孙传峰

陕西化建工程有限责任公司 陕西杨凌 712100

新浦化学（泰兴）有限公司32 万t/ a 苯乙烯装置核心设备三联换热器是由E- 2201、E- 2202 和E- 2203三组换热器连在一起组焊成一个整体的立式固定管板换热器（见图1），自2012 年投产以来，E- 2201 结焦腐蚀严重，造成管束泄漏，使能耗增加、降低产品收益率。为此，需对最下段E- 2201 换热器进行整体更换。本次设备更换属于国内第二例，第一例为中石油独山子石化公司于2019 年对同类设备进行整体吊装至地面切割更换后，进行整体吊装就位。

图1 三台换热器实物图

新浦化学（泰兴）有限公司苯乙烯厂三联换热器总高度31.2m，所属框架总高度40.4m。三台换热器重量分别为 108.5t （E- 2201）、80.4t（E- 2202）、58.8t（E- 2203）。先自上而下拆除影响设备吊装的管道、钢结构框架、平台至22.8m 标高位置，在E- 2201 与E- 2203 换热器连接处进行划线切割，将E- 2202 和E- 2203 整体吊装移出；再将下段E- 2201 吊装移出框架，将新设备E- 2201 吊装就位；复核标高与垂直度、管口方位后吊装上段，将E- 2201 上段与E- 2203 下段组对焊接；设备安装完成后，恢复管道和设备框架。

1 技术准备要点

1.1 施工前编制专项施工方案

因该设备为二类压力容器，按照《特种设备安全技术规范》TSG21- 2016 中要求：压力容器的改造或者重大修理方案应当经过原设计单位或者具备相应能力的设计单位书面同意。陕西化建工程有限责任公司具备三级压力容器设计资质，方案经设计人员审核、单位技术负责人批准加盖设计章后，最终完成方案的制定。

1.2 向特种设备安全监管部门办理书面告知

该三联换热器具有其结构特殊性，壳程为三个换热器独立运行，管程为三台换热器连为一体，且管程设计压力0.176MPa，属于压力容器监检范围。按照《特种设备安全技术规范》TSG21- 2016 中要求：压力容器的重大修理是指主要受压元件的更换、矫形、挖补，以及对符合本规程3.2.2.1 规定的对接接头的补焊或者对非金属压力容器粘接缝的修补。本次更换的下段既不属于新设备的安装也不属于改造，属于压力容器的重大修理，所以在告知书选择施工类别时应选择维修。另外，该设备为进口设备，办理告知书时还应提供《进口压力容器安全性能监督检验证书及报告书》。

1.3 焊接工艺评定的选择

表 1 中 Q345R 后加入 GB/ SA 516 Gr70、GB/ SA 537 Cl 1；

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表2 中钢号Q245R、Q345R 一栏修改为Q245R、Q345R、GB/ SA516Gr70、GB/ SA537Cl1；GB/ SA387 Gr12 Cl 2 纳入Cr- Mo 系栏。

表2 壳体用钢板超声检测要求

同时修改单中明确了GB/ SA 516 Gr70 等同于ASME ⅡA SA- 516M:2013 中的SA 516 Gr70。且对应NB/ T 47014 中的母材组别号分别为：GB/ SA 516 Gr70——Fe- 1- 2；按照NB/ T 47014- 2011 中

6.1.2.2 某一母材评定合格的焊接工艺，适用于同类别号同组别号的其他母材的豁免原则，陕西化建的Q345R 的焊接工艺评定也适用于SA516- 70 的焊接。

1.4 吊装方案的编制

除按正常吊装方法考虑外，重点要考虑以下几点：

（1）E- 2202 和E- 2203 组合段设备吊装重量的预估，按图纸设计重量两端重量为139.2t，因内部结焦、保温以及E- 2203 内部衬里等，实际吊装设备重量约为180t。另外，在吊装前一定要在E2201 上口增加限位卡，便于安全减少超起配重。

（2）下段E- 2201 吊装时要将与设备基础连接的所有灌浆料清理干净，准备2 个50t 千斤顶，待设备起吊到设计重量时用千斤顶慢慢顶力，设备底座完全离开设备基础后方可起吊。

根据布鲁斯的解释，“自然计算是发生于自然或者由自然激发的计算”。事实上，自然计算无处不在，发生于脑中的信息处理过程、发生于免疫系统中的信息处理过程，以及发生于自然选择中的信息处理过程等等都属于自然计算。

（3）上段吊装时无设备吊耳，设备最上端为直径3200mm 变直径2100mm 的异径管，壁厚只有12mm，材质为304H。从吊装安全考虑，自主设计研发了吊装封头，取得了良好效果。

主要施工程序如下：施工准备→安全技术交底→膨胀节固定→管道临时支架固定→钢结构框架拆除→设备连接管道及其他附件拆除→三联换热器上段封头吊耳焊接→三联换热器上段拆除→三联换热器下段拆除→拆除部分废料外运→三联换热器下段安装→三联换热器上段安装→三联换热器封头吊耳拆除→三联换热器附属管道及其他附件恢复→钢结构框架恢复→防腐、保温→最终验收。

2 三联换热器拆除工艺

2.1 膨胀节固定

设备管道拆除前需要将与设备连接的膨胀节固定（图2），膨胀节两头焊接钢板后再用钢管连接。本工程中设备膨胀节大小为φ3200，选用钢板厚度为20mm，钢管为φ114.3×6.02 的钢管焊接，沿膨胀节圆周均布16 组。在焊接工装前，需提前在焊接工装位置焊接加强板（材质304H，厚20mm），加强板上开气孔；管道膨胀节大小为φ2100，共计两个，分别是水平向及竖直向膨胀节，选用钢板厚度为12mm，钢管为φ60.3×3.4 的钢管焊接，每处膨胀节固定均沿膨胀节圆周均布16 组。与设备连接的部分管道需要拆除，不需要拆除的管道要固定起来，临时固定支架必须与现场实际管道支架规格一致，方可满足管道固定的要求。

图2 膨胀节限位示意图

2.2 三联换热器上段封头吊耳焊接

三联换热器上段E- 2202 上口直管拆除完成，进行设备封头吊耳焊接。拆除上部弯头后，在设备管口内距顶部100mm 处焊接十字支撑，选用DN100（101.6×5.74）钢管作为支撑，t=20mm 作为连接板。图3 为封头吊耳示意图。

图3 封头吊耳示意图

2.3 三联换热器拆除

三联换热器拆除分大型起重机械进场就位、换热器切割位置划线定位、E- 2202 与E- 2203 换热器整体保护拆除、E- 2201 换热器保护拆除、E- 2201 拆除换热器清运等几个步骤。

第一段为E- 2202 与E- 2203 整体吊装，第二段为E- 2201 段换热器吊装。为保证设备安全拆除，根据设计图纸、作业空间、设备尺寸及起重设备特性表等核算，起重主吊车选用400t 履带吊，遛尾吊选用400t 汽车吊进行配合拆除。

三联换热器分解之前，需提前划好切割线，并且必须经由苯乙烯厂、监理单位及施工单位三方现场签字确定，同意在该位置切割拆除，方可进行切割作业。现场采用等离子切割机进行切割。

2.4 E- 2203 试压、堵漏

结合现场施工工序，上段（E- 2202+E- 2203）拆除吊装放置在地面后，拆除下段（E- 2201）时，要对换热器E- 2203 进行水压试验，并对有渗漏的管束进行封堵。

3 三联换热器组装工艺

设备组装施工工序：施工准备→安全技术交底→换热器E- 2201 就位安装→换热器E- 2201 安装验收→E- 2203 与E- 2202 换热器整体吊装与E- 2201 组焊（焊缝检测合格）→设备管程气压试验→E- 2202 换热器壳程出料口弯管组装（焊缝检测合格）→三联换热器连接管道安装→拆除框架梁恢复→防腐保温→现场清理→最终验收。

3.1 设备基础处理

（1）设备就位前对已建设备基础组织业主、监理单位进行验收，评定、测量、验收合格后，方可组织设备安装。

（2）基础外观不得有裂纹、蜂窝、空洞及露筋等现象，基础各部位尺寸及位置偏差数值不得超过允许偏差数值。

3.2 E- 2201 换热器安装

E- 2201 设备就位主吊车采用400t 履带吊，遛尾吊选用400 汽车吊进行吊装。

3.3 E- 2203、E- 2202 换热器与E- 2201 组焊

（1）设备组对：在下简节的上口内侧或外侧每隔1000mm 左右设置一块定位板,将上简节吊装就位，在对口处每隔1000mm 左右放置一间隙片, 间隙片的厚度按对口间隙确定：用调节丝杠调节对口间隙；最终组对要求为直线度偏差不大于11mm，设备整体长度（含裙座长度）公差为±13mm。

（2）焊接材料选择：材质为SA516- 70，焊丝为CHG56，焊条为CHE507R。

（3）焊条电弧焊填充和盖面时，焊接规范参数应严格执行焊接工艺评定的要求，严格控制线能量和焊接工艺参数，焊接工程师对焊接过程进行旁站监督。

（4）焊接完成后，无损检测检查一次合格率达100%。

换热器吊装施工完成现场图见图4。

图4 换热器吊装施工完成

4 结语

苯乙烯装置三联换热器中E2201 在使用8～10 年左右均会有不同程度的泄漏，常规的对管束进行堵漏次数较为频繁，极大影响装置稳定运行。通过独山子石化、江苏新浦化学、天津大沽石化（计划2022 年更换）等运行情况分析，全国20 多套苯乙烯装置大部分装置即将进入大修、更换期，唯一解决的办法就是将下段进行更换。通过本次空中分段施工，极大降低了资金投入，相对传统施工方法节约成本达30%左右，也为后续类似施工项目积累了经验。