白战鹏，杨东峰

(中国石油天然气第一建设有限公司，河南 洛阳 471023)

塔器设备是石油化工行业生产装置中的重要设备之一，主要应用于吸收、洗涤、精馏、萃取等石油化工单元，属于压力容器。其外形普遍具有壁厚薄、吨位大、长径比(高度和直径之比)大、内部构件多等特点。由于其外形尺寸受到运输或者现场安装条件限制，往往导致设备需要在制造基地分片或者是分段制造，运输到施工现场之后，再进行组装【1】。但施工作业现场受制于诸多因素，不同的组对方式，质量、安全、施工费用和效率都有很大的区别，所以塔器设备现场组焊方法的选择显得尤为重要。

某石化公司20×104t/a异构化装置脱异戊烷塔规格为φ2 400 mm×48 764 mm×14 mm，材质Q245R,共设置16层劳动保护平台，设备制造后分两段供货到现场，分段位置在标高24.75 m处，不需要热处理。设备的立式组对工艺按照如下顺序进行：分段塔体到货后，放置于地面临时支架上，再分段进行劳动保护安装和附塔管道安装，然后分段进行吊装，空中组对焊接后进行塔体无损检测和水压试验，最后完成电气照明安装和保温工作等。卧式组对工艺按照如下顺序进行：分段塔体到货后，在地面临时支架上进行卧式组对、焊接后，进行劳动保护和附塔管道安装，同时完成塔体的无损检测和水压试验，然后完成电气照明安装和保温工作，最后整体吊装就位。

1 现场立式组对和卧式组对施工比较分析

以拟采取的两种施工工艺从工艺流程、场地使用、手段用料投入及工作量、施工机具和劳动力投入及工期、安全和质量保证、成本差异等方面进行比较分析。

1.1 工艺流程

1.1.1 塔器立式组对施工工艺流程

采用立式组对下段和上段的施工工艺时，在施工场地允许的情况下，两段可以并行作业，以加快施工进度。上、下段塔器分段劳动保护，附塔管线、附塔照明等安装完毕后进行吊装、组对，然后进行焊接及无损检测，最后进行水压试验、塔体保温等，具体流程见图1。

1.1.2 塔器卧式组对施工工艺流程

采用卧式组对工艺时，则是在塔器分段到货进入施工现场后，直接吊装安放到临时支架上进行组对焊接，焊接完毕后进行劳动保护安装，然后再进行工艺管道、附塔照明安装，最后进行水压试验、保温等，具体流程见图2。

图1 塔器立式组对施工工艺流程【2】

图2 塔器卧式组对施工工艺流程【2】

从施工作业流程上对比，同样的工作内容，卧式组对作业流程更加简洁，更便于施工组织。

1.2 施工场地使用

立式组对场地要求分为两部分，即吊装场地和塔器组对场地。

立式组对为分段吊装，使用的吊车规格相对较小。如果采用汽车吊，两种方式对场地要求几乎相同；如采用履带吊车，则立式组对对场地的要求小于卧式组对，工作量相对较小。

立式组对工艺的塔器摆放位置较卧式组对灵活，根据场地和吊装情况可以平行摆放、同轴摆放或采取其他方式摆放；卧式组对则只能采取同轴摆放，对组对场地有一定要求。

由以上分析可知，两种组对方式占地面积基本相同，但立式组对对施工现场场地要求相对较低，摆放更加灵活。

1.3 场地处理

立式和卧式组对都需要对塔体支座所在位置地基进行处理，但卧式组对时，因塔体需要在地面进行水压试验，所以其支座下方需对地基进行换填处理。具体如下：根据该施工塔器的总质量，两种工艺均需去除原始地表浮土、平整地面，并用压路机夯实地基，且每个组对胎具下方均采用标准枕木(220 mm×160 mm×2 500 mm)平铺两层、交叉码放的承重垛作为胎具支撑，但卧式组对工艺需要在支座下方进行换填3 000 mm×3 000 mm×300 mm碎石的处理。

由于卧式组对使用主吊吊车吨位大于立式组对，所以其吊车站位位置的地基处理除采取去除表面浮土、平整地面、用压路机夯实外，还要增加88.4 m2换填500 mm碎石的处理。

1.4 手段用料投入

手段用料投入主要包括现场塔器摆放、组对、安装劳动保护平台和附塔管道、水压试验投入的手段用料。

立式组对由于塔体支座吊装前只承受塔体、劳动保护、附塔管道重量，相较卧式组对需承受的塔体、劳动保护、附塔管道、保温、照明、试验用水的重量要小很多，所以其支座形式类似于换热器的钢支座；而卧式组对由于要进行卧式水压试验，其支座除要制作一个类似换热器的支座外，还需增加能够防止塔体变形的鞍式支座。因此立式组对投入的手段用料的材料规格和数量比卧式组对小很多，制作工作量也小很多。经过计算，立式组对和卧式组对选用的支座形式和投入的材料如表1 所示。

立式组对吊装前，在下段对口位置附近要搭设临时组对平台并在保温前拆除，而卧式组对则不需要。

立式组对工艺为塔体保温搭设的脚手架为单排封闭式满堂脚手架，卧式组对工艺则是在塔体两侧沿塔体轴向搭设双排双层脚手架。两种工艺投入的脚手架材料量的具体情况见表2。

表1 组对投入手段用料及工作量对比

表2 两种工艺脚手架材料投入比较

比较分析可知，虽然立式组对投入的脚手架材料数量较少，但综合使用时间和搭设难度系数因素，卧式组对投入脚手架的综合费用成本小于立式组对。

1.5 施工机具和劳动力投入及工期

施工机具主要是指为进行塔体组对、劳动保护安装、附塔管道安装和塔体吊装而投入的组对工具、吊车等主要机具。劳动力投入主要是指从到场卸车至完成塔器吊装全过程的施工人数投入。

两种工艺投入的施工机具在劳动保护和附塔管道安装及水压试验过程中是相同的，主要区别在于塔体的组对和吊装。在相同吊装作业半径情况下， 立式组对由于是分段吊装， 吊装总质量和吊装高度相较卧式组对小， 所以选用的吊车型号也要小很多； 但由于立式组对过程受外界环境因素影响较卧式组对过程大， 所以从塔器吊装、 组对， 到达到脱钩条件的时间要大于卧式组对， 该时间随着塔体直径的增加而增加。吊车对比情况见表3。

表3 组对投入吊车情况对比

两种施工工艺在劳动保护安装过程投入的人力是相同的。在塔体组对时，由于立式组对焊接过程在空中进行，受环境因素影响，难度较卧式组对大，出现完成滞后和返工的几率也较卧式组对大。而现场卧式组对采取在临时支架上组对焊接，所以综合投入人力和时间进行比较可知：立式组对投入人力大于等于卧式组对；立式组对完成后进行附塔管道空中组对投入的人力受环境影响大于卧式组对；立式组对后水压试验由于要进行塔顶检查，投入人力大于卧式组对；立式组对后搭设和拆除塔体保温脚手架投入的人力受工作面局限影响少于卧式组对，但持续时间由于同样原因较卧式组对大幅增加，综合分析，则立式组对搭、拆脚手架投入的人力大于卧式组对，而且随着塔器直径和高度的增加差距越来越大。具体情况见表4。

表4 两种施工工艺投入人力情况对比

由表4对比分析可知：立式组对塔体保温和脚手架搭、拆投入人工时是卧式组对的1.5倍以上，投入人力是卧式组对的0.5倍，实施工期是卧式组对的2倍左右，且随着塔器规格的增大而急剧增加。

1.6 安全和质量分析

安全和质量保证方面主要从塔器组对到塔体保温脚手架拆除完成的过程进行对比分析。

两种施工工艺安全管控难度主要在于高空作业方面。立式组对焊接在高空24.75 m标高进行，高空坠落、高空坠物、人员疲劳等风险较卧式组对急剧增加，安全管理难度急剧增大，而卧式组对在4 m标高以下进行，相应的风险要低很多；立式组对水压试验过程由于需要观察塔顶41.5 m标高位置的试验压力，人员高空坠落和疲劳风险也较大，而卧式组对则几乎不存在相应风险；立式组对塔体保温和搭、拆脚手架过程中的高空坠落、高空坠物、人员疲劳等风险随着施工位置变高不断增加，而卧式组对施工能稳定地控制在4 m以下，风险相对较小，管理难度也较小。

两种施工工艺质量管控难度主要涉及塔体组对、焊接过程，都是由高空作业引起。立式组对过程受气温和风速影响，垂直度控制难度较大，遇到太阳直晒导致塔体温差较大的情况时，还需要采取上段垂直度预偏差措施，以保证塔体总体垂直度，而卧式组对过程受气候影响相对较小；立式组对焊接过程在高空需采取防风、防雨措施，难度和效果较卧式组对稍差，焊接质量控制难度较卧式组对大【3】。塔器卧式组对现场施工情况见图3。

通过上述对比分析发现，在安全和质量保证方面，立式组对工艺与卧式组对工艺相比，差距较大。

图3 塔器卧式组对现场施工

1.7 直接成本差异对比

直接成本主要从塔器进场卸车、摆放到完成塔体保温脚手架拆除全过程完成的相同工作量中，投入人力、机具、措施用料方面进行对比，同时综合时间因素，比较二者有差异的部分，具体情况见表5。

表5 两种施工工艺直接成本对比

2 结论

通过各单项对比可知：立式组对工艺流程较卧式组对复杂，施工组织难度也较卧式组对大；施工场地规划较卧式组对灵活；组对过程投入的手段用料少于卧式组对；吊装投入的吊车规格小于卧式组对，但使用时间较卧式组对长；塔体保温和脚手架搭、拆花费人工时大于卧式组对，但投入的脚手架材料小于卧式组对；组对工期、安全和质量控制安装难度以及安装成本均高于卧式组对。综合上述比较分析结果可见，卧式组对工艺较立式组对工艺更适应目前的市场环境，更具推广价值。