机械化施工在焚硫炉快速重建的应用

机械化施工在焚硫炉快速重建的应用
李明霞，赵震，魏玉章1，杜传林2，梁勇，王伟3
（1.山东鲁西化工集团；2.湖北宜化集团；3.武汉市博泽高温新材料有限责任公司）
1概述
随着时间的推移，国内焚硫炉使用寿命纷纷到期，往往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，在能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。

硫磺制酸装置因焚硫炉重建周期长，对年度大修计划产生了影响和拖延，会引发的蝴蝶效应般的损失。

以一套400 kt/a硫磺制酸装置为例，除了焚硫炉重建费用以外，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，而两2个月就要面临460~600万的经济损失，已远远高于焚硫炉自身价值。

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。

2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。

这就大大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，施工时间放在了气温宜人的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。

3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，壳体椭圆度大大降低。

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。

4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。

机械化施工在焚硫炉重建的应用，随着机械设备的不断更新、耐火材料的不断发展，现在已经变为现实，并且得到了实践的检验。

机械化施工可以大大缩减施工周期，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。

4.1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同大气、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，方便小挖机安全进出和废衬里料运输车装载。

如下图1：
▲图1 湖北宜化集团300 kt/a焚硫炉拆除现场
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。

如下图2：
▲图2 瑞典BROKK机器人拆除现场
4.2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]。

如下图3：
▲图3湖北宜化330 kt/a焚硫炉重建耐火喷射浇筑工艺
5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，有真实案例的支撑。

湖北宜化集团一套焚硫炉重建，山东鲁西化工集团一套WSA湿法制酸焚烧炉新建中，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：
备注：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，实际筑炉周期为14 d；
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，这就大大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。

6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，详见表2：
表2 两个案例的气温和天气状况
从表2 可以看出：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天内完成，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。

7筑炉后安全过冬
案例二（山东鲁西化工）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。

8炉窑机械化施工的应用和使用寿命
炉窑机械化施工在大大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3：
表3 机械化筑炉的应用范围和使用寿命
9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。

参考文献：
[1]潘木俊.焚硫炉耐火砖内衬在线喷涂修补技术的应用[J].硫酸工业,2009(2):31-33.
[2]魏焕荣.苦战三十天，再造焚硫炉.红日阿康报,2014年24期.
[3]夏毓芳，硫磺回收装置酸性气燃烧炉的设计改进[J].硫酸工业，2011(3)：37~40.
[4]桂明玺.喷涂施工技术的发展和今后的动向[J].国外耐火材料，2001,26(2):3-10.
[5]孔祥军，闫浩，潘波.保温及耐火喷射浇注料在焚硫炉上的运用[J].硫酸工业,2014(4):48-50.。