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裂解炉施工工法国家

乙烯装置10万吨/年裂解炉安装工法

1、前言

裂解炉作为乙烯装置的关键设备,在装置施工中历来受到人们的重视。

其结构布局紧凑,安装工程量大,施工工序复杂,钢结构、设备、衬里、配管和仪表电气等各专业交叉作业等特点。

尤其是对流段的施工,组对精度高、单位体积大,给施工带来一定的难度。

本工法就是根据历年来多项乙烯装置裂解炉施工经验,总结出的乙烯裂解炉安装施工工法。

2、特点及适用范围

2.1施工特点

(1)施工中预制工程量增大,有利于提高施工质量和加快施工进度,减少施工投入。

(2)施工过程中充分考虑裂解炉结构、布置特性,采用分片预制、分片安装、整体调整,可以准确的保证施工几何尺寸。

2.2适用范围:

(1)乙烯装置裂解炉施工。

(2)对于石油工业装置中大型结构布置的转化炉、加热炉等有参考价值。

3、工艺原理

本工法为10万吨/年裂解炉施工工法,是采用中国石化科技开发公司和鲁玛公司联合开发的SL-2型乙烯裂解炉技术,2台对称布置合成一组。

裂解炉结构紧凑,布置严整,炉体下部为辐射段,内装辐射段炉管,悬挂在辐射段上部的吊架上。

每台炉底部设有36组燃烧器,侧墙上设有48组燃烧器和窥视孔,端墙上设有窥视孔和人孔。

炉体上部为对流段,对流段内部均有七组模块组成,由下往上,依次为模块1到模块7,模块有管束、墙板、弯头箱、锚固件、衬里等组成。

对流段端墙由弯头箱封闭,侧墙设有吹灰器,顶部有烟气收集器,烟气经烟道、引风机、烟囱排入大气中。

每台炉顶部有一台汽包,辐射段正上方有六台TLE型急冷换热器,每台急冷换热器由一根上升管和一根下降管与汽包相连,用于废热回收,产生超高压饱和蒸汽。

根据经济、合理、工厂化预制的原则,考虑到裂解炉结构、管束、墙板及衬里等施工特点,本着加大裂解炉的预制深度、减少高处作业的原则,施工采用辐射段墙板分片预制、分片安装、对流段模块提前衬里整体模块化安装的施工工艺。

4、施工程序及技术要点

4.1施工工艺程序

裂解炉施工工艺流程见图1,施工工序流程见图2~图5。

4.2施工技术要点及要求

4.2.1设备、材料的检验

裂解炉材料、配件及设备的检验,大部分按常规进行,检验中应重点进行炉管的验收、汽包和急冷锅炉及合金材料的检验。

4.2.1.1炉管的验收

(1)炉管到货后,按设计图样和装箱单核对设备及零部件的尺寸、数量,检查其质量证明文件是否齐全、是否符合设计图样规定,检查其外观是否碰撞、变形及损坏,炉管内外表面应平整不得有裂纹、折叠、轧折、离层、结疤等缺陷,并不应有严重锈蚀现象。

(2)辐射段炉管、对流段炉管、废锅和横跨管的合金钢管道组成件进行10%的光谱分析抽检,复验其化学成分;焊口进行1%的射线抽检。

(3)上升、下降管进行测厚检查,热弯处的壁厚减薄量不得大于10%。

(4)对流段管束复测管板的位置,相邻管板的间距偏差不大于2mm,总间距偏差不大于3mm。

4.2.1.2汽包和急冷锅炉的检查

(1)应有强度设计计算书和技术监督部门的监检证书。

(2)对汽包和急冷锅炉进行超声波测厚检测。

(3)检查开孔方位及接管补强板质量。

(4)检查急冷锅炉炉管的直线度。

4.2.1.3高温锚固件、管板支撑件应进行光谱分析,合金成分含量应符合材料规定要求。

4.2.2炉体结构预制

炉体结构包括主框架结构、辐射段炉墙、对流段炉墙、过渡段炉墙、顶部集烟室和劳动保护等。

主框架结构分为辐射段框架结构、对流段框架结构和楼梯间框架结构。

对流段墙板与对流管束形成模块结构整体安装。

图6为齐鲁乙烯10万t/a裂解炉结构平面布置。

技术工艺文件编制

焊接工艺评定试验

焊工技能考试

对流段墙板保温钉焊接

对流段墙板地面衬里

对流段模块组对

辐射段炉管检验

辐射段炉管支、吊架安装

急冷锅炉检验

集气室地面衬里

集气室保温钉焊接

汽包检验

引风机检验

外围系统工艺配管

外围工艺系统试压

外围工艺系统吹扫

工艺系统气密

水汽风氮气引进装置

燃料气引进装置

施工准备

裂解炉基础验收、处理

辐射段墙板安装

辐射段主框架结构安装

辐射段平台、梯子安装

过渡段钢结构安装

对流段模块吊装、找正

对流段框架结构安装

废热锅炉支撑梁安装

辐射段炉管吊装就位

急冷锅炉吊装就位

烟道安装

对流段平台梯子安装、结构完善

汽包吊装就位

引风机、烟囱吊装就位

汽包、风机找正

上升管/下降管支、吊架安装

上升下降管组焊、检验

过热蒸汽管支、吊架安装

过热蒸气管组焊、检验

热处理硬度检验

蒸汽系统水压试验

物料系统气压试验

系统防腐、保温

炉管系统终平衡

水汽系统化学清洗

烘炉

蒸汽吹扫、安全阀调试

螺栓热紧

烘炉后筑炉质量检查

裂解炉工程机械完工

施工人员、机具准备

辐射段墙板保温钉焊接

钢结构预制

急冷锅炉找正

辐射段炉管调整

辐射段炉管组焊、检验

横跨管组焊、检验

辐射段炉顶板、底板安装

辐射段门类安装

辐射段、过渡段衬里

炉底燃烧器安装

人孔封闭

风机试运

 

图1裂解炉施工工艺流程

图2裂解炉施工工序流程图解-1

图3裂解炉施工工序流程图解-2

图4裂解炉施工工序流程图解-3

图5裂解炉施工工序流程图解-4

Ac1

Ac6

Ac7

Ac5

Ac4

Ac3

Ac2

155

150

151

152

153

154

N

3540

3540

3130

3130

3130

3130

19600

Ac1a

5940

22800

4520

4520

2800

2800

5000

 

图6齐鲁乙烯10万t/a裂解炉结构平面布置

4.2.3炉体结构安装

4.2.3.1按常规要求进行基础处理及垫铁的安装放置。

4.2.3.2辐射段炉墙和框架结构的组对

(1)在组对平台上按辐射段图纸尺寸进行放样,焊接定位板,节点处用垫铁找平,组成一个片状组装胎具。

(2)先组对辐射段墙板的框架结构,几何尺寸调整合格后进行焊接或螺栓连接,尺寸调整时应考虑焊接收缩量。

然后组焊墙板和加强筋,墙板焊接时,应采取对称焊、分段焊、加设防变形板、焊接采用小电流等方法防止焊接变形。

保温钉、托砖板等衬里锚固件的焊接待炉壳安装找正后进行也可以在焊完炉墙板后焊接。

(3)炉墙看火孔的开孔在炉墙吊装前开好,以减小墙板吊装和就位受到的风载荷。

(4)墙板几何尺寸偏差应符合表1的要求,框架钢结构组对几何尺寸允许偏差见表2。

表1辐射段和对流段墙板外形尺寸允许偏差

序号

检查项目

允许偏差(mm)

1

相邻立柱间距

±3

2

任意立柱间距

±5

3

立柱间平行度

H/1000,且≤5(H:

柱高度)

4

梁间平行度

L/1000,且≤5(L:

梁长度)

5

墙板水平面对角线差

≤5

6

总宽度

±5

7

墙板平直度

5/1000

表2框架结构组对几何尺寸允许偏差

序号

检查项目

项目代号

允许偏差(mm)

备注

1

立柱间距

D

3

2

框架总宽度

W

5

3

立柱高度

H

3

4

对角线差

L1-L2

5

5

立柱直线度

H/1000

5

6

横梁平行度

5

7

承重梁位置

3

4.2.3.3辐射段炉体框架结构安装

(1)用吊车将在组装平台上的每片框架结构和辐射段墙板缓慢吊起,依次将每片框架钢结构和辐射段侧墙板吊装就位(见图6),拧紧地脚螺栓。

然后,侧墙板的立柱用拖拉绳临时固定。

(2)横梁就位,把紧高强度螺栓,然后进行找正。

找正合格后,将横梁节点进行点固焊。

(3)调整好相对侧墙板之间的距离,吊装端墙板就位,进行点固焊。

(4)对辐射段壳体和框架钢结构进行找正,安装几何尺寸允许偏差见表3。

找正合格后,进行墙板密封焊接。

(5)安装辐射段炉底梁和炉底板。

(6)从下往上依次安装框架与炉体之间的横梁。

然后,进行高强螺栓的紧固或焊接。

(7)将辐射段炉顶板的保温钉在地面上焊接,然后吊装就位,找正合格后,进行节点间焊接。

(8)辐射段墙板安装焊接完毕后,安装观察孔及检修门。

(9)辐射段框架找正后及时安装楼梯间、平台、栏杆、梯子等结构,并完成焊接工作。

图7辐射段侧墙板吊装示意

表3墙板和框架钢结构的安装几何尺寸允许偏差

序号

检查项目

允许偏差(mm)

备注

1

立柱与基础中心偏移

3

2

立柱底板标高

2

3

辐射室立柱垂直度

8

4

侧墙板间距

3

5

辐射室平面对角线差

10

在顶部和底部两个位置测量

6

辐射室空间对角线差

10

7

辐射段高度

15

8

炉底板水平度

3

9

承重梁位置

3

10

承重梁水平度

L/1000,且≤3

11

过渡段上口水平度

2

12

对流段墙板宽度

3

13

对流段立柱垂直度

5

14

对流段平面对角线

10

在顶部和底部两个位置测量。

15

对流段高度

10

16

炉体总高度

25

17

框架立柱垂直度

H/1000,且≤15

4.2.3.4对流段框架结构的组对及安装

(1)对流段150#和151#轴线、154#和155#轴线分别在地面组对成框架结构(见图6),在对流段模块吊装前,安装找正完毕。

(2)对流段两端Ac1、Ac7轴线组对榀,在对流段模块安装找正后进行安装。

(3)150#和151#轴线、154#和155#轴线组成的框架,分别分两段进行组对(下段EL+18462~EL+27000,上段EL+27000~EL+39700)。

上、下段分别按Ac2、Ac3、Ac4、Ac5、Ac6轴线方向预制成榀后,运至现场立式组对成框架。

(4)对流段框架组对后,进行几何尺寸调整,然后连接螺栓和焊接。

(5)对流段框架采用280t吊车分段吊装就位,框架最大质量约35t,吊车工作半径为22m。

(6)模块就位后从下往上依次安装各层横梁。

(7)对流段框架组对、安装几何尺寸应符合表3的要求。

4.2.3.5对流段模块的组装

乙烯裂解炉对流段均由七组模块组成,由下往上,依次为模块1到模块7,模块有管束、墙板、弯头箱、锚固件、衬里等组成。

以齐鲁乙烯装置10万t/a裂解炉为例,模块分组情况见表4。

表4裂解炉对流段模块分组参数表

模块

编号

包含

管束

几何尺寸

(长×宽×高)

(单位:

mm)

重量(单位:

t)

起点标高

(mm)

总重

管束

弯头箱

(含衬里)

墙板

(加衬里)

模块1

LMP

20670×1952

×2069

63

30

6

27

18462

模块2

20670/11520

×1952×1520

11

11

20531

模块3

LSSH

USSH

11770×1952

×2660

56

32

7

17

22051

模块4

UMP

LFP

11770×1952

×3100

95

47

8

40

24711

模块5

BFW

11770×1952

×1420

50

26

3

21

27811

模块6

UFP

11770×1952

×1980

48

25

2

27

29231

模块7

烟气收集器

11770×1952

×1120

7

4

31211

(1)用两根H250×200的型钢在对流段墙板外侧进行临时加固。

然后,放置在平台上,并找平合格,进行保温钉的焊接和管板托架、滑动支架的安装,再进行衬里施工。

(2)衬里养护合格后,进行模块的组装,对流段模块在现场组装。

按照安装图纸确认分组炉管管口方位,用0.6MPa的压缩空气对盘管进行吹扫,重新用管帽将管口进行封闭。

(3)将模块组对架沿管束长度方向放置在组对平台上,组对架的高度应大于模块管束底标高减去模块底标高,组对架的宽度应小于两侧墙板的净间距,组对架可使用H250×200制作的小型门型架,如图7所示。

每组模块组对使用5~7个组对架,组对架的位置应避开管板且均布,并点焊于组对平台上。

组对架的上表面应处于同一平面内,标高偏差不应大于3mm。

(4)根据管束的实际位置,在组对平台上焊接定位板,以保证墙板相对盘管的位置符合图样要求。

用50t轮胎吊配合150t吊车,利用平衡梁索具缓慢将已施衬完毕且已达到衬里养护期的墙板吊起,进行盘管和墙板的组对。

(5)组对时,墙板上的管板支座上表面标高要低于管束的管板下表面标高5mm~10mm(见图8),以保证墙板顺利组装到位。

调整墙板使其角钢滑道与管板正确对中,缓慢平移墙板至图样要求(即限位板)的位置。

然后用斜钢楔塞紧墙板与平台间的间隙进行调整墙板的标高,并进行临时加固。

(6)组装另一侧墙板,并调整模块的整体外形尺寸。

合格后在模块顶部用临时钢结构框架对模块两侧墙进行定位和固定。

临时结构与模块之间采用螺栓连接。

(7)安装两端弯头箱盖板。

(8)对流段模块2、7内无管束,墙板组装完后焊接衬里锚固件,在地面进行衬里施工,衬里养护合格后进行吊装就位。

图7模块组对架示意图

H250×200

δ=12~16mm

 

 

图8对流段模块组装示意图

4.2.3.6对流段模块的安装

(1)模块安装前,主框架结构、辐射段和过渡段结构应安装、螺栓连接、焊接、找正完毕,影响吊装作业的部分横梁暂时不安装。

(2)模块采用500t吊车依次进行吊装就位。

每组模块就位找正合格后,将横梁与主框架连接,然后再进行下组模块的吊装。

(3)对流段模块安装时,模块间应铺设密封陶纤毡。

找正后,其几何尺寸应符合表5的要求。

表5模块组装后几何尺寸允许偏差

序号

检查项目

允许偏差(mm)

1

对流段墙板宽度

3

2

对流段立柱垂直度

5

3

对流段平面对角线

10

4

对流段高度

10

5

炉体总高度

25

4.2.3.7烟气收集器、烟道的安装

(1)在地面上焊接烟器收集器、烟囱,焊接烟道的保温钉,进行衬里浇注和养护,养护合格后,方能安装。

(2)检查烟气收集器底面标高,然后吊装烟气收集器就位,找正合格后,进行烟气收集器与对流段炉壳的密封焊。

(3)烟气收集器安装过程中,应防止碰撞、强力冲击,以免损坏隔热衬里。

烟囱吊装就位后,应进行找正,垂直度允许偏差为5mm。

(4)对流段模块和烟道安装后,应及时将上部敞口封闭,以防衬里淋坏。

4.2.3.8锚固件的安装

(1)锚固件数量多、材质多,安装时不得混用。

合金钢和不锈钢部分应进行10%光谱分析。

(2)锚固件安装位置尺寸允许偏差见表6。

锚固件的焊材选用见表7。

(3)焊接时应严格按照焊接工艺卡要求进行,电流不宜过大,防止咬肉或焊漏墙板。

(4)锚固件焊接完毕,应逐个进行检查。

保温钉应与墙板垂直,焊肉饱满,用0.5kg的小锤轻击,不得有脱落或焊缝开裂现象。

表6锚固件安装位置尺寸允许偏差

序号

项目名称

允许偏差(mm)

备注

1

对流段保温钉间距

15

2

托砖板角钢标高

2

3

管板托架标高

3

4

管板滑动支架间距

3

表7锚固件焊接电焊条选用表

序号

项目名称

焊接材料

备注

1

碳钢之间焊接

E4303

CS+CS

2

碳钢与不锈钢焊接

E309

CS+SUS304、310S

3

碳钢与高镍合金焊接

ENiCr-3

CS+Inconel601

4.2.3.9劳动保护的安装

炉体框架结构找正合格后,应及时安装平台、梯子和栏杆,进行螺栓紧固和焊接。

平台、梯子和栏杆安装允许偏差见表8。

表8平台、钢梯及栏杆安装允许偏差

序号

项目

允许偏差(mm)

1

平台标高

±10

2

平台梁水平度

≤L/1000且≤20

3

平台支柱垂直度

≤H/1000且≤15

4

承重平台梁侧向弯曲

≤L/1000且≤10

5

垂直平台架垂直度

≤h/250且≤15

6

栏杆高度

±10

7

栏杆立柱间距

±10

8

直梯垂直度

≤L/1000且≤15

 

4.2.3.10辐射段炉管的安装

(1)炉管安装前,用压缩空气吹扫每组炉管,直至将管内污物吹净为止,每组辐射段炉管吊装前用0.6MPa的压缩空气逐组炉管进行吹扫。

然后,重新将管口用管帽进行封闭。

(2)炉管吊装前,先安装炉管入口弹簧吊架,弹簧吊架应处于冷态锁紧状态。

(3)炉管吊装时,应使用抬尾吊车配合,防止炉管在吊装过程中产生塑性变形;钢丝绳不得直接与炉管接触,应用橡胶板隔离或使用呢绒吊带等专用锁具。

(4)炉管从辐射室顶部开孔处进入炉膛,放置在炉底临时梁上,其入口悬挂在弹簧吊架上,出口临时固定在钢结构上。

(5)炉管按顺序吊装,全部就位后进行初找正,其中心距不得大于10mm,每根炉管的垂直度(直线度)不大于25mm。

(6)炉管的组对必须在废锅找正后进行,同组炉管全部组对后方可焊接。

(7)炉管出口焊接完毕后方可进行其入口焊口的组对。

组对其入口焊口时不得调整炉管入口的中心标高,如有偏差调整入口集箱的标高来消除。

(8)辐射段炉管焊接时,焊接电流不宜过大,线能量不得超过10kJ/cm,层间温度不得超过150℃,以免产生热裂纹;焊接过程中每层焊道进行着色检查,合格后方可进行后续焊道的施焊。

(9)炉管焊缝应进行100%的射线检测,其缺陷等级评定不得低于二级。

4.2.3.11辅助设备和附件安装

两台裂解炉有12台TLE急冷换热器、2台汽包、2台风机、72台底部燃烧器96台侧壁燃烧器。

急冷换热器安装在辐射室顶部EL+22700标高上,汽包安装在对流段顶部EL+39700标高上;36台炉底部燃烧器分两排布置,每排18台;侧壁燃烧器分别布置在辐射段两侧墙上,每侧24个,分两排布置,每排12个。

(1)检查设备支承梁的安装质量,其位置允许偏差应符合表9的规定。

表9支承梁安装几何尺寸允许偏差表

序号

检查项目

允许偏差(mm)

备注

1

支承梁标高

±3

2

支承梁水平度

≤L/1000,且不大于5

3

支承梁间距

±3

4

螺栓孔中心距

±2

(2)TLE急冷换热器应在辐射段炉管、对流段模块吊装完毕后进行安装。

安装允许偏差见表10。

表10急冷换热器安装位置允许偏差表

序号

检查项目

允许偏差(mm)

备注

1

设备标高

±3

2

设备水平度

L/1000,且不大于5

3

设备垂直度

H/1000,且不大于5

4

设备中心偏移

±5

5

滑动端膨胀间隙

满足膨胀要求

(3)汽包的安装。

首先清理汽包内部异物,安装汽包内件。

在支承梁上划了出汽包安装基准线,在汽包上划出安装基准点,确定安装方位和吊点。

用500t吊车吊装汽包就位,其安装质量应符合表11的规定。

表11汽包安装位置允许偏差表

序号

检查项目

允许偏差(mm)

备注

1

标高

±5

2

设备水平度

轴向:

L/1000,且不大于5;

径向:

Φ/1000

L:

设备长度

Φ:

设备外径

3

设备中心偏移

±5

4

滑动端膨胀间隙

满足膨胀要求

(4)引风机的安装。

引风机安装前,应检查转子面无变形、锈蚀及碰损等情况,清洗轴承和轴承箱,清洗进风调节挡板,检查转子是否灵活。

安装中心线应以炉体中心为基准线,其位置偏差不得超过5mm。

(5)燃烧器的安装。

a)底部燃烧器安装应在炉底衬里前进行,侧壁燃烧器应在筑炉时配合土建安装。

并注意燃烧器安装方位和管口位置。

b)应先安装燃烧器的异形砖,然后将燃烧器组合件插入预留孔内,用螺栓将其与炉底板固定。

c)燃烧器的异形砖外侧与炉底耐火衬里之间的膨胀间隙应符合图样规定。

d)燃烧器安装后应及时将喷头采取保护措施,以防止污物进入导管及喷头。

4.2.3.12炉体配管

炉体外配管在制造厂按设计要求进行预制,并按配管单线图绘制预制件编号图。

预制件到货后,进行开箱检验。

(1)Y形管安装

a)出口管Y形管与废热锅炉之间采用法兰连接,用厚度相同的临时垫片代替正式垫片,把紧连接法兰。

进行Y型管坡口组对、焊接。

b)文丘里管安装时应注意介质流向。

c)底部导向管调整时,导向管应在固定套管中上下活动灵活,导向管与固定套管之间的缝隙用硅酸铝耐火纤维毡塞填,每根炉管在自由状态下,垂直度不大于20mm,且两根炉管不得靠拢接触。

两侧炉管外壁不得与筑炉衬里接触。

d)测量每根炉管底部至炉底之间的距离,并进行记录。

(2)横跨管安装

a)辐射段炉管焊接、调整完毕后,进行横跨管的安装。

b)横跨管应从对流段和辐射段炉管两端向中间配管,最后封闭焊口应留在横跨管中间。

c)横跨管与分气缸之间的三通接头在预制厂加工焊接完毕。

d)安装前应检查内部焊缝成型质量。

用0.6Mpa压缩风将横跨管预制管段吹扫干净。

e)按单线图将横跨管吊装就位,进行组对、焊接。

f)横跨管封闭段留有调节量,现场按实际尺寸进行测量后,进行组对焊接。

g)对流段弯头箱处横跨管的滑动支架安装时,T字型管托和横跨管之间应加垫板,垫板应与横跨管母材同材质,并应加工Φ8mm的透气孔。

h)安装H型、A型支架和弹簧吊架,并进行预调整。

(3)上升管、下降管安装

a)汽包和废热锅炉找正合格后,方可进行上升管、下降管安装。

b)上升管、下降管的安装顺序为先安装下降管后安装上升管。

c)上升管、下降管吊装就位后,应随时搭设脚手架。

d)将汽包和废热锅炉设备管口的临时封闭盲板用气割切除,用手动砂轮将气割热影响区(约3mm)磨削切除,进行坡口加工。

e)在地面上,用拖布将上升管、下降管预制件内侧油污、灰尘清理干净。

f)按单线图将预制件吊装就位,进行组对找正、焊接。

g)从汽包和废热锅炉两侧开始向中间进行配管,上升管、下降管的预拉段应留在中间直线管段上,最后封闭管段按实际尺寸进行测量,切除调整管段多余部分。

h)预拉伸焊口夹具应在其焊缝焊接热处理后拆除。

i)上升管、下降管安装完毕,安装支、吊架并进行调整。

(4)跳跃管安装

a)模块间钢结构节点找正焊接后,方可进行对流段跳跃管安装。

b)对流段炉管弯头处空间狭小,焊接操作不方便,采用微型柔性氩弧焊把焊接。

焊口采用氩弧焊焊接。

焊接完毕后,焊缝采用γ射线探伤检验。

c)在地面上,用0.6MPa压缩风将跳跃管预制管段吹扫干净。

然后,按单线图将跳跃管吊装就位,进行组对、焊接。

d)跳跃管封闭段留有调节量,现场按实际尺寸进行测量后,用等离子切割机将多余的管段切掉,用手动砂轮进行坡口加工。

进行组对、焊接。

e)跳跃管的预拉段应留在中间直线管段上。

f)跳跃管在对流段弯头箱处的支架应先安装,再进行预拉段管安装,预拉伸焊口夹具应在其焊缝焊接完成后拆除。

跳跃管安装完毕,安装弹簧吊架并进行预调整。

5质量要求

5.1采用本工法应执行的主要技术标准、施工验收规范及操作规程

5.1.1《乙烯裂解炉施工技术规程》SH/T3511-2000;

5.

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