1脱硫氧化槽拱顶塌陷修复科技成果.docx
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1脱硫氧化槽拱顶塌陷修复科技成果
厂级科学技术进步奖申报书
一、项目基本情况
项目名称
脱硫氧化槽拱顶塌陷修复
任务来源
电厂#4脱硫项目部委托
工作起止时间
2009.11.25-2010.01.15
成果用于生产时间
2010.02.01
申报日期
2010.1030
建议密级
普通
批准密级
普通
计划编号和
任务名称
脱硫氧化槽塌陷及内壁防腐、除沫器孔板支架
更换、水压实验等修复、
成果登记号
基层编号
厂级编号
、
二、申报奖励项目的详细内容及理由
1、项目简介:
脱硫装置是为了保证电厂#3炉、#4炉烟气排放达标的环保配套工程,脱硫装置中的氧化槽属于脱硫装置的重点设备,该设备在试运行期间,因工艺运行及设备原因造成顶部1/3塌陷存在严重的安全隐患,使脱硫装置无法正常运行,致使电厂烟气排放无法达标而易引起环保事故;该装置的及时修复显得十分重要,引起了总公司领导的高度关注,并把这个艰巨任务落实到检修分公司,在检修分公司领导的高度重视下,克服了人员紧张,检修任务繁忙,抽调了精兵强将,成立了热电联产氧化槽顶盖修复项目部。
氧化槽顶盖修复项目部通过对该设备拱顶的设计、制造、工艺情况进行分析,找出了造成塌陷的主要原因,增加了呼吸阀两个起到了对罐体真空安全的保护作用,同时编制了详细的施工修复方案;因本次氧化槽修复只是对拱顶进行更换,将原碳钢弧顶更换为抗腐蚀强的316L不锈钢板,这和正常制造球型罐体方法不一样,且在离地25米高的罐顶上拆除已经变形重达10T的旧拱顶,施工难度大,为此我们采取提前预制内衬骨架钢模,以便拱顶成型,提高施工效率和安全保障,并能够按期保证质量完成拱顶更换。
2、项目的详细内容
修复前现状:
脱硫氧化槽设备概况:
该脱硫氧化槽直径φ14030mm、高15000mm、重100382kg,为球形拱顶结构常压碳钢内衬防护层容器,是脱硫装置最重要的设备。
该设备安装在距地面高11米的钢混结构平台上,拱顶距地面实际高度为25米;在脱硫装置试车过程中,因工艺、设计等原因造成顶部1/3塌陷,其深度达一米左右,与顶部相连接的工艺管道发生移位,支撑架发生局部变形,罐顶工艺水管支座发生倾斜,形成较大的设备隐患,经项目部研究决定该设备进行更换罐顶修复。
氧化槽塌陷拱顶图片
2.1脱硫氧化槽顶部塌陷原因分析
2.1.1设备技术数据
容器类别
常压
设计压力MPa
常压
设计温度℃
60
物料名称
硫酸铵和氯化铵浆液
主要受压元件材料
Q235-A
焊接接头系数
0.9
探伤比例/合格级别
10%/III级
热处理要求
无
水压试验压力KPa
2.2/-1.3
2.1.2设计制造检验标准:
JB/T4735-97《钢制焊接常压容器》
2.1.3造成塌陷原因可能是以下几个方面:
2.1.3.1设备设计方面原因分析
2.1.3.1.1我们对氧化槽设备罐顶进行了强度校核,校核过程如下;
2.1.3.1.2设计校核依据设计规范《钢制焊接常压容器》和图纸
2.1.3.1.3校核过程:
符号说明:
Pc—光面拱顶的设计压力Mpa;Pcr—光面拱顶的许用临界压力MPa;
δrn—拱顶名义厚度mm;δre—拱顶有效厚度(δrn-C)mm;Et—拱顶材料弹性模量Mpa;C—拱顶材料厚度附加量mm(C1+C2);C1—拱顶材料厚度负偏差mm;
C2—设备腐蚀裕量mm;S—拱顶自重受力面积mm2;G—罐顶自重kg;F—罐顶总重N;Ri—拱顶球面内半径mm。
计算过程:
从原设计图纸(TLGC0701-T102-05)知Ri=16800mm,δrn=6mm,C2=0mm,罐顶重G=8938kg;查GB/T709-2006,C1=0.6mm;查《钢制焊接常压容器》表B5,Et=192×103Mpa;
Pcr计算:
按《钢制焊接常压容器》式12-2Pcr=0.1Et(δre/Ri)2
=0.1×192×103×(5.4/16800)2
=1.98×10-3MPa
=1980Pa
Pc计算:
按《钢制焊接常压容器》12.3.2条:
Pc=1200+F/S
其中F=10000(加拱顶附加力)×9.81=98100N
S=∏R2=∏×72=154m2
Pc=1200+F/S
=1200+98100/154
=1837N/m2
=1837Pa
结论:
从以上计算可知,Pcr>Pc,所以拱顶强度满足要求。
2.1.3.2设备制造方面的原因
2.1.3.2.1制造工艺方面的原因
由于设备较大,设备组对制作过程中有可能有强行组对现象,由此对设备造成较大的应力,甚至引起设备局部的变形,从现场设备筒节有局部变形中就不难看出。
2.1.3.2.2设备焊接工艺方面的原因:
设备拱顶罐外板与板之间采用搭接方式,要求外面满焊,罐内采取段焊--。
设备拱顶加强筋的焊接不符合图纸要求。
按TLGC0701-T102-05A-A接点图TLGC0701-T102-01特性表技术要求,图纸要求是满焊,焊接高为6mm。
而现场实际罐顶加强筋采用段焊连接,且焊接宽窄和长度不均匀。
(有些好象是点焊,这有可能影响设备罐顶的强度。
)
2.1.3.2.3材料方面的原因,经查材料符合设计要求。
2.1.3.3工艺设计方面的原因
工艺设备设计不太合理,排空管接至AB烟道,通过引风机烟囱排空时产生负压,而该设备未设计安装安全呼吸阀,工艺运行中有可能产生真空环境,以至造成设备失稳变形。
2.1.4结论
综合以上各原因分析,排除结构设计方面的原因,造成设备罐顶塌陷的只要原因是设备形成真空环境造成的,当然也不排除其它方面的影响因素。
2.2脱硫氧化槽顶部塌陷修复设计方案
根据氧化槽顶部塌陷原因分析,氧化器作如下修改。
2.2.1设备结构设计
2.2.1.1将罐顶球壳板加强筋改为下图:
2.2.1.2将罐顶圆板改为与球壳板半径一样的弧板.见附图
2.2.1.3强度校核我们对该设备罐顶进行了强度校核,校核过程如下;设计校核依据
设计规范《钢制焊接常压容器》和图纸
2.2.1.4校核计算过程:
从图纸(TLGC0701-T102-05)知Ri=16800mm,δrn=6mm,C2=0mm,罐顶重G=8938kg;查GB/T709-2006,C1=0.6mm;
查《钢制焊接常压容器》表B5,Et=192×103MPa;
Pcr计算:
按《钢制焊接常压容器》式12-2Pcr=0.1Et(δre/Ri)2
=0.1×192×103×(5.4/16800)2
=1.98×10-3MPa
=1980Pa
Pc计算:
按《钢制焊接常压容器》12.3.2条:
Pc=1200+F/S
其中F=12000(加拱顶附加力)×9.81=107910N
S=∏R2=∏×72=154m2
Pc=1200+F/S
=1200+117720/154
=1964N/m2
=1964Pa
结论:
从以上计算可知,Pcr>Pc,所以拱顶强度满足要求。
2.2.1.5工艺设计:
为了避免该设备运行时产生负压,设备罐顶能考虑增加一个呼吸阀,呼吸阀是固定在储罐顶上的通风装置,以保证罐内压力的正常状态,防止罐内超压或真空使储罐遭受损坏,只有这样才能保证设备处在常压状态。
2.3脱硫装置氧化槽拱顶修复方案
2.3.1.编制依据:
氧化槽直径φ14030mm,高14000mm,为球形拱顶结构常压容器,是脱硫装置最重要的设备。
该设备安装在距地面高11米的钢混结构平台上,拱顶距地面实际高度为25米。
在脱硫装置试车过程中,因工艺等原因造成顶部1/3塌陷,其深度一米左右,与顶部相连接的工艺管道发生移位,支撑架发生局部变形,罐顶工艺水管支座发生倾斜,筒体外壁有凹凸不均匀现象,形成较大的设备隐患,经项目部研究决定该设备进行修复,技术标准按照JB/T4735-97《钢制焊接常压容器》进行制造、更换和验收。
其修复方案如下:
2.3.2.施工工艺
2.3.2.1工艺置换及开人孔
工艺置换:
按照工艺运行要求,排空槽内介质,隔离所有与槽联接的物料进出管道,具备施工条件后打开顶部人孔和筒体底部检修人孔。
2.3.2.2拱顶附属件(工艺管等)拆除
因高空作业,需利用100T吊车配合拆除拱顶上所有附属件后,才能进行拱项的更换作业。
2.3.2.3罐内防腐保护措施
在搭设满膛脚手架时,为保护氧化槽底板玻璃膦片不被压坏,使脚手架立杆受力均匀,同时保证拱顶气割时焊渣不烫坏玻璃膦片,底部的立杆下端应有垫木,氧化器底部下面一层应满铺胶皮。
每一层应有8根横杆应靠氧化器的内壁,靠壁的横杆靠壁端的架管顶端应用橡胶片包覆,塞上木塞子,避免对原防腐层破坏。
搭设过程中,应确保没有任何物品掉落在氧化器底板上,尽可能保证原防腐层的完好性。
拆脚手架时,应先将脚手架上的一切杂物清除干净,清除杂物过程中,应注意千万别有物体坠落,破坏原防腐层,拆除过程中,应保证不要直接将扣件和架管掉落在氧化器底部和碰创氧化器四壁。
2.3.2.4施工条件:
在罐内搭设面积150㎡高14.5m脚手架至顶部施工处,形成施工平台,施工平台必须铺满跳板达140㎡,满足焊接要求;在罐外搭设宽1m,离地高25m的脚手架80㎡,形成罐外施工平台。
架子管强度标准:
要求每㎡承受≧100㎏负荷.
2.3.2.5罐内外脚手架搭设
2.3.2.5.1搭脚手架具体要求:
2.3.2.5.2该脚手架为满堂脚手架,除应达到脚手架搭设规范要求外,内部架子保证每㎡承受≧100㎏均布支撑负荷,同时有足够多的中心立柱与上部弧板相接触,架子立管均匀分布且受力于罐体底部。
2.3.2.5.3底部的立杆下端应有垫木且应将架管底部用胶皮包覆,确保不损坏原防腐层,每一层应有8根横杆应靠氧化器的内壁,靠壁的横杆靠壁端的架管顶端应用橡胶片包覆,避免对原防腐层破坏,脚手架靠氧化器底部下面一层应满铺固定跳板,避免修复过程中对焊渣等物品直接掉落,破坏原防腐层。
2.3.2.5.4在氧化器底板满铺橡胶板,增加对底部防腐层的保护。
3.5.5搭设过程中,应确保没有任何物品,掉落在氧化器底板上,尽可能保证原防腐层的完好性。
拆脚手架时,应先将脚手架上的一切杂物清除干净,清除杂物过程中,应注意千万
别有物体坠落,破坏原防腐层,拆除过程中,应保证不要直接将扣件和架管掉落在氧化器底部和碰创氧化器四壁。
2.3.2.6罐内检查测量
在脚手架搭好后,进入罐内对氧化槽拱顶角钢圈部位进行检查,同时也在罐外部检查其椭圆度。
并做好记录,计算校正量,编制校正方案。
因为拱项严重变形,可以肯定角钢处已经变形,必须对其校正后才能换新的拱顶。
2.4修复步骤
2.4.1旧拱顶拆除
2.4.1.1玻璃鳞片拆除:
在拆除顶部弧板时,需要动用气割作业,因罐内内壁经过玻璃鳞片防腐,所以需要对玻璃鳞片进行清除,清除位置从筒体内壁顶部往下至少1米进行,目的是以免引起燃烧,发生安全事故。
玻璃鳞片去除位置图片
2.4.1.2旧拱顶拆除:
由于旧拱顶已向内塌陷,如直接气割,原有变形时产生的应力会集中释放,会造成拱顶向氧化槽内再次塌陷,作业人员有可能会掉进氧化槽内,将会造成极大的安全隐患。
为此,经过多次开会讨论后,决定采取将整个氧化槽拱顶整体吊装到地面的方案。
先在拱顶上焊制多个吊耳,保证重心不偏移,然后用吊车将整个拱顶吊起,保证吊车已受力后,再用气焊将拱顶四周气割,然后用吊车将整个拱顶吊到地面再行割成小块。
为保证施工人员安全,气割时要割在栏杆立杆内部,保证栏杆不被割坏。
另为保证不割坏氧化槽内壁最顶部的角钢圈,在气割时在拱顶弧板与角钢圈搭接焊口向拱顶中心内收200mm的距离。
然后再进行二次气割或用手砂轮对弧板与角钢圈搭接焊缝磨掉,并打磨平整。
最后割除栏杆、转角平台等其它附件。
因为拱顶距地面高度为24米,且拱顶重达10余吨,再加上现场场地较狭窄,拱顶中心距吊车约10米远。
本次吊装选用建峰货运公司100吨吊车。
变形旧拱顶吊起图片
2.4.2罐体校正
罐体失圆后,预制的新拱顶无法安装。
所以根据前道工序测量的数据,对罐体进行校正。
校正时采用在直径边较大的氧化槽内壁两方顶部焊接挂耳,然后用钢丝绳和葫芦开始校正。
为保证校正工作顺利进行,要确保挂耳强度足够,且钢丝绳、葫芦的强度要足够。
然后逐步拉紧葫芦,直至该处直径开始变小。
通过不断测量,直至氧化槽内壁内最大直径与最小直径之差小于200mm。
然后用14#槽钢对该筒壁按米字型进行焊接后拉紧,确保不再变形。
2.4.3罐内胎具制安
由于氧化槽的拱顶为球形拱顶,且直径为14000mm,所以需要为氧化槽内制作专用胎具
一座。
按照原设计顶部弧度,用6.3#槽钢制作30条弧度内撑钢架以便施工弧顶各板,利用原罐体125角钢增加搭焊联接板150×150×10钢板30件以便槽钢固定,弧顶中央用Q235A,厚度6.0mm的钢板按照ф2000mm作为弧板连接中心(该板下部需要用6.3#槽钢做加强筋,以便连接槽钢骨架)。
骨架施工必须对称进行,并与原环形角钢边缘相靠。
骨架胎具安装图片
2.4.4新弧板肋板制作
2.4.4.1弧板预制
根据现场测量数据,用316L厚度为6.0mm的不锈钢板按原设计弧度制作30块弧板进行预制;预制时在屋内制作1\4拱顶骨架,以便30块弧板的成型,安装时据现场实际情况逐块敷设。
弧板预制图片
2.4.4.2弧板焊接
弧板与弧板之间采取搭接焊接,内部搭接焊缝必须满焊,外部搭接焊采用段焊的方式;焊接顺序须根据搭接的位置实行对称和分段施焊,以减小焊接应力;根据设计要求,弧板与角钢圈连接处焊缝高度不允许超过4mm。
然后在弧板上焊接30块肋板。
要求肋板两边均满焊在弧板上,确保焊接质量。
最后在新拱顶上制作检修用人行踏板。
弧板现场焊接图片
2.4.5拱顶附属件恢复
2.4.6拱顶各接管位置开孔
按照原设计顶部接管图(氧化器总图TLGC0701-T102-00)结合现场各管道位置进行开孔,并恢复焊接各接管机法兰,安装时需要考虑玻璃接管法兰各孔链接位置,待检验合格后恢复拱顶上其它附属件,确保氧化槽这台设备的功能。
并按照罐类容器设计标准,设计增加了DN250和DN350呼吸阀两个,避免了因真空而造成的设备损坏事故。
2.4.7胎具拆除
在所有附件均安装完后,即可以对胎具及校正架进行拆除。
拆除6.3#槽钢时按照搭焊联接板与125角钢边缘处进行气割,割完后去除毛刺以便防腐。
2.4.8防腐施工
按照氧化槽防腐施工方案执行。
2.4.9初步验收
完成了以上步骤后,即可组织对氧化槽修复工作进行初步验收,对验收不合格的地方进行整改,并对在验收中产生的新问题提出处理意见。
2.4.10罐内外脚手架拆除
拆除罐内脚手架,其工程量与搭设时相同。
2.4.11试运行
系统投用试运行,通过观察运行效果,对运行中产值的问题进行整改。
2.4.12验收
在试运行168小时后,对本次修复工作正式验收,由各方签收验收意见。
2.5脱硫装置氧化槽拱顶修复总结
脱硫装置是为了保证电厂#3炉、#4炉烟气排放达标的环保配套工程,因本次氧化槽修复只是对拱顶进行更换,这和正常制造球型罐体方法不一样,难度大,且任务急,为了能够按期保证质量,在检修公司领导的高度重视下,克服了人员紧张,检修任务繁忙,成立了热电联产氧化槽顶盖修复项目部;为了确保热电厂氧化槽顶盖修复在不出一起安全事故的前提下保质、按期完成,检修公司于12月23日召开了动员会并成立了脱硫氧化槽拱顶更换施工组织机构,共21人,其中现场施工人员16人,室内预制人员5人;并通过动员会对该项目组织机构各成员的责任进行明确以外,重点对如何保证25天之内完成顶盖修复工作做出了详细安排。
2009年1月15日,经过精心准备提前预制,脱硫氧化槽修复项目部全体人员进入现场,施工人员严格按照修复方案进行,严格执行#4炉项目工程网络要求,严格现场施工安全作业规范,通过大家努力,于2月18日交付验收。
本次安装主要完成了旧拱顶的拆除,用不锈钢316L钢板重新安装弧板、现场制作拱顶、护栏的更换、罐体14米处防腐层的恢复等工作,自主设计增加了两个呼吸阀,为罐体产生真空度到了安全保护作用,通过本次修复提高了该设备的安全稳定性和抗腐蚀能力,保证了#4项目部的整体工程进度要求,满足了脱硫工程整体试车要求。
3经济效益分析
3.1背景:
氧化槽直径φ14030mm,高14000mm,为球形拱顶结构常压容器,是脱硫装置最重要的设备。
该设备安装在距地面高11米的钢混结构平台上,拱顶距地面实际高度为25米。
在脱硫装置试车过程中,因工艺、设计等原因造成顶部1/3塌陷事故,其深度一米左右,与顶部相连接的工艺管道发生移位,支撑架发生局部变形,罐顶工艺水管支座发生倾斜,形成较大的设备隐患,该设备进行更换罐顶修复属于非正常设备损坏的修复,施工难度大。
3.2正常施工方法:
按照球形罐顶容器制造方法,是先在地面上制作好拱顶,再制作筒体,升高拱顶后将筒体与之进行焊接后,再逐节升高焊接增加的筒体,最终完成球形罐顶容器的制造。
而本次修复是在保证不影响该容器筒体的前提下,将原塌陷的球形灌顶Q235材质更换为316L材质,以便解决灌顶塌陷及介质腐蚀,从而保证该设备的完好。
3.3施工方法改进:
按照氧化槽顶部设计图纸要求罐顶内壁无加强筋,因本次施工高度在25米的高处,并且不允许损坏罐体,为了确保安全,同时考虑罐顶的成形质量及强度,为此我们采取预制内撑球形骨架,以便辅助灌顶弧板的安装。
3.4经济效益:
通过施工方法的改进主要取得了以下经济效益。
(1)降低了高空作业人员的安全风险保证了施工安全。
(2)确保在高空情况下球形灌顶的成型质量,满足了设计要求。
(3)确保了焊接强度和质量,提高了设备使用寿命。
(4)保护了筒体防腐层,降低了修复成本。
(5)提高了施工进度,及时满足了环保设备的整体验收工期。
(6)及时保证了脱硫装置的完好,确保了热电联产烟气达标排放环保安全稳定运行;避免了因脱硫装置不能及时投用而引起热电联产装置未按国家环保要求排放引起停产整顿,由此引起的不可估量的停产损失。
3.6社会效益
经过对拱顶塌陷原因分析,找出了原因,编制了详细施工修复方案,并对常规施工方法进行优化改进,确保了高空作业不出一起安全事故,并按照工期质量要求使氧化槽顶部修复一次成功,保证了脱硫装置的设备完好及安稳运行,从而避免环保事故的发生;同时掌握了在高空制作球形拱顶的技巧,并积累了拱顶设备损坏原因分析经验,施工技术得到了提高,锻炼了队伍。
项目负责人:
1223
三、申报单位有关部门意见
技
术
部
门
意
见
公章
负责人签字:
年月日
档
案
部
门
意
见
公章
负责人签字:
年月日
申
报
单
位
意
见
单位公章
主管领导签字:
年月日
四、评审部门意见
评
审
组
审
定
意
见
公章
年月日
厂
评
委
会
审
批
意
见
公章
年月日
五、对项目做出创造性贡献的主要人员情况表(限填七人)
序
号
姓名
性别
年龄
职务职称
工作单位
对本项目做出创造性贡献的内容
1
王平
男
42
工程师
检修公司
项目负责人
2
谭清德
男
42
总经理
检修公司
顾问:
优化组织措施
3
冯作霖
男
43
副总经理
检修公司
顾问:
优化施工方案
4
邓跃辉
男
55
总工程师
检修公司
顾问:
设计方案评审
5
邓甲平
男
42
部门经理工程师
检修公司
焊接技术指导
6
曾建英
女
42
高级工程师
检修公司
方案设计
7
刘平
男
31
技师
检修公司
施工负责
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 脱硫 氧化 拱顶 塌陷 修复 科技成果