25萬(wàn)t/a高密度聚乙烯裝置關(guān)鍵焊接技術(shù)

山東齊魯石化建設(shè)有限公司 （淄博 255411） 劉靖濤

一、工程項(xiàng)目概況及特點(diǎn)

1.工程概況

圖1 主裝置區(qū)全貌

25萬(wàn)t/a高密度聚乙烯裝置生產(chǎn)單元主要包括原料精制、乙烯精制、催化劑、反應(yīng)、樹(shù)脂脫氣及排放氣、添加劑、造粒、樹(shù)脂處理、公用工程單元；輔助配套設(shè)施主要包括變配電室及機(jī)柜間、裝置管廊、裝置分析、污水與處理池、成品包裝倉(cāng)庫(kù)、新建火炬系統(tǒng)及新建循環(huán)水場(chǎng)。主裝置區(qū)全貌如圖1所示。

新建裝置西側(cè)原有HDPE裝置，北側(cè)原有HDPE成品包裝和倉(cāng)庫(kù)以及廠(chǎng)區(qū)鐵路裝卸線(xiàn)，南側(cè)是廠(chǎng)區(qū)中心干道，東側(cè)為第三循環(huán)水場(chǎng)和線(xiàn)性低密度聚乙烯裝置。裝置區(qū)占地面積約19 200m2（1.92公頃）。主要生產(chǎn)部分包括：乙烯精制、排放氣回收及冷凍、聚合反應(yīng)、擠壓造粒廠(chǎng)房、摻混料倉(cāng)、烷基鋁、公用工程等設(shè)施。

新建高密度聚乙烯工藝裝置和輔助設(shè)施集中布置在一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域內(nèi)，以工藝主管廊為中心，在其東側(cè)由南向北依次布置為排放氣回收及冷凍單元、聚合反應(yīng)區(qū)單元、擠壓造粒單元、樹(shù)脂處理單元；在工藝主管廊西側(cè)南部布置乙烯精制單元、聚合單元（預(yù)留）、烷基鋁單元；變配電室和機(jī)柜間布置在裝置南部。工程總投資8.78億元。

2.工程特點(diǎn)

25萬(wàn)t/a高密度聚乙烯裝置焊接工程存在以下特點(diǎn)：

（1）項(xiàng)目工期緊 現(xiàn)場(chǎng)焊接鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道等焊接工作量大，鋼結(jié)構(gòu)近4000t,各類(lèi)管線(xiàn)共計(jì)49 973m。其中循環(huán)氣壓縮機(jī)及擠壓造粒機(jī)組均實(shí)現(xiàn)主機(jī)首次國(guó)產(chǎn)化。

（2）裝置布局緊湊 東西兩側(cè)分別為在運(yùn)行線(xiàn)性低密度聚乙烯和低壓高密度聚乙烯裝置，裝置區(qū)沒(méi)有大型設(shè)備和框架的預(yù)制場(chǎng)地，大部分預(yù)制工作只能在裝置外進(jìn)行，利用裝置部分區(qū)域臨時(shí)作為預(yù)制組裝場(chǎng)地，待大型設(shè)備就位，吊車(chē)撤離后再進(jìn)行施工。

（3）反應(yīng)器反應(yīng) R4001直徑為5.0/8.06m，高度42.605m。重量達(dá)347t，如圖2所示。由于現(xiàn)場(chǎng)狹窄，只能在公司基地進(jìn)行反應(yīng)器和框架的深度預(yù)制，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝、焊接、熱處理和吊裝組對(duì)以及鋼結(jié)構(gòu)同步安裝，因此E402A/B循環(huán)冷卻器等設(shè)備要在500t吊車(chē)撤離現(xiàn)場(chǎng)后才能進(jìn)行基礎(chǔ)和安裝等后續(xù)工作。兩臺(tái)循環(huán)冷卻器單重120t，E407A/B/C三臺(tái)調(diào)溫水冷卻器自重80余t，需500t吊車(chē)二次進(jìn)場(chǎng)吊裝；另C4003循環(huán)壓縮機(jī)組安裝也需260t汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝。

圖2 反應(yīng)器主體

（4）脫氣倉(cāng) 脫氣倉(cāng)安裝在擠壓造粒機(jī)廠(chǎng)房上部，設(shè)備重量達(dá)282t，設(shè)備本體高約42.404m，支座標(biāo)高67余m，頂部安裝標(biāo)高達(dá)96m左右，如圖3所示。500t吊車(chē)一次進(jìn)場(chǎng)，兩次組車(chē)，站位于擠壓造粒廠(chǎng)房東南角，向南接桿；脫氣與擠壓造粒單元是裝置施工的關(guān)鍵路線(xiàn)。

圖3 脫氣倉(cāng)主體及框架

二、關(guān)鍵焊接工藝及焊接新技術(shù)

1.焊接工程主要施工特點(diǎn)

焊接工程主要施工特點(diǎn)包括以下3方面：

第一，我公司在本項(xiàng)目施工中，承擔(dān)了13臺(tái)鋁鎂合金料倉(cāng)制造及安裝任務(wù)，為我公司首次焊接鋁鎂合金。由于焊接質(zhì)量要求高，焊接工藝要求嚴(yán)格，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境要求比較高，為此我公司對(duì)鋁鎂合金的焊接進(jìn)行了反復(fù)的工藝評(píng)定，提出了合理的焊接工藝，同時(shí)培訓(xùn)了38名鋁鎂合金焊工（見(jiàn)圖4）。

圖4 焊工培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)

第二，鋼結(jié)構(gòu)安裝工期緊迫，焊接量大，焊接質(zhì)量要求高?？傆?jì)有近4000t鋼結(jié)構(gòu)，高空作業(yè)多，施工難度大，其中最高的脫氣倉(cāng)框架為EL95.8m。精致區(qū)鋼結(jié)構(gòu)安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

圖5 精致區(qū)鋼結(jié)構(gòu)安裝現(xiàn)場(chǎng)

第三，工藝管線(xiàn)安裝量大，共計(jì)約45 943m，12.7萬(wàn)寸徑，焊接工藝要求高，其中DN1050循環(huán)氣管道法蘭連接多，需焊后熱處理，對(duì)焊接方法的選用及焊接、熱處理工藝的執(zhí)行和質(zhì)量控制提出了很高的要求。

2.焊接工程質(zhì)量管理

（1）建立健全質(zhì)量保證體系，落實(shí)質(zhì)量責(zé)任 為強(qiáng)化25萬(wàn)t/a高密度聚乙烯裝置施工項(xiàng)目管理，公司成立了聚乙烯工程項(xiàng)目部，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)建立健全了項(xiàng)目質(zhì)量保證體系，工藝、焊接、材料、檢驗(yàn)、熱處理、無(wú)損檢測(cè)、理化及設(shè)備八大質(zhì)控系統(tǒng)分別設(shè)立專(zhuān)職責(zé)任工程師進(jìn)行系統(tǒng)質(zhì)量控制。

（2）采用制度化和程序化管理，加強(qiáng)考核 項(xiàng)目部先后編制了《山東齊魯石化建設(shè)有限公司25萬(wàn)t/a高密度聚乙烯裝置項(xiàng)目管理規(guī)劃》，其內(nèi)容涵蓋了項(xiàng)目部組成、職責(zé)、進(jìn)度、安全及質(zhì)量等方方面面的管理，包括《項(xiàng)目部質(zhì)量控制程序》、《項(xiàng)目部質(zhì)量考核細(xì)則》和《工程質(zhì)量控制點(diǎn)計(jì)劃》等一系列管理制度和管理程序，明確了各級(jí)人員的質(zhì)量責(zé)任和工作標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行《建設(shè)公司焊接工程質(zhì)量考核辦法》，加大焊接質(zhì)量的獎(jiǎng)懲力度。通過(guò)采取一系列措施，為質(zhì)量體系有效運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為焊接質(zhì)量的提高創(chuàng)造了條件。

（3）分析質(zhì)量要素構(gòu)成，細(xì)化質(zhì)量控制重點(diǎn) 為確保施工質(zhì)量，項(xiàng)目部根據(jù)本項(xiàng)目施工特點(diǎn)，反復(fù)優(yōu)化施工方案，并結(jié)合工程實(shí)際，詳細(xì)分析工程施工各階段、各專(zhuān)業(yè)的質(zhì)量管理特點(diǎn)，認(rèn)真制定了質(zhì)量控制計(jì)劃，明確了在確保設(shè)備、工藝管線(xiàn)組對(duì)控制成形質(zhì)量的前提下，預(yù)制安裝質(zhì)量控制的重點(diǎn)是焊接質(zhì)量管理，也是工程質(zhì)量管理的核心。

（4）強(qiáng)化過(guò)程控制，確保質(zhì)量受控 第一，項(xiàng)目部質(zhì)檢組焊接檢驗(yàn)責(zé)任人員重點(diǎn)加強(qiáng)焊接過(guò)程的控制，如在施焊前對(duì)施焊人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，明確焊接技術(shù)要領(lǐng)和工藝參數(shù)、注意事項(xiàng)。同時(shí)對(duì)人員實(shí)際焊接技能、焊接參數(shù)選用、焊條烘干發(fā)放回收、焊前預(yù)熱、焊后熱處理以及現(xiàn)場(chǎng)焊接防風(fēng)等工藝紀(jì)律和措施的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)督檢查。第二，嚴(yán)格焊工持證資格審查，堅(jiān)決杜絕無(wú)證上崗或超項(xiàng)作業(yè)。第三，嚴(yán)格執(zhí)行焊工自檢、班組互檢、項(xiàng)目部質(zhì)檢員專(zhuān)檢的“三檢制”制度，全部檢查合格后向監(jiān)理單位進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，委托第三方按施工規(guī)范要求進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，如圖6所示。從焊接過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)入手嚴(yán)格管理，使焊接質(zhì)量始終處于受控狀態(tài)。

圖6 施工、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)人員進(jìn)行三方共檢

3.焊接工藝評(píng)定

為確保焊接工藝的正確性和有效性，在收到施工圖樣以后，我公司立即對(duì)公司現(xiàn)有焊接工藝平定項(xiàng)目進(jìn)行核對(duì)，對(duì)缺少的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目按JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》及設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行評(píng)定，確保焊接工藝評(píng)定覆蓋率100%，特別是在鋁鎂料倉(cāng)制作前，對(duì)鋁鎂合金焊接工藝進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，完成了焊接工藝評(píng)定，焊接參數(shù)如附表所示。

鋁鎂合金焊接參數(shù)

4.焊工資格管理及人員培訓(xùn)

根據(jù)本項(xiàng)目施工所需材料特點(diǎn)和《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試規(guī)則》要求，為此公司對(duì)現(xiàn)有持證焊工的焊接技術(shù)水平和焊接持證情況逐個(gè)進(jìn)行排查，并根據(jù)特殊材料焊接工程量大的特點(diǎn)，對(duì)部分基本功扎實(shí)、技術(shù)水平高而缺項(xiàng)的焊工按《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試規(guī)則》要求進(jìn)行了增項(xiàng)考試和焊接技能培訓(xùn)。該項(xiàng)目共計(jì)投入持證焊工110余人，合格項(xiàng)達(dá)15余項(xiàng)。為確保焊接質(zhì)量，在項(xiàng)目開(kāi)工前對(duì)特殊材料，如鋁鎂合金、A333Gr6等選擇部分優(yōu)秀焊工有針對(duì)性地進(jìn)行焊接技能培訓(xùn)，包括模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，提高焊接操作技能，為各類(lèi)材料的焊接打下基礎(chǔ)。工程開(kāi)工后項(xiàng)目部質(zhì)檢人員強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量管理，對(duì)每個(gè)焊工的最初焊接質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)焊接過(guò)程中出現(xiàn)的焊接缺陷質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)參加焊接施工的焊工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底，根據(jù)其實(shí)際技術(shù)能力及持證范圍合理安排施焊部位，最大限度的提高焊接質(zhì)量，同時(shí)項(xiàng)目部利用陰雨天氣無(wú)法進(jìn)行焊接作業(yè)的時(shí)間組織焊工進(jìn)行集中培訓(xùn)，達(dá)到很好的效果。

5.主要焊接新技術(shù)應(yīng)用

25萬(wàn)t/a高密度聚乙烯裝置由于涉及的材質(zhì)種類(lèi)繁多、數(shù)量大，并且設(shè)備及管線(xiàn)運(yùn)行條件苛刻，因此對(duì)焊接質(zhì)量和施工效率提出了很高的要求。

在施工過(guò)程中積極采用焊接自動(dòng)化技術(shù)，如CO2氣體保護(hù)焊、管子自動(dòng)焊等先進(jìn)設(shè)備來(lái)提高焊接效率和焊接質(zhì)量。同時(shí)采用氬弧焊打底手弧焊蓋面、全氬弧焊、焊條電弧焊等傳統(tǒng)方法保證工藝管線(xiàn)焊接質(zhì)量和進(jìn)度。鋁鎂合金料倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)焊接采取雙面同步鎢極氬弧焊焊接技術(shù)，該技術(shù)可補(bǔ)償鋁鎂合金焊接過(guò)程的熱損失，焊接應(yīng)力小，同時(shí)降低了鋁鎂合金在焊接過(guò)程中產(chǎn)生氣孔、裂紋、未焊透及燒穿等缺陷的幾率。在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中大量采用CO2氣體保護(hù)焊，保證鋼結(jié)構(gòu)焊接工作按時(shí)完成。

三、焊接設(shè)備及焊材應(yīng)用

在裝置建設(shè)過(guò)程中，使用的焊接材料有碳鋼GHG—56焊絲與E4315焊條、鉻鉬鋼R307焊條、不銹鋼A102焊條及低溫鋼TG—S1N焊絲與W607焊條。公司投入了手工電弧焊機(jī)（見(jiàn)圖7）、CO2氣體保護(hù)焊機(jī)（見(jiàn)圖8）、埋弧焊機(jī)（見(jiàn)圖9）、交流脈沖氬弧焊機(jī)（見(jiàn)圖10）100多臺(tái)，同時(shí)還使用了移動(dòng)式管道焊接站（見(jiàn)圖11）進(jìn)行壓力管道現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制工作，極大地提高了工作效率和焊接質(zhì)量，大大地降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)大大降低了人工成本。

圖8 CO2氣體保護(hù)焊機(jī)

圖9 埋弧焊機(jī)

圖10 交流脈沖氬弧焊機(jī)

圖11 移動(dòng)式管道焊接站

四、結(jié)語(yǔ)

25萬(wàn)t/a高密度聚乙烯工程鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行超聲波檢測(cè)790.2m，一次合格784.2m，一次檢測(cè)合格率99.25%；工藝管道焊口共計(jì)射線(xiàn)檢測(cè)16 525片，一次合格16 065片，一次探傷合格率97.2%；13臺(tái)鋁鎂合金料倉(cāng)一次委托3268片，一次合格3211片，一次合格率98.25%；反應(yīng)器、脫氣倉(cāng)一次委托3782片，一次合格3741片，一次合格率98.91%；均超過(guò)了我公司制定的項(xiàng)目質(zhì)量控制目標(biāo)。