苯乙烯裝置三聯(lián)換熱器E- 2201 更換工藝創(chuàng)新

孫傳峰

陜西化建工程有限責(zé)任公司 陜西楊凌 712100

新浦化學(xué)（泰興）有限公司32 萬t/ a 苯乙烯裝置核心設(shè)備三聯(lián)換熱器是由E- 2201、E- 2202 和E- 2203三組換熱器連在一起組焊成一個整體的立式固定管板換熱器（見圖1），自2012 年投產(chǎn)以來，E- 2201 結(jié)焦腐蝕嚴(yán)重，造成管束泄漏，使能耗增加、降低產(chǎn)品收益率。為此，需對最下段E- 2201 換熱器進(jìn)行整體更換。本次設(shè)備更換屬于國內(nèi)第二例，第一例為中石油獨山子石化公司于2019 年對同類設(shè)備進(jìn)行整體吊裝至地面切割更換后，進(jìn)行整體吊裝就位。

圖1 三臺換熱器實物圖

新浦化學(xué)（泰興）有限公司苯乙烯廠三聯(lián)換熱器總高度31.2m，所屬框架總高度40.4m。三臺換熱器重量分別為 108.5t （E- 2201）、80.4t（E- 2202）、58.8t（E- 2203）。先自上而下拆除影響設(shè)備吊裝的管道、鋼結(jié)構(gòu)框架、平臺至22.8m 標(biāo)高位置，在E- 2201 與E- 2203 換熱器連接處進(jìn)行劃線切割，將E- 2202 和E- 2203 整體吊裝移出；再將下段E- 2201 吊裝移出框架，將新設(shè)備E- 2201 吊裝就位；復(fù)核標(biāo)高與垂直度、管口方位后吊裝上段，將E- 2201 上段與E- 2203 下段組對焊接；設(shè)備安裝完成后，恢復(fù)管道和設(shè)備框架。

1 技術(shù)準(zhǔn)備要點

1.1 施工前編制專項施工方案

因該設(shè)備為二類壓力容器，按照《特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范》TSG21- 2016 中要求：壓力容器的改造或者重大修理方案應(yīng)當(dāng)經(jīng)過原設(shè)計單位或者具備相應(yīng)能力的設(shè)計單位書面同意。陜西化建工程有限責(zé)任公司具備三級壓力容器設(shè)計資質(zhì)，方案經(jīng)設(shè)計人員審核、單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)加蓋設(shè)計章后，最終完成方案的制定。

1.2 向特種設(shè)備安全監(jiān)管部門辦理書面告知

該三聯(lián)換熱器具有其結(jié)構(gòu)特殊性，殼程為三個換熱器獨立運行，管程為三臺換熱器連為一體，且管程設(shè)計壓力0.176MPa，屬于壓力容器監(jiān)檢范圍。按照《特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范》TSG21- 2016 中要求：壓力容器的重大修理是指主要受壓元件的更換、矯形、挖補，以及對符合本規(guī)程3.2.2.1 規(guī)定的對接接頭的補焊或者對非金屬壓力容器粘接縫的修補。本次更換的下段既不屬于新設(shè)備的安裝也不屬于改造，屬于壓力容器的重大修理，所以在告知書選擇施工類別時應(yīng)選擇維修。另外，該設(shè)備為進(jìn)口設(shè)備，辦理告知書時還應(yīng)提供《進(jìn)口壓力容器安全性能監(jiān)督檢驗證書及報告書》。

1.3 焊接工藝評定的選擇

表 1 中 Q345R 后加入 GB/ SA 516 Gr70、GB/ SA 537 Cl 1；

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表2 中鋼號Q245R、Q345R 一欄修改為Q245R、Q345R、GB/ SA516Gr70、GB/ SA537Cl1；GB/ SA387 Gr12 Cl 2 納入Cr- Mo 系欄。

表2 殼體用鋼板超聲檢測要求

同時修改單中明確了GB/ SA 516 Gr70 等同于ASME ⅡA SA- 516M:2013 中的SA 516 Gr70。且對應(yīng)NB/ T 47014 中的母材組別號分別為：GB/ SA 516 Gr70——Fe- 1- 2；按照NB/ T 47014- 2011 中

6.1.2.2 某一母材評定合格的焊接工藝，適用于同類別號同組別號的其他母材的豁免原則，陜西化建的Q345R 的焊接工藝評定也適用于SA516- 70 的焊接。

1.4 吊裝方案的編制

除按正常吊裝方法考慮外，重點要考慮以下幾點：

（1）E- 2202 和E- 2203 組合段設(shè)備吊裝重量的預(yù)估，按圖紙設(shè)計重量兩端重量為139.2t，因內(nèi)部結(jié)焦、保溫以及E- 2203 內(nèi)部襯里等，實際吊裝設(shè)備重量約為180t。另外，在吊裝前一定要在E2201 上口增加限位卡，便于安全減少超起配重。

（2）下段E- 2201 吊裝時要將與設(shè)備基礎(chǔ)連接的所有灌漿料清理干凈，準(zhǔn)備2 個50t 千斤頂，待設(shè)備起吊到設(shè)計重量時用千斤頂慢慢頂力，設(shè)備底座完全離開設(shè)備基礎(chǔ)后方可起吊。

根據(jù)布魯斯的解釋，“自然計算是發(fā)生于自然或者由自然激發(fā)的計算”。事實上，自然計算無處不在，發(fā)生于腦中的信息處理過程、發(fā)生于免疫系統(tǒng)中的信息處理過程，以及發(fā)生于自然選擇中的信息處理過程等等都屬于自然計算。

（3）上段吊裝時無設(shè)備吊耳，設(shè)備最上端為直徑3200mm 變直徑2100mm 的異徑管，壁厚只有12mm，材質(zhì)為304H。從吊裝安全考慮，自主設(shè)計研發(fā)了吊裝封頭，取得了良好效果。

主要施工程序如下：施工準(zhǔn)備→安全技術(shù)交底→膨脹節(jié)固定→管道臨時支架固定→鋼結(jié)構(gòu)框架拆除→設(shè)備連接管道及其他附件拆除→三聯(lián)換熱器上段封頭吊耳焊接→三聯(lián)換熱器上段拆除→三聯(lián)換熱器下段拆除→拆除部分廢料外運→三聯(lián)換熱器下段安裝→三聯(lián)換熱器上段安裝→三聯(lián)換熱器封頭吊耳拆除→三聯(lián)換熱器附屬管道及其他附件恢復(fù)→鋼結(jié)構(gòu)框架恢復(fù)→防腐、保溫→最終驗收。

2 三聯(lián)換熱器拆除工藝

2.1 膨脹節(jié)固定

設(shè)備管道拆除前需要將與設(shè)備連接的膨脹節(jié)固定（圖2），膨脹節(jié)兩頭焊接鋼板后再用鋼管連接。本工程中設(shè)備膨脹節(jié)大小為φ3200，選用鋼板厚度為20mm，鋼管為φ114.3×6.02 的鋼管焊接，沿膨脹節(jié)圓周均布16 組。在焊接工裝前，需提前在焊接工裝位置焊接加強(qiáng)板（材質(zhì)304H，厚20mm），加強(qiáng)板上開氣孔；管道膨脹節(jié)大小為φ2100，共計兩個，分別是水平向及豎直向膨脹節(jié)，選用鋼板厚度為12mm，鋼管為φ60.3×3.4 的鋼管焊接，每處膨脹節(jié)固定均沿膨脹節(jié)圓周均布16 組。與設(shè)備連接的部分管道需要拆除，不需要拆除的管道要固定起來，臨時固定支架必須與現(xiàn)場實際管道支架規(guī)格一致，方可滿足管道固定的要求。

圖2 膨脹節(jié)限位示意圖

2.2 三聯(lián)換熱器上段封頭吊耳焊接

三聯(lián)換熱器上段E- 2202 上口直管拆除完成，進(jìn)行設(shè)備封頭吊耳焊接。拆除上部彎頭后，在設(shè)備管口內(nèi)距頂部100mm 處焊接十字支撐，選用DN100（101.6×5.74）鋼管作為支撐，t=20mm 作為連接板。圖3 為封頭吊耳示意圖。

圖3 封頭吊耳示意圖

2.3 三聯(lián)換熱器拆除

三聯(lián)換熱器拆除分大型起重機(jī)械進(jìn)場就位、換熱器切割位置劃線定位、E- 2202 與E- 2203 換熱器整體保護(hù)拆除、E- 2201 換熱器保護(hù)拆除、E- 2201 拆除換熱器清運等幾個步驟。

第一段為E- 2202 與E- 2203 整體吊裝，第二段為E- 2201 段換熱器吊裝。為保證設(shè)備安全拆除，根據(jù)設(shè)計圖紙、作業(yè)空間、設(shè)備尺寸及起重設(shè)備特性表等核算，起重主吊車選用400t 履帶吊，遛尾吊選用400t 汽車吊進(jìn)行配合拆除。

三聯(lián)換熱器分解之前，需提前劃好切割線，并且必須經(jīng)由苯乙烯廠、監(jiān)理單位及施工單位三方現(xiàn)場簽字確定，同意在該位置切割拆除，方可進(jìn)行切割作業(yè)。現(xiàn)場采用等離子切割機(jī)進(jìn)行切割。

2.4 E- 2203 試壓、堵漏

結(jié)合現(xiàn)場施工工序，上段（E- 2202+E- 2203）拆除吊裝放置在地面后，拆除下段（E- 2201）時，要對換熱器E- 2203 進(jìn)行水壓試驗，并對有滲漏的管束進(jìn)行封堵。

3 三聯(lián)換熱器組裝工藝

設(shè)備組裝施工工序：施工準(zhǔn)備→安全技術(shù)交底→換熱器E- 2201 就位安裝→換熱器E- 2201 安裝驗收→E- 2203 與E- 2202 換熱器整體吊裝與E- 2201 組焊（焊縫檢測合格）→設(shè)備管程氣壓試驗→E- 2202 換熱器殼程出料口彎管組裝（焊縫檢測合格）→三聯(lián)換熱器連接管道安裝→拆除框架梁恢復(fù)→防腐保溫→現(xiàn)場清理→最終驗收。

3.1 設(shè)備基礎(chǔ)處理

（1）設(shè)備就位前對已建設(shè)備基礎(chǔ)組織業(yè)主、監(jiān)理單位進(jìn)行驗收，評定、測量、驗收合格后，方可組織設(shè)備安裝。

（2）基礎(chǔ)外觀不得有裂紋、蜂窩、空洞及露筋等現(xiàn)象，基礎(chǔ)各部位尺寸及位置偏差數(shù)值不得超過允許偏差數(shù)值。

3.2 E- 2201 換熱器安裝

E- 2201 設(shè)備就位主吊車采用400t 履帶吊，遛尾吊選用400 汽車吊進(jìn)行吊裝。

3.3 E- 2203、E- 2202 換熱器與E- 2201 組焊

（1）設(shè)備組對：在下簡節(jié)的上口內(nèi)側(cè)或外側(cè)每隔1000mm 左右設(shè)置一塊定位板,將上簡節(jié)吊裝就位，在對口處每隔1000mm 左右放置一間隙片, 間隙片的厚度按對口間隙確定：用調(diào)節(jié)絲杠調(diào)節(jié)對口間隙；最終組對要求為直線度偏差不大于11mm，設(shè)備整體長度（含裙座長度）公差為±13mm。

（2）焊接材料選擇：材質(zhì)為SA516- 70，焊絲為CHG56，焊條為CHE507R。

（3）焊條電弧焊填充和蓋面時，焊接規(guī)范參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝評定的要求，嚴(yán)格控制線能量和焊接工藝參數(shù)，焊接工程師對焊接過程進(jìn)行旁站監(jiān)督。

（4）焊接完成后，無損檢測檢查一次合格率達(dá)100%。

換熱器吊裝施工完成現(xiàn)場圖見圖4。

圖4 換熱器吊裝施工完成

4 結(jié)語

苯乙烯裝置三聯(lián)換熱器中E2201 在使用8～10 年左右均會有不同程度的泄漏，常規(guī)的對管束進(jìn)行堵漏次數(shù)較為頻繁，極大影響裝置穩(wěn)定運行。通過獨山子石化、江蘇新浦化學(xué)、天津大沽石化（計劃2022 年更換）等運行情況分析，全國20 多套苯乙烯裝置大部分裝置即將進(jìn)入大修、更換期，唯一解決的辦法就是將下段進(jìn)行更換。通過本次空中分段施工，極大降低了資金投入，相對傳統(tǒng)施工方法節(jié)約成本達(dá)30%左右，也為后續(xù)類似施工項目積累了經(jīng)驗。