大型塔類空中組對(duì)焊接熱處理施工技術(shù)的探討

何延鵬

（陜西化建工程有限責(zé)任公司西安分公司，陜西西安710200）

1 前言

隨著化工產(chǎn)業(yè)不斷調(diào)整，新型、大型的化工廠不斷涌現(xiàn)，化工設(shè)備也不斷向大型化、新型化發(fā)展。作為重要設(shè)備的塔類設(shè)備的安裝也日趨復(fù)雜，安裝施工技術(shù)要求越來越高。

2 工程特點(diǎn)

（1）塔類設(shè)備幾何尺寸大，高度高，且施工工期短，現(xiàn)場焊接、安裝施工技術(shù)含量高，需大型吊裝設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。

（2）塔類設(shè)備均不在DMTO裝置烯烴分離單元各個(gè)區(qū)域，南北西東都需修吊裝臨時(shí)便道。

（3）設(shè)備噸位重：丙烯精餾塔（一）重671噸，丙烯精餾塔（二）重1480噸，10臺(tái)塔共計(jì)吊裝重量2876.2噸；設(shè)備高度高，丙烯精餾塔（一）吊裝高度65.5m，丙烯精餾塔（二）吊裝高度105.8m，乙烯精餾塔吊裝高度78m，脫甲烷塔、脫乙烷塔吊裝高度都超過65m。

（4）焊接量大，10臺(tái)塔共計(jì)組對(duì)焊縫18道焊口，焊縫長度達(dá)到226m，最厚塔壁厚度52mm。焊接工藝復(fù)雜，其中3臺(tái)塔為低溫設(shè)備。

（5）塔組對(duì)都在2012年11月到2013年3月，榆林靖邊在此期間的平均溫度都在-5℃以下，且風(fēng)量較大，焊接環(huán)境差，預(yù)熱、后熱、熱處理難度大。

3 塔類空中組對(duì)焊接熱處理施工工藝流程

4 塔類空中組對(duì)焊接實(shí)施方法及步驟

4.1 施工前準(zhǔn)備

（1）施工機(jī)具及胎具的準(zhǔn)備：焊機(jī)、索具、工具棚運(yùn)入組裝現(xiàn)場，施工機(jī)具設(shè)備性能應(yīng)可靠，所用計(jì)量器具要檢測(cè)合格。勞動(dòng)保護(hù)組裝平臺(tái)鋪設(shè)，吊裝場地平整。

（2）對(duì)塔器組對(duì)各班組進(jìn)行施工技術(shù)交底及焊接技術(shù)交底。

（3）設(shè)備基礎(chǔ)施工單位提供基礎(chǔ)質(zhì)量合格證明書、測(cè)量記錄及其它施工技術(shù)資料，基礎(chǔ)應(yīng)有明顯的標(biāo)高基準(zhǔn)線、縱橫中心線。

4.2 塔類設(shè)備相關(guān)參數(shù)（表1）

4.3 吊裝前檢驗(yàn)

（1）設(shè)備四心線應(yīng)準(zhǔn)確無誤，環(huán)縫對(duì)口上、下環(huán)口劃好明顯組對(duì)基準(zhǔn)圓周線，定位基準(zhǔn)標(biāo)記及找正測(cè)量標(biāo)記是否齊全、準(zhǔn)確。

（2）分段口處的橢圓度允差≤25mm；組對(duì)環(huán)口上、下應(yīng)每隔1m左右點(diǎn)焊定位板、限位板及放置間隙片，符合要求后進(jìn)行定位焊。核對(duì)塔底座圈上的地腳螺栓孔距離尺寸，應(yīng)與基礎(chǔ)地腳螺栓位置相一致。

表1 塔類設(shè)備相關(guān)參數(shù)

4.4 基礎(chǔ)驗(yàn)收

基礎(chǔ)各部位尺寸及位置偏差數(shù)值不得超過表2中的偏差值。

表2 基礎(chǔ)各部位尺寸及位置偏差

基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，周圍土方應(yīng)回填，夯實(shí)整平，基礎(chǔ)表面不得有疏松層、露筋、氣孔、裂紋、蜂窩、空洞等缺陷，地腳螺栓的螺紋部分應(yīng)無損壞和生銹。

4.5 墊鐵安裝

（1）清理擺放墊鐵的基礎(chǔ)表面污物并鏟平。

（2）每個(gè)地腳螺栓旁邊至少放置一組墊鐵，墊鐵組盡量靠近地腳螺栓，相鄰地腳螺栓間距大于500mm必須增加一組墊鐵。有加強(qiáng)筋的設(shè)備，墊鐵墊在加強(qiáng)筋下。

（3）每組墊鐵不超過5塊，斜墊鐵搭接長度不小于全長的3/4。

（4）墊鐵放置平穩(wěn)，接觸良好。墊鐵放置合格后基礎(chǔ)四周100mm×100mm范圍內(nèi)砸麻點(diǎn)不得少于3～5個(gè)，深度為10mm。

（5）墊鐵組數(shù)量經(jīng)計(jì)算平墊鐵規(guī)格為（以丙烯精餾塔為例）：

計(jì)算公式：A≥C*（G1+G2）/nRmm2

其中 G2=[σ]n1πd2/4

式中：A-單組墊鐵面積（mm2）；G1-設(shè)備等加在墊鐵上的載荷（N）；G2-地腳螺栓擰緊時(shí)加在墊鐵上的載荷（N）；C-安全系數(shù)，取 1.5～3；n-墊鐵組數(shù)；n1-地腳螺栓數(shù)；d-地腳螺栓直徑（mm）；[σ]-地腳螺栓材料許用應(yīng)力（MPa）；R-基礎(chǔ)混凝土的抗壓強(qiáng)度（MPa）。

丙烯精餾塔（一）：G1取1480t=14800000N，C取2.3，n1為 60，d=56mm，n取 120，地腳螺栓材料視為 Q345，其許用應(yīng)力為170MPa，C30混凝土抗壓強(qiáng)度為30MPa。

單組墊鐵面積為：

4.6 勞動(dòng)保護(hù)用具、附塔結(jié)構(gòu)安裝

（1）分段設(shè)備整體熱處理前應(yīng)將附塔平臺(tái)（包含組對(duì)臨時(shí)平臺(tái)）、爬梯及管道支撐墊板與設(shè)備殼體進(jìn)行焊接。

（2）塔類設(shè)備分段到貨時(shí)，進(jìn)行吊裝組對(duì)作業(yè)前，應(yīng)進(jìn)行附塔爬梯、平臺(tái)及附塔管線安裝，盡量減少高空作業(yè)。兩臺(tái)丙烯精餾塔在地面鋪設(shè)組對(duì)平臺(tái)，立置搭設(shè)腳手架安裝勞動(dòng)保護(hù)后，進(jìn)行吊裝空中組對(duì)。

其余各塔安裝時(shí)使用胎具將分段設(shè)備水平放置于距地面1.5m處，安裝勞動(dòng)保護(hù)后依次吊裝組對(duì)，采用臨時(shí)平臺(tái)進(jìn)行空中組對(duì)，臨時(shí)平臺(tái)應(yīng)在環(huán)焊縫下方1.2m處。

4.7 設(shè)備吊裝

4.7.1 設(shè)備找正及找平

塔的找正及找平應(yīng)按基礎(chǔ)上的安裝基準(zhǔn)線（中心標(biāo)記、水平標(biāo)記）對(duì)應(yīng)塔上的基準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整和測(cè)量，調(diào)整和測(cè)量的基準(zhǔn)確定如下：①裙座的底面標(biāo)高應(yīng)以基礎(chǔ)上的標(biāo)高基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)；②塔的中心線位置應(yīng)以基礎(chǔ)上的中心劃線為基準(zhǔn)；③塔的方位應(yīng)以基礎(chǔ)上距離最近的中心劃線為基準(zhǔn)；④塔的鉛垂度應(yīng)以塔上下封頭切線部位的中心劃線為基準(zhǔn)。允許偏差見表3。

表3 立式設(shè)備安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（mm）

4.7.2 設(shè)備的找正及找平應(yīng)符合的規(guī)定

（1）找正與找平應(yīng)在同一平面內(nèi)相互垂直的兩個(gè)或兩個(gè)以上的方向進(jìn)行。

（2）由于塔高超過20m，為避免氣象條件影響，其垂直度的調(diào)整和測(cè)量應(yīng)避免在一側(cè)受陽光直射及風(fēng)力大于4級(jí)的條件下進(jìn)行。

（3）塔體找平時(shí)，根據(jù)要求用墊鐵調(diào)整精度，不應(yīng)用緊固或放松地腳螺栓及局部加壓等方法進(jìn)行調(diào)整。

4.8 組對(duì)工藝

（1）環(huán)縫組對(duì)之前應(yīng)先核對(duì)各段方位，按排板圖進(jìn)行組對(duì)，且對(duì)環(huán)縫坡口及兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，清除氧化物、油污、鐵銹等雜物。先將單節(jié)端口周長全部進(jìn)行測(cè)量，核算相鄰?fù)补?jié)周長差值，以便在組對(duì)過程中控制錯(cuò)邊量。

（2）設(shè)備四心線應(yīng)準(zhǔn)確無誤，環(huán)縫對(duì)口上、下環(huán)口劃好明顯組對(duì)基準(zhǔn)圓周線，定位基準(zhǔn)標(biāo)記及找正測(cè)量標(biāo)記是否齊全、準(zhǔn)確。

（3）上段與下段組裝時(shí)，調(diào)整其方位使之與下段心線在同一直線上，采用經(jīng)緯儀測(cè)量控制上段塔的整體垂直度，控制塔的整體垂直度小于等于H/1000且不大于50mm，同時(shí)復(fù)測(cè)上下口基準(zhǔn)圓的間距，其偏差應(yīng)不大于3mm。調(diào)整環(huán)縫的組對(duì)錯(cuò)邊量，其允許偏差小于等于4mm。各部位尺寸滿足要求后點(diǎn)焊環(huán)縫，采用與塔體材料相匹配的焊條點(diǎn)焊牢固，點(diǎn)焊長度≥50mm。

近年來，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直不斷尋求改革創(chuàng)新途徑，以求提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，而開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新的重要途徑。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要從實(shí)驗(yàn)儀器開放、實(shí)驗(yàn)空間開放、實(shí)驗(yàn)方式開放上尋求開放模式機(jī)制。

（4）在上段及下段筒體組對(duì)環(huán)縫時(shí)，使用專用卡具，沿周向均布點(diǎn)焊，以便于上段筒體順利就位及調(diào)整。組對(duì)前在下段安裝間隙墊板，以保證對(duì)口間隙值。

（5）在上段筒體沿周向均布點(diǎn)焊限位板，以便于上段筒體順利就位于下節(jié)筒節(jié)的上口，在中心線左側(cè)點(diǎn)、上節(jié)筒節(jié)的下口以及中心線右側(cè)各點(diǎn)焊一塊立板，以保證上段筒體方位正確。

（6）組對(duì)塔上下同節(jié)錯(cuò)口時(shí)，在塔體焊接調(diào)節(jié)卡具，采用千斤頂進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證組對(duì)錯(cuò)邊量。

表4 組對(duì)錯(cuò)邊量允許偏差值（mm）

（7）采用雙經(jīng)緯儀按照4.7.2中設(shè)備找正步驟進(jìn)行垂直度的調(diào)整，達(dá)到規(guī)范允許值，在對(duì)接焊縫處進(jìn)行定位焊。筒體成段后的組裝質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)定，見表5～表 7。

表5 外圓周長允許偏差值（mm）

表6 筒體直線度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(mm)

表7 筒體圓度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(mm)

表8 焊條烘干參數(shù)

4.9 塔體焊接

4.9.1 焊材管理

施工所用焊材應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定并具有合格的質(zhì)量證明書；焊條烘干參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求并做好發(fā)放、回收記錄，見表8。

4.9.2 施焊環(huán)境

榆林靖邊冬季多風(fēng)沙、寒冷，要保證塔的焊接質(zhì)量必須克服風(fēng)和溫度的影響。在臨時(shí)平臺(tái)焊接高度為1.8m的欄桿，在外側(cè)搭設(shè)防火布，防止風(fēng)影響焊縫的質(zhì)量。焊接前2個(gè)小時(shí)，開始給焊口預(yù)熱，經(jīng)熱電偶和紅外線確認(rèn)達(dá)到預(yù)熱溫度。焊接時(shí)持續(xù)加熱，保證焊口和周邊的環(huán)境溫度。

4.9.3 焊接工藝

（1）坡口形式（圖1）

（2）環(huán)縫組對(duì)焊接方法

筒體的環(huán)縫在施工現(xiàn)場進(jìn)行組對(duì)焊接，采用手工焊，施焊位置為橫焊。

（3）焊接順序

當(dāng)塔節(jié)焊口采用卡具和固定限位點(diǎn)焊以后，開始內(nèi)側(cè)焊縫打底。不需進(jìn)行焊接預(yù)熱，防止加熱時(shí)將固定焊和卡具崩開。底層焊接完成后，外側(cè)貼加熱片開始預(yù)熱，進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊縫的焊接。當(dāng)天焊接未完，進(jìn)行焊口的后熱處理。內(nèi)側(cè)焊縫焊接完成，拆除加熱片及卡具。在外側(cè)進(jìn)行碳弧氣爆進(jìn)行清根處理，必須將首層焊道清理完畢。內(nèi)側(cè)貼加熱片預(yù)熱，達(dá)到焊接溫度時(shí)，將外側(cè)焊縫焊接完成。焊接時(shí)，每一條環(huán)縫應(yīng)多名焊工同時(shí)、同步對(duì)稱施焊。

（4）焊接工藝參數(shù)（表9）

表9 分段環(huán)縫焊接工藝評(píng)定

4.9.4 焊接要求

（1）焊前坡口表面進(jìn)行宏觀檢查，不得存在裂紋和分層等缺陷，否則應(yīng)采用修補(bǔ)措施。

（2）補(bǔ)焊作業(yè)時(shí)應(yīng)由具備上崗資格的焊工進(jìn)行。

（3）所有焊縫坡口內(nèi)部及其兩側(cè)各50mm寬的范圍內(nèi)進(jìn)行打磨清理，且應(yīng)露出金屬光澤。

（4）筒體段焊接前應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～200℃，預(yù)熱范圍應(yīng)以對(duì)口中心線為基準(zhǔn)，兩側(cè)各取不小于總厚度的三倍，且不得小于100mm。預(yù)熱時(shí)應(yīng)在焊口兩側(cè)均勻進(jìn)行，以防止過熱；預(yù)熱在焊接的背面進(jìn)行，采用紅外測(cè)溫儀測(cè)溫，并在加熱板加熱的另一側(cè)測(cè)量。在焊接過程中，層間溫度100～150℃。

（5）焊接時(shí)宜采用多層多道焊，即進(jìn)行排焊。焊接時(shí)的擺動(dòng)寬度不應(yīng)大于4倍的焊條直徑。

（6）由施工人員和檢驗(yàn)人員分別進(jìn)行嚴(yán)格的過程控制和檢查。

（7）焊縫同一部位的返修一般不允許超過兩次，超次返修時(shí)須由制造廠的質(zhì)保工程師或現(xiàn)場組焊質(zhì)保工程師批準(zhǔn)。

（8）每層焊接后，對(duì)表面成形差的部位用砂輪機(jī)修整后再焊接，以免出現(xiàn)夾渣、未熔合等缺陷。

（9）焊接完畢，及時(shí)清除焊縫表面焊渣、飛濺物等，并在設(shè)備外表面距焊縫適當(dāng)位置標(biāo)注焊工鋼印。根據(jù)規(guī)定低溫設(shè)備乙烯精餾塔、脫甲烷塔及脫乙烷塔不許打鋼印，應(yīng)在相關(guān)圖紙上標(biāo)注。

4.9.5 焊接檢驗(yàn)

（1）所有焊縫表面不允許存在咬邊、裂紋、氣孔、弧坑、夾渣等缺陷，焊縫上的熔渣和兩側(cè)飛濺物必須打磨和清理干凈。

（2）依據(jù)圖紙要求現(xiàn)場組焊的B類焊縫進(jìn)行100%RT檢驗(yàn)，Ⅱ級(jí)合格。100%超聲檢驗(yàn)，Ⅰ級(jí)合格。

4.10 預(yù)熱、后熱及熱處理

熱處理工應(yīng)有良好的工藝作風(fēng)，嚴(yán)格遵守作業(yè)指導(dǎo)書和交底規(guī)定，做到操作無誤，記錄準(zhǔn)確。

4.1 0.1 預(yù)熱、后熱工藝要求（表10）

表10 預(yù)熱、后熱工藝要求

4.1 0.2局部熱處理工藝要求（表11）

表11 局部熱處理工藝要求

局部熱處理曲線如圖2所示。

4.1 0.3焊前預(yù)熱、后熱

（1）施工方法：采用電加熱法。

（2）供熱：①加熱器規(guī)格：吸鐵式電加熱器，10KW，220V；鐵殼式電加熱器，10KW，220V；②加熱器分布：加熱器沿焊縫對(duì)稱布置于施焊一側(cè)的背面；③加熱范圍：焊縫兩側(cè)各不小于焊件厚度的3倍，且不小于100mm；④加熱器固定：φ14螺紋鋼通過定位塊固定于焊縫的上下側(cè)，采用40*4扁鋼及16#鐵線將加熱器牢固捆綁固定；或采用磁鐵吸附于設(shè)備表面，同時(shí)利用圓鋼、扁鋼等材料固定加熱器。

（3）供電：①電氣聯(lián)線采用YO接法；②一次電纜采用YC4*35+1*10電纜；③二次電纜采用YC4*25+1*10電纜。

（4）控溫測(cè)溫：①控溫設(shè)備：HT-600和HT-2C熱處理智能溫控裝置；②測(cè)溫：采用K型熱電偶，遠(yuǎn)紅外表面溫度儀配合進(jìn)行監(jiān)測(cè)、巡檢，兩熱電偶間距不得大于4600mm；③測(cè)溫點(diǎn)位置：在加熱面的背面測(cè)定溫度。當(dāng)焊件焊縫處母材厚度小于或等于50mm時(shí)，測(cè)溫點(diǎn)距離焊接接頭坡口4倍母材厚度，且不超過50mm；當(dāng)焊件焊縫處母材厚度大于50mm時(shí)，測(cè)溫點(diǎn)距離焊接接頭坡口大于等于75mm；④補(bǔ)償導(dǎo)線：選用KC型補(bǔ)償導(dǎo)線配合熱電偶進(jìn)行測(cè)溫。

（5）保溫：①預(yù)熱過程中，在加熱區(qū)100mm以外范圍內(nèi)應(yīng)予以保溫以減少熱量損失；②后熱過程中，在焊道上利用定位塊等材料適當(dāng)敷設(shè)硅酸鋁保溫棉進(jìn)行保溫，以保證后熱溫度；③焊后熱處理的過程中，至少為焊縫中心至加熱區(qū)以外100mm，保溫材料利用扁鋼及鐵線固定，以保證加熱器提供足夠的熱量。

5 質(zhì)量控制

5.1 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

（1）施工設(shè)計(jì)說明書和施工圖紙。

（2）公司質(zhì)量管理手冊(cè)及程序文件。

（3）《石油化工靜設(shè)備安裝工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50461-2008）。

（4）《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》（GB50236-2011）。

（5）《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》（JB/T4730-2005）。（6）《壓力容器焊接規(guī)程》（NBT47015-2011）。（7）《質(zhì)量體系、生產(chǎn)、安裝和服務(wù)的質(zhì)量保證模式》（GB/T19002-ISO9000）。

（8）YNH001-AZB-460-PRO-025-A00《起重吊裝安全規(guī)定》。

5.2 關(guān)鍵部位及工序的控制

為確保質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)施，必須對(duì)施工質(zhì)量全方位、全過程進(jìn)行控制，采取預(yù)防為主，重點(diǎn)控制工序質(zhì)量，具體應(yīng)做到：工序交接有檢查，質(zhì)量預(yù)控有對(duì)策，施工有措施，措施有交底，圖紙會(huì)審有記錄，材料配件有證書，隱蔽工程有復(fù)驗(yàn)，設(shè)計(jì)變更有手續(xù)，質(zhì)量處理有復(fù)查，材料代用有審批，成品保護(hù)有措施，行使質(zhì)檢有否決（施工過程中如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常、隱蔽項(xiàng)目未驗(yàn)收、擅自變更設(shè)計(jì)圖紙、擅自代換或使用不合格材料、無證上崗、未經(jīng)資質(zhì)審查的操作人員等，均應(yīng)對(duì)質(zhì)量予以否決），質(zhì)量文件有檔案（凡是與質(zhì)量有關(guān)的技術(shù)文件，如水準(zhǔn)坐標(biāo)位置、測(cè)量放線記錄、沉降變形觀測(cè)記錄、圖紙會(huì)審記錄、材料合格證明、試驗(yàn)檢驗(yàn)報(bào)告、施工記錄、隱蔽工程記錄、設(shè)計(jì)變更記錄、試壓記錄、竣工圖等，按規(guī)范要求都應(yīng)編目建檔）。

5.3 焊接環(huán)境控制

（1）風(fēng)速超過8m/s時(shí)，無有效保護(hù)措施不得施焊。

（2）焊接電弧1m范圍內(nèi)的相對(duì)濕度不得大于90%，無有效保護(hù)措施不得施焊。

（3）當(dāng)焊件潮濕或下雨、下雪、刮風(fēng)期間，焊工及焊件無保護(hù)措施時(shí)，不應(yīng)進(jìn)行焊接。

（4）當(dāng)氣溫高于30℃且相對(duì)濕度超過85%時(shí)，不宜進(jìn)行現(xiàn)場焊接。□