预处理薄壁锥体施工工法

1、二零一六年度技术成果 预处理器薄壁锥体整体组对成型工艺 类别：施工工法预处理器薄壁锥体整体组对成型工艺编 制：田少华 董建周中国化学工程第六建设有限公司山东分公司鲁西项目部二零一六年十二月目 录一、前言1二、工程介绍1三、工法原理2四、工法准备、步骤4五、效益分析14六、工法特点15七、工法适用范围及实例1617一、前言预处理器是离子膜烧碱项目中一次盐水工序典型的代表性设备，该设备主要特征为容积大、内部附件结构复杂、上柱下锥外形尺寸不规则。由于设备直径和高度几何尺寸较大，再加上运输条件受限制，所以在国内我们常见的预处理器几乎很少有成品设备运抵现场安装。预处理器属于大中型非标加工类设备，其制作工

2、艺特点把罐和塔类容器设备融为一体，有罐的外观，也有塔内部繁琐的结构特征，所以在制作加工的过程中，施工程序十分繁琐。由于该设备占地面积大，在设备制作过程中，一般情况下多选择现场预制加工，也可以选择异地预制现场拼对，但后者运输成本高昂，不建议采纳。预处理器从外观结构看很简单，就是单一的筒体和锥体的组合，实际上当我们真正剖析它的制作工艺，不像我们想象的那样简单。预处理器由于内部结构复杂，局部构件出现板厚尺寸小成型困难，所以施工难度不容小视。尤其是薄壁夹套锥的制作和安装，是多年来预处理器制作过程中不容易攻破的核心难点。夹套锥施工质量与进度快慢直接影响预处理器整体的施工周期和安装质量。山西信发化工有限公

3、司100万吨/年离子膜烧碱项目是山东分公司鲁西项目部2014年10月顺利承建完成的化工工程项目。该项目有预处理两台，通过多年对预处理器施工经验的总结和摸索，为了攻破以往项目出现的施工难题，在项目初期，通过查阅相关资料及总结以往施工经验等途径，针对大口径薄壁夹套锥进行了一次全新的技术攻关，改变了传统的分片下料、卷板拼焊的施工方法，采取“整体成型”新工艺，彻底攻破施工难题。为了加快项目建设，缩小因工期制约项目的弊端因素，特编制薄壁夹套锥“整体成型”新工艺施工工法，希望在化工行业得到更好的推广和应用。二、工程介绍山西信发化工有限公司100万吨/年离子膜烧碱项目位于山西省孝义市大孝堡经济开发区，按照合

4、同约定山东分公司鲁西项目部负责完成一次盐水工序中两台预处理器制作安装工作。预处理器筒体最大直径16.8m，基础高度15.5m，设备总高19.4m，其工艺介质为盐水，设计温度70摄氏度，容积约1924立方米，单台设备设计净重193.5吨，立式常压容器。从图纸看预处理外观主体结构分为上、中、下三部分组成（如图预处理器装配图），分别为：下部由两个同心变径锥体和四十八根薄壁夹套锥槽钢支撑组成；中部由下筒体、十层薄壁夹套锥、十六块薄壁夹套锥连接板组成；上部结构由溢流槽、溢流管、抗风圈、内锥、上筒体、浮泥集中槽以及顶部走廊等安全措施组成。通过对预处理器结构的剖析，我们很直观地看出，薄壁夹套锥布置在设备本体

5、中部（最大锥直径为15.4m、最小锥直径为7.5m、板材厚度为=6mm），所占空间约为设备整体的1/3。不仅内夹套锥相互间距狭小，而且变形量较大，如果夹套锥加工偏差有一个较大，很难保证其它夹套锥顺利安装就位，由于夹套锥板材薄、数量多、体积大、变形大，所以防止夹套锥变形，保证设计尺寸，提高施工效率兼并结合，是极不容易攻破的施工难题。图：预处理器装配图三、工法原理在过去由于机械化不发达，人们主要依靠体力采取“燕子垒巢”方式完成，不仅效率低而且误差大。锥体制作传统施工方法是将大锥体分解成很多个小锥体，然后将小锥体再分解成很多扇形环板，将扇形板下完料放在卷板机上滚压，滚压到需要的曲率半径，再由一块块扇

6、形环板组焊，最终完成大锥体的制作，从传统的施工方法不难看出，整个制作过程不仅复杂繁琐，而且效率低，由此可见传统的施工方法是采取“分片成型”。现在通过研究和经验的积累，在总结过去经验和教训基础上我们采取“整体成型”顾名思义就是将过去零星繁琐的下料及焊接工作相对省略，不需要扇形板下料和卷板等一系列施工过程，整体排版组焊，一次组装到位，从下图比较可知新工艺的优越性。不仅焊接量少，而且材料利用率高，极大地节约了施工成本投入和主材成本。四、工法准备、步骤4.1技术准备4.1.1组织图纸会审、编制施工方案、对参与施工人员进行安全技术交底培训。4.1.2按照设计、工艺要求绘制排版图，并在预制平台划线放样校核

7、弧长、半径、角度等主要技术参数尺寸。4.1.3组织焊工作业人员进行焊工考试。4.2现场准备4.2.1修整现场施工道路和场地，保证车辆畅通无阻，建立材料库和焊材二级库。4.2.3合理布局施工用电、水、气、风等必要设施，确保满足施工要求。4.3施工步骤第一步：搭建预制平台 为了减少锥体预制偏差，在锥体安装位置附近需组焊矩形预制平台，平台尺寸依据锥体展开弧长决定，平台主梁最好采用大型工字钢或H型钢，平台表面要铺设钢板，钢板厚度最好选择=10mm，钢板铺设完毕相互间要点焊，然后用水准仪对预制平台四个角及中心位置找正、找平。预制平台（24m*20m）第二步：将预制平台表面清理干净，在预制平台表面根据排版

8、图几何尺寸画出锥体展开面实际尺寸轨迹，沿轨迹铺设锥体预制钢板，铺设钢板时长缝、短缝要交叉错开，由于钢板厚度6mm，钢板相互间要预留2mm间隙，主要是为了保证焊接质量和热涨变形。钢板铺设完毕先点焊长缝再点焊短缝，焊接时采用隔缝跳焊，焊接前用砂轮机将焊缝两侧锈蚀清理干净，焊接完毕打磨焊缝飞溅，保证焊缝表面圆滑过渡。沿轨迹铺设钢板 相互间点焊第三步：扇形环板下料锥体扇形板内焊缝焊接完毕后，按照排版图几何尺寸复核扇形环板毛坯件外弧长、内弧长以及中心角，并用石笔在毛坯件上画上下料尺寸，实际尺寸要比理论尺寸放大35mm，便于修边调整。扇形环板毛坯件下料第四步：焊接伞骨加强角钢 扇形板下料完毕后，沿内弧长和

9、外弧长均匀布置伞骨角钢，角钢长度为两弧长半径之差加25mm，间距控制在1.52m，角钢选用Q235B 80*80*8，角钢要与环板贴紧，角钢底端不可伸出内弧边，角钢两侧与扇形板点焊，点焊完毕后在离外弧边向下1m处开吊耳孔，吊耳孔高度要一致，最大高差不得大于10mm。伞骨加强角钢布置第五步：吊装索具布置 伞骨角钢焊接完毕后，分别在每一个吊耳孔挂一根钢丝绳，也可用尼龙吊装带（强度必须满足），绳索不可“一弯两股”使用，必须是整根而且长度要等长。值得注意的是，在扇形板中心位置和边缘对缝位置必须挂调整导链，防止在组对过程中偏斜或变形。绳索布置图第六步：组对 扇形环板组对完全借助汽车吊，起吊前调整吊钩位置

10、，吊钩中心与扇形环板中心一定要在一条线上，避免环板位移造成锥体撕裂或变形。起钩时一定要慢，匀速起升，环板离开预制平台0.5m时，停止起钩，检查钢丝绳受力情况，用人力拉导链使每一根钢丝绳受力均匀，确保不会因受力不均匀造成位移，每上升1m调整一次，直至锥体完全成型。当扇形环板成型后，接下来就是对缝，对缝时每根钢丝绳都要保证受力均匀，使锥体保持静止状态，按照排版图尺寸复核锥体上口和下口直径尺寸，如尺寸有偏差我们调整对缝两侧最近导链，调整时先调整下口尺寸再调整上口尺寸，当尺寸符合设计要求时，分别在上中下三个部位横向点焊同曲率半径的样板，样板点焊完毕施焊时从中心样板开始向两侧延伸焊，焊前打磨34mm调整

11、余量，焊接完毕打磨焊缝表面飞溅，并将钢丝绳拆下。锥体起吊（一）拉导链调整中心（二）锥体成型（三）锥体对缝（四）吊装索具拆卸（五）第七步：外缝焊接 吊装索具拆卸完毕后要对锥体外缝进行焊接，焊接前用砂轮机将焊道及两侧打磨金属本色，由于板薄不提倡用汽刨清根（丁字缝可以适当清根），受热面积越大变形越大。由于锥体下口与预制平台贴的很紧，焊接时我们一定要从下至上，防止应力无法释放引起变形。外缝焊接时，电焊工要均匀布置，分别从四个方向同时施焊，焊接完毕打磨焊缝飞溅，将所有焊点全部打磨平滑。第八步：环板加固 预处理器内部有十个夹套锥，而且相互间距尺寸非常小，为了防止锥口变形过大，在吊装前必须采取加固措施，加固

12、我们采用环梁，在锥体上口向下200mm位置焊接加固环板，环板曲率半径要与锥体上口相同，环板采用Q235B =14mm钢板，环板宽250mm，环板焊接时一定贴近锥体首尾相连，点焊一定要牢固。加固环板布置第九步：吊耳布置 锥体在安装过程中为大口朝上小口朝下，为了锥体吊装平稳，那么我们必须在锥体内部焊接吊耳，由于锥体壁薄重量轻，吊耳我们选用平吊板式吊耳，吊耳材质为Q235B =12mm钢板，吊耳间距1.52m之间，吊耳与锥体要满焊，位置为上口向下1.5m。由于吊耳板比锥体母材厚，为了加固吊耳以及防止吊装时撕裂锥体，必须采取防护措施，在吊耳上方加设加固环板，环板曲率半径与锥体相同，环板与吊耳以及锥体三

13、者要连续焊（如果锥体小也可不加环板）。吊耳焊接完毕拆除伞骨加固角钢，并打磨焊点至母材平滑过渡，为锥体防腐提供良好条件。吊耳布置图第十步：锥体吊装 锥体防腐完毕后，即可具备吊装条件，拆除锥体临时支撑，清除吊装区域障碍物，确保吊装运输车辆畅通无阻。锥体吊装最好使用钢丝绳，钢丝绳长度必须等长，不可打弯使用。起吊时钩头位置必须与锥体保持在同一条直线上，防止锥体磕碰变形。预处理器夹套锥定位支撑吊装（一）吊装（二）吊装（三）吊装（四）五、效益分析 通过在该项目的研发和实践证明，薄壁锥组对成型新工艺，充分体现了它的优越性和实施的可行性。不仅节约施工成本，大幅度提高了工作效率。下面是做同样大小锥体（15.4m

14、*9.18m*2.5m）施工成本投入对照表：成本比对表序号施工方法人工材料机具小计合计1传统做法1、扇形下料消耗人工：4工日*230元=920元2、卷板消耗人工：3工日*230元=690元3、焊接消耗人工：6工日*260元=1560元1、主材钢板利用率84.3%2、焊材消耗320kg*3.6元=1152元3、氧气、乙炔合计费用450元4、其它耗材230元1、25t吊车台班下料、卷板、组对8台班*1400=11200元2、卷板机台班3台班*650元=1950元3、电焊机台班14台班*15元=210元1、人工3170元2、材料1832元（不含主材）3、机具13360元4、主材增加损耗23000元施

15、工成本：18362元主材成本浪费23000元2新工艺1、铺板消耗人工：1工日*230元=230元2、卷板消耗人工：0工日*230元=0元3、焊接消耗人工：4工日*260元=1040元1、主材钢板利用率94.6%2、焊材消耗210kg*3.6元=756元3、氧气、乙炔合计费用260元4、其它耗材175元1、25t吊车台班下料、卷板、组对3台班*1400=4200元2、卷板机台班0台班*650元=0元3、电焊机台班8台班*15元=1201、人工1270元2、材料1191元（不含主材）3、机具4320元4、主材增加损耗920元施工成本：6781元主材成本浪费920元由此表可以看出新工艺的研发和推广有

16、着重大意义，一方面节约了施工成本，另一方面从业主角度考虑减少了不必要的材料浪费。在该项目中大小锥体共计26个，约210吨，新工艺的研发直接节约施工成本15万元；材料利用率提高10%，为业主减少材料浪费成本20万元，所以通过此项目的研发应用更好地将新工艺施工工法得到普及和推广。六、工法特点薄壁夹套锥“整体成型”施工工法通过在该项目的理论和实践结合，显示出它卓越的优越性。不仅施工效率高，而且极大地节约了施工成本，在材料使用方面也降低了材料损耗率，主要特点体现在以下几个方面：第一：避免了繁琐零碎的放线下料过程，节约人力资源的投入。第二点：锥体拼接在下料完成后不需要再用卷板机加工，节约卷板机等机械台班

17、的投入。第三点：减少了焊接量，提高焊接合格率，克服并降低了因焊接变形造成的返工返修成本。第四点：整个组队过程克服了过去用吊装机械吊装组焊的过程，节约了锥体传统零星组焊过程中吊装机械使用成本。第五点：减少了施工误差，提高一次安装合格率。七、工法适用范围及实例“整体成型”施工工法主要以山西信发化工有限公司100万吨/年离子膜烧碱项目为试验，通过实践在该项目中得到充分的认证，无论从施工质量还是从施工进度，比起传统的施工方法效率提高很多。在传统的施工方法中加工一个直径6.5m*2.7m高h=4m的薄壁锥需要工期为三个半工作日，而采用“整体成型”施工工法完成同样的工作量需要工期为二个工作日，通过比较充分展现出新工艺的优越性。随着化工行业不断地发展和推进，该施工工法同样也可以运用其它非标设备大中型锥体以及漏斗的制作，适用板材厚度最好在4mm12mm范围内。如果锥体直径加大，适用板材厚度适当加大。薄壁夹套锥 “整体成型”新工艺研发于山西信发化工有限公司100万吨/年离子膜烧碱项目