大型高炉短期化大修主体结构施工的策划与实施.doc

大型高炉短期化大修主体结构施工的策划与实施唐兵传 许立新（上海宝冶建设有限公司，上海，200941）摘 要：本文对宝钢一号高炉、二号高炉短期化大修主体结构部分的施工，从组织结构、作业资源、大型机具、技术方案到安全、质量、计划控制等方面的策划和实施进行了阐述，以期对大型高炉短期化大修的组织实施起到一定借鉴作用。关键词：高炉 短期化 主体结构 策划 实施ORGANIZING PLANNING AND IMPLEMENTATION OF SHORT-TERM OVERHAUL OF MAIN STRUCTURE OF BIG BLAST FURNACETANG Bing-chuan XU Li-xin (Shanghai Baoye Construction Co.,Ltd.,Shanghai 200941,China)Abstract：This article mainly introduce the planning and implementation of overhaul of Baosteel No. 1 and 2 Blast Furnace from organization structure, resource, big mechanical tools, technical scheme, safety, quality and propose etc., with the expect of being the reference to a certain extent for short-term overhaul of big blast furnace.Keywords：Blast Furnace, Main structure, Planning, Implementation前言高炉短期化大修，就是在高炉停炉最短的时间内，对高炉各系统进行全面检修，将相关设备解体、更换或修理，使系统恢复或超过原有的性能，快速的达到重新生产的条件，实现设计指标。高炉短期化大修不仅是减少高炉的停炉大修工期、提高高炉的产能和效益，而且更能体现了一个国家冶金行业的设计、施工管理、施工技术及装备的水平，特别是在钢铁市场景气时，短期化显得尤为重要和突出。目前世界上大型高炉短期化大修的时间为79天。我国的宝钢在2006年9月1日开始的宝钢二号高炉短期化大修，对炉壳进行了更换扩容，停炉大修用了98天，彰显了我国冶金行业的设计、施工、管理的水平得到了大幅度的提高，而2008年9月1日开始的宝钢一号高炉短期化大修，炉壳也进行了更换扩容，同时增加了炉顶系统的更新，停炉大修仅78天就全部实施完成，表明我国冶金行业在大型高炉短期化大修的设计、施工、管理的水平得到了进一步提高，达到了国际领先水准。宝钢的这两次高炉短期化大修实际上就是4000m3级以上的大型高炉的短期化更新扩容大修，其主要技术经济指标见表1。宝钢的这两次高炉短期化大修，主体标段包括高炉本体、炉顶及其附属设施，风口平台及出铁场，热风炉及附属设施，煤气清洗设施，渣处理系统，通风除尘设施，TRT余压发电设施，高炉供配电、三电系统及通讯，高炉给排水设施，区域性工程，快速大修措施。宝冶建设工业安装分公司承担了其中高炉的本体钢结构、工艺钢结构、部分设备、措施钢结构及各种管道的拆除和安装，并且都在关键工序上，约占整个工程70%的工作量。1 概述宝钢分别于2006年9月1日、2008年9月1日对二号高炉、一号高炉进行了短期化大修，两座高炉的容积原均为4063m3，但一号高炉是完全由日本设计、制造的大型高炉，1985年9月投产，期间在1996年4月进行了原地大修，但主要是对炉内耐材等进行了更换，主要结构、设备及工艺仅仅进行了维护和修复。然后在2008年9月1日进行了78天的快速大修。而二号高炉是国内首次自主设计、施工的4000m3级高炉，于1991年6月投产至2006年8月31日一直没有进行大修，2006年9月1日进行了98天的快速大修。表1 宝钢两座高炉短期化大修主要技术经济指标序号名 称单位二号高炉一号高炉1投产日期1991.061985.092原设计炉容m34,0634,0633新设计炉容m34,8004,9664年产生铁量104t/a3874055高炉一代无中修寿命a182018206大修计划工期d108857大修实际工期d9878备 注一号高炉1996年4月原地停炉大修了一次，1997年5月投产。本次大修新增加了炉顶系统的更新。高炉大修，必须是在高炉停炉后进行，然后在满足生产条件后重新点火生产。短期化大修主要就是指高炉停炉大修的时间短，而要实现短期化大修，则必须实施模块化施工，在高炉停炉大修之前，就进行模块化离线组装，停炉中各模块进行移动，以有效减少停炉中的时间。高炉短期化大修的关键工序是本体钢结构、工艺钢结构、部分设备、措施钢结构的拆除和安装，本文中统称为主体结构。首先主体结构的拆装是短期化大修能否实现的关键，有着承上启下的作用，其次是各种介质管道和水系统管道。设备、电器及耐材均要以结构或管道施工为依托进行，相对比较单纯。两座高炉的主体结构、管道的工作量见表2。表2 宝钢两座高炉大修主体结构、管道主要工程量序号工作内容单位工程量（二号高炉）工程量（一号高炉）1钢结构拆除t15,20027,7002钢结构安装t7,0007,6003措施钢结构安装t4,5009,4004措施钢结构拆除t4,5009,0005管道拆除t2,1002,100m100,000100,0006管道安装t1,8001,700m94,00079,0007拆装的实物总量折算吨位t13.14万t16.92万t一号高炉大修与二号高炉大修的工作内容相比，主要不同的是一号高炉大修炉顶系统由双钟四阀式炉顶设备改造成并罐式无料钟炉顶设备，炉顶框架、平台及上升管、下降管全部更新改造，采用了炉顶整体拆装工艺。而二号高炉炉顶只进行了设备原样更换。2 短期化大修工艺当业主确定高炉大修实施短期化目标后，施工单位必须立即与业主、设计单位、总包项目部联系，明确大修工程主体项目、划清施工界限，列出大修项目清单、提出图纸出图计划、做出分工明细表，进行施工组织总设计、施工总平面布置、施工总进度计划。短期化大修的工艺技术路线为：u 先附属后主体、前重后轻、分段实施；u 采用分区（块）施工，减少专业配合；u 模块化拆除和安装；u 采用模块车运输；u 离线组装和设备预安装；u 优化简练施工专用设施，缩短工序时间；u 施工设施的设置与设计紧密结合。宝钢二号高炉大修、一号高炉大修的主工艺流程分别见图1、图2。3 短期化大修组织与策划高炉短期化大修（特别是特大型高炉）的策划及组织落实是一项极其重要的工作，从施工组织、技术方案、人力资源、施工队伍培训和管理等，都必须认真研究，精心组织，精细策划，精选精兵强将。要抓紧高炉大修施工方案的编制，积极与业主、设计单位和总包项目部的联系，划清施工界限，落实措施，充分利用停炉前的时间，做好各项准备工作，减轻停炉中的施工负荷：u 不同阶段所需管理人员、施工队伍、大型施工设备的就位必须落实；u 技术准备工作做的要扎实、有效、充分；u 结合项目清单，按图纸、分工计划、项目清单理清施工内容，排定工作计划；u 大修工程中，钢结构或设备的出厂条件应满足施工现场的大修需求，减少施工现场的工作量。3.1 停炉前策划二号高炉大修停炉前阶段为2005年7月2006年8月31日，一号高炉大修停炉前阶段为2007年4月2008年8月31日，停炉前工程特点是：在线的能开工的项目多但工作量小，机械化施工程度低，施工作业环境恶劣，粉尘大、煤气浓度高、环境温度高，同时需保证炼铁生产作业不受影响而不能连续作业。存在着高空作业、交叉作业、高温作业，高浓度煤气区域施工频繁。离线上组装的工作量大、项目多，机械化施工程度较高，施工作业环境较好，但其组装场地、运输路线要求较高。图2 宝钢一号高炉大修主工艺流程大修施工措施结构必须在停炉前完成，以减少停炉中的工作量及保证施工工艺实时实施，但受生产制约的因素较大，有效的持续的作业时间不多。因此在组织策划时，要着重考虑施工队伍的数量及规模，在平衡施工队伍的工作量的同时，要强化安全教育、加强安全意识、落实安全措施、实时安全监管，特别是防煤气、防中暑的措施。重点是应满足施工工艺的要求，对框架加固、屋架加固、平台改造、措施结构的安装、管道改造等项目的控制，停炉前重中之重是做好技术方案的编制、管理人员及作业人员的培训交底，做好各工序衔接的有效策划。同时要充分利用高炉定修的时间，最大化的做好前期准备工作。3.2 停炉中策划二号高炉大修停炉中阶段为2006年9月1日2006年12月6日，一号高炉大修停炉中阶段为2008年9月1日2008年11月18日。停炉中工程特点是：停炉中工期短，24小时多工序、多工种、立体交叉、高负荷作业，同一时段、同一区域内通电、试车、能介管道开通与施工并存；施工场地小，物流繁杂、施工组织难，大量的设备、结构、材料、废旧物需拆除后运走，大量的结构、设备等要进行回装，平面的运输异常繁忙，同时现场还有许多大型机械设备，大量的运输车辆。大吨位结构、设备拆装及高空作业存在着高风险。停炉中二号高炉有两条主线，即炉本体拆装、出铁场及风口平台改造，以管道、热风炉及水渣等外围为辅线。而一号高炉由于增加了炉顶系统的更新改造，则有三条主线，炉顶拆装、炉本体拆装、出铁场及风口平台改造等三大主线。而管道、外围结构等均为辅线。因此必须合理的划分好施工区域，根据主线作业内容及工期要求确定管理人员、主战施工队伍和施工机械的配备。宝钢一号高炉大修主体工程大修进度计划见表3。3.3 组织体系策划在组织策划过程中，要充分考虑停炉前、中的具体工作内容及其特点、工期等，合理安排管理人员及施工队伍，这是高炉短期化大修能否实施成功的关键一步，需要对整个工程不同阶段、关键路线、管理人员及施工队伍整体实力进行统筹与掌控，既要面面俱到又要高屋建瓴。再则由于短期化大修，要求24h不间断作业，对人力资源短期内集结数量巨大，特别是9月至10月中下旬是劳动力投入的高峰，之后劳动力需求大幅度减少，劳动力需求波峰、波谷相差达8001000人，在工作内容安排上要尽可能平缓，减少集结、分散的难度。在项目组织管理结构上，按片区管理负责制实施，片区管理划分必须充分考虑所分区域的工作内容、管理人员能力，尤其是区长及技术负责人的能力，以及大型吊机使用、区域本身的地理及工艺特性等。两座高炉大修，管道均设立管道大区，包括了高炉本体水系统区、能介系统区、外围管网区；结构设立三至四个区域，但区域内容有所不同，如一高炉大修分炉本体区域、出铁场及风口平台区域、炉顶区域、外围结构区域，而二高炉大修由于炉顶、重力除尘等未进行整体更换，所以炉顶区域与外围结构区域合并成一个外围结构区域。区域结构策划完成后，配置片区长、技术负责人，形成有效的项目部内部的项目区长负责制的组织结构体系。同时停炉前、中的分区也有所不同，一号高炉停炉前按炉本体区域、出铁场及风口平台区域、炉顶区域、管道区域等四个区域组织各项工作。停炉中增加外围结构区域，按五个区域组织各项工作。后勤保障系统，设机械材料组、车辆调度组、后勤服务组、电器保驾组、辅材甲供资材及构件组、装卸组，并配备作业人员。技术质量组织，设专家顾问组、及项目部总工程师领导下的技术组、质量专检组、测量组和资料组，各片区设立片区技术负责人、技术员，这样建立了一个既保证技术质量体系一体化，又保证片区技术质量的责任制的矩阵式结构。安全文明施工组织，为保证安全管理体系在大修工程中的有效运行，由分公司安全环保部直接组织，项目部直接设安全组，各施工队伍设1-3名专职安全员，建立项目安全管理体系，联合宝钢安全督察组、总包项目部安全部门检查监督施工安全。同时还设立了项目预算组，对高炉大修计划、合同、预算、成本进行管理，一号高炉大修的组织体系如图4所示。图4 宝钢一号高炉大修停炉中组织体系3.4 策划阶段应编制下列文件，为停炉前和停炉中的施工做好充分的准备： u 大修工程停炉前、停炉中主要实物量；u 大修工程停炉前、停炉中项目进度计划表；u 大修工程停炉前、停炉中劳动力计划；u 大修工程停炉前、停炉中大型吊机使用计划；u 大修工程停炉前、停炉中工器具及吊机运输车辆计划；u 大修工程停炉前、停炉中设备、材料、构件清单；u 大修工程停炉前、停炉中施工队伍组织体系一览表；u 大修工程停炉前、停炉使用施工队伍人员清单；u 大修工程图纸清单。4 短期化大修组织实施4.1 大修技术研究与方案编制4.1.1 大修技术研究在二号高炉大修前进行了相关的高炉短期化大修施工技术研究及试验，如高炉炉壳基础在线整体切割及加固顶升技术、新旧炉体快速拆装工艺、180运输通道快速改造工艺、放残铁技术、液压提升装置安装工艺、炉体气垫法就位、清渣开孔技术等7项技术研究，并成功攻关，确保了二号高炉短期化大修的实现。一号高炉大修在二号高炉短期化大修技术成功实施的基础上，增加了高炉炉顶整体更换技术的研究，在国内外广泛技术调研的基础上，通过计算机建模设计计算、实体风动模拟试验等，形成了高炉炉顶整体更换技术。4.1.2 大修技术方案编制及培训高炉大修都是提前了一年多进行施工技术准备的，二号高炉共编制了116份方案及13份安全专项方案，一号高炉编制了121份方案、60余份作业设计、100余份安全专项作业设计。与二号高炉相比，方案编制内容更具体，大方案中的关键工序又专门针对性地编制了作业指导书或安全专项作业方案等，更具指导性、操作性。方案编制完成后，又分5个阶段分别对管理人员、作业人员进行全员的技术交底及反交底工作，以确保方案编制的完整、细致、有效，及针对性和操作性，强化全员对方案的知晓、掌握程度。制定了停炉中各个工程项目的施工程序，并集中培训各施工队伍的班组长、安全员和施工员，着手反交底工作，一方面培训方案进一步细化，另一方面也不断的讨论和完善，形成培训教材。4.2 人力资源组织 短期化大修的目标，决定了必须每天24h不间断作业，因此对管理人员、作业人员、后勤服务人员的安排必须充分。4.2.1 管理人员停炉前后两座高炉管理人员的安排见表4。表4 管理人员配置阶段工程施工员技术员专职安全员质量、测量后勤保障合计停炉前二号高炉12934634一号高炉101125735停炉中二号高炉2110562365一号高炉2211872977从表4可以看出，两座高炉在主要施工管理人员投入上基本一致，但由于一号高炉大修的管理人员基本都参与了二号高炉大修，所以在管理与组织实施上要有序、有效、合理得多，经验的作用是相当明显的。4.2.2 施工作业人员二号高炉大修结构施工队伍共8家，2家为主战队伍，计划810人，实际817人，而管道施工队伍共11家，2家主战队伍，计划530人，实际484人，另外有4家配合队伍计划95人，焊工计划90人，计划总投入1525人，实际投入在1486人左右。不含预备队伍。一号高炉大修结构施工队伍共9家，2家主战队伍，计划930人，实际750人，管道施工队伍共7家，3家主战队伍，计划355人，实际325人，另外有4家配合队伍计划95人，焊工计划85人，计划总投入1465人，实际投入在1257人左右。不含预备队伍。 高炉大修结构、管道施工队伍选择时，一定要根据关键线路工作内容确定主战队伍，主战队伍实力、人员规模一定要可控，主战队伍在停炉前就要提前介入，提前形成规模，这也是短期化大修工程实施成功的关键，而后再考虑其他辅战、备战队伍的选择，包括数量、规模，从两座高炉大修的工程实施来看，策划基本合理、成功，主战队伍稳定了就可以确保主线不出问题，其他个别辅战队伍存在些问题，有时间、有队伍进行调配。施工队伍的考核，要注重班组长、安全员等关键人员的考核。4.3 大型机械设备使用短期化大修的目标，决定了吊装大型机械、运输车辆和移动设备的安排也必须充分。而大型吊机市场资源是有限的，特别是300t以上大型吊机一般要提前6个月左右落实、签定合同，而高炉大修的停炉工期已定，设备使用开始、结束时间均能确定，所以要早寻找资源、提前谈判、签定合同。4.3.1 大型机械高炉大修需要大型机械数量大，两次高炉大修均使用7台150t以上履带吊，一号高炉最大履带吊为1000t，二号高炉最大为800t，但一号高炉大型机械整体配置比二号高炉要高。工程中使用的大型机械分别见表5、6。表5 宝钢二号高炉大修主要大型施工机械序号机械名称使用工况备注1LR1800 800t履带吊56m63m2LR1750 750t履带吊56m91m3LR1400-2 400t履带吊28m28m4LR1350/1 350t履带吊24m24m5M4600 300t履带吊主杆52m6 180t履带吊主杆24m77150 150t履带吊主杆39m8500t汽车吊9拖车200t/100t拖车表6 宝钢一号高炉大修主要大型施工机械序号机械名称使用工况备注1M21000 1000t履带吊SDWB 56m72m2LR1750 750t履带吊SDWB 70m91m3CC2800-1 600t履带吊SWSL 60m48m4LR1400-2 400t履带吊SW 42m30mSW 56m42mSW 42m28m5LR1400-2 400t履带吊主臂加副臂，超起工况6SCX2800-2 280t履带吊主臂49m7 QUY160 160t履带吊8 500t汽车吊9GMK7450 450t汽车吊10300t汽车吊11液压剪24m臂1台，16m臂2台4.3.2 提升、运输设备模块化施工，必须使用特殊的移动设备，有关主要提升、移动设备见表7。表7 高炉大修主要提升、移动施工设备工程名称设备名称规格数量设备单位二号高炉液压穿芯千斤顶500t8台宝冶同济机器人公司自升千斤顶800t8台MAMERT公司模块车30t/轴120轴MAMERT公司爬行器100t9台MAMERT公司一号高炉液压穿芯千斤顶800t4台宝冶同济机器人公司液压穿芯千斤顶500t4台宝冶同济机器人公司滑靴600t8台FAGIOLI公司液压缸600t8台FAGIOLI公司自升千斤顶1000t8台FAGIOLI公司模块车30t/轴160轴FAGIOLI公司爬行器100t9台FAGIOLI公司4.4 安全策划与实施高炉大修的施工项目多、杂、时间紧、条件差、危险性大，必须做好施工方案（作业设计），落实安全措施，按生产和施工的规定实施，以安全为主，不影响生产。工程中要全面落实“三大体系”安全管理责任，即项目执行体系、技术保证体系、安全监督体系的安全管理责任，特别是执行体系对施工队伍的工作安排一定要详细具体，落实到每一工序的组织实施，要落实层层交底确认制度，由技术负责人向施工组织者进行方案交底、由施工组织者向施工班组进行安全措施交底、由班组长向班组每个成员实行班前交底。从作业层到管理层，安全管理与现场的施工管理要协调一致，现场施工安全要处于受控状态，从作业人员的自我安全保护意识到现场施工作业点的安全措施及现场监护人员的责任心，其中任何一个问题都必须处理好。全面落实安全责任制，建立三级安全管理体系，形成全员、全方位、全过程的安全监督管理网络。对特殊过程、关键过程实行旁站式监督，覆盖面要达到100%；不留死角。在大型重型物体滑移和卸载的启动即时监测技术，为施工安全保驾护航。4.4.1 安全专项方案是技术保证根据高炉大修工程量大、专业多、平立面交叉作业多、作业空间局促、大型机械使用频繁等难点，对于一层大梁拆除、热风围管拆装、热风主管拆装、炉本体拆装、炉顶整体拆装等要制定安全专项施工方案。4.4.2 安全管理体系要组织到位项目部建立以项目经理、片区长为主责的安全施工责任制，项目部、各片区层层分解、落实责任。并由分公司安全环保部牵头，成立安全检查组，各施工队伍设置13名专职安全员。大修工程中的重点危险源及对策是： 防物体打击：加强监护，及时清理杂物，吊物牢固，吊具可靠； 防高空坠落：设置安全绳、安全网，正确使用安全带； 防触电：规范用电，加强检查； 防煤气：增加送风设备，作业人员进入施工区域带好煤气检测仪实时检测，必要时要佩戴呼吸器作业； 消防、防爆：全面配置消防器材，及时清理易燃物品，严格规范动火作业，教育交底巡防监护； 防中暑：要求施工人员休息好，配备防暑降温用品。4.4.3主要控制手段 对关键部位、关键工序、关键设备使用等安全管理人员进行旁站式管理； 安全员每天对整个施工范围进行巡查，进行安全考核，并将检查考核结果在每天的施工例会或安全专题会上进行公布，并及时通知到各施工队伍进行整改； 分阶段进行安全教育，防止漏缺，并用不同标识在作业人员安全帽上粘贴以示区别； 落实、实施安全技术交底、班前交底等； 对高空安全带、高空落物、临边孔洞、单跳板等设立“高压线”，严厉处罚并清退； 施工现场拆除的废料等，如炉体区域、出铁场区域等及时组织清理，确保通道的畅通并减少高空落物。通过宝钢安全督察组、总包项目部安全部的安全高压政策和管理，及各施工单位、施工队伍的共同努力，安全管理组织体系、制度执行、措施落实都能够到位，两座高炉大修期间均无重大安全事故的发生。4.5 质量策划与实施建立高炉大修工程技术质量保障体系，按结构、设备、管道、焊接等方面进行分组，明确相关负责人。项目部停炉前对已完成的工程实体质量和临时措施的质量都要进行检查，确保工艺的安全实施，同时分公司质量管理部对关键位置进行复测、复查。4.5.1 工程质量目标、验收标准明确施工技术人员在编制施工方案时，就对工艺纪律、验收标准等予以明确。在认真进行施工图会审和技术交底的基础上，强化对关键部位和影响工程全局的技术工作的复核。在技术交底时进行着重强调，明确质量要求，以及必须把握好的技术要点、难点。 4.5.2 加强质量检查、巡查 技术员、施工员在施工工程中，严格要求按施工工艺（或施工程序）组织施工，并对工程质量进行监督控制； 质量检查员在工程施工过程中进行质量巡查。在主体工程完成时，及时组织各片区管理人员、施工队伍班组长进行质量联合检查，当场发