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济钢6#7#焦炉煤气净化系统工程
复合板吸收塔( Q235B+316L) 制作安装

技术总结

工程管理部 朱枫
5月

前　　言
济钢6＃7＃焦炉煤气净化系统工程脱硫工段两座非标设备—复合板吸收塔塔体采用(Q235B+316L: 16+2、 14+2、 12+2)复合钢板, 吸收塔塔内件全部采用316L不锈钢板材现场焊接制作; 复合板设备的制作安装以及该类复合板的焊接, 我们首次遇到。为此, 本文对复合板吸收塔的制作安装, 特别是复合板的焊接进行简要总结, 为今后制作安装类似非标设备提供参考。
一、 工程特点:
1、 施工难度大: 复合板吸收塔总高度为32.4m, 塔内径为6m, 塔体板厚为14~18mm( 分上、 中、 下三段) , 单座塔重155t, 卷制、 焊接难度大。
2、 焊接质量要求高: 全部焊缝须进行25％射线抽检探伤, 探伤质量III级合格。
3、 施工工期紧: 吸收塔制作、 安装应在2个月内完成( .11月∽12月基本完成, .01月完成各种试验与检验,以避开2月份的低温天气和雨季) , 制作、 安装工期十分紧张。
4、 安全形势严峻: 吸收塔的制作与其它非标设备的制作在同一加工场内进行, 场地狭窄; 筒节直径大, 运输较为困难; 筒节与筒节组装、 安装只能现场进行, 均属高空作业, 吊装作业难度大; 塔内填料支撑梁安装时,塔内须搭设满堂脚手架,塔内空间狭小,吊装不便;时值严冬, 更增加安全难度; 吸收塔安装与土建施工、 设备安装、 管道安装、 电气安装、 仪表安装穿插进行, 不安全因素较多。
二、 吸收塔制作安装主要技术要求:
1、 主要技术参数:
名 称
设计/工作
压力(MPa)
设计/工作
温度(℃)
工作
介质
腐蚀裕度
容积( m3)
操作重量( Kg)
吸收塔
0. 007／
－0.005
50/40
煤气、
脱硫液
2mm
915
400000
2、 主要技术要求:
名 称
焊缝质量
试验
其它
吸收塔
对接焊缝射线检测长度比例25%, III级合格
煤油渗漏、 气密性试验
不锈钢件接触腐蚀性介质表面酸洗钝化处理
3、 执行标准:
序号
标 准 号
标 准 名 称
1
GB6222
《工业企业煤气安全规程》
2
JB/T4735-97
《钢制焊接常压容器》
3
HGJ211-85
《化工塔类设备施工及验收规范》
4
HGJ210—83
《圆筒形钢制焊接罐施工及验收规范》
5
HG21519—96
《板式平焊法兰人孔》
6
GB50236—98
《现场设备、 工业管道焊接工程施工及验收规范》
7
HGJ229-91
《工业设备、 管道防腐蚀工程施工及验收规范》
8
GBJ126—89
《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》
9
GB50231—98
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
4、 关键施工过程的质量控制点
4.1 下料　 4.2 焊接　 　4.3　塔的垂直度
4.4 塔盘安装的水平度 4.5 塔整体气密性试验
三、 主要施工方法:
1、 施工顺序:
1.1　加工场内完成各筒节(塔圈)制作与焊缝质量检验;
1.2　安装现场进行筒节、 内部件与填料安装;
2、 主要施工工艺流程: (见下页)
3、 主要施工步骤与方法:
3.1基础交接验收:
( 1) 基础位置允许误差为±20mm;
( 2) 基础标高允许误差为－20∽0mm;
( 3) 凸台上平面外形尺寸允许误差为－20∽0mm;
( 4) 预埋地脚螺栓标高允许误差为＋20mm、 预埋地脚螺栓中心距允许误差为±2mm;
( 5) 预埋地脚螺栓螺纹和螺母应保护完好。
3.2材料验收:
( 1) 钢材、 ( 半) 成品件、 焊接材料以及其它辅材必须具备产品质量合格证或质量复验合格报告。
( 2) 钢板应进行外观检查, 表面不得有气孔、 裂纹、 拉裂、 夹渣、 折痕、 夹层; 钢板边缘不得有重皮, 表面锈蚀深度不得超过0.5mm;
复合板的复合情况是材料验收质量的控制重点: 当复合板进场后,应及时向监理报验,然后同供应商、 业主( 生产厂) 、 监理一道逐张多点对钢板采用锤击辨音法, 检验复合度, 如达不到要求, 则该张板不得用于本工程。
( 3) 钢板厚度检查, 其允许偏差为:
钢板厚度mm
允许偏差mm
钢板厚度mm
允许偏差mm
4.5--5.5
-0.5
26--30
-0.9
6--7
-0.6
32--34
-1.0
8--25
-0.8
36--40
-1.1

( 4) 制作用的钢材或因加工( 切割、 拼装、 焊接等) 生产变形的零部件都要进行矫正。矫正后的允许偏差如下表所示:
项次
项目
示意图
允许偏差
1
钢板、 扁钢的局部挠曲失高( f)

在1米范围内δ≤14mm
f≤1.5mm
δ＞14mm
f＜10mm
2
角钢、 槽钢、 工字钢的挠曲失高( f)
长度的1/1000, 但不大于6.0mm
3
角钢肢的不垂直度( Δ)

Δ≤b/100但双肢铆栓连接角钢的角度不得大于90°
复合板与不锈钢钢材的矫正受条件限制, 采用手工捶击矫正时, 应加锤垫, 防止产生凹痕和损伤。

吸收塔制作安装流程图:
放样　排板
下　　料
塔圈组装
塔圈焊接
焊缝检验
基础裙座安装
第一弦塔圈吊装
第二弦塔圈吊装装
塔圈环焊缝焊接
第n弦塔圈吊装
塔附件安装
涂装
圈板卷制
塔盖组装
塔盖焊接
塔盖吊装
斜底组装

斜底焊接
斜底安装
支撑梁安装
钢材矫正
气密性试验
填料安装
n.n-1弦环焊缝焊接圈
材料进场验收
支撑梁制作
支撑梁运输

3.3斜底与塔盖制作安装
( 1) 根据到货钢板的规格尺寸, 对斜底板、 塔盖板绘制排版图; 斜底板、 塔盖板的接料采用对接形式进行; 排版时除考虑切割余量外, 还应考虑焊接收缩余量; 排版直径应比设计直径大1.5∽2‰, 以补偿焊接收缩;下料采用等离子方法进行切割。
( 2) 斜底板、 塔盖板采用条形排板组焊: 中幅板宽度不得小于500 mm, 长度不得小于1000 mm;
( 3) 斜底板、 塔盖板任意相邻焊接接头的距离以及与塔圈纵焊缝
距离不得小于200 mm。
( 4) 根据排版图进行下料, 应确保几何尺寸的精确度。
( 5) 板状对接采用”V”坡口, 坡口面应清理干净。
( 6) 斜底板、 塔盖板在地面平台上进行组装: 整体调整好后, 在卡具协助下进行点焊固定; 斜底板制作成两瓣后进行安装, 塔盖板制作成整体, 并与栏杆组装成一体后安装,而其上附件(捕雾架、 喷洒装置)在地面预装后单独吊装; 斜底板安装时, 应制作临时安装架, 安装架距地面高度为1米6左右, 以便焊工进行斜底板底面各焊缝和斜底板与塔圈环缝等的仰焊作业。
( 7) 斜底板、 塔盖板的焊接原则是由中心向外逆方向分段退焊, 或分段跳焊。先焊短焊缝, 后焊长焊缝, 焊接时由数对焊工对称施焊。
( 8) 斜底板、 塔盖板焊接完毕后, 认真对焊缝进行清理、 检查, 焊缝外观质量检查合格后, 对底板焊缝进行25%射线探伤试验。
( 9) 斜底板、 塔盖板均为不锈钢复合板, 焊接材料选择与焊接施工工艺按后项( ”3.4筒体弦板制作安装”中相应项) 执行, 严禁违规作业。
3.4筒体弦板制作安装:
3.4.1弦板展开排版
( 1) 以中心尺寸展开筒体, 结合钢板实际尺寸, 进行电脑排版、 放样, 最大限度地利用材料;
( 2) 筒体排版、 放样尺寸应考虑焊接收缩与切割余量, 每条焊缝收缩量按1.0～1.5mm考虑; 每条切割缝按2.5～3.0mm考虑;
( 3) 壁板最小宽度不得小于500mm, 最小长度不得小于1000mm;
3.4.2 下料:
( 1) 复合钢板采用半自动等离子切割下料, 复合钢板下料时, 为保证成型美观, 复层面应朝上放置( 即复层迎着等离子割枪) ;
( 2) 下料应在依据排版图的前提下, 对钢板搭配使用, 不能随意切割, 力求合理节约材料。
( 3) 塔圈(筒体)钢板下料尺寸要求:
测量部位
环向对接
纵向对接
板长AB、 CD
板长AB、 CD
≥10000
＜10000
宽度　　AC、 BD、 EF
±1.5
±1
±2
长度　　AB、 CD
±2
±1.5
±1.5
对角线差　AD－BC
≤3
≤2
≤3
直线度
AC、 BD
≤1
≤1
≤1
AB、 CD
≤2
≤2
≤3
B
A
E

F

D
C

3.4.3坡口制备:
( 1) 坡口形式: 纵焊缝采用”V”型坡口, 环焊缝采用单边”V”
型坡口; 坡口角度为550±50;
( 2) 坡口面应使用角向磨光机修磨, 使其平整光洁; 坡口表面
不得有裂纹、 分层等缺陷。
3.4.4弦板卷制:
( 1) 卷制施工前,应对卷床压辊表面进行检查, 清除其表面毛刺,
应重点清理上压辊表面的毛刺、 凸状疤痕; 还应清除复合板表面的附着物, 特别应彻底清除复层表面的附着物, 否则会损伤复合板复层;
( 2) 钢板卷制时, 应进行”压头”工作,不同直径的筒节配相应弧度的压头板; 钢板进入压辊前要对中, 以防止卷板接口错位;
( 3) 筒节卷制过程中严禁一次成型, 卷后的曲率半径应用400∽500mm的弧形样板随时进行检查, 重点检查两端,其间隙g≤1mm如下图所示。
( 4) 卷制成型板应垂直放置, 不允许平放, 以免发生变形。
3.4.5弦板组装:
( 1) 在组装钢平台上, 按不同段塔圈(筒节)的内圆直径,划出弦板的安装位置,并等距焊牢多组定位卡具;
( 2) 将检查合格的弦板吊至安装位置组装, 利用卡具和临时支撑使弦板保持垂直, 各种卡具与临时支撑的焊接应焊在弦板基层上, 原则上不允许焊在弦板复层上, 如必须在弦板复层上焊接卡具与临时支撑时, 则卡具与支撑材质、 焊材材质应与复层材质一致。示意图( 弦板与底板组装示意图) 附后。
( 3) 进行弦板间的组装, 利用卡具进行对口, 调整几何尺寸, 使
弦板对口保持平齐(内表面应齐平), 对口错边量应符合《现场设备、 工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98规定, 其纵向焊缝错边量按复合板不锈钢层厚度计算,不应大于0.4mm。
( 4) 进行第二圈弦板组装。( 弦板与弦板组装示意图附后) 组装时使上、 下弦的立焊缝相互错开, 其距离应不小于500mm; 利用卡具使对口保持平齐, 组装完毕经检查合格后, 进行点焊固定; 环向焊缝错边量不应大于复合层厚度的25%,即:0.5mm。
( 5) 塔圈( 筒节) 检查精度及图例

项目
序号
测定名称
允许偏差
1
不圆度( e)
≤25
2
不平度( f)
≤2
3
不直度( ΔL)
≤H/1000
4
外圆周长
±21
5

6

7

3

4.6焊接:
( 1) 焊接原则: 先焊纵焊缝, 后焊环焊缝; 先焊外侧基层焊缝, 后焊内侧过渡层、 复层焊缝( 焊接顺序尤为关键, 是保证焊缝组织的重要途径: 复层焊逢如果受到重复加热,会析出碳化物,使其耐腐蚀性能和机械性能降低) 。
( 2) 环焊缝焊接时, 由6∽8名焊工, 均匀分布, 并沿同一方向施焊。
( 3) 焊接材料选择: 地面焊接时, 基层焊接采用CO2气体保护焊, 焊丝选用ER50－6,高空施焊时, 基层焊接采用手工电弧焊, 焊条按基层相应强度等级选用E4303;过渡层焊接采用手工电弧焊进行,焊条选用含铬镍量高且能使焊缝中产生部分铁素体组织的焊条A302或A312;复层焊接采用手工电弧焊, 焊条选用与复层化学成分一致的焊条A022;
( 4) 焊工必须是持有锅炉压力容器焊工证或符合GB50236－98的合格焊工, 且在有效期内的焊工; 焊工必须严格按照焊接工艺进行施焊;
( 5) 焊接时, 坡口及其两侧至少50mm内的母材表面应清除铁锈、
油污、 氧化皮, 使其呈现出金属光泽; 特别进行过渡层焊接前, 必须用磨光机打磨出基层金属, 才能保证过渡层熔敷金属与基层、 复层的良好熔合; 焊条、 焊丝由专人保管和发放; 焊丝表面的油污、 水分必须彻底清除、 焊条必须按要求与施工用量进行烘干, 这是减少焊缝气孔、 裂纹的有效途径;
为防止由于加热而产生晶间腐蚀,不得使用大的焊接电流(过渡层焊接时会减小基层对焊逢的稀释作用),焊接电流应比相应低碳钢焊条低20%左右,焊接时运条应尽量避免大的摆动,电弧不宜过长,层间快冷;
( 6) 施焊环境出现下列任一情况, 且无有效防护措施时, 禁止施焊作业:
a手工焊时, 风速大于10m/s
b气体保护焊时, 风速大于2m/s
c相对湿度大于90％
d雨、 雪环境
( 7) 当焊件温度低于0℃时, 应在始焊处100mm范围内预热到15℃左右;
( 8) 焊接接头表面质量要求:
a、 不得有裂纹、 气孔、 夹渣和弧坑等缺陷;
b、 对接接头的咬边深度不得大于0.5mm, 咬边连续长度不得大于100mm; 焊接接头两侧咬边总长度不得大于该焊接接头长度的10％。
( 9) 焊接接头内部质量要求: 25％射线抽检,III级合格。
( 10) 焊接检验完毕, 应对全部不锈钢焊缝表面进行酸洗钝化处理, 酸洗钝化材料采用二合一酸洗钝化膏。
3.5人孔及接管制作安装:
( 1) 塔圈( 筒节) 体组装好后, 根据图纸要求, 在相应位置开设人孔、 接管孔等, 开孔作业应从塔圈内部( 复层) 朝向塔壁外进行; 开孔时应留出开坡口所需的余量, 筒体与接管、 接管与法兰的焊缝要打磨圆滑。
( 2) 补强圈焊接后, 应对角焊缝进行外观检查, 不得有裂纹、 气孔、 夹渣等缺陷, 开孔补强圈焊缝在进行塔的整体气密性试验以前, 通入0.1MPa的压缩空气检查, 不得有泄漏。
3.6 支撑梁制作安装:
3.6.1支撑梁为特殊的H型钢(316L),只能在现场采用钢板加工
制作, H型钢加工主要控制其焊接变形,由于是不锈钢材质,不便采用火焰校正,同时受条件限制,也不能进行工厂内的机械校正,只能从焊接工艺上采用相应措施,减少焊接变形;
3.6.2支撑梁的安装: 由于受安装精度要求, 支撑梁的安装只能在塔体安装后进行, 以保证支撑梁的水平度和同层各支撑梁的平面度。
支撑梁安装时, 应按相应标高在塔内对应位置划出安装线, 由于是复合板, 考虑到复层( 仅2mm厚) 的受力性能, 支撑梁不能直接焊接在复层上, 而只能焊在基层上; 为去除安装位置上的复层( 不锈钢层) , 因机械去除不便, 选用碳弧气刨方式进行, 该方法方便快速, 但易造成塔内烟尘过大, 邻近复层面上易粘上熔渣, 而灼伤复层, 同时造成刨道侧复层渗碳等缺陷, 为此, 在施工时:应从塔底部通入压缩空气, 以置换出碳弧气刨产生的烟尘;在刨道两侧和前方涂上石灰浆, 以保护复层面;在气刨结束后, 用角向磨光机对刨道两侧面渗碳层进行打磨清除。
3.7吸收塔安装:
( 1) 垫铁设置:
每一地脚螺栓两侧各设一组垫铁, 每组垫铁数不宜超过5块; 设置平垫铁时, 厚的垫铁应放在下面, 薄的( 不应小于2mm) 应放在中间( 示意如下) ;
在利用水准仪对各组垫铁进行标高检测、 用水平仪对各组垫铁进行水平度检测后, 进入裙座安装( 裙座的安装质量是控制整座塔垂直度( 水平度) 的关键) ;
　　垫铁应放在靠近地脚螺栓和底座主受力部位下面; 当塔裙座安装调整完毕, 应将各垫铁相互用定位焊焊牢。
　　垫铁总面积计算:
A＝103＊( Q1＋Q2) ＊C／R
其中Q1、 Q2 、 C、 R分别为设备重量、 地脚螺栓紧固力、 安全系数、 基础抗压强度
A＝103＊( 400＊9.8＋198.94*20) ＊2.5／25=789880(mm2)
单块垫铁面积AS＝789880/40＝19747(mm2)
垫铁规格取:120 mm *250 mm
(2)安装质量要求:
项目
序号
测定名称
允许谝差
1
塔体总体高度
h<0.5‰H
2
塔体垂直度
∆h<1‰H且<30 mm
3
塔内填料支撑圈上表面水平度
<6mm
4
支撑梁水平度
<1‰
5
相邻支撑梁夹角
900±0.50
6
相邻内件支撑圈之间和支撑圈与其它有关部件之间的距离
±3 mm
7
喷啉装置安装平面度
3 mm
8
喷啉装置安装标高
±3 mm
(3)安装作业:
a、 吊装机械选择: 根据现场安装条件、 设备形状与重量, 本工程选用50t履带吊( 吊杆长度不得小于46m) 进行吊装作业, 选用30t汽车吊进行组装与配合;
b、 作业顺序: 两座吸收塔同时进行安装, 以事故槽．缓冲槽基础作为现场组装场地, 在其上铺设钢平台, 铺设钢平台时应利用测量专用仪器检测平台的相对标高, 将平台( 塔组装位置) 各点相对高差控制在±0.5范围内, 然后按安装顺序进行各塔圈间的组装;
c、 吊装施工: 先进行裙座安装( 含斜底) , 并进行中心、 标高、 垂直度( 水平度) 的调整, 经检查合格后对垫铁进行点焊固定, 然后按顺序进行各弦安装(吊装示意图附后);
(4)焊接作业: 执行组装焊接的要求;
(5)焊缝检测: 每条焊缝焊接完毕后应进行飞溅等处理, 并进行煤油渗透检查, 然后进行射线抽检检验。
吊装作业示意图
3.8气密性试验:
( 1) 在吸收塔制造完毕, 全部焊缝经检测合格后, 以0.03Mpa的压力进行气密性试验。
( 2) 在塔内空气压力达到试验压力后, 经压力与气体温度平稳
P2T1
P1T2
后, 观测记录塔内气压与气体温度, 并记录开始时间, 两小时后重新记录塔内气压与气体温度, 按下式计算泄漏率ψ, 如气密性试验不合格, 应及时查找原因, 重新进行试验。
ψ=〖( 1- ) / T〗 ＊100％
ψ ≤1％ 为合格
3.9填料安装:
严格按材料厂提供的说明书进行作业, 对填料的搬运应特别小心, 不得损坏填料, 否则会超安装损耗, 导致缺料, 影响施工的正常进行。
填料安装前, 应对塔内填料支撑栅安装及塔内清洁度进行三方( 监理、 生产、 施工) 确认。
a支撑栅安装的确认: 检查支撑栅与支撑梁的接触是否良好, 检查各紧固螺栓是否安装齐全, 检查全部紧固螺栓中是否混有普通螺栓( 按要求应全为不锈钢螺栓) , 检查各支撑栅间距、 支撑栅与塔体壁间隙是否符合要求;
b塔内清洁度的确认: 检查塔内各层内的多余材料、 工具、 临时支撑与安全设施等是否全部清理完, 检查焊渣、 焊条头等杂物是否全部清除
填料安装采用各层同时安装进行, 以节约安装工期(填料量大, 单座塔填料重达36t)。
3.10油漆
( 1) 油漆施工: 施工前, 按图纸设计要求进行表面除锈, 然后进行两遍底漆( J53－81氯磺化聚乙烯云铁防锈底漆) 的涂刷, 每遍干漆膜厚度要求为30∽50μm, 面漆按工艺管道图中的设备涂装要求进行。
( 2) 在进行油漆涂刷前, 必须经甲方、 监理检查, 进行工程隐蔽记录的签字确认后, 方可进行油漆涂刷。