德国曼透平空压机组无应力配管施工工艺样本.doc

德国曼透平空压机组无应力配管施工工艺

编制: 胡晶
湖南省工业设备安装有限公司四分公司
二O一四年十二月

目 录

一、 主要内容及适用范围 1
二、 引用标准 1
三、 施工工艺过程 2
1、 空压机入口管道安装 2
2、 汽轮机高压过热蒸汽配管 4
3、 增压机配管 9
4、 无应力配管施工工艺总结 11

一、 主要内容及适用范围
本工艺是根据青海盐湖股份有限公司空分装置土建安装项目中空气压缩机组( 包含空压机、 汽轮机、 增压机) 无应力配管安装工程为例编制而成的。本工程空气压缩机组由德国曼透平公司整套供货, 设计与空压机组连接的出入口管道较多, 部分管径大, 配管技术要求高, 安装质量及管道内部清洁度要求也较严格, 施工难度非常大。为避免因管道附着应力对空压机组运行时产生位移或振动, 进而影响机器正常运转, 因此其出入口管道安装时必须进行无应力配管, 这对于空压机组尤为重要。
青海盐湖股份有限公司空分装置土建安装项目中空气压缩机组设计转速为4290r/min, 按照规范要求, 管道与机组连接前, 应在自由状态下, 检查法兰的平行度和同心度( 也就是一般所说的管道无应力连接) , 允许偏差如下表:
机器转速( r/min)
平行度( mm)
同心度( mm)
＜3000
≤0.40
≤0.80
3000～6000
≤0.15
≤0.50
＞6000
≤0.10
≤0.20
相对于规范要求, 曼透平公司对于不同规格的法兰平行度有更加明确的要求, 而对于法兰同心度则要求所有法兰连接螺栓能够自由穿过螺栓孔, 具体要求详见附表1-1《曼透平要求法兰的平行度允许偏差值》。
因为与空压机组连接的管道较多, 下面就空压机入口管道, 汽轮机高压过热蒸汽管道, 增压机至冷却器连接管道在施工过程中遇到的困难, 解决问题的方法以及施工工序进行简明叙述, 因而总结空压机组无应力配管的施工工艺, 以供参考学习, 指明不足, 以便在以后类似的工作中能顺利进行。
本工艺适用于与动设备连接管道的无应力安装。
二、 引用标准
GB50235- 《工业金属管道工程施工规范》
GB/T20801- 《压力管道规范 工业管道》
GB50184- 《工业金属管道工程质量验收规范》
GB50236- 《现场设备、 工业管道焊接工程施工规范》
GB50683- 《现场设备、 工业管道焊接工程施工及验收规范》
SH3501- 《石油化工有毒、 可燃介质钢制管道工程施工及验收规范》
曼透平公司相关技术要求
三、 施工工艺过程
1、 空压机入口管道安装
1.1本工艺中空压机入口管道要求无应力连接的最大管径为DN1600, 如下图1-1:

图1-1 空压机入口管道轴侧图
1.2施工要求: 法兰面平行度允许最大偏差值为0.8mm。由于空压机入口法兰与设备口法兰之间采用膨胀节连接, 因此将法兰面平行度测量改为测量入口管法兰与设备口法兰之间间距, 设计间距为400mm, 两侧垫片厚度2mm, 则允许最大间距偏差为404.8mm。
1.3测量方法: 法兰面间距采用内径千分尺, 四点对称测量; 同心度检查方式为所有法兰连接螺栓能够自由穿过。
1.4调整手段: 调整支架391J001及空压机入口法兰( 如图1-1红色标记部位) 。
1.5施工工艺
1.5.1管道安装前先对内部进行喷砂处理, 保证管道内部清洁度;
1.5.2管道进行整体测量、 预制, 预留与空压机的连接法兰;
1.5.3支架及管道安装, 靠近空压机入口侧的支架391J001( 如图1-1) 采用临时支架替代, 以便入口法兰焊接完成后进行精找。
1.5.4安装入口法兰: 预先加工16根与法兰连接螺栓等规格的长丝杆( 长度约450mm) , 用来调整法兰面间距、 控制焊接应力变形, 同时也能有效的保证法兰面的同心度( 如下图1-2) 。用加工的长丝杆将入口法兰与空压机法兰连接( 经过调整管道同心度保证每根丝杆能够自由穿过螺栓孔) , 每根丝杆安置3个锁紧螺母, 1个靠紧空压机法兰, 另外2个放置于入口法兰两侧。调整法兰面间距, 控制在404mm( 最大间距小于404.8mm) 后将法兰点焊牢固, 并将3个锁紧螺母锁紧。

图1-2 安装长丝杆调整法兰面间距、 控制焊接应力变形
1.5.5法兰焊接: 由于入口法兰规格较大, 且采用的是平焊法兰, 因此对焊接工艺要求比较高。此处我们采用分多段( 法兰内、 外侧分别分成40段) 对称交错焊接, 先焊接法兰内侧再焊接法兰外侧, 焊接同时注意检查法兰面间距及螺栓自由松动情况, 当变形量过大时必须停止焊接, 及时调整焊接位置、 顺序、 时间和速度, 直至焊接完成后保证在要求范围内。
1.5.6法兰焊接完成后拆除连接丝杆, 安装支架391J001( 安装位置如图1-1) , 经过调整支架391J001再次对法兰面进行最终调整, 确保法兰面间距及同心度在要求范围内( 如下图1-3) 。

图1-3 曼透平现场工程师对空压机入口法兰面进行最终间距检查
2、 汽轮机高压过热蒸汽配管
2.1本工艺中汽轮机高压过热蒸汽管安装是本装置设计压力( 9.8Mpa) 及温度( 540℃) 最高的管线, 如下图2-1:

图2-1 汽轮机高压过热蒸汽管调整段轴测图
2.2施工要求: 法兰面平行度允许最大偏差值为0.25mm, 所有连接螺栓应顺利垂直经过法兰螺栓孔。管道系统与汽轮机最终连接时, 汽轮机位移值应小于0.05mm。
2.3测量方法: 法兰面平行度采用塞尺, 四点对称测量; 同心度检查方式为所有法兰连接螺栓能够自由穿过。
2.4调整手段: 利用千斤顶、 定位顶丝及调整弹簧支吊架。
2.5施工工艺
2.5.1施工工艺流程如下图2-2。
施工准备

图纸资料
机具材料

技术交底

管段预制安装
管段检验

管段焊口检查合格, 管内用人工清理干净达到要求

立管吊装、 就位

立管法兰与汽轮机法兰找正, 找平, 汽轮机主体不受力, 立管段支撑, 固定

横管段与立管段管口预组对、 拼接

水平段与横管段管口组对拼接

水平段与横管段拼接

焊口检验合格管内清洁干净

水平段与横管段弹簧吊架、 可调支架安装

复测调整机组同心度

立管段调整、 与横管段组对

5#由焊口两名焊工对称均匀焊接, 控制焊接变形

临时性支吊架拆除

调整弹簧吊架、 可调支架

主进气口管与汽轮机最终连接紧固

机组同心度最终复测认可

管道吹扫合格确保清洁度

图2-2 汽轮机高压过热蒸汽管安装施工工艺流程图
2.5.2管道按设计单线图从外部预制及安装至汽轮机端, 预留管口1—9#( 如图2-1) 的管段用作调整。
2.5.3安装正式管道支吊架( 厂房内高压过热蒸汽管道支吊架均为弹簧吊架, 安装完成后弹簧限位销暂不拆除) , 拆除调整段( 如图2-1) 以外的管道临时支架。
2.5.4吊装管口1—5#( 如图2-1) 间立管, 定位、 拼接
2.5.4.1由于立管安装空间狭小, 吊装受限, 应特别注意不能把吊点设置在汽轮机本体上, 而是利用厂房内检修行车挂带两个提升葫芦将立管从下部往上吊至离汽轮机法兰口5～10mm位置, 吊装过程中不得使汽轮机主体上附加重量和应力;
2.5.4.2立管法兰与汽轮机连接法兰之间的垫片厚度为5mm, 因而汽轮机法兰与立管法兰间隙不得小于5mm, 但不能超过5.25mm( 允许偏差0.25mm) ;
2.5.4.3汽轮机主体法兰与立管侧法兰的螺栓孔必须垂直对中, 允许错位量应该控制在所有的连接螺栓能够自由穿入;
2.5.4.4利用支架VPR01( 位置如图2-1) 的限位框架对称放置4个5t千斤顶对上下法兰的间隙及同心度进行初步找正以达到要求范围内( 如下图2-3、 2-4) , 插入连接螺栓, 但螺栓不能拧紧, 只作对中导向用, 不能承受立管段重量;

图2-3 支架VPR01及限位框架示意图

图2-4 立管找正示意图
2.5.4.5立管段找正完成后将其支撑、 固定牢固。
2.5.5调整段( 如图2-1中管口1—9#的管段) 之间的立管段、 横管段与水平段管道的定位、 组对及拼接。此管段的组对拼接是保证管线对汽轮机不产生应力的关键, 特别是5#管口( 如图2-1中绿色标记管口) 直接影响到立管段和汽轮机法兰面之间的不平行度和同心度, 因而此管段的组对拼接按以下方式进行:
2.5.5.1横管段与水平段管线定位安装必须以立管为基准, 横管段与立管段应先进行预组对, 调整好组对焊口, 确保管口四周间隙均匀和错边量符合规范要求;
2.5.5.2 7#管口( 如图2-1中绿色标记管口) 的组对应考虑焊接收缩时对5#管口( 如图2-1中绿色标记管口) 的影响, 因此组对5#管口时对横管段相反侧预留少许错边量约1～2mm, 对7#管口进行组对焊接;
2.5.5.3待7#管口( 如图2-1中绿色标记) 焊接完成后, 应检查5#管口的对口变化情况, 检查汽轮机与立管法兰面的平行度及插入的螺栓能否自由松动, 如不符合要求则必须调整至要求范围内;
2.5.5.4在汽轮机的两侧支座和轴向支腿上分别架设4块百分表, 以便实时监察焊接应力对汽轮机产生的径向、 轴向位移情况;
2.5.5.5原则上最后组正确管口定位为横焊焊口( 也就是图2-1中的5#管口) , 以减少焊接变形。5#管口的点焊、 焊接由2名焊工同时对称交错进行, 焊接时两人的焊接电流和速度应基本一致。进行点焊、 焊接的同时应实时测量汽轮机与立管法兰面的平行度及螺栓的自由松动情况, 并监视装在汽轮机上的百分表读数变化, 如果以上三个方面的变化数值超出要求范围必须停止焊接, 分析查明原因, 及时调整焊接位置、 顺序、 时间和速度, 进一步调整因焊接应力产生的变形, 保证在焊接完成后各项值都在允许范围内, 如下图2-5。

图2-5 5#焊口对称交叉焊接位置示意图
2.5.6拆除法兰面导向用的连接螺栓及所有弹簧支吊架的限位销, 并把支吊架的弹簧调整至设计的负载值。拆除用于初步找正的4个千斤顶, 然后对汽轮机与立管法兰面平行度及同心度用进行复检( 如下图2-6) , 如果不满足要求则经过调整支架VPR01、 VPR02( 位置如图2-1) 以保证其在允许偏差内。

图2-6 曼透平现场工程师对法兰面平行度及同心度进行最终检查
2.5.7管线与汽轮机的最终连接紧固:
2.5.7.1在汽轮机上设置6块百分表, 分别设置在汽轮机前后两端支座与挠性支腿之间及转子与气缸之间, 以便实时监视螺栓紧固过程中对汽轮机产生的径向、 轴向及上下位移情况;
2.5.7.2清洗连接螺栓及螺母, 然后将螺栓和螺母涂上耐高温的润滑脂, 防止在高温运行中螺栓烧结、 卡死, 方便以后拆除;
2.5.7.3安装垫片及螺栓, 利用曼透平提供的专用液压套筒扳手紧固螺栓, 紧固应对称交错进行, 紧固力应按初拧紧和终拧紧来达到, 紧固力矩最终达到7800N.m( 满足此紧固力矩后, 运行过程不需再对螺栓进行热态紧固) 。在螺栓紧固过程中须实时监视百分表, 如读数超出范围( 位移值应小于0.05mm) 应停止紧固, 分析应力方向, 调整可调支架, 消除应力后再继续紧固, 直到紧固完毕。
2.5.8螺栓紧固完成后, 再次复测汽轮机组的同心度, 确认配管无应力附加在汽轮机组上。
2.5.9管道吹扫: 根据曼透平公司要求的吹管系数K=( 吹管蒸汽流量2×吹管时蒸汽比容) /( 额定负荷流量2×额定负荷时蒸汽比容) ( 1.2≤K≤1.7) 确定管道吹扫时靶板位置的蒸汽压力、 温度及流量, 直至3次打靶合格。
3、 增压机配管
3.1增压机与冷却器之间的无应力配管和汽轮机高压过热蒸汽配管的施工工艺大致相似, 但增压机与冷却器之间的管线较多且管线上可供调整的支架很少, 因而是本装置进行无应力配管调整难度系数最大的工作, 配管图详见附表2-1《增压机与冷却器之间的连接管》。
3.2施工要求: 所有增压机法兰与管道法兰面平行度要求详见附表1。
3.3测量方法: 法兰面平行度采用塞尺, 四点对称测量; 同心度检查方式为所有法兰连接螺栓能够自由穿过。
3.4调整手段: 调整支吊架、 连接法兰、 加热冷却变形及焊接应力控制。
3.5施工工艺
3.5.1根据管道单线图进行管道预制, 预留管道的水平和垂直转向点用于调整;
3.5.2支吊架按设计图纸制作、 安装就位;
3.5.3管线从冷却器侧开始安装至增压机侧, 预留增压机侧的法兰短管用于调整。由于管线111、 121等完全没有设计支架, 安装时设置了临时支架, 但临时支架的设置对于以后的法兰面调整造成了很大困难。将增压机侧法兰短管装配到增压机上( 垫片采用与正式垫片相同厚度的临时垫片) , 调整好已安装管线与法兰短管的组对焊口, 确保管口四周间隙均匀和错边量符合规范要求, 然后点焊牢固。
3.5.4拆除增压机侧法兰短管的连接螺栓, 对已安装管线与法兰短管的焊口焊接采用同汽轮机高压蒸汽管道5#( 如2.5.5.5所示) 焊口同样的方式进行, 并实时监测法兰面平行度及同心度。
3.5.5增压机至冷却器之间的管线安装及初步找正完成后整体拆除, 然后进行单根试压及化学清洗:
3.5.5.1化学清洗首先采用的是单根浸泡酸洗的方式, 酸洗后的管道内壁比较干净, 可是在中和、 钝化的过程中出现了泛黄、 返锈的现象( 如下图3-1) , 不能满足曼透平公司对管道清洁度的要求。而且清洗速度缓慢, 清洗原材料浪费量大。

图3-1 管道内壁中和、 钝化的过程中出现了泛黄、 返锈的现象
3.5.5.2经过查阅相关资料及借鉴经验, 更改了化学清洗工艺, 将几根管道串联密闭, 利用循环泵将酸洗液、 中和液、 钝化液在管道中进行强制循环, 整个化学清洗过程一次性完成且在清洗过程中不让管道内壁与空气结合再次发生氧化生锈, 以达到良好的清洗效果, 如图3-2。

图3-2 化学清理过后的管道( 法兰面的锈黄用酸洗及钝化液擦拭干净)
3.5.6管道化学清洗完成后整体进行回装。对于拆除了临时支架的管道, 在回装后管道与增压机的法兰面平行度和同心度出现了较大的偏差, 这是因为整条管线没有设计支架, 在先前安装时采用了临时支架支撑管道而没有考虑到管道的自重, 当临时支架拆除后管道就自然下垂造成了较大偏差, 对于这个问题我们采用了以下方法进行重新校正:
3.5.6.1利用手拉葫芦对法兰面的偏差进行反向侧拉, 并用热处理仪对水平或垂直转向位置进行局部加热后自然冷却( 如下图3-3) , 用以调整法兰面偏差, 但此方法效果不明显; 后经得曼透平公司现场工程师同意, 将热处理仪加热改成火焰烘烤的加热方式, 由于加热速度和冷却速度比热处理仪快, 因而取得了较为明显的效果。

图3-3 热处理仪加热弯头转向部位
3.5.6.2对于偏差较小的法兰面, 经过打磨法兰短管局部焊缝( 注意不要将焊缝割穿以免杂物落入管内和设备内) 进行重新焊接的方式, 利用焊接的热应力进行法兰面的微调整, 焊接的同时注意实时检查法兰面偏差。
3.5.6.3对于偏差较大的法兰面, 只能将就近的焊口切割, 重新对口焊接, 以满足要求。
4、 无应力配管施工工艺总结
4.1配管前, 机组应找平、 找正、 固定并验收合格。
4.2编制进出口管线的安装工艺, 依据设计的单线图将焊口进行编号排序, 根据现场情况正确选择配管工作的先后顺序。
4.3管道安装应尽量采用正式支吊架, 减少临时支吊架。对于设置临时支吊架的管道应充分考虑临时支吊架拆除后管道自重等因素对调整好法兰面的影响。
4.4法兰面的调整:
4.4.1利用管道的水平和垂直转向点, 调整管道法兰与机组法兰的轴向偏差。
4.4.2利用管道组合件的法兰短管, 调整法兰与机组法兰的径向偏差。
4.4.3利用管道的可调支吊架, 调整管道法兰与组法兰的平行度和同心度。
4.5最后一个固定焊口的焊接应采用多层焊接, 并应焊接均匀, 尽量减少焊接应力对法兰面的影响, 实时检查法兰面的平行度、 同心度及设备的位移情况。
4.6管道与机组的连接螺栓紧固, 应对称交错进行, 螺栓的紧固力应按初拧紧和终拧紧来完成。紧固必须一组组地进行, 不允许两组或多组同时进行。在螺栓紧固过程中须实时监视机组位移情况。
4.7与机组连接的所有管道安装完成后, 须对机组的同心度进行复测, 并满足要求。

附表1-1 曼透平要求法兰的平行度允许偏差值

附表2-1 增压机与冷却器之间的连接管