。根据现场施工情况，每一段垂直度都控制在10 mm以内，然后一根立柱整体垂直度控制在15 mm内，直至全部安装完成。如安装垂直度偏差较大，可采用柱截面修口的方式来调整框架垂直度。

1.3.5 吊装工艺(以加热炉对流室为例)

对流室整体质量为35 t，具体包括金属质量18 t，衬里14 t，炉管3 t。为了防止在运输吊装翻身时候发生变形，对钢结构造成破坏，将对框架两个侧面进行加固处理，具体各侧面的加固如图2所示。

图2 对流室侧墙加固图

对流室进行整体吊装时，选择柱1、2、3、4做为吊点，在柱顶横梁H型钢上焊接4个15 t级板式吊耳，吊耳打双面坡口，焊接完成后进行100%渗透检测，在对流室的中间(柱5与柱6之间)用2根10 t倒链进行拉紧固定，以免发生变形，待200 t起吊后利用80 t溜尾。

2 工艺特点

模块法施工是现代大型吊装技术与钢结构框架安装技术有机结合的产物，具有如下特点。

2.1 实现工厂化预制、模块化安装

模块法施工工艺改变传统钢结构施工方法，将大部分工作转到预制场，建立起下料、预制、安装的工艺流程，安装方式摈弃传统的先立柱后横梁，然后平台的方法，采用分段整体吊装就位的模块化安装工艺。

2.2 建立下料、预制、安装的工艺流程，提高工作效率

模块法施工工艺将传统的下料、安装工序增加为下料、预制、安装流程，现场安装工作量大大减少，变现场高空施工为地面预制工作，提高了工作效率。

2.3 提高大型吊车的利用率

模块法施工采用龙门吊及小型吊车配合进行预制施工，大型吊车集中进行分段钢结构框架吊装就位施工，极大提高了大型吊车的利用率，实现良好的经济效益。

2.4 大量高空作业转移到地面预制，提高作业安全

模块法施工将传统施工中大部分高空安装工作量转移到地面预制施工中，现场仅分段框架连接点对焊高空作业，大大提高了现场施工安全性。

2.5 分散施工偏差，提高安装质量

模块法施工工艺将整个钢结构框架安装尺寸偏差分散到各分段钢结构框架中，通过控制分段框架的预制尺寸偏差和安装偏差来控制整个框架的安装质量。

3 经济效益及效果

用模块法施工完成70万t/a RSDS-Ⅱ催化汽油加氢装置反应进料加热炉钢结构的施工，不仅圆满完成了施工任务，同时也节约了工期，比原计划缩短了20 d。同时还为公司节省了资金，创造了良好的经济效益。而且由于节省时间、施工质量优良，该方法也得到了业主的广泛好评，获得了较好的社会效益。

4 模块法在其他施工中的运用

随着吊装能力的提升，模块法近年来在大型装置建设中运用得越来越多。例如2008年55万t/a气体分馏装置异地改造及系统配套工程需新增两台丙烯塔，材质为16MnR，C-2103A规格为Φ5 600 mm×68 598 mm×48 mm (内经×总长×壁厚)，质量为472 305 kg，C-2103B的规格为Φ5 600 mm×67 998 mm×48 mm (内经×总长×壁厚)，质量为468 575 kg。施工方法为模块预制，现场安装。C-2103A，C-2103B共分29节进行预制，每节高度约3 900 mm，在预制场中将每节内构件、接管安装好，验收合格后运输至现场进行安装。因属于旧装置改造，受现场施工条件局限，安装采用Demag Ac615 200 t级汽车吊及600 t级履带吊配置不同工况进行。通过模块化预制，大大减少高空施工作业量，节省了大量机械台班，提高了施工质量及施工进度，取得了良好的效果。

5 模块法施工中注意的问题

模块法施工在大型钢结构施工中施工方法简单，施工效率高，但应注意以下几个问题：①熟悉施工内容，了解施工机具准备情况，了解现场，合理制定施工方案。②充分利用CAD等计算机辅助软件进行模块放样，使工作效率提高。③严格按照现场尺寸进行模块的预制是模块法施工的根本。④严把质量关，施工工程记录与工程进度同步。⑤仔细核算模块重量，合理设置吊点，正确选取吊具，确保大型吊装的安全实施。

6 总结

随着时代的进步，科技的发展，模块法施工已经逐渐深入到各种装置建设中。在未来的施工中，模块法将创造更多的经济及社会效益。

2017-03-27

郭玮晗(1995-)，男，在校学生，研究方向为机械设备，电话：13193349380。

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