机械化施工在焚硫炉快速重建的应用

随着时间的推移，国内焚硫炉的使用寿命纷纷到期，要面临焚硫炉重建的问题。不论是硫磺制酸焚硫炉还是硫铁矿制酸沸腾炉，其耐火砖内衬只要出现局部损坏或脱落、开裂等状况都是很难处理的。从耐火砖拆除、重新砌筑、烘炉到最后开车投料运行最快也需要2个月的时间[1]。而考虑到天气因素对重新砌筑的影响，在保证炉窑质量的前提下，实际工期往往需要3个月，甚至更长时间。
因焚硫炉重建周期长，会对硫磺制酸装置年度大修计划产生影响和拖延，从而造成经济损失。以1套400 kt/a硫磺制酸装置为例，除了焚硫炉重建费用外，仅仅是外购硫酸、人员工资、资产折旧等费用，每天就要损失8~10万元，而2个月就要面临460~600万元的经济损失，已远远高于焚硫炉的总价。如果再考虑到错失市场销售旺季，影响全年销售计划的实现，其负面影响难以估量。
1强行压缩工期造成惨痛教训
焚硫炉重建所面临的问题往往比新建更加复杂多变，业主考虑缩短大修时间，往往会大幅度缩短焚硫炉重建的工期，将工期短作为焚硫炉招标的重要考量指标，谁工期越短，谁中标可能性越大。而承建方因渴望中标，对工期也是最大程度的压缩。这就**增加了施工人员的劳动强度，加大了人为因素对炉窑质量的影响。
曾经出现过焚硫炉重建仅用27 d完成（拆除和筑炉时间，不包括烘炉），但仅仅开车3个月之后，焚硫炉顶部就出现380 ℃的局部高温的严重工程质量事故。尽管业主为了保证万无一失，工程部提前派技术人员到各家技术过硬的砌炉单位考察学习，并对各家的施工工艺及技术进行了学习及反复研究。开工前工程部专门成立了焚硫炉项目小组，小组人员昼夜轮流值班，保证了焚硫炉24 h连续无障碍施工。焚硫炉烘炉完成后进行了整体验收，各项指标都达到了要求[2]。而且，施工时间放在了气候宜人的10月份，可以忽略天气因素对炉窑质量的影响。但实践证明：采用传统砌筑或浇筑工艺，在快速筑炉的情况下，难以保证炉窑质量。
2焚硫炉重建的难点
1）焚硫炉属于受限空间，人工拆除危炉衬危险性较大，砖砌内衬容易发生坍塌，造成人员伤亡。炉衬经过多年高温烧结，强度大、拆除难；耐火砖拆除、搬运量在300~400 t，工作量巨大，仅凭人工作业，费时费力，无法满足快速重建的要求。
2）焚硫炉经多年使用炉壳往往已经整体变形，壳体椭圆度**降低。工程实践证明，如果炉壳椭圆度偏差较大，对现场安装组对、炉体砌砖，甚至是燃烧器的正常操作及酸性气燃烧炉的正常运行都有不利影响[3]。
3）天气因素影响工期和施工质量。当室外日平均气温连续5 d低于5 ℃或者日最低气温降至0 ℃以下时，即为进入冬季施工阶段。砌筑工业炉时，应在采暖的环境中进行，其工作地点和砌体周围的温度均不低于5 ℃。耐火泥浆、耐火浇注料的搅拌不应低于5 ℃，耐火材料和预制块在砌筑前，其温度应在0 ℃以上[4]。这对在冬季重建焚硫炉就产生很大的影响，等待天气转暖则拖延工期，而强行快速施工则无法保证炉窑质量，甚至会发生砌筑速度过快，引发坍塌、伤人的安全事故。
3机械化施工在焚硫炉重建的应用
随着时代的发展，技术不断的进步，大型炉窑的机械化施工必然会替代传统施工工艺，这是人类科技发展的大趋势。随着机械设备的不断更新、耐火材料的不断发展，机械化施工在焚硫炉重建的应用现在已经变为现实，并且得到了实践的检验。机械化施工可以**缩减施工周期，降低人员工作强度，保证炉窑质量。机械化施工分为两部分：机械化拆除和机械化筑炉。
3.1机械化拆除
机械化拆除方法，先将焚硫炉端板用气焊切割拆除，将受限空间变为开放空间，使用CAT（卡特）微型挖掘机直接进炉拆除、搬运，其要点如下：
1）停炉并隔离危险介质或通大气、常温后，经业主、施工、监理三方现场验收后方可施工。
2）拆除时尘土大，要做好喷洒降尘措施。废衬里料要有去处，对周边设备做好防护。
3）利旧端板割除后带出的旧衬里料铺垫一个小斜坡，方便小挖掘机安全进出和废衬里料运输车装载。
4）必须做好对驾驶员的安全防护，谨慎拆除，预防塌方伤人。要保证车辆（包括运输废料车）安全进出，作业时要先上、再两旁、最后下。
5）如原有内衬拆除困难，场地空间小，危险系数高的情况下，可采用瑞典BROKK机器人对焚硫炉进行拆除作业，避免人员伤亡（如图1）。

图1 瑞典BROKK机器人拆除现场
3.2机械化筑炉
机械化筑炉采用的是喷射浇筑（喷涂）工艺，是用输料软管把大量的材料气动运送到高处或远处，能够连续筑造炉壁[4]。它是一种新型无模施工工艺，特点是机械化程度高，施工速度快，容易设置迷宫式膨胀缝，无视炉壳“变形扭曲”，最大程度的降低了人为因素对施工质量的影响[5]。如图2。

图2湖北宜化集团330 kt/a焚硫炉重建耐火喷射浇筑现场
4炉窑机械化施工案例
炉窑机械化施工速度快，是经过实践检验的，有真实案例的支持。在湖北宜化集团1套330 kt/a焚硫炉重建、山东鲁西化工集团1套60 kt/a WSA湿法制酸硫化氢焚烧炉新建中都采用了喷射浇筑工艺，筑炉工期仅为15 d，实现了炉窑机械化快速施工，详情如表1。
表1  炉窑机械化施工案例
施工日期        案例一        案例二
所在单位        湖北宜化集团        山东鲁西化工集团
项目内容        焚硫炉重建        硫化氢焚烧炉新建
施工时间        2016年8月        2017年1月
装置规模/(kt·a-1)        330        60
工程量/t        350        153
天气环境        夏季8月份        冬季1月份
施工地点        湖北宜昌        山东聊城
人员安排/(班次·d-1)1）        2        1
计划工期/d        50        38
拆除时间/d        4        
筑炉工期/d2）        15        15
烘炉时间/d        12        12
降温时间/d        4        7
工期总计/d3）        35        34
注：1）案例一2班次/d执行了8 d，后发现工期十分宽裕，便将2班次/天变为1班次/d；
2）案例二施工期间停电1 d，实际施工周期为14 d；
3）案例二建设完工于2017年1月份，烘炉于7月份。
从表1可以看出：在机械化设备的帮助下，即使人员安排在1班次/d，都可以在15 d内轻松完成整个筑炉，这就**降低了施工人员的劳动强度，保证炉窑建造质量。从另一方面可以看出，机械化施工速度还有很大的提升潜力。
5炉窑机械化施工降低了天气因素的影响
天气因素对机械化施工影响要小的多。就在近1年内，分别在南方夏季高温多雨、北方冬季低温寒冷两种极端天气条件下，炉窑机械化施工经历了天气因素的考验。
在夏季高温多雨、冬季低温结冰的情况下，机械化施工仍然能轻松实现15 d的快速筑炉，而且从拆除、筑炉、烘炉的整体工期可以在35 d内完成，这就为焚硫炉在夏季、冬季极端天气下的重建提供了最大的保障。当然，这两种冷、热天气并不是对机械化施工完全没有影响，夏季高温会导致烘炉后降温缓慢，延长烘炉时间，而冬季低温会导致无法安排夜间施工。
6筑炉后安全过冬
案例二山东鲁西化工集团在筑炉完成后，并未立即烘炉投产，而是采取了冬季保养措施，将人孔封闭，炉内放置暖风机，保证炉内温度高于5 ℃（实际温度14 ℃），实现了安全过冬，并经过6个月后烘炉投产。
7炉窑机械化施工的应用和使用寿命
炉窑机械化施工在**提高了施工速度的同时，也保证了炉窑质量和使用寿命。目前，国内已经有14套炉窑采用了喷射浇筑技术，至今为止，从未出现过因炉窑质量问题造成业主停车，有力的保障了业主生产的稳定，详见表2。
表2 机械化筑炉的应用范围和使用寿命
单位        炉子及规模        建造时间        使用时间
湖北宜化集团        600 kt/a焚硫炉左右挡墙        2006年        10年
湖北宜化集团        80 kt/a 保险粉纯氧焚硫炉        2009年        8年
湖北宜化集团        40 kt/a 焦亚焚硫炉        2010年        7年
新疆宜化化工        合成氨变换炉        2011年        6年
湖北三宁化工        100 kt/a 热风炉        2012年        5年
湖北宜化集团        600 kt/a 焚硫炉及烟箱        2012年        5年
湖北宜化集团        800 kt/a 焚硫炉及烟箱        2012年        5年
湖北兴发化工        800 kt/a 焚硫炉        2012年        5年
湖北宜化集团        330 kt/a 焚硫炉        2014年        3年
湖北泽东化工        350 kt/a 循环流化床锅炉        2015年        2年
湖北宜化集团        400 kt/a 焚硫炉及烟箱        2016年        1年
湖北宜化集团        300 kt/a 焚硫炉（重建）        2016年        1年
山东鲁西化工        500 kt/a 焚硫炉及烟箱、空气预热器        2016年        1年
山东鲁西化工        60 kt/a 硫化氢焚烧炉        2017年        投产

8结语
经过10多年的不断实践和改进，炉窑机械化施工也越来越成熟、稳定，可以有力的在保证施工质量的前提下，科学合理的缩短焚硫炉重建、新建施工工期，进而缩短整体大修时间，为生产装置的稳定运行提供了有力的保障。

机械化能够带来这么大变化，而且有这么多成功业绩，应该好好推广。

谢谢分享

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