火炬安装方案1.docx
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火炬安装方案1
N0.
神华煤液化140m火炬及炬气回收
设备制作安装工程
施工方案
会签：
批准：
审定：
审核：
编制：
施工单位：
中国化学工程第三建设公司（公章）
二00六年五月二日
1工程概况3
2编制依据3
3施工工艺程序4
4施工方法、技术措施5
5质量计划21
6施工进度计划24
7质量保证措施24
8安全技术措施26
9施工平面布置及用水用电计划27
10劳动力组织计划27
11职业安全卫生与环境管理27
12现场文明施工28
13施工机具及施工手段用料计划29
14附图及附表31
1工程概况
内蒙古神华煤直接液化工程中新建的1座140m火炬，由中石化集团宁波工程公司和江苏中圣高科技产业公司联合设计，其主体设备包括主火炬头、主分子封、酸性气火炬头、酸性气分子封、主火炬筒体、酸性气火炬筒体、火炬塔架、分液罐等，结构为柔性塔架式火炬，截面为变截面三角形，火炬塔架高130m，安装标高＋1m，根开28m，全平台共设2座，位置分别设在标高130、133.6m处，火炬筒体高度为135m，火炬头高（含分子封）为5m，主火炬主体总重量62吨，酸性火炬主体总重量24吨。
其具体技术参数见下表：
序号
设备
位号
设备
名称
数
量
操作条件
规格型号
金属
重Kg
材质
介质
温度
℃
压力MPa
1
火炬头
1
放空气
常压
立式设备
DN1300×2700
3800
0Cr18Ni9
2
酸性气火炬头
1
酸性气
常压
立式设备
DN600×2500
2600
0Cr18Ni9
3
火炬
筒体
1
放空气
常压
立式设备
DN1300×130000
58000
16MnR
4
酸性气
火炬筒体
1
酸性气
常压
立式设备
DN600×120000
21000
16MnR
5
火炬
塔架
1
/
/
H=130000
265000
7
分液罐
1
含油
污水
0.08
立式设备
DN4032×11600
25000
16MnR
8
酸性分液罐
1
含油
污水
0.05
立式设备
DN2028×8500
9000
0Cr18Ni9
合计
384400
2编制依据
2.1工程合同
2.2火炬设施施工图纸0810-00200-06236-01～11
2.3《钢制焊接常压容器》JB/T4735-1997
2.4《钢制化工容器制造技术要求》HG20584-1998
2.5《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709-2000
2.6《钢制压力容器焊接工艺评定》JB/T4708-2000
2.7《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2002
2.8《石油化工安全技术规程》SH3505-1999
2.9《工业管道工程施工及验收规范》GB50235-98
2.10《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98
2.11《石油化工吊装工作手册》上、下册
3施工工艺程序
施工工艺程序见图3-1
4施工方法、技术措施
4.1施工方法：
本工程采用我公司成熟工艺—“塔筒互用倒正装技术”；此技术是结合我公司的专利技术—“贮罐液压提升倒装工艺”及其在设备制造领域的应用情况，经过重新设计和液压提升装置的改造，采用火炬筒体倒装的同时利用火炬筒体作主桅杆，在其上加设回转臂桅杆，进行火炬塔架安装的吊装工艺。
该工艺的实施解决了在无大型吊装机械、大型桅杆等机械设备的情况下或场地狭窄、丘陵地区火炬塔无法安装的困难。
4.2工艺原理：
主火炬筒体组装采用液压提升装置提升组装；在火炬筒体组装过程中，利用主火炬筒体作桅杆进行塔架的安装（正装）；主火炬筒体的提升和塔架安装的稳定性由塔架本身予以保证，提升倒装和塔架正装交替进行，直至全部安装完毕。
“塔筒互用倒正装技术”工艺原理图如图4-1
1--悬臂桅杆2--稳升导向系统3--火炬塔架4—临时平台
5--提升系统6--提升支架7--提升抱箍、滑块8--火炬筒体
9--组对口10--待组对筒体11--组对平台
图4-1“塔筒互用倒正装技术”工艺原理图
4.3施工技术措施
4.3.1先利用50t履带吊配合安装底层火炬塔架、火炬筒体、主分子封、主火炬头及酸性气火炬头、分子封，同时配合安装塔架爬梯平台。
然后在主火炬筒体顶部设置2个回转悬臂桅杆、1个活动平台；利用液压提升装置分别倒装主火炬筒体、酸性气火炬筒体；再利用顶部回转悬臂桅杆吊装塔架各构件，采用活动平台为操作层面；交替进行直至全部塔架及主火炬筒体、酸性气火炬筒体安装完毕；然后利用回转悬臂桅杆安装塔架顶部平台、支架，降下活动平台，再安装酸性气筒体下段、导向架等。
最后拆除活动平台、悬臂桅杆、提升系统等手段措施。
4.3.2基础验收
主火炬筒体及塔架安装前需对土建基础进行中间交接验收，应符合下列规定：
4.3.2.1基础混凝土强度达到设计要求；
4.3.2.2基础周围回填夯实完毕；
4.3.2.3基础轴线标志和标高基准点准确齐全；
4.3.2.4基础支承面和地脚螺栓允差应符合下表要求：
项目
允许偏差（mm）
支承面
标高
±3.0
水平度
L/1000
地脚螺栓
螺栓中心偏移
5.0
螺栓露出长度
0～＋20.0
螺纹的长度
0～＋20.0
预留孔中心偏移
10
螺栓中心圆直径
2
相邻两孔及任意两孔弦长
2
4.3.3工装设施
4.3.3.1火炬筒体提升支架结构示意图见图4-2
4.3.3.2火炬筒体顶部回转悬臂桅杆示意图见图4-3
4.3.3.3火炬筒体顶部活动平台示意图见图4-4
4.3.3.4火炬筒体倒装提升抱箍示意图见图4-5
4.3.3.5火炬筒体提升导向装置见图4-6
4.3.4火炬筒体滚制
火炬筒体按照板宽进行下料、滚制，必须符合以下程序和要求：
a、滚圆前板端应进行预弯,并用弦长不小于300mm的样板检查弧度,其间隙不得大于1.5mm（见板端预弯弧度检查示意图所示）。
b、滚制过程中，每滚制一节筒体，用圆弧样板进行检查，当弧度偏差时，应重新进行校正。
c、火炬筒节滚制完毕，并检查合格后，直接在滚床上点焊筒体拼接焊缝，下滚床焊接，焊接用临时支撑加固。
4.3.5塔架安装
4.3.5.1塔架的主杆、刚性斜杆、横杆应按制造厂家编号进行安装组对，当法兰进行配对安装时应将两法兰侧面刻痕线对齐，利用过眼冲安装法兰螺栓。
4.3.5.2刚性塔架安装完毕后，可通过调节地脚螺栓底板来调节其垂直度；找正垂直度可通过在塔架各层横杆上预先划出的中心线利用经纬仪或吊线坠的方法找正。
4.3.5.3找正后，对塔架基础进行二次灌浆，并经养护合格后，再依次安装上部柔性塔架。
4.3.5.4每段柔性塔架安装完毕后，找正其垂直度，柔性塔架的垂直度通过调节四个侧面上的斜拉松紧螺栓来达到。
4.3.5.5每段塔架安装时，在进行垂直度调节和找正前，所有法兰螺栓螺母不要拧得过紧，待垂直度找正后再进行终拧。
4.3.5.6塔架连接用的螺栓螺母、平拉杆及轴销、垫片的型号规格应严格按制造厂提供的配备表配用。
4.3.6火炬筒体安装
4.3.6.1主火炬筒体采用液压提升倒装法施工，先用吊车将火炬筒体上部及火炬头、提升系统安装就位，开启提升系统进行筒体提升，在提升的同时在相互垂直的两个方向用经纬仪监测筒体的垂直度；当垂直度超过允许值时，停止提升，调整筒体垂直度，符合要求后继续提升，直至达到提升高度，停止提升，组装筒段并焊接、检验，安装工作完成后，再进行下一个循环的施工，直至全部组装完毕。
4.3.6.2火炬筒体安装垂直度和直线度不得大于H/1000。
4.3.6.3主火炬筒体的组对
火炬筒体禁止强力组对，具体要求如下：
a火炬筒体组对环焊缝的错边量不大于2mm。
b火炬筒体应避免强力组对，以防止焊接裂纹和减小内应力。
c主火炬筒体为钢板卷管，其相邻筒节组对时，纵缝之间距离应不小于200mm。
4.3.7、酸性气火炬筒体安装
酸性气火炬筒体同样采用液压提升倒装法施工，施工要求同上。
4.3.8、附件安装
在火炬筒体及塔架安装完毕后，应随活动平台下降依次安装好附件，确保活动平台落地，工完料清。
4.3.9、
4.4焊接
4.4.1焊工资格
凡参加本工程焊接的焊工，必须持有劳动部门颁发的锅炉压力容器焊工考试合格证书，施焊的钢材种类、焊接方法和焊接位置均应与焊工本人考试合格项目相符，除以上要求外，焊工还应参加神华现场统一考试，并取证后方可焊接。
4.4.2焊接环境
4.4.2.1施焊现场应设干湿温度表，用以测定相对湿度、环境温度。
4.4.2.2在下列任何一种焊接环境,如不采取有效的防护措施,不得进行焊接:
⑴、雨天或雪天;
⑵、手工焊时,风速超过8m/s。
⑶、焊接环境气温:
普通碳素钢焊接时低于-20℃。
⑷、大气相对湿度超过90%。
4.4.3焊接方法及焊接材料的选用
1）手工电弧焊及CO2气体保护焊：
在预制场地制作、拼装的火炬筒体，可以滚动焊接，所以可以根据作业环境的情况，采用手工电弧焊及CO2气体保护焊进行焊接，对接焊缝坡口为单面“V”型坡口，里口焊缝在背面采用碳弧气刨进行清根后焊接，手工电弧焊采用焊条：
E5015（J507）焊条，规格φ3.2/4mm；CO2气体保护焊采用药芯焊丝：
E501T-1焊丝，规格为φ1.2mm。
2）氩电联焊：
安装时火炬筒体的固定组装口，对接焊缝坡口为单面“V”型坡口，焊接方法应采用氩电联焊，即用氩弧焊打底，手工电弧焊填充盖面；打底时焊丝采用H10MnSi，焊丝直径1.2mm；填充盖面采用E5015（J507）焊条进行。
4.4.4焊接材料管理
4.4.4.1本次施焊所用焊丝及焊条必须有出厂合格证明书。
质保书内的化学成份及机械性能，必须符合国标有关规定。
低氢型焊条还应包括熔敷金属的扩散氢含量。
4.4.4.2焊条烘烤,发放与使用管理
a、焊条的贮存库应保持干燥，相对湿度不大于60%，焊条存放应距离地面及墙面300mm。
b、焊条入库时，材料责任师应对焊接材料的外观进行检查，其包装不应有破损、受潮等现象，并核对包装上的标记，其型号、牌号、规格、生产批号是否与质量证明文件相一致并符合标准要求。
c、现场的焊条烘烤和发放工作由专人管理，并建立烘烤发放台帐。
d、焊材烘烤应按“焊接材料烘烤发放通知单”的要求进行。
e、焊条烘烤应分层堆放，且每层焊条堆放不应超过隔层高度的2/3。
f、焊条使用前应按规定进行烘烤，烘干后应保存在100～150℃恒温箱内，药皮应无脱落和明显裂纹。
g、焊工使用时，应存放在具有保温效果的保温筒内，存放时间不宜超过4小时，否则应按原烘烤制度重新干燥，重新烘烤次数不宜超过二次。
h、回收的焊条应核对标记并检查药皮是否损坏，并在焊条尾部用黄色油漆作出明显标记。
i、发放时，应先发放回收和重新烘烤的焊条，焊工领到回收和重新烘烤的焊条应先用。
j、焊条每次领用量宜控制在80根以下，第二次领用焊条时，应以焊条头换取焊条。
4.4.5定位焊及工卡具的焊接,应由合格焊工担任、焊接工艺应与正式焊接相同。
引弧和熄弧都应在坡口内或焊道上。
每段定位焊缝的长度不宜小于50mm。
4.4.6焊接要求
a焊接前应检查并确认坡口符合设计及规范要求，清除坡口表面和两侧20mm范围内的铁锈、水份、油污和灰尘，清理后应尽快开始焊接。
b焊接表面应干燥，表面氧化层必须用钢丝刷清除，在焊接过程中焊接部位不允许振动，必须采取一定的反变形措施。
c刮风下雨天气必须采取防护措施进行焊接。
d焊接必须采用小规范。
e焊工施焊前，应复查结构的组装质量及焊缝区的处理情况，如不符合要求应修整合格方可施焊。
f对接接头、T形接头、角接接头、十字接头等对接焊缝及对接和角接组合焊缝，应在焊缝的两端设置引弧和引出板，其材质和坡口形式应与焊件相同。
引弧和引出的焊缝长度应大于20mm。
焊接完毕应采用气割切除引弧和引出板，并修磨平整，不得用锤击落。
g焊接时，焊工应遵守焊接工艺规程，不得自由施焊及在焊道外的母材上引弧。
h焊接完毕，焊工应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅物，检查焊缝外观质量。
4.5吊装设计及受力计算
4.5.1火炬筒体顶部回转悬臂桅杆设计、计算
4.5.1.1受力计算
其设计示意图见图4-3，受力图简化如下：
计算重量：
P=（Q+q）K
式中：
Q—设备重量2500Kg（最大起吊重量）
q—索具重量500Kg
K—动载系数1.1
故P=3300Kg
起吊滑车组出绳端拉力：
S1=PK0n
式中：
K0—导向滑车阻力系数，查《石油化工吊装工作手册》取1.04
n—导向滑车数，取为1
故S1=1.04×3300=3432Kg
卷扬机所需牵引力：
S=PK0n
n—导向滑车数，取为3；故S=3712Kg
跑绳选用：
取安全系数K=5，破断力为
PP=SK=3712×5=18560Kgf
查《石油化工吊装工作手册》取钢丝绳φ19.5-6×37+1，其抗拉强度为140Kgf/mm2，破断拉力为19750Kgf。
卷扬机选用：
5吨慢速卷扬机2台。
变幅受力：
Pf=
式中：
L—吊杆长度,取7m
e—变幅系点及起吊系点至吊点中心距离,均取0.15m
G—吊杆自重,取200Kg
θ—吊杆中心线与变幅受力中心线夹角,θ=α+r
Ⅰ:
当α=60°时,
变幅受力:
PfⅠ=1992Kgf
Ⅱ:
同理,当α=30°时,
θ=α+r=30°+24.9°=54.9°
故,PfⅡ=3677Kgf
变幅钢丝绳选择:
取安全系数K=5,破断拉力为
PP=PfⅡ×5=18385Kgf
查《石油化工吊装工作手册》取钢丝绳φ19.5-6×37+1，其抗拉强度为140Kgf/mm2，破断拉力为19750Kgf。
Ⅰ：
当α=60°时,吊杆所受正压力为
PZⅠ=PSin60°+S1+PfⅠCos65.8°+GCos60°=7206Kgf
Ⅱ:
同理,当α=30°时,PZⅡ=7369Kgf
吊杆底部转轴直径设计:
根据强度计算公式:
τ=PZ/S,应使τ≤［τ］方为安全
式中:
S—转轴截面积
［τ］—钢材许用剪应力,A3钢选为1000Kgf/cm2
所以,S≥PZ/［τ］=7369/1000=7.369cm2
由此得出转轴最小直径d=（4S/π）0.5=3.063cm
选用吊杆底部回转轴直径为50mm＞30.63mm,安全。
同理,选择支承座上吊杆铰链立轴直径为70mm。
4.5.1.2吊杆稳定性及强度校核（受压、受弯）
吊杆中部弯矩：
Ⅰ:
当α=60°时,
MⅠ=P（L/2Cosα+eSinα）+eS1+GLCosα/8-PfⅠ（LSinθ/2+eCosθ）
=324.33（Kg.m）
吊杆中部压力：
σⅠ=PZⅠ/φF+MⅠ/w，查《石油化工吊装工作手册》可得：
F=28.8；w=106；长细比λ=L/r=700/5.41=129.4（无缝钢管φ159×6）；φ=0.401。
所以：
σⅠ=7206/0.401×28.8+324.33×100/106=929.9Kgf/cm2＜［σ］=1700Kgf/cm2
Ⅱ:
同理,当α=30°时,MⅡ=69（Kg.m）
则σⅠ=7369/0.401×28.8+69×100/106=703.17Kgf/cm2＜［σ］=1700Kgf/cm2
结论：
选用无缝钢管φ159×6作桅杆主臂，其强度足够。
4.4.2摇杆支承底座及抱箍紧固螺栓设计计算
摇杆支承底座示意图见图4-3
根据《石油化工吊装工作手册》，其受力计算简化如下：
τ=0.707Pc/hlσ=4.24PcL/hl2
由图示：
L=240mm；l=240mm；h—焊缝计算高度1.12cm，
Pc—作用在支承座上的垂直压力，Pcmax=PZⅠSin60°=7206×0.866=6240Kgf
所以，τmax=0.707×6240/1.12×24=164.1Kgf/cm2＜［τ］
σmax=4.24×6240×24/1.12×242=984.3Kgf/cm2＜［σ］
结论：
摇杆支承底座强度足够。
4.4.3摇杆底座支承抱箍紧固螺栓强度计算
4.4.3.1紧固螺栓所受拉应力σ=M/w=2PcL/w
由设计图纸计算出其综合截面系数w=8209cm3，两支承座截面系数w不计。
所以，σ=2×6240×24/8209=36.4Kgf/cm2＜［σ］螺栓
4.4.3.2单根桅杆作业时，在螺栓上产生的剪应力：
τ=P1/F，由图示有P1=240P/416
F—螺栓截面积，选2只M25螺栓紧固一侧抱箍
则τ=6240×240/416×9.82=366.6Kgf/cm2＜［τ］螺栓
结论：
抱箍每侧用2只M25螺栓紧固，强度足够。
4.4、顶升支架设计及受力计算
4.4.1、提升支架基础资料
a.整个形状为：
4.9×4.9×16米的长方体长×宽×高中心尺寸
2×2×14米的长方体长×宽×高中心尺寸
b．立柱选用φ520×8Q235B钢板卷管总高16米
立柱附加型钢I22aQ235B工字钢总高15米
c．顶部横杆选用方管600×300×16箱形梁
d．剪刀撑选用等边角钢160×12
e．中间横撑选用32#工字钢，共3层（见附图）
f．底板选用1000×600×16钢板并用道木垫底
g．提升火炬管总净重为58吨
h．顶部用φ266×37+1钢丝绳和塔架基础连接，增强稳定性。
4.4.2、顶升支架示意图见附图
1）.φ520*8钢管力学性质计算
截面积：
F=π（d2-d12）/4=π（5202-5042）/4=12868mm2
惯性距：
J=π（d4-d14）/64=π（5204-5044）/64=42176mm4
截面系数：
W=π（d4-d14）/（32d）
=π（5204-5044）/（32*520）=1622155mm2
2.）I22a工字钢力学性能
截面积：
F=42100mm2
惯性距：
J=3096000mm4
截面系数：
W=421000mm2
3）.由设计图纸得筒体、火炬头、分子封总重约重62吨。
综合考虑提升过程中得各项阻力因素，确定顶升支架设计负荷为124吨。
则单根支柱最大受力为31吨，根据顶升机构的设计简图可以看出，单根支柱为受压兼受弯杆件。
因此应验算其强度和稳定性。
4）强度验算
σ=M/W+P/F
式中：
M支架所受弯矩（M=P*L=310KN*2400mm=744000KN·mm）
W截面系数
P支架最大受力
F截面积
则σ=M/W+P/F=744000000/（1622155+3096000）+200000/（12868+4210）
=157.6+11.7=169.3MPa<[σ]
σ=190MPa
5）稳定性验算（在钢管中部的挠度最大）
σ=M/W+P/φF
式中：
φ轴心受压的稳定系数（可通过长细比λ值计算查表获得）
λ=l/r=16000/176.46=90.65；查《重型设备吊装手册》（樊兆馥编著,冶金工业出版社出版）P379页附表8-2得φ=0.652
因此:
σ=M/W+P/φF
σ=744000000/（1622155+3096000）+200000/0.652*17078=157.3+18=175MPa<[σ]
σ=190MPa
通过计算,顶升支架立柱采用φ520*8钢管（加I22a工字钢）强度及稳定性足够,但考虑到钢管为钢板卷制而成,因此建议应对焊缝进行无损检测,确认焊缝质量。
4.4.5顶升导向装置设计
4.4.5.1由于液压顶升时，主火炬筒体有失稳的趋势，因此在顶升过程中应加设顶升导向装置，但其只作为导向用，当顶部回转悬臂桅杆作业时，应拉四根张线作为稳定火炬筒体受力件。
4.4.5.2根据火炬筒体分段情况和便于安装的原则，在标高27000mm、40500mm、53000mm、80000mm、97000mm层面塔架上各设置一层稳升导向装置，其示意图见图4-6。
4.4.6火炬筒体提升抱箍设计计算
4.4.6.1提升抱箍示意图见图4-5，由图示可知提升杆中心线至火炬筒壁的距离约为300mm，其受力图简化如下：
查《石油化工吊装工作手册》得：
τ=0.707P/hlσ=4.24PL/hl2
L=300mm；l=500mm；h—焊缝计算高度1.12cm
所以，τ=0.707×20000/1.12×50=252Kgf/cm2＜［τ］
σ=4.24×20000×30/1.12×402=1419Kgf/cm2＜［σ］
结论：
提升抱箍强度足够。
4.4.6.2提升抱箍紧固螺栓强度计算
由提升力在紧固螺栓上产生的拉应力：
σ=M/w=2PL/w=2×20000×50/8209=243.6Kgf/cm2＜［σ］螺栓
结论：
提升抱箍每侧用6只M25螺栓紧固，强度足够。
4.5液压提升倒装施工前的准备工作
4.5.1逐台检查试验液压千斤顶和阀门、接头等，并以1.5倍额定载荷试验，保压时间不少于30分钟。
4.5.2逐根检查油路的支油管（分配管、分油管）总分配管，总油管和接头、阀门，清污并吹除后采取措施，防止灰尘、砂进入管内。
4.5.3全面检查液压控制台、试验操作各电钮，电液阀、信号显示器件，使之处于完好状态，油箱、油液干净。
4.5.4逐根检查提升用立柱的不直度和截面误差，提升钩头应在立柱内滑动自如。
4.6、临时平台、悬臂桅杆拆除
临时操作平台在安装过程中，逐层割除临时平台，待全部安装完毕后，切割并拆除悬臂桅杆和临时平台。
5质量计划
5.1质量目标：
单位工程合格率100%；
单位工程优良率95%以上；
允许偏差测点合格率90%以上；
焊接一次合格率95%以上；
一次试车成功，争创部级优质工程。
5.2检验和试验计划
5.2.1设备和材料的进货检验
5.2.1.1由总包商或分公司设材部门提供的预制件和材料，应认真核查供货清单及质量文件，对实物进行数量清点和必要的现场质量复验，合格后由授权人员签字接收，并妥善保管。
（经检查合格的产品，并不排除供货者对质量应付的责任）。
当发现损坏、丢失或质量问题时，应做好记录并向供应方书面报告。
5.2.1.2对标识和质量见证资料不全或其它要求在现场进行复验的材料、成品或半成品，应按规定进行复验，复验合格后方可办理入库。
5.2.1.3经检验不合格的产品应作出标记单独存放，做好记录并通知供货商退货，必要时应终止执行供货合同。
5.2.2工序检验和试验
5.2.2.1质量工程师应按照质量程序文件中规定的检验程序和检验等级，对工序质量进行检验控制。
5.2.2.2施工中，每道工序应首先由操作人员自己检查
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