汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法与流程

本发明涉及大型空分汽轮机组高压蒸汽管道的安装技术领域，具体讲是一种大型空分汽轮机组高压蒸汽管道的整体试压、整体无应力配管施工方法。

背景技术：

空分是指对空气的分离，例如可以根据液氮和液氧的沸点不同分离氮气和氧气，包括膜分离、双塔精馏分离等，大小型或中小型空分可以采取不同的原理。而汽轮机是一种将蒸汽的热能转换成器械能的涡轮式机械，依靠着汽轮机的喷嘴使蒸汽膨胀后把热能转化成动能，之后再通过改变气流方向来使动能变成机械能。

高温、高压蒸汽推动着汽轮机转动，从而带动压缩机及增压机工作。其中，高压蒸汽管道的安装是该空分装置的重点、难点，其安装的好坏将直接影响汽轮机能否正常工作。如果安装不合格，蒸汽管道的应力就会传送至汽轮机，使已经安装完毕的汽轮机产生位移甚至变形，严重时，汽轮机设备口法兰与管道法兰密封不严，致使蒸汽泄漏。为此，在管道法兰与汽轮机设备口法兰对接时，不允许任何外力施加在汽轮机上。目前，现有大型空分汽轮机组的高压蒸汽管道在施工时，大多采用预留黄金焊口的方法来解决此问题，即通过预留黄金焊口的方式来作为最后的无应力配管调节余量，但是，高压蒸汽管道通常都安装在恒力弹簧支吊架上，且靠近汽轮机组主管上的弹簧支吊架就有6套，由于恒力弹簧支吊架不便于调整，从而给配管及试压带来相当大的难度，致使施工效率非常低，成本升高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其改变了传统预留黄金口的方法，大大提高施工进度和施工质量，同时也节约了大量的施工费用。

本发明的技术解决方案是，提供一种汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，包括如下步骤：

(1)施工准备

施工时用的所有原材料、电焊机、热处理机具、吊装索具必须检验合格，报验资料齐全，检查现场道路、场地、施工用电、搭设的脚手架作业平台是否满足施工要求，立管下料前，调整好各管道的水平度，现场对尺寸进行核对，做到准确无误，立管下料长度应扣除汽轮机设备口法兰与管道法兰之间的垫片厚度，管道组对前应检查坡口角度是否合格，坡口是否已着色合格；

(2)临时支架的制作和安装

制作第一临时支架和第二临时支架，每个临时支架均包括供立管穿过的通孔，各通孔的周壁上均装有若干顶丝，第一临时支架和第二临时支架均装在汽轮机设备口法兰下方的混凝土基础上，第一临时支架距汽轮机设备口法兰0.8～1.2m，第二临时支架距第一临时支架1.8～2.2m；

(3)制作专用吊装工具

专用吊装工具包括长形底板和两对吊耳，长形底板的两端均开设两个与管道法兰上的通孔相配的螺栓孔，两对吊耳中的其中一对吊耳位于长形底板左侧，并安装在长形底板长度的1/3位置处，另一对吊耳安装在长形底板右端；

(4)安装管道法兰

通过螺栓将管道法兰装在长形底板左侧的两个螺栓孔上，在长形底板右端吊装一个重量与管道法兰相同的物体，将行车的大、小钩头分别钩挂在两对吊耳上同时起吊，将管道法兰送到汽轮机设备口法兰下方的间隙里，利用4套临时螺栓和4mm厚的临时垫片来完成管道法兰与汽轮机设备口法兰的安装，测量该管道法兰与汽轮机设备口法兰的平行度和同心度，平行度偏差≤0.25mm，同心度偏差≤0.5mm；

(5)立管的吊装

在地面上将立管下部的105#和106#口焊接完成，并保证该立管的垂直度及防焊接变形的控制要求，及时对焊口进行热处理和无损检测，使其符合要求，待105#和106#口焊接合格后，将手拉葫芦的吊点设置在临时支架上，并利用其将立管依次穿过两个临时支架上的通孔后提升至管道法兰底部；

(6)立管的固定及点焊

检查立管两端的108#和104#口分别与管道法兰和预先安装蒸汽管道之间的错边量及间隙，通过两个临时支架上的顶丝对立管两端的108#和104#口在组对时产生的错边量和间隙进行微调，符合焊接工艺指导书后，利用顶丝将立管固定，随后对108#和104#口进行点焊，点焊时不能借助外力强行组对；

(7)对立管进行焊接

将管道法兰与汽轮机设备口法兰连接的4套临时螺栓拆除，首先采用双焊工对称同方向焊接方式对立管上部的108#口进行焊接，每焊完一道都要对管道法兰的平行度和同心度进行检查，确保其在规定范围内，焊接完成，待焊口冷却后及时对焊缝进行热处理，热处理合格后进行无损探伤，最后焊接104#口，确保管道法兰的平行度和同心度都在规定范围内；

(8)试压盲板的安装

待所有焊缝热处理、无损检测合格后，拆除靠近汽轮机设备口法兰的三个恒力弹簧支吊架，管道法兰顶面下降300～350mm，留出安装试压盲板的空隙，在拆除的三个恒力弹簧支吊架处各支撑一个临时支撑架，通过步骤(3)的专用吊装工具将试压盲板吊装至管道法兰顶面上进行安装；

(9)对整个管道系统进行试压；

(10)管道复位

试压合格后，移去步骤(7)中的三个临时支撑架，将拆除的三个恒力弹簧支吊架复位，调整汽轮机设备口法兰与管道法兰的平行度、同心度及法兰面间隙，合格后，通过顶丝将立管固定，并通过螺栓将管道法兰与汽轮机设备口法兰对接。

本发明所述的汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其中，焊接前，采用氩弧焊接打底，选用φ2.4mm的焊丝，氩气流量为10～15l/min。

本发明所述的汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其中，采用电加热方式对焊丝进行焊前预热，预热温度为150～200℃，焊接时的焊接电流为80～120a，焊接电压为12～18v，焊接速度为5～6cm/min，厚度为2.5～3.0mm。

本发明所述的汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其中，通过焊条电弧焊进行填充和盖面，采用双人对称、多层多道焊。

本发明所述的汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其中，采用电加热方式对焊条进行焊前预热，预热温度为200～250℃，层间温度控制在200～300℃，焊条摆动幅度在焊条直径的4倍以下，焊接电流为95～120a，焊接速度为5～7cm/min。

本发明所述的汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其中，采用电加热方式控制焊后热处理的加热温度，温度控制在750～770℃。

本发明所述的汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其中，在步骤(6)中发现偏差时，向管道法兰间隙变小的这一面进行焊接。

本发明所述的汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其中，整个焊接、热处理过程均需监控管道法兰与汽轮机设备口法兰的平行度、同心度以及法兰面间隙，保证其在规定范围内。

本发明所述的汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，其中，临时支撑架采用普通工字钢或h型钢制作成“门”字型，将预先安装的蒸汽管道放置在该临时支撑架顶部。

采用以上结构后，与现有技术相比，本发明汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法具有以下优点：本发明在整个管道系统试压之前，将与汽轮机设备口法兰连接的立管最后安装就位，通过在立管安装临时支架并采用顶丝调整垂直方向偏差的方式，使其在水平、垂直两个方向的偏差都达到要求，待所有恒力弹簧支吊架安装到位并调整合格后，采用先点焊再通过双焊工对称同方向焊接的方式对管道与管道法兰进行焊接，焊接合格后，在整个管道系统主管不受力的情况下，通过临时支撑架支撑管道系统，将管道法兰与汽轮机设备口法兰脱开300～350mm的距离，使得临时盲板能自由安装拆卸，随后进行压力试验，试压完成后，恢复立管并测量其偏差是否与原始数据相吻合，最后将管道法兰与汽轮机设备口法兰进行对接，实现蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工技术。由此不难看出，本发明彻底改变了传统的预留黄金焊口的方法，使得工效大幅度提升，成本得到了节约，施工时更加安全，能够保质地完成施工任务。

采用氩弧焊接打底可以进一步保证焊接的质量。

采用电加热方式对焊丝进行焊前预热，预热温度为150～200℃，焊接时的焊接电流为80～120a，焊接电压为12～18v，焊接速度为5～6cm/min，厚度为2.5～3.0mm。其优点在于：可进一步保证焊接的质量。

采用双人对称、多层多道焊能够有效减小焊接变形。

采用电加热方式对焊条进行焊前预热，预热温度为200～250℃，层间温度控制在200～300℃，焊条摆动幅度在焊条直径的4倍以下，焊接电流为95～120a，焊接速度为5～7cm/min。其优点是：在满足焊接工艺的条件下，有效减小焊条的摆动幅度，进而达到减少焊接过程中的收缩应力及防止变形量过大的目的。

采用电加热方式控制焊后热处理的加热温度，并且温度控制在750～770℃，能够保证热处理一次性到位。

在焊接过程中发现偏差时，向管道法兰间隙变小的这一面进行焊接，能够收缩其对称方向的焊缝，使得管道法兰间隙缩小。

附图说明

图1是本发明汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法中整个管道系统与汽轮机连接时的结构示意图；

图2是管道法兰与汽轮机设备口法兰脱开，并与试压盲板连接时的主视结构示意图；

图3是图2中沿“a-a”线的局部剖视放大结构示意图；

图4是本发明汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法中专用吊装工具的立体放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法作进一步详细说明：

在本具体实施方式中，本发明汽轮机组蒸汽管道整体试压、整体无应力配管施工方法，包括如下步骤：

(1)施工准备

施工时用的所有原材料、电焊机、热处理机具、吊装索具必须检验合格，报验资料齐全，检查现场道路、场地、施工用电、搭设的脚手架作业平台是否满足施工要求，参见图1和图2，立管10下料前，调整好各管道的水平度，现场对尺寸进行核对，做到准确无误，立管10下料长度应扣除汽轮机设备口法兰30与管道法兰11之间的垫片厚度，管道组对前应检查坡口角度是否合格，坡口是否已着色合格，焊接前仪表元件的开孔107#必须完成，以避免后续的焊渣清理工作。

应挑选技术水平较高的管工进行施工，保证安装质量，选派焊接合格率高的焊工进行焊接，保证焊接质量。

(2)临时支架的制作和安装

见图2和图3，选用hw200*200的型钢制作第一临时支架50和第二临时支架51，每个临时支架均包括供立管10穿过的通孔52，各通孔52的周壁上均装有四枚顶丝53，这四枚顶丝53沿通孔52圆周等间距均匀分布，第一临时支架50和第二临时支架51均通过膨胀螺丝装在汽轮机设备口法兰30下方的混凝土基础60上，第一临时支架50距汽轮机设备口法兰1m(当然也可以是0.8～1.2m之间的其它数值)，第二临时支架51距第一临时支架2m(当然也可以是1.8～2.2m之间的其它数值)。

(3)制作专用吊装工具

参见图4，专用吊装工具包括长形底板70和两对吊耳71，长形底板70采用钢板制作，其厚度为30mm，长度为200mm，长形底板70的两端均开设两个与管道法兰11上的通孔相配(眼距和直径都相同)的螺栓孔72，两对吊耳71中的其中一对吊耳位于长形底板70左侧，并安装在长形底板70长度的1/3位置处，另一对吊耳安装在长形底板70右端。

(4)安装管道法兰

参见图2和图4，通过螺栓将管道法兰11装在长形底板70左侧的两个螺栓孔72上，在长形底板70右端吊装一个重量与管道法兰11相同的物体(图中未示出)，将行车的大、小钩头(图中未示出)分别钩挂在两对吊耳71上同时进行起吊，以确保专用吊装工具处在平衡状态，将管道法兰11送到汽轮机设备口法兰30下方的间隙里，当管道法兰11不能完全到位时需要靠人工移动并调整管道法兰11，利用4套临时螺栓和4mm厚的临时垫片来完成管道法兰11与汽轮机设备口法兰30的安装，测量该管道法兰11与汽轮机设备口法兰30的平行度和同心度，平行度偏差≤0.25mm，同心度偏差≤0.5mm。

(5)立管的吊装

见图2，在地面上将立管10下部的105#和106#口焊接完成，焊接过程中必须做好防焊接变形的控制措施从而保证立管10的垂直度，焊接完成后及时对焊口进行热处理和无损检测，使其符合要求，待105#和106#口焊接合格后，将手拉葫芦(图中未示出)的吊点设置在临时支架上，并利用其将立管10依次穿过两个临时支架上的通孔52后提升至管道法兰11底部。

(6)立管的固定及点焊

见图2，检查立管10两端的108#和104#口分别与管道法兰11和预先安装蒸汽管道20之间的错边量及间隙，通过两个临时支架上的顶丝53(见图3)对立管10两端的108#和104#口在组对时产生的错边量和间隙进行微调，符合焊接工艺指导书后，利用顶丝53将立管10固定，随后对108#和104#口进行点焊，点焊用的固定块材质与立管10的材质相同，点焊时不能借助外力强行组对，以防止焊接时立管10变形。

(7)对立管进行焊接

见图2，将管道法兰11与汽轮机设备口法兰30连接的4套临时螺栓拆除，首先采用双焊工对称同方向焊接方式对立管10上部的108#口进行焊接，每焊完一道都要对管道法兰11的平行度和同心度进行检查，确保其在规定范围内，如果发现偏差，及时调整焊接方法，向管道法兰11间隙变小的这一面进行焊接，从而收缩其对称方向的焊缝使得管道法兰11的间隙缩小。焊接时要缓慢，并且在焊接时不断检查其间隙的变化，以免焊接过多造成原本间隙小的一面又变大，以此类推。焊接完成，待焊口冷却后及时对焊缝进行热处理，热处理合格后进行无损探伤；

最后焊接104#口，焊接时两个临时支架不可松动，一定要牢固，确保管道法兰11的平行度和同心度都在规定范围内。焊接时派专人对汽轮机设备口法兰30进行监控，发现异常情况应立即调整焊接方法。

管口焊接时填写管道焊接工艺检查记录，详细记录焊接时的参数(焊工号、焊接时间、焊接电流、焊接电压、焊接层数、焊接道数、焊材牌号、焊材规格、预热温度、道间温度、检查时间)。

(8)试压盲板的安装

待所有焊缝热处理、无损检测合格后，拆除靠近汽轮机设备口法兰30的三个恒力弹簧支吊架vs101、vs102、vs106(见图1)，参见图2，管道法兰11顶面下降320mm(当然也可以是300～350mm之间的其它数值)，留出安装试压盲板40的空隙。为了避免恒力弹簧支吊架拆除后，管道系统在充水的状态下自然下垂，防止管道系统发生变形而影响最终的无应力找正，在拆除的三个恒力弹簧支吊架vs101、vs102、vs106处各支撑一个临时支撑架(图中未示出)，该临时支撑架采用普通工字钢或h型钢制作成“门”字型，将预先安装的蒸汽管道20放置在该临时支撑架顶部。通过步骤(3)的专用吊装工具将试压盲板40吊装至管道法兰11顶面上进行安装，其吊装方法与吊装管道法兰11相同，故不在此赘述，安装后的试压盲板40见图2所示。

(9)对整个管道系统进行试压，试验压力达到33.71mpa，试压一次性合格，具体的试压方法与现有技术相同，故不在此赘述。

(10)管道复位

试压合格后，移去步骤(7)中的三个临时支撑架，将拆除的三个恒力弹簧支吊架vs101、vs102、vs106复位，调整汽轮机设备口法兰30与管道法兰11的平行度、同心度及法兰面间隙，符合厂家要求后，通过顶丝53将立管10固定，并通过螺栓将管道法兰11与汽轮机设备口法兰30对接。

上述各步骤中涉及到焊接时，在焊接之前，为进一步保证焊接质量，均采用氩弧焊接打底，选用φ2.4mm的焊丝，氩气流量为12l/min(当然也可以是10～15l/min之间的其它数值)。采用电加热方式对焊丝进行焊前预热，预热温度为180℃(当然也可以是150～200℃之间的其它数值)，焊接时的焊接电流为100a(当然也可以是80～120a之间的其它数值)，焊接电压为16v(当然也可以是12～18v之间的其它数值)，焊接速度为5.5cm/min(当然也可以是5～6cm/min之间的其它数值)，厚度为2.8mm(当然也可以是2.5～3.0mm之间的其它数值)。

在焊接后，通过焊条电弧焊进行填充和盖面，采用双人对称、多层多道焊，以有效减小焊接变形。采用电加热方式对焊条进行焊前预热，预热温度为220℃(也可以是200～250℃之间的其它数值)，层间温度控制在260℃(也可以是200～300℃之间的其它数值)，焊条摆动幅度在焊条直径的4倍以下，焊接电流为110a(也可以是95～120a之间的其它数值)，焊接速度为6cm/min(也可以是5～7cm/min之间的其它数值)。

焊接后，采用电加热方式控制焊后热处理的加热温度，温度控制在760℃(当然也可以是750～770℃之间的其它数值)，进而保证热处理一次性到位。

整个焊接、热处理过程均需监控管道法兰11与汽轮机设备口法兰30的平行度、同心度以及法兰面间隙，保证其在规定范围内。

在调整恒力弹簧支吊架时，应由远处向汽轮机处逐个调整，即由远及近进行调整，调整弹簧时，只可旋转恒力弹簧支吊架上的载荷螺栓，以能用手取下锁定块为宜。详见图1，首先调整支吊架vs104，然后调整支吊架vs107，再调整支吊架vs103，依次类推，待所有弹簧调整到符合厂家要求后，可以先把支吊架vs104、vs107、vs103上的弹簧锁定块去掉，再松开临时支架上的顶丝53，并检查剩余恒力弹簧支吊架的锁定块是否有松动。如有个别弹簧未达到厂家要求，应将立管10重新固定，再调整弹簧，使每个弹簧的受力都能达到设计值，合格后松开顶丝53。如果仍有个别锁定块不能用手取下，可通过载荷调整螺栓进行微调，待去除所有锁定块后，再测量法兰面平行度、同心度及间隙，此时可能会出现法兰面的间隙、平行度不符合要求，若出现这种情况，还要对恒力弹簧支吊架做进一步调整。间隙大小可通过松紧支吊架vs104上的载荷螺栓进行调整，南北误差可通过支吊架vs106进行调整，管道法兰11北面开口较大时，需下调载荷螺栓，反之上升，东西误差可通过支吊架vs102进行调整，管道法兰11西面开口较大时，需下调载荷螺栓，反之上升。

在调整恒力弹簧支吊架时可能会出现向上或向下力较大的情况，此时可用千斤顶或其他措施给弹簧一个反向作用力，待弹簧调整到自由状态时，再去除千斤顶或其他措施。

在正式调整弹簧之前，要确定所有恒力弹簧支吊架的安装高度符合设计要求，恒力弹簧支吊架所安装的基础、预埋件或钢结构与图纸要一致，符合厂家及设计要求。

采用上述方法操作后，可一次性通过厂家、业主及监理的验收。本发明施工方法得到了很好的运用，能够确保机组的整体安装质量。

本发明技术先进、成本低、安全可靠，降低了施工成本，提高了施工效率，保证了施工安全及施工质量。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。