浅谈多晶硅 MSA还原炉垫铁安装监理质量控制、

浅谈多晶硅 MSA还原炉垫铁安装监理质量控制、

王佰惠

（云南金吉安建设咨询监理有限公司 云南昆明 650051）

摘要: 垫铁放置在设备底座与基础之间，将设备的重量和工作载荷以及拧紧地脚螺栓产生的预紧力均匀地传给基础，起到减振作用；同时垫铁可调整设备的水平度，可使设备的标高和水平度达到规定的要求，为基础的二次灌浆提供足够的操作空间。垫铁组面积、组数等取决于设备重量和基础混凝土的抗压强度，其选择和垫铁安装的规范程度直接影响到设备的安全系数以及振动的大小，进而影响产品的质量以及设备的使用寿命。因此垫铁安装是设备安装中的一项重要工作。

关键词：设备安装；垫铁；混凝土抗压强度；质量控制

1.引言

昆明冶研新材料股份有限公司3000t/a多晶硅产业化项目MSA还原氢化装置是多晶硅项目的主装置，16台还原炉Φ1680 5260.2，单重5500kg，是本装置中的核心设备。不同于普通炉子或反应器之类的设备，本装置属于高温压力容器，启动后微振。根据《电子工业洁净厂房设计规范》GB50472-2017介绍，多晶硅结晶产品产出或精加工及切片厂房的振动对产品质量存在有害影响，规范对微振有严格要求。因此为保证设备安全、产品质量，达到减振目的，该设备采用垫铁安装。

MSA还原炉采用平垫铁配以斜垫铁安装，垫铁放置在基础与设备底座之间，起到支撑设备重量和找平的作用，将设备的重量和工作载荷均匀地传递给基础，具有减振的功能，衰减机器自身的振动，减少振动力外传，阻止振动力的传入。通过调整垫铁的厚度，使安装的设备达到设计标高和水平度，增加设备的稳定性以便于二次灌浆。垫铁的安装质量直接影响到设备的使用安全及使用寿命。

在本项目中，本人通过对施工方案的审核，提出了大量合理的垫铁设置及安装的建议，并在现场严格检查监督，设备投产后成功达产达标。

2.垫铁施工方法

2.1目前设备安装经常使用的垫铁安装方法主要有研磨法和坐浆法两种方法。研磨法将垫铁直接设置在基础上，先将设置垫铁的地方凿平、研磨，垫铁设置应平稳，接触均匀；坐浆法是在基础上用高强度微膨胀混凝土预埋垫铁，垫铁的标高可根据设备标高测定。昆明冶研新材料股份有限公司3000t/a多晶硅项目MSA还原氢化车间16台还原炉采用的研磨法安装垫铁。

2.2垫铁施工流程：

2.2.1基础验收：安装设计图纸进行基础表面情况，平面位置，形状和尺寸、预留孔及地脚螺栓的位置等验收。

2.2.2设备开箱：核实设备底板与基础是否匹配。

2.2.3安装垫铁：基础研磨后按规范安装垫铁并调平。

2.2.4一次灌浆，安装地脚螺栓后并进行一次灌浆。

2.2.5精调找正：一次灌浆养护期满后对还原炉再次找平验收，并使管口在不受力的情况下连接管道。

2.2.6二次灌浆：精调找正后将垫铁组进行点焊并拧紧地脚螺栓后进行二次灌浆。

3.施工要点及监理控制要点

3.1审核施工方案

3.1.1审核施工单位编制的设备安装专项施工方案。确保方案已经由技术负责人审批，同时审核施工程序的合规性，质量控制措施、安全管理措施是否到位等，重点审核垫铁尺寸、垫铁组数、以及垫铁组安装位置是否满足要求，必须严格核算相关计算数据等。经专业监理工程师审核，总监理工程师审批后方可实施。

经审核施工方案，昆明冶研新材料股份有限公司3000t/a多晶硅项目MSA还原氢化车间16台还原炉采用地脚螺栓垫铁安装，螺栓规格M30 550，材质为Q235，施工单位拟采用的垫铁尺寸为平垫铁300 250 20，斜垫铁300 250 15，垫铁组数为8组。

监理人员进行受力分析复核，根据公式 ：

A：每组垫铁的面积，（mm²）；

C：安全系数，宜取1.5～3，重型、运行速度高和要求安装精度高、抗振动性能高的设备。所以工程中安全系数C值一般取2.3以上。

Q₁：设备等加在垫铁组上的载荷（N）；

Q₂：地脚螺栓拧紧时在垫铁组上产生的载荷（N）；

n：垫铁组的组数；

R：基础或地坪混凝土的抗压强度（Mpa），可取混凝土设计强度。

MSA还原氢化车间还原炉单重5500kg，即设备等加在垫铁组上的载荷Q₁为5500kg 9.8N/kg=53900N；垫铁组最小面积为300mm 250mm=75000 mm²；组数为8组；地脚螺栓规格为M30，地脚螺栓拧紧时在垫铁组上产生的载荷Q₂可取地脚螺栓拧紧后所产生的轴向力，对照表3.1 Q235钢地脚螺栓的拧紧力矩及轴向拉力可知轴向拉力为55000N；C30混凝土浇注基础，取抗压强度R为最小值30 Mpa。

代入数据：

可得安全系数C≤1.65。

表3.1：Q235钢地脚螺栓的拧紧力矩及轴向拉力

C=1.65仅就一般垫铁而言是允许的，在1.5-3的范围内；但重型、运行速度高和要求安装精度高、抗振动性能高的设备工程中安全系数C值取2.3以上才是符合要求的。

3.1.2根据计算,监理部要求施工单位对方案进行如下调整：

（1）增大垫铁组面积，同样根据上述计算公式，取安全系数C=2.3，可得垫铁组面积应大于104363mm²,避免因垫铁组面积过小导致基础混凝土局部受压过大而压裂；

（2）增加垫铁组数，同上计算得出n=11.132，应取n=12，即12组垫铁，可在设备底座有接缝处的两侧增设垫铁组。

3.2垫铁材料验收

3.2.1对垫铁的材质证明书及合格证进行查验，垫铁材质必须满足要求，特殊要求时一般情况采用Q235钢板加工。

3.2.2垫铁规格符合技术要求，设备垫铁有特殊要求的，根据设计或设备技术文件规定。

3.2.3垫铁表面应光洁，加工精度必须满足相关技术要求、垫铁无表面无锈蚀，无毛刺，无凹陷、焊瘤等缺陷。

3.2.4验收完毕后签认材料报验申请。

3.3基础验收

3.3.１监理应组织土建单位及设备安装单位对基础外型尺寸及外观质量的检查以及基础的标高基准线、横轴和纵轴中心线进行复核，满足表3.2 混凝土结构外观及尺寸偏差质量标准。

表3.2：混凝土结构外观及尺寸偏差质量标准

3.3.2相应的建筑/构筑物上应标有坐标轴线。

3.3.3设计要求需做沉降观测的设备基础应有沉降观测水准点。

3.3.4预留地脚螺栓孔内的杂物应清除干净，做好设备基础预留孔的保护工作。

3.3.5基础验收完成后监理应组织土建单位将基础移交设备安装单位并办理移交手续。

3.4设备开箱

3.4.1设备开箱检验应有业主设备处，工程处，监理，施工单位等单位派人参加，按照装箱清单进行查阅，确认出厂质量证明文件，检验结果与装箱单数量一样，表面无破损、擦伤等，即可签字认可。

3.4.2设备及备件、附件以及技术文件等清点、验收合格后，应登记并妥善保管。

3.4.3板式换热设备安装前,板片或零部件间的保护材料,不得拆除，不锈钢不得与碳钢设备和碳钢材料接触混放。

图3.1：还原炉设备开箱图

3.5安装垫铁

3.5.1垫铁安装前,应对基础表面进行修整,需要灌浆的基础表面必须凿成麻面,同时铲平研磨放置垫铁及周边50mm范围内的混凝土表面以及被油污染的混凝土,监理应对研磨好的接触面进行验收，允许的水平偏差为2mm/m ,且应与垫铁接触良好。

图3.2：基础混凝土铲平研磨图

3.5.2垫铁布置：斜垫铁应成对使用并相向使用，搭接长度不得小于全长的3/4，偏斜角不超过3⁰；斜垫铁下面应配有平垫铁；大型设备主要负荷或有连续振动的设备的垫铁组，宜使用平垫铁。

每一垫铁组块数以不超过五块为宜，尤其对于大型、重型设备尽量不用薄垫铁；放置平垫铁时，最厚的放在最下面，最薄的居中放置。在设备基础标高的检测验收中，通过对基础表面以及工艺设计标高的测量情况进行偏差分析，根据实际标高计算垫铁所需的总厚度及各块垫铁的厚度情况，以达到每组垫铁的数量不超过五块的安装要求。

垫铁组应放置在靠近地脚螺栓和底座主要受力部位的下方，要保证放稳且不影响灌浆。相邻的两垫铁组之间的距离应在５００～１０００ｍｍ范围内，并保证每一垫铁组放置整齐平整、接触良好，并应提前清除垫铁表面的油污。

3.6一次灌浆

设备吊装就位后进行设备粗调，当设备初步调平后，需要进行地脚螺栓灌浆，即一次灌浆，灌浆时，监理人员需现场旁站，主要是确保灌浆的密实度及保证地脚螺栓的垂直度。

图3.3：还原炉底座一次灌浆结束图

3.7精调找正

3.7.1一次灌浆完成后待混凝土达到设计强度的75%后可以进行精调找正，精调找正一般通过调整斜垫铁及加减开口垫底完成。精调完成后应组织监理工程师及建设单位现场代表进行验收。

3.7.2设备的找正、找平应按基础上的安装基准线（中心标高、水平标记）对应设备上的基准测点进行调整和测量。

图3.4：还原炉精调找正现场验收图

3.7.3监理工程师应按照施工方案中垫铁的安装位置图检查垫铁的安装位置是否准确，应检查每一垫铁组是否放置整齐平稳，接触良好。设备调平后，每组垫铁均应压紧，检查方法一般应用手锤逐组轻击听音检查。对高速运转的设备应当采用0.05mm塞尺检查垫铁之间及垫铁与底座面之间的间隙,在垫铁同一断面处以两侧塞入的总长度和不超过垫铁长度或宽度的1/3为合格。

设备调平后，垫铁端面应露出设备底面外缘。平垫铁宜露出10～30mm;斜垫铁宜露出10～50mm。垫铁组伸入设备底座底面的长度应超过设备地脚螺栓的中心。

3.7.4精调找正结束验收合格后应拧紧地脚螺栓螺帽，并将各垫铁相互用点焊焊牢，点焊部位为不少于二个方位的侧面，非端头，每条接缝上点焊2～3点，每点长5～8mm，点焊高度2～3mm。

3.8二次灌浆

灌浆前，清洁灌浆处并润透，灌浆一般用细、碎石混凝土，标号至少比基础混凝土的标号高一级。设备灌浆应一次完成，不得分次浇灌，并捣固密实。捣固时严禁触碰到地脚螺栓使之歪斜或影响设备的安装精度。设备外缘灌浆层的抹面应平整美观，上表面应略有向外的坡度，高度应略低于设备底座底板边缘的上表面。现场如使用的是成品灌浆料，可不添加其它材料，适量掺入干净的水，使用方便电动搅拌器搅匀，即流动就可进行灌浆。

图3.5：还原炉二次灌浆前模板施工完成图

3.9验收过程中发现的问题及监理工程师的处理要求及建议

3.9.1还原炉在验收过程中依然出现部分垫铁安装常见的质量通病，包括：

（1）垫铁组安装前没有对基础混凝土进行铲平研磨，垫铁与基础混凝土接触面不平整，可能影响垫铁组的受力及减震效果。

（2）有些垫铁组没有放置在靠近地脚螺栓的两侧，而是放置在两个地脚螺栓之间，可能导致设备底座变形甚至是地脚螺栓因受到侧向力而变形断裂，严重的损失了原有的紧固力。

（3）斜垫铁没有成对放置、造成调平允许公差大于规范要求。

（4）薄垫铁没有放在中间、垫铁组超过五块等安装问题，因此必然导致振动加剧。

3.9.2针对以上质量问题，监理工程师下发了监理通知提出了下列要求及建议:

（1）确保垫铁组放置在靠近地脚螺栓和底座主要受力部位下方，螺栓两侧各放一组，间距控制在500mm-1000mm之间；

（2）确保斜垫铁成对放置，安放时，保证斜垫铁与设备底座之间的接触面积。工程监理过程中，我们经常发现平垫铁的尺寸是足够的，但是斜垫铁与设备底座之间的接触面积却不够，这样就会造成整个垫铁组最小面积的减小，从而导致安全系数C过小而不能承受设备和振动载荷的情况。因此，我们要求施工单位配对斜垫铁的搭接长度不应小于全长的3/4，且其相互间的偏斜角度α不大于3°。

（3）此类承受较大荷载或有连续振动的设备，宜使用平垫铁。每一垫铁组的块数不宜超过5块，放置平垫铁时，厚的宜放在下面，薄的宜放在中间且厚度不宜小于2mm，并应将各垫铁相互用定位焊焊牢。

（4）后续类似设备建议现场改为座浆法放置垫铁施工，坐浆法是在基础上用高强度微膨胀混凝土预埋垫铁，通俗的说就是在垫铁和基础之间座入混凝土砂浆或者直接使用成品座浆料。垫铁的标高可根据设备标高测定，水平度不宜超过0.1/1000。在放置正式垫铁组前先磨平并用水冲净放置垫铁组位置的基础表面，并清除积水。当基础达到设计强度的75%以上时，再将机器就位，并用垫铁组调平。坐浆法可减少垫铁数量，节省钢材，并与基础有更好的结合，提高了垫铁的稳定性，同时能把上方设备载荷均匀的传给基础，其力学要求与垫铁法相同。

4.结束语

现场监理工作中，监理工程师通过对施工组织设计及施工方面的建议措施，在设计上能够增大垫铁安装的安全系数、确保地脚螺栓紧固力等垫铁安装在力学上的设计不到位以规避设备底座变形、基础混凝土压裂、压碎带来振动加剧等问题；通过现场的严格检查验收，同时有效的避免了因施工不规范导致的垫铁安装质量不达标进而影响基础受力以及设备运行的情况。设备投产后运行稳定，成功达产达标。

合理可靠地对垫铁最小面积、组数进行设计，对地脚螺栓规格、基础混凝土的强度等级、安全系数等的选取以及规范的现场施工能够有效控制设备振动，减小微振，对于保证多晶硅结晶产品产出或精加工及切片厂房的加工精度是有益的，同时能够提升设备以及厂房的安全性、稳定性，因此，应对垫铁的安装质量引起足够的重视。

参考文献：

[1] GB 50010-2015 《混凝土结构设计规范》

[2] GB 50231-2017 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》

[3] GB 50205—2017 《钢结构工程施工质量验收规范》

[4] HG 20203-2017 《化工机器安装工程施工及验收通用规范》

[5] GB 50472-2017 《电子工业洁净厂房设计规范》

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