套管換熱器倒裝法施工工法

《套管換熱器倒裝法施工工法》是二十三冶建設集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是劉勁、肖進飛、劉超軍、陳銀元、石長春。適用於體積大、層數多的單套管或多套管（單根外管裡面套4根內管）的管道換熱器的製作安裝，可推廣套用於多層鋼製設備及多層管廊的安裝，也可作為其他需要倒裝法安裝的設備、構件等安裝施工的技術參考。

《套管換熱器倒裝法施工工法》主要的工法特點是採用由上至下逐層施工的倒裝法製作安裝，打破了傳統的由下至上逐層製作安裝方法；採用鏈條葫蘆多點提升，降低了大型吊車的使用量及成本；通過將平面劃分4個作業區，有利於組織流水作業，現場組織更加有序，提高了工效；減少了高空作業，改善了作業環境，質量安全更有保障。

2011年9月，《套管換熱器倒裝法施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：套管換熱器倒裝法施工工法
• 工法編號：GJEJGF322-2010
• 完成單位：二十三冶建設集團有限公司
• 主要完成人：劉勁、肖進飛、劉超軍、陳銀元、石長春
• 套用實例：中鋁山西分公司擴建80萬噸氧化鋁項目壓煮溶出Ⅱ系列
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

套管換熱器是氧化鋁工程壓煮溶出系統的核心設備之一，分單套管與多套管換熱器。單套管換熱器，即一根外管裡面套一根內管，通過內外管組合後形成的兩個不同的空間進行熱能轉換的設備。該設備在現場製作安裝時由於受場地限制施工時存在一定困難。該套施工工法採用單套管換熱器倒裝法施工，通過改變施工順序、分區組對、設備與鋼結構框架同時安裝等創新技術的套用，有效地解決了該設備製作安裝的技術難題，極大地提高了施工效率。經過中鋁山西分公司擴建80萬噸氧化鋁項目、山西魯能晉北鋁業100萬氧化鋁項目山西魯能晉北鋁業二期180萬氧化鋁項目等多項工程的探索和研究，逐步形成了《套管換熱器倒裝法施工工法》。

工法特點

《套管換熱器倒裝法施工工法》的工法特點是：

1.採用由上至下逐層施工的倒裝法製作安裝，打破了傳統的由下至上逐層製作安裝方法。

2.在鋼框架內設定組裝台作為製作加工場地，無需框架跨外製作場地，減少了起重設備作業場地，解決了場地狹小的施工問題。

3.變逐根套管吊裝為單跨托梁內的套管“整體”安裝（僅在中間留一個接口）加快了施工進度，工效得到了提高。

4.採用鏈條葫蘆多點提升，降低了大型吊車的使用量及成本。

5.通過將平面劃分4個作業區，有利於組織流水作業，現場組織更加有序，提高了工效。

6.減少了高空作業，改善了作業環境，質量安全更有保障。

操作原理

適用範圍

《套管換熱器倒裝法施工工法》適用於體積大、層數多的單套管或多套管（單根外管裡面套4根內管）的管道換熱器的製作安裝，可推廣套用於多層鋼製設備及多層管廊的安裝，也可作為其他需要倒裝法安裝的設備構件等安裝施工的技術參考。

工藝原理

《套管換熱器倒裝法施工工法》的工藝原理敘述如下：

該設備由套管和鋼結構支承框架組成，其中套管一般為6層4排，外形尺寸一般為：長80米、寬12米、高12米；施工時先在驗收合格的基礎上安裝鋼結構支承框架立柱、縱向連繫梁剪刀支撐；然後安裝頂層框架橫樑，使該層橫樑和立柱形成一個長方形的“Ⅱ”形結構。在長方形的“Ⅱ”形支架內搭設組裝台，根據套管區鋼柱分布特點，按縱橫兩個方向分成4個區域（圖1），每個區域內各擺放HW300×300的H型鋼，作為套管加工的組裝台；組裝台的H型鋼之間用ф219×10縫鋼管進行連線加固，以確保組裝台的牢固。然後按I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區拼裝第6層套管，每區一層4根套管進行組對，組對一層經焊接、熱處理、探傷合格後進行吊裝，並完善該層框架結構。以此方法依次進行五、四、三、二、一層的套管組對、吊裝。待4個區的套管部吊裝完後在中部合口，兩端加焊法蘭彎頭合攏。

圖1 製作安裝平面分區圖

施工工藝

工藝流程

《套管換熱器倒裝法施工工法》的工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

操作要點

《套管換熱器倒裝法施工工法》的操作要點如下：

1.套管支承框架安裝

首先在驗收合格的基礎上安裝套管支承框架的立柱，立柱安裝完畢後，用水準儀分別在每根立柱的內側確定一個標高線為+1米的統一的控制點，根據這一控制點控制第6層的連繫梁的安裝高度。然後安裝連繫梁、剪刀撐、頂層橫樑，使套管支承框架形成一個可靠的結構整體。

2.組裝台搭設及加固

在每個區域內的±0位置各擺放HW300×300的H型鋼，寬與橫向柱間距相等，H型鋼之間用ф219x10無縫鋼管進行連線加固，作為套管加工製作的組裝台。

3.管道的組對與穿管

將內管和外管用吊車水平運輸到組裝台上，內管放置到I或Ⅲ區，外管放置到Ⅱ或Ⅳ區。先組對內管，在內管外部先把其內管支架焊好，每根內管的支架根據設計間距要求均勻分布，支架間相對角度儘量錯開，以避免損傷外管；然後組對外管，在組裝台上把ф426×10無縫鋼管擺好組對焊接，完成後臨時固定並進行射線檢查合格，每2根外管中間留200毫米間隙以方便施工。內管成批組對焊接，焊完一批，射線檢查一批，合格後在首先插入內管的管端點焊一個大小頭，用卷揚機牽引大小頭端部，插入外管中，形成一組套管（圖3）。每個區域每層製作4組套管，每組4根內管4根外管。

圖3 穿管示意圖

4.套管的吊裝

經計算，每層套管重量約160噸，根據以上分區，每個區域每層套管及支架的重量約為40噸，採用4個20噸鏈條葫蘆分別掛在2根橫樑的兩端同時起吊，鏈條葫蘆掛繩採用ф32鋼絲繩系在上層套管的橫樑上，掛繩採用繞接法（圖4）。套管採用4根套管一組整吊裝的方法：即利用上層套管橫樑作為起吊支架（經技術人員核算利用該橫樑作為起吊支架在吊裝過程中不影響整體框架的穩定性），逐層從上到下進行吊裝，鏈條葫蘆用鋼絲繩懸掛在上層套管的橫樑上，用人工緩慢均勻平衡拉升鏈條葫蘆使該層套管就位，就位後檢查安裝位置符合要求，立即將該層橫樑與立柱按正常安裝連線（高強螺栓緊固，連線板焊好），然後鬆開葫蘆，卸下吊具，做其他區域或下一層的吊裝準備。隨著每層套管安裝的進行，整個框架鋼結構也同時安裝完成。

圖4 鏈條葫蘆吊裝示意圖

施工部署

《套管換熱器倒裝法施工工法》的施工部署如下：

1.施工時考慮到這4個區域套管都相同，每層都一樣，所以可以採用流水施工組織方式，依次在4個區域進行拼裝和吊裝。

2.按區域劃分圖，在4個區內均搭設好組裝台。如在I、Ⅲ區內施工內管，同時在Ⅱ、Ⅳ區施工外管，進度基本保持一致。待內外管均焊接完，探傷合格後，將I、Ⅲ區的內管拖入Ⅱ、Ⅳ區的外管中。完成後可以同時在Ⅱ、Ⅳ兩個區內進行吊裝準備和吊裝作業，與此同時在已經騰空的I、Ⅲ區內組對外管。Ⅱ、Ⅳ區在吊裝完成後，拼接組對內管。內外管均按要求完成後，將Ⅱ、Ⅳ區的內管拖入、Ⅲ區的外管中。同樣，在1、Ⅲ區吊裝作業時，可以在Ⅱ、區拼裝外管…如此反覆，形成流水作業。

材料設備

1.《套管換熱器倒裝法施工工法》的主要施工用料見表1。

表1 施工用料表

序號	名稱	型號、規格	單位	數量	備註
1	腳手架	╱	噸	1.8	臨時腳手架
2	竹跳板	2500-3000	塊	120	臨時腳手架
3	電纜	3x25+1x10毫米	米	300	施工電源
4	配電箱	漏電保護	個	3	施工用
5	鋼絲繩	ф32	米	200	起重用
6	鋼絲繩	ф15	米	150	起重用
7	鋼絲繩	ф20	米	150	起重用
8	卸扣	5噸	個	20	起重用
9	卸扣	20噸	個	8	起重用
10	卸扣	3噸	個	8	起重用
11	焊把線	50平方毫米	米	300	焊接用

2.《套管換熱器倒裝法施工工法》的主要機具設備見表2。

表2 機具設備表

序號	名稱	型號、規格	單位	數量	備註
1	汽車吊	25噸	台	2	╱
2	逆變氬弧焊機	WSE-315	台	10	╱
3	交流焊機	BX3-500	台	10	╱
4	X射線機	XXQ-2505	台	2	╱
5	卷揚機	5噸	台	1	穿管
6	千斤頂	16噸	台	4	╱
7	手拉葫蘆	20噸	台	4	╱
8	手拉葫蘆	5噸	台	6	╱
9	普通經緯儀	JD2	台	1	╱
10	角向磨光機	ф100	台	10	╱
11	遠紅外烤箱	ZYH-60	台	2	╱
12	焊條保溫桶	TRB-5	台	10	╱
13	角向磨光機	ф150	台	10	╱
14	火焰坡口機	CG1-30	台	2	╱
15	測厚儀	LA-10	台	1	╱
16	熱處理裝置	LDS-500	台	2	╱
17	電動試壓泵	0~16兆帕	台	2	╱

參考資料：

質量控制

《套管換熱器倒裝法施工工法》的質量控制要求如下：

一、執行的規範、標準

1.《鋼製管式換熱器》HGT 2650。

2.《工業金屬管道設計規範》GB 50316。

3.《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規範》GB 50236。

4.《輸送流體用無縫鋼管》GB 8163。

5.《鍋爐、熱交換器用不鏽鋼無縫鋼管》GB 13296。

6.《承壓設備無損檢測》JB 4730。

7.《氣體保護焊電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T 8110。

二、質量要求

1.該設備安裝應嚴格執行國家質量技術監督局《壓力容器安全技術監察規程》的有關規定。

2.套管換熱器鋼結構支承框架在立柱及頂層橫樑安裝到位後，必須複測立柱安裝標高，確保套管安裝標高精度。

3.施焊前，應根據焊接工藝評定報告編制焊接作業指導書。焊工應按指定的焊接作業指導書施焊。

4.管道組對時內壁環焊縫錯邊量不宜超過壁厚的10%，且不大於2毫米。

5.每根內管穿插焊接完畢後，應進行單根水壓試驗，合格後才能進行外管端封頭封閉焊接。

6.管道安裝應在允許偏差範圍內詳見表3。

表3 管道安裝允許偏差

項目內容		允許偏差（毫米）
坐標（室外架空管）		25
標高（室外架空管）		20
水平管道彎曲度（DN>100）		3‰，最大80
成排管道的間距		15

參考資料：

安全措施

採用《套管換熱器倒裝法施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.由於採用倒裝法並且分區組對、穿管、吊裝，各區域形成流水施工作業，各工序間銜接緊湊，應特別注意各工序間的交接施工安全。

2.吊裝應統一指揮，步調一致。吊裝過程中，發現問題及隱患，必須立即停止吊裝，分析原因並消除隱患後，方可繼續吊裝。

3.平台設定應穩定、牢固、管子徑向臨時固定（控制其滾動）必須牢靠。

4.吊具、吊繩每次吊裝前必須進行嚴格的檢查，對有破損的吊具及吊繩必須及時更換。

5.各區域外臨邊應及時設定防護攔桿，以防止作業人員高處墜落。

6.施工工作面下嚴禁站人，施工現場安全標識、標牌醒目，閒雜人等不得入內。

7.其他安全措施應嚴格按照常規工業建築安裝施工的安全要求實施。

環保措施

《套管換熱器倒裝法施工工法》的環保措施如下：

1.項目部成立施工環保組織機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府頒布的法律、法規及規章，對施工材料、設備、廢渣以及生產生活垃圾進行控制和治理。

2.採取降噪措施，施工過程中向周圍環境排放的噪聲符合國家規定的環境噪聲施工現場排放標準，把有噪聲污染減少到最小的程度。合理安排作業時間，將施工噪聲較大的工序放在白天進行，在夜間避免進行噪聲較大的工作。

3.對收集、儲存、運輸、處置固體廢物的設施、設備和場所，加強管理和維護，保證其正常運行和使用。

4.將施工中產生的建築垃圾和生活垃圾分類、定點堆放，並及時清運，不得亂推亂放；建築物內的垃圾必須袋清運，嚴禁向外揚棄。

5.如果防腐塗料發生泄露，應立即用油棉將遺灑塗料回收並用棉絲蘸稀釋劑將其處理乾淨。油棉應作為有毒有害廢棄物予以處理。

6.危險化學品及有毒物質使用前應編製作業指導，並對操作進行培訓。

7.進行X射線探傷時，宜在夜間限時進行，並設定警戒區域派專人值守，及時清除探傷區域內所有閒雜人員。

效益分析

《套管換熱器倒裝法施工工法》的效益分析是：

與傳統施工方法相比較，該工法利用設備本體構件安裝套管預熱器，施工簡便，易於操作，不需要過多的大型施工機械，既節省了施工費用，又實現了在該設備本身的區域內作業，施工平面布置科學、有序，安全施工得到了保障。採用鏈條葫蘆吊裝，既降低了設備本體的受損機率，工程質量也有了充分保證。傳統施工與該工法在套管的製作工序、焊接、退火、探傷等方面沒有區別，不同之處在於吊裝。傳統方法吊裝全部採用汽車吊，該工法採用鏈條葫蘆吊裝，減少了吊裝費用。

套用實例

《套管換熱器倒裝法施工工法》先後套用於中鋁山西分公司擴建80萬氧化鋁項目壓煮溶出Ⅱ系列、山西魯能晉北鋁業100萬噸氧化鋁工程壓煮溶出I、Ⅱ系列、山西魯能晉北鋁業二期180萬噸氧化鋁工程壓煮溶出I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ系列。

山西魯能晉北鋁業100萬噸氧化鋁工程壓煮溶出I、Ⅱ系列工程，位於山西省原平市，該工程中四套管設備全長80米，寬10.8米，高9米，總計6層，單系列總重560378千克。施工中採用倒裝法，先安裝套管換熱器的立柱及頂層橫樑，待立柱和橫樑等支承框架形成“”形後，在“Ⅱ”的中間搭設組裝台對接第6層管道，分4個區域進行焊接、退火、探傷和安裝。4個區域平行施工每個區域每次同時施工4根套管連同該部分套管的橫樑支架。吊裝時利用已經安裝好了的“Ⅱ”形支承框架的橫樑，用4個20噸的鏈條葫蘆平衡勻速提升到安裝位置，焊接好同時吊裝上去的橫樑（下一層套管吊裝的支架）後拆除鏈條葫蘆。按此方法，依次從上往下按第五、四、三、二、一層的順序進行安裝。通過該工法工藝，成功實現了四套管換熱器的製作安裝施工，取得了良好的經濟效益和質量效果，該工程於2004年9月開工，2005年9月全部安裝完畢。如圖5。

圖5 套管換熱器安裝效果圖

《套管換熱器倒裝法施工工法》後續又成功套用于山西魯能晉北鋁業二期180萬噸氧化鋁工程壓煮溶出I、Ⅱ、Ⅲ、系列，其單套管換熱器安裝採用該工法施工取得了圓滿成功。該工程2008年10月開工，2009年9月全部建成，施工質量優良。

在中鋁山西分公司擴建80萬噸氧化鋁項目中也採用了該工法。該工程中壓煮溶出Ⅱ系列單套管換熱器全長83米，寬12.6米，高12米，共6層，層距1.8米。工程於2003年9月開工，2005年10月竣工。

榮譽表彰

2011年，《套管換熱器倒裝法施工工法》被評定為2010年度湖南省省級工法，工法編號：HNJSGF79-2010。

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《套管換熱器倒裝法施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。