1、 加热炉模块化制安技术宁夏石化炼油项目经理部2011 年 6 月中国石油工程建设公司2011 年科技大会汇报材料一、工程简介中国石油宁夏石化公司 500 万吨/年炼油改扩建工程位于宁夏回族自治区银川市西郊兴泾镇境内，是集团公司在国内第一个实施“工厂化 EPC 总承包”模式的炼油建设项目，按照“燃料型、短流程”的设计理念，选择常压-催化组合工艺，新建 12 套工艺装置，以及油品储运和配套公用工程等。本工程共有加热炉 11 台（套） ，具体情况如下：表 1 宁夏石化公司 500 万吨/年炼油改扩建工程加热炉情况统计装置名称 加热炉名称 位号 炉型常压蒸馏装置 常压炉 1201-F-101 辐射室中
2、间排管的立管立式炉四合一重整进料加热炉2208-F-201F-202F-203F-204双室水平管箱式炉预加氢进料加热炉 2208-F-101 辐射-对流型圆筒炉石脑油分馏塔底重沸炉 2208-F-102 辐射-对流型圆筒炉连续重整装置脱戊烷塔重沸炉 2208-F-205 辐射-对流型圆筒炉反应进料加热炉 2213-F-101 双室水平管箱式炉柴油加氢精制装置分馏塔底重沸炉 2213-F-201 辐射-对流型圆筒炉反应进料加热炉 2230-F-101 辐射-对流型圆筒炉航煤加氢精制装置分馏塔底重沸炉 2230-F-102 辐射-对流型圆筒炉制硫燃烧炉 3248-F-101 卧式结构硫磺回收装置
3、尾气焚烧炉 3248-F-201 卧式结构二、问题的提出加热炉是工艺装置中技术含量相对较高、结构相对较为复杂的非标设备，按国内长期沿袭的现场建造模式，工期要求相对较长。综合考虑本项目工期要求紧，设计、采购、施工至投产运行的有效时间段较短，计划工期内还包含一个漫长冬季，气温较低，风沙天气较多，现场装置区布局紧凑，作业场地有限等诸多不利因素，项目组决定结合引进项目、援外项目经验，跟进近年来国内大型炼油化工项目建设趋势，对加热炉采取模块化设计、制造、安装的模式，以确保建设周期和施工质量。三、加热炉模块化制安模式相比传统的现场建造模式所具备的优势国内自中石化和德国巴斯夫公司 、英国石油集团公司（BP）
4、合资建设的南京扬巴项目、上海赛科项目开始陆续尝试引入当今国际上推崇的加热炉设备专业化统一、整体最大模块化车间预制、现场组装的模式，并且验证了这一模式在国内运用的可行性和优越性。首先，这一模式明确了承包商的供货范围和工作界面，使责任单一化，能有效避免传统模式中因多方互相推诿责任所导致的管理困难。其次，设计环节就遵循分段制造安装即模块化制安的思路，利用 TEKLA STRUCTURES 和 SOLID WORKS 等软件进行立体建模、设计转化，最合理地将加热炉结构分片、分段模块化。再者，模块化工厂制造与现场建造相比较拥有众多优势：其一，工厂车间制造的工作条件远远优于现场条件，受天气、环境因素影响较
5、小，而且不受现场建造时立体空间的限制，可多模块同时进行制造；其二，在专业化的车间制造过程中，可使用更为精良的工装机具，有利于提高工作效率和制作精度（如对大型钢结构的制作引入 CO2气体保护焊和埋弧焊等高效焊接方法、使用专用机器进行切割和除锈等） ；其三，车间制造可为炉管等重要部件的焊接创造出必现场更为有利的条件（如改技术难度高的立焊和固定焊为改技术难度低的平焊和转动焊、方便采取内充氩、预热及热处理措施等） ，有利于提高焊接质量，减少返修工作量；其四，最大程度的工厂模块化预制和预组装，有利于发现设计文件不完善或不适合的细节（如节点设计是否合理、节点图有没有表述清楚、制造中是否存在难以实施的情况等
6、） ，最大限度地规避散材到现场组装才发现的问题，及时予以修正。API560 和 SH/T3036 等标准规范的相关条款均规定，在运输、装卸能力允许的条件下，应进行最大程度的车间组装。这就是基于专业领域多方面比较和考证得出的。而且，加热炉工厂制造模块运抵现场后，可采取积木式组对、安装，极大程度的减少了现场安装工作量，能有效缩短安装工期。近年来国内采用加热炉模块化制安模式的已建成项目有：中石化的齐鲁石化 80 万吨/年乙烯改扩建项目、南京扬巴项目、上海赛科 90 万吨/年乙烯一体化项目、安庆石化苯乙烯项目等；中石油的新疆独山子 1000 万吨/年炼油及120 万吨/年乙烯一体化项目、苏丹炼厂项目、
7、格尔木炼厂改造项目、庆阳石化改造项目等；在建已决定采用该模式的项目有：中石化的长岭炼化 800 万吨/年炼油改扩建项目、安庆 800 万吨/年改扩建项目、高桥石化的大润滑油项目、金山石化改造项目；中石油的乍德 100 万吨/年炼油项目、四川石化炼化一体化项目等。加热炉模块化制安模式正在被越来越多的建设项目所接纳和采用，这一建设模式必定会在未来几年内得到国内同行更加广泛的认同，并逐渐替代传统模式成为主流。四、以本项目常压炉为例，介绍加热炉模块化制安1、常压炉概述宁夏项目 500 万吨/年常压蒸馏装置设常压炉 1 台，采用辐射室中间排管的立管立式炉，设计热负荷 55MW，设计热效率 92%，加热介
8、质为闪蒸塔底油，占装置概算投资的 16.33%。按照项目要求，常压炉采用模块化设计、制造、安装。宁夏项目选择的加热炉 PC 承包商上海万方博通石油化工工程有限公司是一家从事加热炉设计、制造的专业公司，在炼油化工及其他行业，有海外和国内项目加热炉模块化设计、模块化制作、 模块化安装的业绩。2、模块化预制情况常压炉主体金属总重约 579122 kg（不含梯子平台、烟囱、预热回收系统） ，通过模块化设计可进行工厂模块化制造的部分金属总重约 458586 kg，工厂模块化制造深度较大，按金属总重折算已近 80%。表 2 常压炉模块明细表部位 包含模块 金属重量（kg）辐射炉底钢结构 1-Yb 侧炉底板
9、、2-中间炉底板、3-Ya 侧炉底板 18935辐射段炉墙东片 模块四、2模块三 33617辐射段炉墙西片 模块四、2模块三 33617辐射段炉墙南片 模块一、2模块二 26735辐射段炉墙北片 模块一、2模块二 26735部位 包含模块 金属重量（ kg）辐射炉顶钢结构 模块一、模块二、模块三 16860辐射排管 8管束模块一、8管束模块二 97542辐射烟道 14116对流段 模块一、模块二、模块三、模块四 187587对流顶烟道 2842可工厂模块化制造部分金属总重 458586炉体钢结构尺寸较大，工厂模块化制造时为方便运输和装卸，均分化为几个模块。炉底、炉顶、辐射段墙体各模块到达现场后
10、，先在地面上进行预组装，连成整片后再进行吊装。在车间内，钢结构模块化制作采用机械下料和钻孔，尺寸准确，外观漂亮；可部分使用 CO2气体保护焊和埋弧焊等高效焊接方式，工作效率高，焊接质量好；采用机械喷丸除锈和高压无气喷涂进行涂层防腐，油漆附着力强，外观美观；提前进行模块间的预组装，及时发现和处理主要模块间连接存在的问题。常压炉炉管（辐射排管、对流排管）材质为 P5 和 P22 材质，属铬钼耐热钢，焊接难度大，需采取预热、内充氩、后热、焊后热处理等系列工艺措施，炉管对接焊缝需 100%射线检测。因车间作业条件相对较好，不受雨、雪、风等外界环境因素的影响，相对于现场更易于采取各项工艺措施，部分焊口可
11、转动位预制，降低焊接难度，提高工作效率，且更便于无损检测和返修的实施，更有利于保障焊接质量，所以炉管焊接应尽可能多的在车间预制时完成。常压炉辐射排管、对流排管焊口总计 639 道，车间预制 585 道，预制焊口占比例达 90%余，预制焊口焊接一次合格率达 99.15%。表 3 辐射排管、对流排管焊口车间预制情况模块名称 模块数量 排管规格/材质 焊口总数车间预制焊口数辐射排管管束模块（一） 8 21910 / P5辐射排管管束模块（二） 8 21910 / P5268 248对流管束（一） 1 21910 / P5 80 76对流管束（二） 1 21910 / P5 88 80对流管束（三）
12、1 21910 / P51148 / P2256754865对流管束（四） 1 21910 / P5 72 68总计 639 585对流段模块预制程度最高，整体模块分四块，除对流管束焊接预制外，衬里施工亦可在车间进行。现场仅对整体模块进行安装。在车间进行轻质耐火浇注料的施工，能更好的控制环境温度和进行初凝后的喷水养护，更有利于施工质量的控制。3、常压炉现场安装常压炉主体现场安装程序辐射室南北侧墙模块安装炉底模块安装辐射室东西侧墙模块安装炉顶模块安装辐射段炉管临时就位辐射室衬里对流模块安装炉管试压工程扫尾 、 调试达到烘炉条件基础验交看火门 、 防爆门安装辐射段梯子 、 平台安装对流段钢结构安装
13、 过渡段安装对流 段梯子 、 平台安装常压炉现场安装时，因大部分结构已于工厂预制成模块，现场制作量大为减少，模块间的连接方式主要为螺栓等紧固件连接，可采取积木式组对、安装，安装单次最大起吊重量约为 64 t，相比传统的现场建造模式显著缩短了现场安装工期，现场占用场地面积小，大幅减少了起重机械台班使用数量和脚手架搭设工作量。常压炉采用模块化制安模式在现场安装阶段实际仅用 117 个有效工作日即完成安装、衬里及烘炉，而传统的现场建造模式完成等同工作通常需要 7 个月左右的工期。下面以图片形式对常压炉现场安装程序进行展示。辐射室炉体模块到达现场辐射室炉体模块卸车辐射室炉体侧墙模块开始吊装辐射室炉体一面侧墙完成吊装就位辐射室炉体三面侧墙吊装完毕脚手架安装完毕加热炉内部衬里施工
