中化二建集團有限公司 山西太原 030021

1 項目簡介

在世界天然堿加工工藝中,碳酸化工藝主要適用于高鹽鹵、無法采用蒸發(fā)工藝的項目,該工藝得到的是輕質(zhì)純堿,還必須再采用固相水合、液相水合或擠壓工藝才能得到重質(zhì)純堿。而土耳其卡贊堿加工項目一水堿結(jié)晶工段可直接從鹵水中分離出重質(zhì)純堿,在純堿加工工藝中達到了最先進的能耗水平。目前該技術(shù)已完成大規(guī)模中試和工業(yè)化示范。

土耳其卡贊堿加工項目采用濕分解一水堿工藝生產(chǎn)重質(zhì)純堿。一水堿結(jié)晶工段共分為5個系列,每個系列共17臺設(shè)備,每個系列均以一水堿結(jié)晶器為中心配有加熱器、循環(huán)泵和離心壓縮機,其中一水堿結(jié)晶器為Swenson機械壓縮式熱泵蒸發(fā)結(jié)晶器。需要安裝的一水堿結(jié)晶器設(shè)備共5臺,單臺容積為1458m3,規(guī)格為10800/5000×35000mm,設(shè)備材料為Q345B,設(shè)備內(nèi)件材料為316L。一水堿結(jié)晶器上部為蒸發(fā)室,內(nèi)有裙式檔板和導(dǎo)流筒,下部為淘析腿,中間錐體部分為沉降區(qū)。設(shè)備分3段制作,其中上半段重83t,中間段重134t,淘析腿重9t,總重226t。設(shè)備制作所用材料厚度最大為40mm,內(nèi)件制作和裝入需有專用安裝工具和吊車配合,安裝于21.2m平面的鋼管混凝土基礎(chǔ)上。該一水堿結(jié)晶器安裝程序繁多,安裝要求極為嚴格,其中涉及鋼板卷制、下椎體制作、殼體制作和安裝的水平度和垂直度控制、塔內(nèi)件制作安裝、封頭對中和設(shè)備吊裝時各項工序的控制,以及對于埋弧焊焊接技術(shù)和限制空間內(nèi)協(xié)同作業(yè)等先進工裝和關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程:原材料檢驗→筒體預(yù)制→筒體分段焊接→焊接質(zhì)量檢驗→基礎(chǔ)驗收→設(shè)備分段吊裝組對。

2.2 原材料檢驗

設(shè)備預(yù)制的材料必須符合設(shè)計要求,還要確認并收集整理有關(guān)技術(shù)證件。鋼板應(yīng)進行外觀檢查,表面不得有氣孔、裂紋、拉裂、夾渣、折痕、夾層等,鋼板邊緣不得有重皮,表面銹蝕深度不得超過0.5mm。材料進場后必須按產(chǎn)品技術(shù)要求分類保管,不得與其他材料混放,還要按設(shè)計及規(guī)范要求檢查核對材料質(zhì)量證明書與材料標記的爐號、批號、材質(zhì)、規(guī)格等是否相符。對奧氏體不銹鋼開平板,要按爐號復(fù)檢化學(xué)成分,按批號復(fù)檢力學(xué)性能。

2.3 焊接材料

焊接材料必須具有出廠質(zhì)量材質(zhì)證明及合格證書,并報總包和業(yè)主檢驗、驗收合格后,方可開始使用。詳見表1。

焊條直徑應(yīng)按焊接接頭板厚和焊接設(shè)備性能綜合選定,并符合《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件》NB-T47018規(guī)定。

表1 焊接材料選用

2.4 一水堿結(jié)晶器制作

一水堿結(jié)晶器制作方案原則:考慮在穩(wěn)定運輸?shù)那疤嵯?根據(jù)現(xiàn)場情況,最大模塊化預(yù)制,決定將直徑為2.75m的淘析腿在預(yù)制場預(yù)制,上半段、中間段在一水堿結(jié)晶器工段附近就近預(yù)制。

2.4.1 筒體材料預(yù)制

(1)根據(jù)制造工藝確定加工余量,確保受壓原件成型后實際厚度不小于設(shè)計圖樣標注的最小厚度。

(2)不銹鋼材料的切割與坡口的加工宜采用等離子切割或機械加工方法,碳鋼材料的切割與坡口的加工宜采用機械加工,也可用火焰切割加工。切割完畢后清除表面熔渣和影響制造質(zhì)量的表面層。

(3)制造中避免材料表面的機械損傷,對于尖銳傷害及不銹鋼表面耐腐蝕層的局部傷痕、殼槽等缺陷應(yīng)予以修磨,修磨斜度最大為1∶3,修磨深度不大于該部位鋼材厚度的5%,且不大于2mm,否則應(yīng)補焊。

(4)坡口表面不得有裂紋、分層、夾雜等缺陷。施焊前,應(yīng)清除坡口及兩側(cè)母材表面至少20mm的氧化層、污垢、熔渣及其他有害雜質(zhì)。

2.4.2 下椎體的制作

一水堿結(jié)晶器下椎體的施工方法:1200工段附近預(yù)制5臺結(jié)晶器下椎體大徑兩帶板,預(yù)制場預(yù)制5臺結(jié)晶器下椎體小徑三帶板;預(yù)制完成后,用100t汽車吊主吊、40t汽車吊配合將下椎體分段翻轉(zhuǎn)。詳見圖1。

圖1 一水堿結(jié)晶器下椎體的制作施工圖

2.4.3 本體分段制作

(1)因一水堿結(jié)晶器本體過大,所以在結(jié)晶器支架附近分段制作。其上半段包含橢圓封頭、小筒體、錐形封頭、大筒體三帶板(大筒體共五帶板)及外加強圈等(重約82t);中間段包含大筒體下錐形封頭、大筒體兩帶板、剛性環(huán)支座、T型鋼加強圈兩圈、內(nèi)件導(dǎo)流筒及固定擋板支架等(重約134t);C段包含淘析腿筒體及內(nèi)件帶孔環(huán)形鋼板、外加強圈(重約9t)。

(2)因設(shè)備預(yù)制廠區(qū)過小,而設(shè)備直徑過大,還需預(yù)留600t履帶吊吊車行走路線,所以要考慮合理規(guī)劃利用預(yù)制廠區(qū)。

(3)由于分段設(shè)備高度均在6m以上,需考慮腳手架搭設(shè),但因場地有限,所以考慮用隨拆隨用的承插式圓盤式腳手架搭設(shè)。

(4)下椎體和大筒體兩層壁板(含設(shè)備裙座和內(nèi)件)部分重量較重(約134t),所以制作中需從下到上先制作下椎體小徑部分,再從下到上依此組對。

(5)因淘析腿與下椎體為承插連接,所以設(shè)備預(yù)制時需考慮承插余量。

(6)設(shè)備安裝標高為21.2m,且設(shè)備支架僅為21.2m以下的鋼管混凝土支撐。高空作業(yè)效率低,危險系數(shù)大,所以導(dǎo)流筒、裙式擋板等內(nèi)件和設(shè)備附件需在地面預(yù)制安裝。

圖2 為一水堿結(jié)晶器分段操作施工現(xiàn)場圖

2.5 埋弧焊實施方法及工藝參數(shù)的選擇

2.5.1 焊前準備

(1)坡口形式及加工。同其他焊接方法相比,埋弧焊接母材稀釋率較大,母材成分對焊縫性能影響較大。依據(jù)單絲埋弧焊使用電流范圍,當板厚小于14mm時,可以不開坡口,裝配時留有一定間隙:板厚為14～22mm時一般開V形坡口;板厚22～50mm時開X形坡口。對于壓力容器,通常采用U形或雙U形坡口,以確保底層熔透和消除夾渣。

(2)焊件的清理。坡口內(nèi)往往有水銹或夾雜鐵末,點焊后放置時間較長而受潮發(fā)生氧化等使焊接時容易產(chǎn)生氣孔,因此焊前需進行手工除銹。

(3)焊絲的清理和焊劑的烘干。焊接前,必須將焊絲表面的油污、鐵銹等污物清除干凈。為防止氫侵入焊縫,對焊劑必須嚴格烘干,而且要求烘干后立即使用。HJ431焊劑要求在250℃下烘干2h。

2.5.2 焊接方法

采用焊條電弧焊封底雙面焊法焊接,即先用焊條電弧焊從背面仰焊封底,再用埋弧焊焊接正面的焊縫。封底層的厚度需在6mm以上,焊接后還要打磨或刨削接頭根部,以保證在無缺陷的清潔金屬上熔敷第一道正面埋弧焊縫。

2.5.3 焊接材料的選用

一水堿結(jié)晶器筒體材料選用Q345B,焊絲選用H10MnA,焊劑選用HJ431。

2.5.4 焊接工藝參數(shù)

具體焊接工藝參數(shù)見表2和表3。圖3 為自動焊操作現(xiàn)場施工圖。

表2 雙絲埋弧焊單面焊雙面成形的焊接參數(shù)

2.6 一水堿結(jié)晶器的吊裝

2.6.1 設(shè)備安裝次序

(1)淘析腿直徑較小(2.75m),重量較輕(約9t),將其提前吊裝到結(jié)晶器支架里面并固定牢固,待上半段、中間段組對完成后用倒鏈進行組對安裝。

(2)下椎體和大筒體兩層壁板(含設(shè)備裙座和內(nèi)件)及設(shè)備剩余部分采用600t履帶吊吊裝,因需在25m處進行空中組對,吊裝前需在大筒體壁板下端約2.5m處組建臨時平臺,以方便設(shè)備組對焊接。

由于該工藝結(jié)晶器制作安裝時設(shè)備質(zhì)量大、直徑大、預(yù)制區(qū)域狹小等,因此在安裝一水堿結(jié)晶器分段設(shè)備的過程中各個工序密切聯(lián)系且互相影響。為縮短工期,使各工序的施工互不影響,本項目在實踐中總結(jié)經(jīng)驗,對一水堿結(jié)晶器設(shè)備的安裝總結(jié)出以下安裝次序:結(jié)晶器各部件定點制作→淘析腿吊裝→結(jié)晶器中間段吊裝(含臨時平臺)→結(jié)晶器上半段吊裝→結(jié)晶器上半段、中間段組對→結(jié)晶器中間段、淘析腿組對。

表3 雙絲和三絲埋弧焊單面焊的焊接參數(shù)

圖3 自動焊操作施工現(xiàn)場

由于一水堿結(jié)晶器支撐為鋼管混凝土支撐,安裝標高為21.2m,所以一水堿結(jié)晶器分段設(shè)備安裝全部采用600t履帶吊吊裝。

2.6.2 中間段吊裝工藝流程

一水堿結(jié)晶器中間段吊裝工藝流程如下:中間段指定地點制作安裝完成;600t履帶吊車行駛到中間段起吊位置,起吊半徑為15.5m,在設(shè)備起吊位置和吊車中心連線的延長線上預(yù)先放置超起配重250t;設(shè)置吊裝索具:600t吊車吊鉤下方用4根18m規(guī)格為6×37-70的鋼絲繩,通過(S6)BW550KN—2.1/2型卸扣連接于一水堿結(jié)晶器中間段吊耳部位,設(shè)備兩端各綁一根足夠長的溜繩;檢查一水堿結(jié)晶器中間段有無妨礙吊裝的障礙物,若有障礙物需及時清理;確認無妨礙吊裝的障礙物后,現(xiàn)場進行聯(lián)合檢查,完成吊裝前各項程序;然后600t履帶吊車連接超起配重后起升吊鉤,使一水堿結(jié)晶器中間段離地面0.2m左右,觀察吊車和索具的受力情況,檢查吊車地基情況,確認無異常情況后開始正式吊裝;600t履帶吊車緩慢起鉤趴桿,使主臂作業(yè)半徑調(diào)整為30m,再繼續(xù)抬升一水堿結(jié)晶器中間段;600t履帶吊車起升設(shè)備,使一水堿結(jié)晶器底部比一水堿結(jié)晶器支架頂部高出0.5m左右時,逆時針轉(zhuǎn)動主臂,使一水堿結(jié)晶器中間段位于設(shè)備支架正上方;600t履帶吊緩慢回鉤,離一水堿結(jié)晶器基礎(chǔ)0.2m時確認并調(diào)整設(shè)備方位,然后緩慢回鉤,使一水堿結(jié)晶器中間段順利就位;一水堿結(jié)晶器中間段就位后,600t履帶吊車回鉤并脫離超起配重,將吊裝繩索脫離吊耳,完成一水堿結(jié)晶器中間段的吊裝。

中間段吊裝完畢后,在同一位置吊裝一水堿結(jié)晶器上半段。詳見圖4。

圖4 一水堿結(jié)晶器中間段和上半段吊裝施工現(xiàn)場

3 工藝優(yōu)勢及應(yīng)用前景

3.1 工藝優(yōu)勢

(1)結(jié)晶器下椎體厚度較厚,重量較重,需吊車配合作業(yè)。對已下料完成的鋼板兩兩焊接卷制,可大大縮短卷制所用時間。

(2)結(jié)晶器設(shè)備本體質(zhì)量重,直徑大。結(jié)晶器預(yù)制區(qū)域設(shè)置在結(jié)晶器安裝區(qū)域旁,5臺結(jié)晶器同時開始預(yù)制,可避免二次倒運費。

(3)結(jié)晶器中間段下椎體(高6.94m)預(yù)制段共5段(板厚較厚,需開X型坡口焊接),且下徑小上徑大。焊接時小口徑向上分別組對小徑段三段和大徑段兩段,再翻轉(zhuǎn)預(yù)制段并組對焊接。以上操作可避免下椎體自下而上組對焊接的困難,減少空中組對的時間。

(4)結(jié)晶器中間段預(yù)制時,需搭設(shè)腳手架。采用安裝拆卸簡單的盤扣式腳手架搭設(shè),可節(jié)約人力資源,提高效率。

(5)合理規(guī)劃預(yù)制場地,使一水堿結(jié)晶器安裝時履帶吊可在一個點分別吊裝2臺結(jié)晶器,從而節(jié)約人工時,提高效率。

3.2 推廣應(yīng)用前景

本技術(shù)主要適用于現(xiàn)場一水堿結(jié)晶器及TDB型蒸發(fā)結(jié)晶器設(shè)備的制作及安裝,同時也可應(yīng)用于現(xiàn)場大型設(shè)備制造的制造和安裝。施工中將大型設(shè)備在安裝位置附近制作,并通過合理規(guī)劃制作場地,采用先進的制作工藝降低了工程成本,為類似工程施工積累了豐富的經(jīng)驗。