超大矩形捆绑式电石炉炉体安装施工技术

超大矩形捆绑式电石炉炉体安装施工技术

彭华

十一冶建设集团有限责任公司广西柳州市545007

摘要：青海盐湖电石炉装置首例引进了四台年产20万吨超大矩形捆绑式电石炉。该装置建成后将实现电石生产技术世界最先进水平，能有效降低能耗、减少环境污染，具有显著的经济效益和社会效益，对全面提升我国电石技术具有重要意义。目前由于在我国还没有同类型的电石炉安装技术资料参考，为确保炉炉体安装施工质量，在施工过程中对电石炉炉体安装的施工工艺不断地进行研究探讨，逐步形成了一套较完整的电石炉炉体安装施工方法。

关键词：超大矩形捆绑式电石炉；安装施工技术

1工程概况

电石（CaC2）也叫碳化钙，是重要的基本化工原料，国内现在普遍使用的圆形电石炉产量低、规模小、生产能耗高、寿命短、污染大。为改变这一局面，青海盐湖集团金属镁一体化项目80万吨/年电石装置工程，首例引进了四台年产20万吨超大矩形捆绑式电石炉。该电石炉捆绑系统采用了先进的双弹簧压紧碟片，结构简单、维修便利、运行安全可靠、使用周期长，其最大特点是整个电石炉炉体可以随着电石炉温度的升高或下降，通过捆绑弹簧产生微量位移，从而使炉体能够适当收缩或膨胀，保证炉体始终与炉内的耐火砖紧密接合，大大延长炉体寿命，炉龄达25-30年。该装置建成后将实现电石生产技术世界最先进水平，能有效降低能耗、减少环境污染，具有显著的经济效益和社会效益，对全面提升我国电石技术具有重要意义

电石炉本体概况：电石装置有4条生产线，每条生产线有1台同样的电石炉，共有4台电石炉需要安装，外形尺寸为宽7米、长26.5米、高13.5米的矩形钢结构，每台重约2200吨，炉主体结构主要是由承重板、钢柱、系梁、钢梁、壁板、捆绑弹簧等钢结构组成，钢构件的连接形式主要为螺栓连接，捆绑弹簧固定；单件最重件约为13.50t、最长件约14m、最宽件约4m；安装部件多，约有2100多件。炉壳内为干砌筑法施工的耐火材料。此电石炉为电石装置的核心设备，采用加拿大赫氏-美国电石公司大型密闭电石炉技术，由大连华锐重工、内慢格、炎鑫等多个生产厂家制造，是目前世界上最大最先进的电石生产装置，也是国内首例超大矩形捆绑式密闭电石生产装置，安装要求高，国内没有同样的电石炉安装技术参考，为确保炉炉体安装施工质量，在施工过程中对电石炉炉体安装的施工工艺不断地进行研究探讨，逐步形成了一套较完整的电石炉炉体安装施工方法。

2施工难点

工期紧，厂房内的设备基础及设备安装必须同时施工，主厂房内无吊装设备。单件重量重、组件多，施工环境复杂，安装难度较大，汽车起重机、履带式起重机、塔式起重机等起重设备吊装困难。国内首台方形电石炉、没有安装经验。

3方案的确定

3.1在电石炉炉体上方，利用完成的两侧厂房柱安装电动单梁作为炉体各部件就位的吊装设备，减少吊装作业对其它工序的影响，缩短工期；电动单梁吊装各部件不受其它工序影响，保证了安装质量和安全，提高效率，降低成本。

3.2炉体侧板较高，采用分层安装，安装时利用钢板自重、且上下板双面同时施焊和机械校正进行控制，确保炉体侧板的平整度和垂直度，保证了炉体安装质量。

3.3通过保证格栅梁和承重板绝缘电阻>4MΩ，采用电阻值>4MΩ、压强>45MP、收缩率<0.001/1000的绝缘砂浆进行二次灌浆，保证了设备绝缘。

4.工艺原理

根据电石炉炉体安装区域厂房的结构形式，在电石炉的正上方，利用已施工好钢结构厂房的两侧钢柱上安装钢牛腿，在钢牛腿上安装桁车梁，在桁车梁上安装一台电动单梁起重机；起重机的作业区域为全覆盖电石炉炉体各部件安装（吊装）、卸车（装车）的范围，电动单梁起重机选用最大起重量为16t，起升高度最大为20m，跨度为14.20m，操作形式为遥控式；施工时使用电动单梁起重机逐一吊装电石炉炉体各部件。见下图

5.2操作要点

5.2.1施工准备

（1）熟悉图纸、安装作业指导书，了解相关的标准、施工规范。

（2）熟悉相关施工设备的性能、特点.

（3）做好焊接工艺评定。

（4）制定详细可行的施工方案。

（5）根据实际情况，做好人员、机械、材料的安排工作。

（6）根据设备到货清单开箱清点设备所到部件并做好记录，以确保安装工作顺利进行。

5.2.2基础验收

根据主厂房土建专业施工交接的工序交接单及检测记录对炉体基础标高、电炉中心及十字中心线、各吊挂预埋件（位置、数量）、预留孔洞（尺寸、位置、数量）等进行复验及处理。基础必须符合下列条件：

（1）基础纵横向中心线与建筑轴线距离极限偏差±1mm；

（2）基础标高极限偏差≤1mm；

5.2.3确定电石炉中心线及电石炉标高

按设计图纸用经纬仪、水准仪、测出电石炉的纵横中心线、标高、并引到炉体外侧基础上做永久性标记。其允许偏差不超过±1mm。以此为中心安装承重板、钢柱、系梁、钢梁、壁板、捆绑弹簧、炉盖及电极柱等。

电石炉炉体平面示意图

5.2.4承重板组拼安装

承重板为横向的块状条形，共15块（条）发运至现场，现场完成分段倒运吊装、组拼、焊成整体、检查、完善等工作。

（1）按图纸上的要求及相关规范，复核设备基础预埋螺栓标高及纵、横轴线误差，螺母进行调平。

（2）承重板安装的全平面高差偏差≤±1.5mm。

（3）在安装承重板时要特别注意安放绝缘套管及绝缘垫。

（4）用伏安法测量每块承重板的绝缘电阻，绝缘电阻应>4MΩ。

5.2.5炉底格栅板组拼安装

纵向的承重板安装完毕后，安装横向的格栅梁，格栅梁由块状构件组合而成，块与块之间有相应的间隙，由于电石炉在运行的过程中炉体内部是有小范围的移动的（随温度高低产生的膨胀或冷缩），所以在安装好承重板上的格栅梁后，格栅梁与承重板接触处之间会有数个8-20mm的间隙，这些间隙需要用相应的数个8-20mm的薄板片进行填塞并用电焊机点焊（用红油漆作上记号，以便于安装完毕后进行拆除）。

（1）承重板与格栅梁接触的面上必须涂上石墨润滑剂（因为设备在运行过程中有相对移动，涂抹厚度满足相应规范及图纸要求）。

（2）整体测量格栅梁和承重板的绝缘电阻应>4MΩ。

5.2.6二次灌浆

（1）复核格栅梁面的平面度高差≤±1.5mm。

（2）复核格栅梁和承重板的绝缘电阻>4MΩ。

（3）使用电阻值>4MΩ、压强>45MP、收缩率<0.001/1000的绝缘砂浆进行二次灌浆。

（4）48小时后复核格栅梁和承重板的绝缘电阻>4MΩ。

5.2.7炉底板安装

电石炉底板安装在格栅梁之上，炉底板由三大板块组合而成，每大板块又由3-5块数量不等的小块组合而成。板与板之间采用X坡口进行焊接，大块板之间的间隙则用设备附带的板（T形板）来连接，接触的面同样的须用石墨润滑剂进行喷涂。

（1）炉底板拼接焊缝的焊接在现场进行，所有焊缝为一级焊缝，100%UT探伤，焊后要求打磨平整，检查方法为用0.5*0.5米田字方格点测量，其平面度公差≤±1.5mm。

（2）炉底板必须平直，不得有翘曲现象；

（3）为防止底板在焊接过程中产生焊接变形，须在底板的上、下两面用辅助钢板进行焊接固定，焊接完毕后再进行拆除；

（4）格栅梁之间的间隙与炉底板之间的间隙需要错开来进行安装。

5.2.8安装立柱及系梁（横梁、控制梁等）

（1）安装电石炉立柱及系梁，从电石炉的一端向另一端按顺序安装，并逐根固定，先装2-3根立柱，并安装柱与柱之间的联系梁。吊装立柱时柱的底部放在承重底板的中心点上，四周用槽钢和斜铁调整固定。

（2）立柱上部，由于立柱高度（长度）较高，在进行下道工序的过程中会摇摆而出现大的位置偏差，为防止这种情况的发生，需在立柱安装好后，在其上部适当位置用H型钢或槽钢做抱箍固定，使下道工序的安装偏差减少。

（3）待后面的安装结束后，卸下斜铁及抱箍。安装好2-3根立柱后安装系梁。以此顺序逐向另一端安装，直到全部安装完成立柱和系梁。

5.2.9安装侧壁

（1）以电炉中心线为基准在炉底板的四周按图纸尺寸放出侧板四周的内边线。

（2）电石炉炉侧壁主要由δ＝25的Q460D钢板焊接组成、分上下两层、每个端面两块、每个侧壁6块。

（3）从电石炉一端开始安装，先安装底部三个面的第一层侧壁板，内侧边线与已放好的边线对齐，调平调直并用L125×125×10角钢或[16槽钢临时固定于已装好的立柱上。并确保每一侧的平面度≤1.5㎜、垂直度≤1.5㎜。

（4）安装三个面的第二层侧壁板，在对接边的焊缝处用点焊法焊牢固。侧壁板的固定做法和要求同上。

（5）安装进料端一面的上下两块壁板，做法和要求同上。

（6）使用CO2气体保护焊、CHW-65A或德国ER80S-G焊丝进行焊接，焊接方式、方法、焊缝形式、焊接工艺技术参数、详见焊接工艺评定。所有焊缝为一级焊缝，100%UT探伤，焊后要求打磨平整，检查方法为用0.5*0.5米田字方格点测量，其平面度公差≤±1.5m

5.2.10倒运炉顶盖板装置

炉顶盖板装置由50多块不同尺寸且多形状部件构成。用16t电动单梁起重机从一端按照厂家预拼装顺序把炉顶盖板吊放于电石炉内的底板上。吊运炉顶盖板时应在每块炉顶盖板下方垫100*100㎜的木方，在倒运过程中严禁碰撞。因为每块炉顶盖板下方都筑有耐火材料、耐火材料强度低一旦碰撞极易损坏。

5.2.11组拼安装电石炉顶部组合水稳梁

（1）组合水稳梁由多个部件组合而成、固定于立柱的顶部。

（2）先安装位于两立柱顶部之间的小梁。安装小梁时，小梁下方有不同厚度的调整垫片，用以调整小梁位置。

（3）安装横向的大水稳梁。

（4）安装两根大水稳之间的组合系梁。

5.2.12组拼安装电石炉炉顶板

炉顶盖板装置由多块组而成、通过吊挂杆吊挂于其上部的组合水稳梁上，盖板在现场组装前，须在现场进行构件数量清点及尺寸复查。每台电石炉共有6根电极柱，每个电极柱炉顶板均由4大块铸钢件和若干散件构成，最重件2.6吨。由于炉顶板由厂家预制，故安装时需要按照厂家预装顺序安装，以避免出现误差。

（1）把吊挂炉顶盖板的吊挂杆、构件与构件之间的连接螺栓、绝缘垫运到适合的位置整理摆放好。

（2）吊装炉顶两侧面的盖板、并用3吨手拉葫芦临时固定在组合水稳梁上。

（3）用安装行车把炉顶盖板每4块组装一大块，在上部的组合水稳上的适当位置悬挂4个5吨的环链电动葫芦，通过4个5吨的环链电动葫芦把组装好的一大块炉顶盖板吊到设计标高，安装组合水稳梁与炉顶盖板之间的吊杆并调整好高度符合图纸要求，拆除吊挂5吨的环链电动葫芦。

（4）把炉顶两侧面的盖板通过手拉葫芦安装到位。

（5）按以上3、4述步安装余下的炉顶盖板。

（6）炉顶板散件安装，由于散件种类繁多，安装过程中必须安排专人负责清点、分类所有炉顶板散件工作。

5.2.13安装捆挷弹廣组件

（1）安装弹簧座组件，依据图要求把不同弹簧压缩吨位的弹簧座组件吊装到图指定的位置并焊接固定。

（2）安装拉杆组件：选择适当的位置安装吊装用环链电动葫芦，把拉杆吊到要求的高度安装到位。

5.2.14筑炉

电石炉内耐火材料的砌筑，在砌筑前先将炉壳内的轴线、标高、控制线标识完毕，在炉端壁的一侧炉台面标高起开相应尺寸的进料口，待炉膛内炉台以下的所有耐火材料砌筑完成，再将炉内三面耐火材料砌筑完成（进料口侧的炉端壁耐火材料先不砌筑），把余下的耐火材料倒运入炉内，安装预留的进料口炉壳板完毕，在炉内进行最后一面剩余部分耐火材料的砌筑。

5.2.15炉体密封

整个电石炉全部采用耐火陶瓷纤维毡密封，其密封材料数量高达130余种。耐火陶瓷纤维毡是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点耐火温度可达1425℃，比隔热砖与浇筑料等传统耐材节能达10-30%。

6结语

6.1采用该施工方法，可因地制宜加装临时吊装行车，大大减少大型起重机的使用台班，成本得以降低。使用电动单梁起重机吊装与使用汽车履带式起重机相比，总体成本可降低40%以上；与使用塔式起重机相比，总成本降低30%以上。

6.2.不受空间限制，占地面积小，可在现场灵活布置使用。

6.3工期缩短，有效施工时间增长，施工质量得到保证，既节约了工程成本，又实现了工程提前投产，并且使公司设备安装施工综合能力能得到很大的提高，优化了安装工艺，提高了劳动生产率，创造了良好的社会效益，受到甲方及外国专家的好评。

参考文献：

[1]刘和平.电石炉出炉设备的设计探讨[J].科技视界.2017（36）

[2]李少帅，王庆贤，左晓薇.电石炉电极参数实时监测系统设计[J].自动化仪表.2013（05）

[3]殷礼滨，张立，周红燕.电石炉的构造及维护[J].聚氯乙烯.2012（08）