石油化工钢结构模块化预制拼装施工技术应用

引言

在石油化工行业蓬勃发展的当下，大型、复杂的钢结构工程日益增多。而在石油化工钢结构工程施工过程中，传统的钢结构现场施工方式存在施工周期长、受环境因素影响大、施工质量不稳定、安全风险高等问题，难以达到石油化工工程建设要求。而石油化工钢结构模块化预制拼装施工技术应运而生，是将钢结构在工厂内进行预制加工成模块，然后运输至施工现场进行拼装，实现了钢结构建造从现场分散作业向工厂化、集成化生产的转变。

1 钢结构模块化预制拼装施工技术优势

1.1 提升施工进度

钢结构模块化预制拼装施工技术利用工厂化集中生产形式，打破传统现场受天气、场地等因素制约。在工厂可以实现多道工序同时操作，将钢材下料、焊接、喷漆等一道工序都放在同一时间来进行，大大缩短建筑工期。经行业内专家测算，钢结构模块化预制拼装技术可缩短钢结构施工工期约 30%-50% ，加快项目建设速度，提高项目建设效率，满足现阶段工程项目所要求的时间进度。

1.2 保障施工质量

稳定的工厂生产环境以及成熟的质量管理体系保证了钢结构施工的质量。而先进的自动化加工设备对构件尺寸精确地控制，可以使构件的长度偏差≤±3mm;构件的垂直度偏差≤H/1000(H 为构件高度),且不大于 20mm .同时，通过严格执行标准化的焊接工艺和过程化检查工序对焊缝质量进行把关，避免了因现场施工条件的不同带来的质量变化，保证钢结构的总体质量水平。

1.3 降低安全成本

这项技术将大批量的工作都转移到了工厂中，减少了现场登高、动火之类的危险作业，也就降低了事故发生概率。在现场进行作业的人员减少了，更容易进行管理。而在造价方面，由于工厂能够进行批量采购，整体材料成本得以降低。

2 石油化工钢结构模块化预制拼装施工关键技术

2.1 运输阶段

轴线平板车进行运输并办理超限运输许可手续；对模块进行固定和防护，在模块底部铺设枕木、橡胶垫等减震材料，避免运输过程中出现模块与平板车直接接触而造成损伤；采用钢丝绳、紧线器将模块之间进行捆绑固定，保持运输过程中模块的稳定；并对重点部位(例如：连接节点、突出构件等)进行特殊防护，以防被碰撞损坏；针对运输路线情况合理安排运输方案，避开道路限高、限宽点或桥梁承重过低位置，必要时可对线路进行实地勘测与修缮。

2.2 现场拼装阶段

2.2.1 基础验收与测量放线

在模块拼装前，对钢结构基础进行验收，检查基础的轴线位置、标高、平整度、地脚螺栓位置和尺寸等是否符合设计要求。

测量放线过程中，采用全站仪、水准仪等测量仪器进行精确测量，基础轴线偏差控制在 ±3mm 以内，标高偏差控制在 ±5mm 以内。在基础表面进行测量放线，弹出钢结构的轴线和标高控制线，作为模块安装的基准 。

2.2.2 模块吊装与定位

根据设备的重量和吊装高度选用相应的起吊设备，包括履带式起重机或汽车式起重机。起吊前应认真地做好起吊设备的全面检查和调试工作，保证其处于良好的状态。起吊之后采用合理的方式和顺序进行吊装，通常是按照由下到上、从主到次的原则开展吊装工作。

在进行模块吊装时，按照预先设计的位置将模块放在支承下，并根据测设的基准点利用定位装置(定位销、导向板)将模块准确就位，然后在多个方向检测模块的平面位置的偏差是否在±5 mm 内，标高的偏差是否在 ±3mm 内，垂直度偏差控制在 H/1000(H 为模块高度)并且不大于 20mm .

2.2.3 模块连接与固定

模块定位完成后根据图纸连接各模块，使用扭矩扳手按设计图纸上要求的力矩值扭紧高强度螺栓，并检查螺栓的拧紧顺序和抽检螺栓扭矩值。

当采用焊接方式连接时，在焊接前对连接部位进行清洁并采取预热措施，严格按照焊接工艺评定确定的焊接工艺要求进行焊接，并对焊接变形量进行控制，焊接完成后对

焊缝进行外观检查及无损检测，并将焊接好的模块采用临时支撑或缆风绳固定起来。

3 关键技术要点与质量控制

3.1 关键技术要点

在模块化预制拼装施工中，关键是做好模块连接技术。连接节点的设计与施工质量直接决定了钢结构的整体性能以及安全可靠程度。无论是采用高强度螺栓连接还是焊接连接，都需要对连接部位的加工精度、安装精度进行严格控制。如：高强度螺栓孔的加工精度要满足螺栓穿入要求，孔距允许偏差 ±1mm ;焊接连接要保证焊缝熔深、熔宽及焊缝外形尺寸满足设计及规范要求。另外，还要做好模块的尺寸及变形控制。在模块的预制加工过程中，利用合理的工艺措施(如预留收缩量，采用刚性固定)进行模块尺寸的控制和焊接变形的控制；在模块的运输、吊装时要采取防护、加固措施避免模块变形。

3.2 质量控制措施

建立健全的质量保证体系，在整个过程里面做好各个细节的把控，该技术实施过程中，涉及每个环节的工作，从设计制作、材料采购到运输装配，均纳入质量控制范畴。（1）设计阶段要强化图纸会审与技术交底工作，使设计意图正确地传达到操作者手中；（2）材料采购阶段要严格执行质量检验，坚决不允许不合格材料进入施工现场；（3）预制加工中设置质量控制点，对于重要的工作（切割、焊接、涂装等）要重点监督，并且做好每个环节的质量检验工作，没有通过质量检验不得进入下道工序；（4）运输控制。运输中要做好运输途中的检查工作，定时检查模块的固定、防护是否完好，防止运输受损；（5）拼装控制。现场拼装过程中要加大测量放线、安装过程质量控制力度，加强对模块定位、模块间的连接等内容的检查与验收。

4 工程案例分析

4.1 案例背景

某大型石油化工项目新建一套乙烯裂解装置，钢结构共计 8000 吨，包括裂解炉框架、急冷油塔框架、管道支架等类型的钢结构。由于工期紧，场地受限，再加上当地炎热多雨的夏季天气，这对钢结构工程的质量和进度都提出了很高要求。因此该项目采用了石油化工钢结构模块化预制拼装施工技术，在保证工程质量的同时，能按期完成工程建设任务。

4.2 施工技术应用

4.2.1 施工方案

根据钢结构特点和现场条件，将钢结构划分为 120 个模块，单个模块最大重量 80吨，最大尺寸 15m×8m×6m 。在工厂内设置专门的钢结构预制生产线，采用数控切割机、焊接机器人等先进设备进行预制加工。

采取模块化运输模式，用轴线平板车分批运输到现场；现场配置 2 台 500 吨履带式起重机实施模块吊装，采用高强度螺栓加焊的组合方式进行模块拼装。利用 BIM 技术开展施工模拟及进度管理，优化施工顺序、资源配置。

4.2.2 施工效果

项目利用模块化预制拼装施工技术，其钢结构施工工期比传统施工方式缩短了40% ，提前了 30 天完成了施工任务，也给后面设备安装调试留出了宝贵时间。

从工程质量上看，钢结构构件加工精度较高，焊接质量较好，经检测其焊缝一次探伤合格率为 98.5% ，构件尺寸偏差均满足规范要求；安全管理工作取得了较大的成效，现场高空作业量降低了 60% ，没有发生过重大安全事故。

5 结语

在石油化工钢结构工程施工中，采用模块化预制拼装施工技术有效解决了传统钢结构施工遇到的各种问题。针对具体工程实际，通过不断地创新及改进施工技术及管理措施的方法来提高施工质量和效率，降低施工成本及安全风险。

参考文献：

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