德国曼透平空压机组无应力配管综合项目施工基本工艺.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、重要内容及合用范畴 1
二、引用原则 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、重要内容及合用范畴
本工艺是依照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（包括空压机、汽轮机、增压机）无应力配管安装工程为例编制而成。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出入口管道较多，某些管径大，配管技术规定高，安装质量及管道内部清洁度规定也较严格，施工难度非常大。为避免因管道附着应力对空压机组运营时产生位移或振动，进而影响机器正常运转，因此其出入口管道安装时必要进行无应力配管，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，按照规范规定，管道与机组连接前，应在自由状态下，检查法兰平行度和同心度（也就是普通所说管道无应力连接），容许偏差如下表：
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
相对于规范规定，曼透平公司对于不同规格法兰平行度有更加明确规定，而对于法兰同心度则规定所有法兰连接螺栓可以自由穿过螺栓孔，详细规定详见附表1-1《曼透平规定法兰平行度容许偏差值》。
由于与空压机组连接管道较多，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困难，解决问题办法以及施工工序进行简要论述，因而总结空压机组无应力配管施工工艺，以供参照学习，指明局限性，以便在后来类似工作中能顺利进行。
本工艺合用于与动设备连接管道无应力安装。
二、引用原则
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》
曼透平公司有关技术规定
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规定无应力连接最大管径为DN1600，如下图1-1：

图1-1 空压机入口管道轴侧图
1.2施工规定：法兰面平行度容许最大偏差值为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，因而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，则容许最大间距偏差为404.8mm。
1.3测量办法：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可以自由穿过。
1.4调节手段：调节支架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解决，保证管道内部清洁度；
1.5.2管道进行整体测量、预制，预留与空压机连接法兰；
1.5.3支架及管道安装，接近空压机入口侧支架391J001（如图1-1）采用暂时支架代替，以便入口法兰焊接完毕后进行精找。
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长丝杆（长度约450mm），用来调节法兰面间距、控制焊接应力变形，同步也能有效保证法兰面同心度（如下图1-2）。用加工长丝杆将入口法兰与空压机法兰连接（通过调节管道同心度保证每根丝杆可以自由穿过螺栓孔），每根丝杆安顿3个锁紧螺母，1个靠紧空压机法兰，此外2个放置于入口法兰两侧。调节法兰面间距，控制在404mm（最大间距不大于404.8mm）后将法兰点焊牢固，并将3个锁紧螺母锁紧。

图1-2 安装长丝杆调节法兰面间距、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，且采用是平焊法兰，因而对焊接工艺规定比较高。此处咱们采用分多段（法兰内、外侧分别提成40段）对称交错焊接，先焊接法兰内侧再焊接法兰外侧，焊接同步注意检查法兰面间距及螺栓自由松动状况，当变形量过大时必要停止焊接，及时调节焊接位置、顺序、时间和速度，直至焊接完毕后保证在规定范畴内。
1.5.6法兰焊接完毕后拆除连接丝杆，安装支架391J001（安装位置如图1-1），通过调节支架391J001再次对法兰面进行最后调节，保证法兰面间距及同心度在规定范畴内（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后间距检查
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℃）最高管线，如下图2-1：

图2-1 汽轮机高压过热蒸汽管调节段轴测图
2.2施工规定：法兰面平行度容许最大偏差值为0.25mm，所有连接螺栓应顺利垂直通过法兰螺栓孔。管道系统与汽轮机最后连接时，汽轮机位移值应不大于0.05mm。
2.3测量办法：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可以自由穿过。
2.4调节手段：运用千斤顶、定位顶丝及调节弹簧支吊架。
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
管段检查

管段焊口检查合格，管内用人工清理干净达到规定

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

焊口检查合格管内清洁干净

水平段与横管段弹簧吊架、可调支架安装

复测调节机组同心度

立管段调节、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

暂时性支吊架拆除

调节弹簧吊架、可调支架

主进气口管与汽轮机最后连接紧固

机组同心度最后复测承认

管道吹扫合格保证清洁度

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）管段用作调节。
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，安装完毕后弹簧限位销暂不拆除），拆除调节段（如图2-1）以外管道暂时支架。
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立在汽轮机本体上，而是运用厂房内检修行车挂带两个提高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垫片厚度为5mm，因而汽轮机法兰与立管法兰间隙不得不大于5mm，但不能超过5.25mm（容许偏差0.25mm）；
2.5.4.3汽轮机主体法兰与立管侧法兰螺栓孔必要垂直对中，容许错位量应当控制在所有连接螺栓可以自由穿入；
2.5.4.4运用支架VPR01（位置如图2-1）限位框架对称放置4个5t千斤顶对上下法兰间隙及同心度进行初步找正以达到规定范畴内（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立管段找正完毕后将其支撑、固定牢固。
2.5.5调节段（如图2-1中管口1—9#管段）之间立管段、横管段与水平段管道定位、组对及拼接。此管段组对拼接是保证管线对汽轮机不产生应力核心，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不平行度和同心度，因而此管段组对拼接按如下方式进行：
2.5.5.1横管段与水平段管线定位安装必要以立管为基准，横管段与立管段应先进行预组对，调节好组对焊口，保证管口四周间隙均匀和错边量符合规范规定；
2.5.5.2 7#管口（如图2-1中绿色标记管口）组相应考虑焊接受缩时对5#管口（如图2-1中绿色标记管口）影响，因而组对5#管口时对横管段相反侧预留少量错边量约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）焊接完毕后，应检查5#管口对口变化状况，检查汽轮机与立管法兰面平行度及插入螺栓能否自由松动，如不符合规定则必要调节至规定范畴内；
2.5.5.4在汽轮机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径向、轴向位移状况；
2.5.5.5原则上最后组对管口定位为横焊焊口（也就是图2-1中5#管口），以减少焊接变形。5#管口点焊、焊接由2名焊工同步对称交错进行，焊接时两人焊接电流和速度应基本一致。进行点焊、焊接同步应实时测量汽轮机与立管法兰面平行度及螺栓自由松动状况，并监视装在汽轮机上百分表读数变化，如果以上三个方面变化数值超过规定范畴必要停止焊接，分析查明因素，及时调节焊接位置、顺序、时间和速度，进一步调节因焊接应力产生变形，保证在焊接完毕后各项值都在容许范畴内，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拆除法兰面导向用连接螺栓及所有弹簧支吊架限位销，并把支吊架弹簧调节至设计负载值。拆除用于初步找正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），如果不满足规定则通过调节支架VPR01、VPR02（位置如图2-1）以保证其在容许偏差内。

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后检查
2.5.7管线与汽轮机最后连接紧固：
2.5.7.1在汽轮机上设立6块百分表，分别设立在汽轮机先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径向、轴向及上下位移状况；
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润滑脂，防止在高温运营中螺栓烧结、卡死，以便后来拆除；
2.5.7.3安装垫片及螺栓，运用曼透平提供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，紧固力矩最后达到7800N.m（满足此紧固力矩后，运营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，如读数超过范畴（位移值应不大于0.05mm）应停止紧固，分析应力方向，调节可调支架，消除应力后再继续紧固，直到紧固完毕。
2.5.8螺栓紧固完毕后，再次复测汽轮机组同心度，确认配管无应力附加在汽轮机组上。
2.5.9管道吹扫：依照曼透平公司规定吹管系数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）拟定管道吹扫时靶板位置蒸汽压力、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无应力配管和汽轮机高压过热蒸汽配管施工工艺大体相似，但增压机与冷却器之间管线较多且管线上可供调节支架很少，因而是本装置进行无应力配管调节难度系数最大工作，配管图详见附表2-1《增压机与冷却器之间连接管》。
3.2施工规定：所有增压机法兰与管道法兰面平行度规定详见附表1。
3.3测量办法：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可以自由穿过。
3.4调节手段：调节支吊架、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依照管道单线图进行管道预制，预留管道水平和垂直转向点用于调节；
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，预留增压机侧法兰短管用于调节。由于管线111、121等完全没有设计支架，安装时设立了暂时支架，但暂时支架设立对于后来法兰面调节导致了很大困难。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似厚度暂时垫片），调节好已安装管线与法兰短管组对焊口，保证管口四周间隙均匀和错边量符合规范规定，然后点焊牢固。
3.5.4拆除增压机侧法兰短管连接螺栓，对已安装管线与法兰短管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管线安装及初步找正完毕后整体拆除，然后进行单根试压及化学清洗：
3.5.5.1化学清洗一方面采用是单根浸泡酸洗方式，酸洗后管道内壁比较干净，但是在中和、钝化过程中浮现了泛黄、返锈现象（如下图3-1），不能满足曼透平公司对管道清洁度规定。并且清洗速度缓慢，清洗原材料挥霍量大。

图3-1 管道内壁中和、钝化过程中浮现了泛黄、返锈现象
3.5.5.2通过查阅有关资料及借鉴经验，更改了化学清洗工艺，将几根管道串联密闭，运用循环泵将酸洗液、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毕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，以达到良好清洗效果，如图3-2。

图3-2 化学清理过后管道（法兰面锈黄用酸洗及钝化液擦拭干净）
3.5.6管道化学清洗完毕后整体进行回装。对于拆除了暂时支架管道，在回装后管道与增压机法兰面平行度和同心度浮现了较大偏差，这是由于整条管线没有设计支架，在先前安装时采用了暂时支架支撑管道而没有考虑到管道自重，当暂时支架拆除后管道就自然下垂导致了较大偏差，对于这个问题咱们采用了如下办法进行重新校正:
3.5.6.1运用手拉葫芦对法兰面偏差进行反向侧拉，并用热解决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），用以调节法兰面偏差，但此办法效果不明显；后经得曼透平公司现场工程师批准，将热解决仪加热改成火焰烘烤加热方式，由于加热速度和冷却速度比热解决仪快，因而获得了较为明显效果。

图3-3 热解决仪加热弯头转向部位
3.5.6.2对于偏差较小法兰面，通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）进行重新焊接方式，运用焊接热应力进行法兰面微调节，焊接同步注意实时检查法兰面偏差。
3.5.6.3对于偏差较大法兰面，只能将就近焊口切割，重新对口焊接，以满足规定。
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编制进出口管线安装工艺，根据设计单线图将焊口进行编号排序，依照现场状况对的选取配管工作先后顺序。
4.3管道安装应尽量采用正式支吊架，减少暂时支吊架。对于设立暂时支吊架管道应充分考虑暂时支吊架拆除后管道自重等因素对调节好法兰面影响。
4.4法兰面调节：
4.4.1运用管道水平和垂直转向点，调节管道法兰与机组法兰轴向偏差。
4.4.2运用管道组合件法兰短管，调节法兰与机组法兰径向偏差。
4.4.3运用管道可调支吊架，调节管道法兰与组法兰平行度和同心度。
4.5最后一种固定焊口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影响，实时检查法兰面平行度、同心度及设备位移状况。
4.6管道与机组连接螺栓紧固，应对称交错进行，螺栓紧固力应按初拧紧和终拧紧来完毕。紧固必要一组组地进行，不容许两组或多组同步进行。在螺栓紧固过程中须实时监视机组位移状况。
4.7与机组连接所有管道安装完毕后，须对机组同心度进行复测，并满足规定。

附表1-1 曼透平规定法兰平行度容许偏差值

附表2-1 增压机与冷却器之间连接管