第五章静设备安装

1第五章静设备安装静设备是以静置的作用部件为主的机械设备，在石油、石化、化工各类装置及原料和产品储存运输的生产过程中完成和实现反应、分离、混合、换热、储存等工艺。油气田地面工程中的静设备主要包括塔器、立式储罐、球形储罐、滤罐、油气分离器、游离水脱除器、油水缓冲罐、电脱水器、注汽锅炉、水套加热炉等，是油气生产过程中的重要设备，主要用于油、气、水等介质的储存、分离及加热等。需要说明的是立式储罐和球形储罐的施工，已在集团公司统编培训教材之一《储罐施工》中进行了详细的阐述，故本章不再重复介绍。本章主要以卧式静设备和立式静设备为例，介绍油气田地面工程静设备的现场安装。第一节静设备的种类和特点一、静设备的分类与结构特点油气田地面工程所用的静设备种类繁多，其分类方法也多种多样，可按形状分为圆筒形设备、球形设备、矩形设备；按材料分为钢制设备、非铁金属设备、非金属设备；按设备在生产工艺过程中的作用分为储存设备、换热设备、分离设备；按设备承压分为压力容器、常压容器；按储存介质分为储气设备、储液设备等；按安装形式分为卧式设备、立式设备；按结构形式分为容器类设备、塔类设备、炉类设备、储罐设备。在油气田地面工程中多按形状、安装形式和结构形式等进行分类。1．按形状分静设备按形状可分为圆筒形设备、球形设备、矩形设备，见图5-1所示。其中以圆筒形设备最为常见。在油气田地面工程中，圆筒形设备主要有立式油罐、水罐、加药罐、滤罐、沉降罐、熟化罐、过滤器，以及卧式电脱水器、油气分离器、游离水脱除器、筒式加热炉等；球形设备主要有各类球罐；矩形设备主要有润滑油箱、水箱、水槽等。a）圆筒形设备b）球形设备c）矩形设备图5-1三种形状的静设备实物图1）圆筒形设备结构特点圆筒形设备是由圆柱形筒体和各种成型封头（椭圆形、半球形、碟形、锥形等）所组成的立式、卧式设备。由于使用目的不同，内部结构也各不相同。该形状设备制造较容易，承压能力较好，因此在油气田中应用最为广泛。比较常见的是立式圆筒形储罐、立式塔设备、立式过滤器、卧式容器、卧式换热器、卧式加热炉等。2）球形设备结构特点2球形设备多为球罐，由数块球瓣板拼接焊制而成。与圆筒形容器相比，在相同容积和相同压力下，球罐的表面积最小，故所耗钢材量少；在相同直径情况下，球罐壁内应力最小，而且均匀，其承载能力比圆筒形容器大1倍，故球罐的板厚只有圆筒形容器壁板厚度的一半；球罐占地面积较小，基础工程量小，可节省土地。但球罐的制造、焊接和组装要求很严，检验工作量大，制造费用较高。随着石油天然气工业的发展，需要更多贮存低温液态或高压气态物料的贮槽，因此近年来球罐得到日益广泛的应用。3）矩形设备结构特点矩形设备由平板焊制而成，制造简单，但承压能力差，故只用作小型常压贮罐。2．按安装形式分静设备按安装形式可分为卧式静设备和立式静设备，见图5-2所示。油气田地面工程中常用的卧式静设备主要包括三相分离器、两相分离器、游离水脱除器、电脱水器、产品气分离器、原料气过滤分离器、换热器等。立式静设备主要包括压力滤罐、净化器分离器、闪蒸气分离器、凝结水分离器、原油稳定塔、洗涤塔、脱氧塔、脱甲烷塔、吸收塔、再生塔等。a）卧式静设备b）立式静设备图5-2两种安装方式静设备实物图1）卧式静设备结构特点卧式静设备最基本的结构是一个密闭的壳体，大多数是圆筒形容器，它是由壳体（筒体）、封头（又称端盖）、法兰、支座、接口管及人孔、手孔、视镜等组成，并根据使用功能的要求配备内件和附件（见图5-3）。图5-3圆筒形卧式容器结构图1-接管；2-人孔；3-封头；4-筒体；5-支座；6-液面计各种卧式静设备都是通过支座固定在某一位置上。静设备的支座除了承托容器的质量、固定位置外，在某些场合下，支座还要承受操作时的振动、风载荷、地震载荷、管道推力等外力。卧式静设备支座一般可分鞍座式、圏座式及支腿式三种，其中鞍座为卧式静设备特别是大型卧式静设备广泛应用的支座形式。卧式静设备通常采用双鞍座形式，但对于非金属材料制造的设备，以及较长的设备则需要采用多鞍座的形式，见图5-4。3a）双鞍座卧式容器b）多鞍座卧式容器图5-4卧式容器鞍座有焊制和弯制两种，焊制鞍座由底板、腹板、筋板、垫板组焊而成。弯制鞍座与焊制鞍座的区别是其腹板与底板是由同一块钢板弯制而成。当容器公称直径DN900mm时可用弯制鞍座，也可用焊制鞍座，DN≥900mm则采用焊制鞍座。为了保证容器在壁温变化时能沿轴线自由伸缩，鞍座有固定式和滑动式两种；固定式鞍座底板上的螺栓孔是圆形的，滑动式鞍座底板上的螺栓孔是长圆形的，双鞍座支承的卧式容器必须是固定式鞍座和滑动式鞍座搭配使用。2）立式静设备结构特点立式静设备与卧式静设备的基本组成结构相同，也是由壳体、封头、法兰、支座、接口管及人孔、手孔、视镜等组成。主要差别在于壳体为垂直安放，还有支座的形式有较大差异。立式静设备的支座通常分为耳式（悬挂式）、支腿式、支承式和裙式支座四种，见图5-5和图5-6。一般中小型直立设备采用耳式、支腿式或支承式支座，高大的直立设备则采用裙式支座。图5-5立式容器支座4a）裙式支座立式容器b）支腿式支座立式容器图5-6立式容器3．按结构形式分为便于对油气田地面工程静设备安装过程的管理，在《石油天然气建设工程施工质量验收规范》SY4200系列标准中，将油气田地面工程的静设备按照结构形式分为容器类设备、塔类设备、炉类设备、储罐设备。1）容器类设备石油及天然气的生产加工过程通常是在静设备这一特定空间内进行的，这些设备尺寸大小不一、形状结构不同、内部构件更是多种多样，但它们一般都有一个外壳，这个外壳就称作容器。容器类设备有广义和狭义两个范畴：广义上讲，凡是具有外壳的静设备均可称为容器类设备，包括塔类设备、炉类设备和储罐设备；狭义上讲，把非塔类、炉类和储罐类设备的容器，称为容器类设备。本章介绍的容器类设备为狭义范畴，油气田地面工程典型容器类设备见图5-7。a）三相分离器b）母液过滤器图5-7容器类设备容器类设备是最常见的静设备类型，按设备承压可分为常压容器和压力容器；按器壁结构形式可分为单层容器、多层容器、衬里容器、复合容器，还可按形状、材料、作用、介质等进行分类。在油气田地面工程中多用钢制单层圆筒形容器，常用的有滤罐、油气分离器、游离水脱除器、过滤器、油水缓冲罐、电脱水器等。容器类设备多为压力容器，它们不仅需要适应工艺过程所要求的不同压力和温度条件，往往还要承受内部介质的腐蚀，比较容易发生事故，而且事故的危害往往十分严重，因此，各国工业部门都把压力容器作为受安全监察的一种特殊设备。2）塔类设备塔设备又称为塔器，是石油、天然气加工生产中必不可少的大型设备。在塔设备内气液或液液两相充分接触，进行相间的传质和传热，因此在生产过程中常用塔设备进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作过程。油气田地面工程中常见的塔类设备有分馏塔、原油稳定塔、洗涤塔、脱氧塔、脱甲烷塔、吸收塔、再生塔、闪蒸塔、分子筛脱水塔等，这些塔类设备主要用于原油及天然气的稳定及加工处理。天然气处理厂常见的再生塔、吸收塔见图5-8。5a）再生塔b）吸收塔图5-8塔类设备3）炉类设备为保证原油在输送过程中的安全，防止管线结蜡或原油凝结，需要使用锅炉对原油进行加热，此外，锅炉还为各个场站提供采暖热水，保证冬季的生产运行。油气田地面工程中常见的有热水锅炉、蒸汽锅炉、导热油炉、各类管式加热炉及火筒式加热炉，多为小型整体安装锅炉。常用炉类设备见图5-9。a）管式加热炉b）火筒式加热炉图5-9炉类设备4）储罐设备油气田地面工程中常见的储罐有立式储罐和球形储罐，如图5-10。立式储罐主要以用于储存并运输原油、成品油、污水等介质为主，它属于常压立式静设备；球形储罐主要用于储存轻烃、天然气等易燃、易爆、易挥发等介质，能承受较大压力，属于压力容器。a）立式储罐b）球形储罐图5-10储罐二、静设备的安装特点6（1）压力容器安装要求高。静设备中的容器大部分是压力容器，属于《特种设备安全监察条例》的管辖范围，其安装必须遵守国家相关法规规定。依据TSGR3001-2006《压力容器安装改造维修许可规则》，进行安装的施工单位需要取得省级以上质量技术监督部门颁发的许可资格，并在许可的范围内从事压力容器的安装。施工单位还应具备压力容器安装要求的能力，人员、安装条件、检测手段等资源。压力容器安装前，必须向当地主管部门履行告知手续，并在安装过程中，接受安全技术监督部门的监督。（2）安装方法多样。在油气田工程施工中广泛应用整体安装方法，但当设计有特殊要求、容器特别庞大、吊装能力不足等情况时，需要采用分段安装、分片安装方法。大部分静设备是采用在制造厂整体制作，然后直接拉运到基础旁边，吊装就位后进行找正固定的整体安装方法，如电脱水器、油气分离器、游离水脱除器、过滤器、加热炉等。此方法比较简单，能够保证容器制造质量、减少现场和高空作业量、提高施工预制化及机械化程度、施工工期短、经济效益好。部分大型塔设备、容器等在制造厂内分段制造，运至现场后进行组焊和安装。设备吊装可采用整体吊装法或分段吊装法。整体吊装法需要现场具备足够的组装场地并具有大型吊装设备，在设备基础旁边的地面上搭设组装平台，将设备分段组对焊接后，安装设备上附带的管道、防腐保温、设备内件等，最后整体吊装就位。分段吊装法用于立式设备时，首先安装最下面的一段，然后由下至上逐段进行安装。当用于卧式设备时，需要首先安装固定端设备段或重要的设备段，然后安装与此段相连的设备段，接着继续进行下一段安装，直至全部连接完成。大型立式储罐、球罐等设备通常在制造厂制作加工成单片（件）的部件，运至现场后现场进行组焊。施工可采用内挂件（内脚手架）正装法、水浮正装法、外挂件（外脚手架）正装法、充气顶升倒装法、机械（倒链、液压）提升倒装法、中心柱提升倒装法等多种方法。具有使用设备及机具较多，施工工序复杂，高空作业，交叉作业等特点。（3）施工工艺复杂，难度大。静设备自身具有结构复杂、体积庞大、吨位大的特点，在安装方面涉及吊装技术、焊接技术、热处理技术、组装技术、无损检测技术、衬里技术等多种技术，工序复杂，交叉作业多。特别是当压力容器需要进行现场组焊时，相对于制造厂，施工现场缺少自动焊机、转胎等专用设备，没有厂房防护，受温度、风速、湿度、阳光照射等自然条件影响大，施工质量难以保证。而另一方面，对坡口尺寸、组对间隙、焊接参数等的控制指标要求很高，现场焊接的焊口一般要进行100%射线检验。施工单位必须制定详细具体的施工方案，选择持有压力容器焊接资格证书的焊工，强化组对、焊接、热处理、无损检测、压力试验等关键工序的质量控制，加强过程检查，确保设备安装质量。第二节静设备安装准备油气田地面工程静设备安装是一项复杂的技术工作，安装前，需要做好充分的准备工作，包括技术准备、物资准备、现场准备、基础验收、施工设备及机具准备和设备验收等施工工序。本节主要针对现场整体安装的静设备，介绍基础验收、施工设备机具、设备验收三个方面的内容。一、基础验收设备安装前，需对设备基础进行验收，以确定基础已具备安装设备的条件。1．预埋地脚螺栓型基础7预埋地脚螺栓型包括圆柱式、圆筒式、框架式、环形支架式、支柱式。如图5-11所示。基础检查项目如表5-1所示。a）圆柱式基础b）圆筒式基础c）框架式基础d）环形支架式基础e）支柱式基础图5-11预埋地脚螺栓型（1）基础验收时主要检查定位中心线位置偏差、标高偏差、地脚螺栓（圆周直径的偏差、垂直度、相邻地脚的尺寸、地脚螺扣）。（2）地脚螺栓圆周直径和间距的检查方法主要采用钢卷尺测量，要测量地脚螺栓的顶部和根部。（3）垂直度的检查采用线坠或者水平仪进行测量。（4）地脚螺栓的检查可以用同规格的螺帽逐个预紧一遍，检查是否有损坏的和不通畅的地方。表5-1基础检查项目允许偏差（mm）检验方法坐标位置20钢尺检查不同平面的标高0，-20水准仪或拉线、钢尺检查8平面外形尺寸±20钢尺检查凸台上平面外形尺寸0，-20钢尺检查凹穴尺寸＋20，0钢尺检查平面水平度每米5水平尺、塞尺检查全长10水准仪或拉线、钢尺检查垂直度每米5经纬仪或