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摘要：制氢转化炉是炼油制氢装置的主要设备之一，是钢结构与工艺管线集合体，体积大，现场焊接工作量大，安装技术要求高，施工周期长，是制约装置建设关键设备。转化炉炉管为304L不锈钢为奥氏体不锈钢，属于超低碳级不锈钢，具有良好的综合性能。炉壁为钢结构，安装施工要求难度比较大。本文主要阐述了施工技术要求及施工工序
关键词：焊接、施工、安装
Abstract: Furnace Pipe 304L stainless steel is austenitic stainless steel; it belongs to ultra-low carbon grade stainless steel, with good overall performance. Furnace wall is steel structure, installation and construction requirements are more difficult. This article discusses the construction of technical requirements and construction processesKey words: welding, construction, installation
中圖分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-
1、概况
4万标立/小时制氢装置安装工程的制氢转化炉钢结构主要包括辐射段钢结构、对流段钢结构、辐射段和对流段的连接烟道以及雨棚。其中辐射段钢结构320吨，对流段钢结构68吨，连接烟道17吨，雨棚30吨，共计435吨。制氢转化炉高 28米 ；宽 17米；长 23米。
2、主要施工方法及施工程序
2.1主要施工方法采用模块化施工
制氢转化炉材料集中在预制场进行分片预制，检查合格后，喷砂除锈，涂刷底漆，然后倒运至现场，采取成片预制、分片吊装的施工方法。
2.2主要施工程序如下图所示：
3、主要施工技术要求
3.1基础验收要求
3.2辐射段钢结构基础验收和垫铁放置
钢结构安装前，应把基础表面进行修理，铲好麻面，放置垫铁的位置铲平，然后安装垫铁和柱脚板。每组垫铁一平二斜，必须垫平垫实，待钢结构就位找正和拧紧地脚螺栓后，将垫铁组点焊牢固。
制氢转化炉辐射段垫铁布置如下图所示：
3.3辐射段钢结构的安装技术要求
辐射段钢结构的施工程序如下图：
3.4搭设组对平台的要求
辐射段钢结构的组对场地位于制氢转化炉的北侧。组对平台搭设之前必须对场地进行平整，然后沿南北方向铺设4条17米的H300*300的型钢，每条型钢的间距为4米，型钢放置之前须先在每根型钢底部铺设枕木，用于调整型钢的平整度，型钢放置之后要对型钢得上表面进行调平，型钢的平整度偏差应该小于5毫米。
组对平台铺设完成后在组对平台上进行①——①（④——④）轴线的预制成片，①——①（④——④）轴线的成片示意图如下图：
钢结构梁和柱的拼接均采用斜45°的拼接方式，梁柱拼接接头的位置应错开节点区300毫米以上，且相邻立柱的拼接接头应错开，不能在同一个标高处。
辐射段钢结构在地面预制成片后采用80吨汽车吊进行整体吊装，
——①轴线吊装平面图如下
吊装立面图如下所示：
①——①和④——④轴线标高17.934米以下吊装就位后，先安装②——②轴线和③——③轴线的6根立柱，然后再安装标高4.95米层的3根横梁以及C——C轴线标高17.69米的横梁，再安装A——A轴线以及E——E轴线标高4.95米至标高17.934米的横梁和立柱，最后安装A——A轴线以及E——E轴线的壁板。
辐射段钢结构成型示意图如下图所示：
3.6辐射段钢结构的组装要求：
立柱垂直度不应大于1/1000且不大于15.0mm，各立柱不得向同一方向倾斜；
立柱注脚板底面标高的允许偏差为±3mm，各立柱相互间标高之差不大于5mm；
炉底注脚板下表面至环梁上表面间距允许偏差为±2mm。
横梁标高允许偏差为±5mm；
防爆门、人孔门、看火门安装前必须进行检查，其组装质量和外形尺寸应符合设计文件的规定，安装质量应符合下列规定：
防爆门重量必须符合设计文件的规定，铰链转动应灵活；
人孔门、看火门和防爆门安装位置的允许偏差为±8mm；门盖与门框应接触严密。
3.7炉底钢结构安装
炉底钢结构采用自下而上的顺序安装，炉底钢结构的安装应符合如下要求：
角钢和扁钢组焊法兰的允许偏差符合SH3086-98的规定；
炉底梁及炉底板的倾斜值应不大于炉底梁长度的0.1%，且不大于5毫米；
所有螺栓孔均要采用机械加工方法，严禁气割成孔，相邻孔间距的允许偏差为±1.5毫米。
3.8炉顶钢结构安装技术要求
炉顶钢结构的安装同炉底钢结构的安装方法。
炉顶钢结构安装完毕后，开始①——①轴线（④——④轴线）标高17.934米至标高27.158米钢结构的安装，①——①轴线（④——④轴线）标高17.934米至标高27.158米的安装利用的搭设好的临时平台预制成片然后进行整体吊装，具体安装方法参照①——①轴线（④——④轴线）标高17.934米以下钢结构的成片预制和吊装，本方案将不再赘述。
3.9炉顶上部钢结构安装技术要求
炉顶上部钢结构的安装按照自下而上的顺序进行，钢格板与平台的搭接长度应大于20毫米，其余同炉顶钢结构安装方法。
3.10炉顶雨棚钢结构以及雨棚的安装技术要求
炉顶雨棚钢结构的安装要在转化炉转化管、炉顶入口集气管以及上猪尾管安装完毕后进行，炉顶雨棚钢结构的安装自下而上进行，逐根梁柱进行安装，炉顶钢结构的安装应符合SH3086-98的规定，雨棚所用的彩色金属压型屋面板以及彩色金属压型墙面板的施工应符合供货商提供的施工技术要求。
3.11对流段钢结构的安装技术要求
对流段钢结构的安装可以和辐射段钢结构的安装同时进行。对流段钢结构材料到货后直接存放在预制场（预制场离施工现场约2公里），在预制场进行喷砂除锈和防腐，然后运至施工现场在预制平台上进行组对。
对流段钢结构的施工程序如下图：
3.12预制平台的搭设技术要求
对流段钢结构的预制平台位于对流段的西侧空地上，详见平面图。组对平台搭设之前必须对场地进行平整，然后沿南北方向铺设2条13米的H300*300的型钢，型钢的间距为2.5米，型钢放置之前须先在每根型钢底部铺设枕木，用于调整型钢的平整度，型钢放置之后要对型钢得上表面进行调平，型钢的平整度偏差应该小于5毫米。
将对流段钢结构按照基础轴线从北往南依次编号为A-H轴，然后按照A-H的顺序依次进行分片预制和吊装。这里以A轴线的成片预制和吊装为例。
A轴线成片示意图如下所示：
A轴线单片的重量为2.608吨，采用KATO25吨汽车吊进行吊装。对流段各片成型示意图如下：
A-H轴线分片预制和吊装的同时进行横梁的安装，如上图，标高4.75米横梁应该先安装，安装完成后再标高4.75米至10.462米立柱，最后安装标高10.462米横梁。对流段钢结构的安装应符合如下规定：
立柱垂直度不应大于1/1000且不大于15.0mm，各立柱不得向同一方向倾斜；
立柱注脚板底面标高的允许偏差为±3mm，各立柱相互间标高之差不大于5mm；
炉底注脚板下表面至环梁上表面间距允许偏差为±2mm。
横梁标高允许偏差为±5mm；
人孔门安装前必须进行检查，其组装质量和外形尺寸应符合设计文件的规定，安装质量应符合下列规定：人孔门安装位置的允许偏差为±8mm；门盖与门框应接触严密。
3.13 壁板以及其它钢结构的安装技术要求
对流段的横梁和立柱安装完毕后最后進行壁板的安装以及对流段顶部钢结构的安装，炉壁板的平面度应该用1米的钢板尺进行检查，间隙不得大于3毫米。
3.14连接烟道的安装技术要求
连接烟道的安装要在辐射段以及对流段钢结构连接处施工完毕后进行，辐射段钢结构E—E轴线以及对流段A轴线安装完毕后可以进行连接烟道的施。
4、集合管施工技术要求：
集合管主要采用进口的304L奥氏体不锈钢材质，其焊接性能与我国的0Cr19Ni10相当。奥氏体不锈钢304L对应我国的标准是0Cr19Ni10,其主要化学成分和机械性能见表一。
表一304L不锈钢化学成分话机械性能
304不锈钢的热导率低，约为碳钢的1／3，电阻率跃为碳钢的5倍，线膨胀系数比碳钢约大50%，密度大于碳钢。由于不锈钢存在众多与碳钢不同的特性，其焊接工艺规范也与碳钢不同，对于304L不锈钢钢管，我们采用的焊丝为ER308L，焊接工艺参数见表二。
表二
4.1 304L不锈钢焊接工艺特点
4.2.1晶间腐蚀及应对措施
晶间腐蚀是在腐蚀介质作用下，起源与金属表面的晶间边界深入金属内部产生在晶粒之间的一种腐蚀，晶间腐蚀是奥氏体不锈钢常见的焊接缺陷。
Cr是奥氏体不锈钢中具有耐腐蚀性基本元素，当Cr含量低于12%时，就不再具有耐腐蚀性了。304L不锈钢在焊接过程中存在焊接危险温度区间（450--850℃）见图一。
当温度达到危险温度范围时，奥氏体中饱和的碳向晶界处迅速扩散并在晶粒边界析出，析出的碳和铬形成碳化铬（Cr23C6 ）。因为铬在奥氏体中的扩散速度很慢，来不及向晶界扩散，这样就大量消耗了晶界处的铬，使晶界处的含铬量降低于１２％，这是晶界就失去了耐腐蚀能力。如果温度低于450℃，则奥氏体中的碳扩散速度不快，不能在晶界处扩散析出形成碳化铬，所以没有晶界腐蚀现象。如果温度高于850℃，这时不仅碳在奥氏体中的扩散速度极快，而且铬在奥氏体中扩散速度也很快，故不能造成造成晶粒边界处贫铬。因而也不会发生晶间腐蚀。
为防止304L不锈钢在焊接过程中耐腐蚀性能下降，可以采取以下几点措施：
4.2.2焊接时在管道内部进行充氩施工，并且确保根焊时充氩浓度达到92%以上。在填充、该免焊接时，也要充氩，防止焊缝金属在高温时进行氧化反应，造成晶间腐蚀。
4.2.3焊接时采用小电流，快速焊，降低焊接线能量，缩短奥氏体不锈钢在危险温度区间（450--850℃）的停留时间，防止晶间腐蚀。
4.2.4对有条件进行热处理的焊缝，在焊接后可以快速冷却，使焊缝温度低于450℃，防止晶间腐蚀。
5．效果
通过以上措施，比正常施工工期提前２个月，施工费用节约１０万元左右。我们顺利的施工完毕，经检查焊口合格率达到99.98%以上，通过烘炉投产一次成功。
作者简介：
1963年出生，1987年毕业于天津大港石油学校。工程师，从事施工技术管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：焊接、施工、安装
Abstract: Furnace Pipe 304L stainless steel is austenitic stainless steel; it belongs to ultra-low carbon grade stainless steel, with good overall performance. Furnace wall is steel structure, installation and construction requirements are more difficult. This article discusses the construction of technical requirements and construction processesKey words: welding, construction, installation
中圖分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-
1、概况
4万标立/小时制氢装置安装工程的制氢转化炉钢结构主要包括辐射段钢结构、对流段钢结构、辐射段和对流段的连接烟道以及雨棚。其中辐射段钢结构320吨，对流段钢结构68吨，连接烟道17吨，雨棚30吨，共计435吨。制氢转化炉高 28米 ；宽 17米；长 23米。
2、主要施工方法及施工程序
2.1主要施工方法采用模块化施工
制氢转化炉材料集中在预制场进行分片预制，检查合格后，喷砂除锈，涂刷底漆，然后倒运至现场，采取成片预制、分片吊装的施工方法。
2.2主要施工程序如下图所示：
3、主要施工技术要求
3.1基础验收要求
3.2辐射段钢结构基础验收和垫铁放置
钢结构安装前，应把基础表面进行修理，铲好麻面，放置垫铁的位置铲平，然后安装垫铁和柱脚板。每组垫铁一平二斜，必须垫平垫实，待钢结构就位找正和拧紧地脚螺栓后，将垫铁组点焊牢固。
制氢转化炉辐射段垫铁布置如下图所示：
3.3辐射段钢结构的安装技术要求
辐射段钢结构的施工程序如下图：
3.4搭设组对平台的要求
辐射段钢结构的组对场地位于制氢转化炉的北侧。组对平台搭设之前必须对场地进行平整，然后沿南北方向铺设4条17米的H300*300的型钢，每条型钢的间距为4米，型钢放置之前须先在每根型钢底部铺设枕木，用于调整型钢的平整度，型钢放置之后要对型钢得上表面进行调平，型钢的平整度偏差应该小于5毫米。
组对平台铺设完成后在组对平台上进行①——①（④——④）轴线的预制成片，①——①（④——④）轴线的成片示意图如下图：
钢结构梁和柱的拼接均采用斜45°的拼接方式，梁柱拼接接头的位置应错开节点区300毫米以上，且相邻立柱的拼接接头应错开，不能在同一个标高处。
辐射段钢结构在地面预制成片后采用80吨汽车吊进行整体吊装，
——①轴线吊装平面图如下
吊装立面图如下所示：
①——①和④——④轴线标高17.934米以下吊装就位后，先安装②——②轴线和③——③轴线的6根立柱，然后再安装标高4.95米层的3根横梁以及C——C轴线标高17.69米的横梁，再安装A——A轴线以及E——E轴线标高4.95米至标高17.934米的横梁和立柱，最后安装A——A轴线以及E——E轴线的壁板。
辐射段钢结构成型示意图如下图所示：
3.6辐射段钢结构的组装要求：
立柱垂直度不应大于1/1000且不大于15.0mm，各立柱不得向同一方向倾斜；
立柱注脚板底面标高的允许偏差为±3mm，各立柱相互间标高之差不大于5mm；
炉底注脚板下表面至环梁上表面间距允许偏差为±2mm。
横梁标高允许偏差为±5mm；
防爆门、人孔门、看火门安装前必须进行检查，其组装质量和外形尺寸应符合设计文件的规定，安装质量应符合下列规定：
防爆门重量必须符合设计文件的规定，铰链转动应灵活；
人孔门、看火门和防爆门安装位置的允许偏差为±8mm；门盖与门框应接触严密。
3.7炉底钢结构安装
炉底钢结构采用自下而上的顺序安装，炉底钢结构的安装应符合如下要求：
角钢和扁钢组焊法兰的允许偏差符合SH3086-98的规定；
炉底梁及炉底板的倾斜值应不大于炉底梁长度的0.1%，且不大于5毫米；
所有螺栓孔均要采用机械加工方法，严禁气割成孔，相邻孔间距的允许偏差为±1.5毫米。
3.8炉顶钢结构安装技术要求
炉顶钢结构的安装同炉底钢结构的安装方法。
炉顶钢结构安装完毕后，开始①——①轴线（④——④轴线）标高17.934米至标高27.158米钢结构的安装，①——①轴线（④——④轴线）标高17.934米至标高27.158米的安装利用的搭设好的临时平台预制成片然后进行整体吊装，具体安装方法参照①——①轴线（④——④轴线）标高17.934米以下钢结构的成片预制和吊装，本方案将不再赘述。
3.9炉顶上部钢结构安装技术要求
炉顶上部钢结构的安装按照自下而上的顺序进行，钢格板与平台的搭接长度应大于20毫米，其余同炉顶钢结构安装方法。
3.10炉顶雨棚钢结构以及雨棚的安装技术要求
炉顶雨棚钢结构的安装要在转化炉转化管、炉顶入口集气管以及上猪尾管安装完毕后进行，炉顶雨棚钢结构的安装自下而上进行，逐根梁柱进行安装，炉顶钢结构的安装应符合SH3086-98的规定，雨棚所用的彩色金属压型屋面板以及彩色金属压型墙面板的施工应符合供货商提供的施工技术要求。
3.11对流段钢结构的安装技术要求
对流段钢结构的安装可以和辐射段钢结构的安装同时进行。对流段钢结构材料到货后直接存放在预制场（预制场离施工现场约2公里），在预制场进行喷砂除锈和防腐，然后运至施工现场在预制平台上进行组对。
对流段钢结构的施工程序如下图：
3.12预制平台的搭设技术要求
对流段钢结构的预制平台位于对流段的西侧空地上，详见平面图。组对平台搭设之前必须对场地进行平整，然后沿南北方向铺设2条13米的H300*300的型钢，型钢的间距为2.5米，型钢放置之前须先在每根型钢底部铺设枕木，用于调整型钢的平整度，型钢放置之后要对型钢得上表面进行调平，型钢的平整度偏差应该小于5毫米。
将对流段钢结构按照基础轴线从北往南依次编号为A-H轴，然后按照A-H的顺序依次进行分片预制和吊装。这里以A轴线的成片预制和吊装为例。
A轴线成片示意图如下所示：
A轴线单片的重量为2.608吨，采用KATO25吨汽车吊进行吊装。对流段各片成型示意图如下：
A-H轴线分片预制和吊装的同时进行横梁的安装，如上图，标高4.75米横梁应该先安装，安装完成后再标高4.75米至10.462米立柱，最后安装标高10.462米横梁。对流段钢结构的安装应符合如下规定：
立柱垂直度不应大于1/1000且不大于15.0mm，各立柱不得向同一方向倾斜；
立柱注脚板底面标高的允许偏差为±3mm，各立柱相互间标高之差不大于5mm；
炉底注脚板下表面至环梁上表面间距允许偏差为±2mm。
横梁标高允许偏差为±5mm；
人孔门安装前必须进行检查，其组装质量和外形尺寸应符合设计文件的规定，安装质量应符合下列规定：人孔门安装位置的允许偏差为±8mm；门盖与门框应接触严密。
3.13 壁板以及其它钢结构的安装技术要求
对流段的横梁和立柱安装完毕后最后進行壁板的安装以及对流段顶部钢结构的安装，炉壁板的平面度应该用1米的钢板尺进行检查，间隙不得大于3毫米。
3.14连接烟道的安装技术要求
连接烟道的安装要在辐射段以及对流段钢结构连接处施工完毕后进行，辐射段钢结构E—E轴线以及对流段A轴线安装完毕后可以进行连接烟道的施。
4、集合管施工技术要求：
集合管主要采用进口的304L奥氏体不锈钢材质，其焊接性能与我国的0Cr19Ni10相当。奥氏体不锈钢304L对应我国的标准是0Cr19Ni10,其主要化学成分和机械性能见表一。
表一304L不锈钢化学成分话机械性能
304不锈钢的热导率低，约为碳钢的1／3，电阻率跃为碳钢的5倍，线膨胀系数比碳钢约大50%，密度大于碳钢。由于不锈钢存在众多与碳钢不同的特性，其焊接工艺规范也与碳钢不同，对于304L不锈钢钢管，我们采用的焊丝为ER308L，焊接工艺参数见表二。
表二
4.1 304L不锈钢焊接工艺特点
4.2.1晶间腐蚀及应对措施
晶间腐蚀是在腐蚀介质作用下，起源与金属表面的晶间边界深入金属内部产生在晶粒之间的一种腐蚀，晶间腐蚀是奥氏体不锈钢常见的焊接缺陷。
Cr是奥氏体不锈钢中具有耐腐蚀性基本元素，当Cr含量低于12%时，就不再具有耐腐蚀性了。304L不锈钢在焊接过程中存在焊接危险温度区间（450--850℃）见图一。
当温度达到危险温度范围时，奥氏体中饱和的碳向晶界处迅速扩散并在晶粒边界析出，析出的碳和铬形成碳化铬（Cr23C6 ）。因为铬在奥氏体中的扩散速度很慢，来不及向晶界扩散，这样就大量消耗了晶界处的铬，使晶界处的含铬量降低于１２％，这是晶界就失去了耐腐蚀能力。如果温度低于450℃，则奥氏体中的碳扩散速度不快，不能在晶界处扩散析出形成碳化铬，所以没有晶界腐蚀现象。如果温度高于850℃，这时不仅碳在奥氏体中的扩散速度极快，而且铬在奥氏体中扩散速度也很快，故不能造成造成晶粒边界处贫铬。因而也不会发生晶间腐蚀。
为防止304L不锈钢在焊接过程中耐腐蚀性能下降，可以采取以下几点措施：
4.2.2焊接时在管道内部进行充氩施工，并且确保根焊时充氩浓度达到92%以上。在填充、该免焊接时，也要充氩，防止焊缝金属在高温时进行氧化反应，造成晶间腐蚀。
4.2.3焊接时采用小电流，快速焊，降低焊接线能量，缩短奥氏体不锈钢在危险温度区间（450--850℃）的停留时间，防止晶间腐蚀。
4.2.4对有条件进行热处理的焊缝，在焊接后可以快速冷却，使焊缝温度低于450℃，防止晶间腐蚀。
5．效果
通过以上措施，比正常施工工期提前２个月，施工费用节约１０万元左右。我们顺利的施工完毕，经检查焊口合格率达到99.98%以上，通过烘炉投产一次成功。
作者简介：
1963年出生，1987年毕业于天津大港石油学校。工程师，从事施工技术管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。