CN103437834A - 汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，先将装配法兰、变径管和直管依次焊接成一体；再将弯管另一端与主管线之间的第四焊缝进行焊接；然后由两名焊工同时采用氩弧焊对第三焊缝进行对称打底焊接后，分别观察在汽轮机法兰上的两个轴向百分表和两个径向百分表的数值，当两个径向百分表的指针均为0时，由两名焊工同时进行对称焊接；当两个径向百分表的指针不为0时，观察两个轴向百分表所测得的汽轮机法兰和装配法兰3之间间隙的变化，由一名焊工对着汽轮机法兰和装配法兰之间间隙小的方位处的第三焊缝圆周120°范围内进行填充焊接，重复上述填充焊接；直到第三焊缝焊完为止。

Description

汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法

技术领域

本发明涉及到能源化工、石油化工、电力、冶金工业蒸汽透平机压缩机组进出口管段无应力配管领域。特别涉及到蒸汽透平机进口蒸汽管段无应力配管领域。 

背景技术

在能源化工、石油化工、电力、冶炼工业。均需要汽轮机作为动力设备来驱动发电机、压缩机组等大型设备。汽轮机的动力源是由蒸汽锅炉输送的高温、高压蒸汽来冲动汽轮机转动。汽轮机与蒸汽锅炉之间通过长距离的管道焊接而成，只有汽轮机蒸汽入口与管道的蒸汽出口是通过成对法兰进行螺栓连接。 

按照规范要求，应对汽轮机进口管段进行无应力配管：即管段与设备在连接时应处于自由状态，通俗的说就是管件与设备连接处的法兰在没有螺栓的情况下能够保持自由地平面接触，卸下接管上的法兰螺栓，在自由状态下所有螺栓应能在螺栓孔中顺利穿过，法兰密封面间的平行偏差、径向偏差及间距符合规定值(简称无应力)，只有这样的状态才能在最大程度上保护设备。由于允许偏差值极小（GB50236规范：3000转/分～6000转/分，平行度为0.15mm，同心度0.5mm），这对法兰管段做到无应力连接，主要是靠焊缝在焊接过程中进行调节，难度非常大，安装周期长。 

汽轮机机组进口法兰与管段法兰配装，如在自由状态下法兰的平行度、同心度达不到规范要求，经螺栓连接时必然对汽轮机组产生径向拉力和轴向拉力，将会使已安装找正合格的蒸汽透平及压缩机产生位移，从而破坏了汽轮机与压缩机之间的同轴度，汽轮机机组在开车时振动大，严重时造成轴瓦、密封、损坏，转子弯曲，汽轮机机组无法运行，使已建成的工厂延期投产。 

通常的做法是以机器法兰口为基准，配管向外自由连接。先安装管道支架，使管道和阀门等重量及附加力矩不作用到机器上，并且管段固定焊口选择在四个弯管以外之处，总体越远越好，避免焊接时由于焊缝不均匀的收缩对机器产生应力。但是汽轮机进口蒸汽管段无法以机器法兰口为基准的方法进行配管，因为从锅炉到汽轮机入口的高温、高压蒸汽管线全程均是焊接焊口，中间无法兰连接。管线安装结束后要进行蒸汽吹扫，必须要留一段管段不安装作为蒸汽吹扫口，吹扫合格后再安装此管段。 

该预留管段有两道固定焊口，即水平固定焊口和垂直固定焊口，通常做法：1、对预留管段的位置都选择在汽轮机最近处，对口方法是两道焊口同时组对，产生的问题是：在焊第一道固定口焊接时，另一道固定口已出现应力；2、先后焊接顺序不考虑，产生的问题是：如果水平固定口先焊接，以垂直固定焊口作调整口时，在打磨时产生飞溅物直接进入管内无法清里，严重时飞溅可损坏汽轮机内件，如先焊垂直固定焊口先焊，以水平固定口作调整口时，焊接线能量随着焊接位置的改变而变化，相应的焊接收缩不均匀。3、焊接工艺是两人同时对称焊，产生的问题是：这两道固定焊口的坡口是现场人工打磨，根据现场的环境组对，必然产生对口间隙及坡度不均匀，如果两人同时对称焊，焊缝产生不均匀的收缩，法兰向收缩量大的方位倾斜。4、焊道连续焊接，产生的问题是：焊接过程中不作焊道调整，层间温度高，对偏差值的测量不准确。由于以上问题造成法兰面平行度，同心度值超标，法兰沿着周向偏转，返修率高，返修周期长，一般情况下一道φ377×40的焊缝最小要焊一周，有的项目达到一个多月也难以完成。 

本汽轮机组进口蒸汽管段配对法兰无应力装配方法，克服现有无应力配管中的不足，提供一种合理的安装方法，对于一道φ377×40的焊缝基本在10个小时完成，焊接合格率100%，本发明适用于各种转动机器管道无应力配管。 

发明内容

本发明的发明目的是克服现有的汽轮机进口蒸汽管段法兰存在应力装配的方法，而提供一种汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法。 

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案： 

本发明的一种汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，它是将装配法兰、变径管、直管、弯管和主管线与汽轮机法兰进行无应力装配，在装配过程中对装配法兰、变径管、直管、弯管和主管线进行焊接，装配法兰与汽轮机法兰进行螺栓连接，焊缝包括：装配法兰和变径管之间的第一焊缝，变径管和直管之间的第二焊缝，直管和弯管之间的第三焊缝，弯管和主管线之间的第四焊缝，其中： 

（a）先将装配法兰、变径管和直管依次焊接成一体； 

（b）在汽轮机法兰上装有两个轴向百分表和两个径向百分表，两个轴向百分表在汽轮机法兰的圆周上相隔90°；两个径向百分表在汽轮机法兰的圆周上相隔90°，两个轴向百分表和两个径向百分表表的指针调整到0位；将装配法兰用螺栓固定在汽轮机法兰上，直管垂直向下，以直管的下端为基准，将弯管的一端对准直管的下端，弯管另一端对准主管线，然后将弯管另一端与主管线之间的第四焊缝进行焊接； 

（c）在直管和弯管的一端用4-6块背板将直管和弯管连接在一起，每块背板点焊在直管和弯管上，然后松开固定在装配法兰和汽轮机法兰上的螺栓，使直管处在自由状态焊接； 

（d）在焊接第三焊缝的过程中，采用氩弧焊进行打底焊接，由两名焊工同时进行对称焊接； 

（e）在打底焊接完成后，分别观察在汽轮机法兰上的两个轴向百分表的数值和两个径向百分表的数值，当两个径向百分表的指针均为0时，由两名焊工同时进行对称焊接；当两个径向百分表的指针不为0时，观察两个轴向百分表所测得的汽轮机法兰和装配法兰3之间间隙的变化，由一名焊工对着汽轮机法兰和装配法兰之间间隙小的方位处的第三焊缝圆周120°范围内进行填充焊接，在填充每一层后，再分别观察两个轴向百分表的和两个径向百分表的数值，当两个径向百分表的指针不为0时，观察两个轴向百分表分别测得的汽轮机法兰和装配法兰之间间隙发生变化，重复上述填充焊接；直到两个径向百分表的指针均为0时，汽轮机法兰和装配法兰平行度和同心度已达到要求，将上述填充焊接的焊肉打磨掉，由两名焊工同时进行对称焊接，在焊完一层后，重新观察两个轴向百分表的数值和两个径向百分表；重复上述步骤直到第三焊缝焊完为止； 

本发明汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其中：在步骤（e）中，每一焊道在冷却到200℃至250℃后，再焊下一焊道； 

本发明汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其中：在步骤（b）中，在将弯管的一端对准直管的下端时，留出弯管另一端与主管线焊接后的收缩量，即弯管的一端向外与直管的下端相错开1/15直管管壁厚度对准； 

本发明汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其中：所述4-6块背板均匀地点焊在直管和弯管之间的圆周面上，在直管和弯管之间的背板上开有焊缝槽； 

本发明汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其中：在步骤（b）中，将装配法兰用螺栓固定在汽轮机法兰时，观察两个径向百分表的数值，来对螺栓所施加的力进行调节，使两个径向百分表的数值相同；在步骤（c）中，在松开固定在装配法兰和汽轮机法兰上的螺栓时，同样观察两个径向百分表的数值，对称地松开固定在装配法兰和汽轮机法兰上的螺栓； 

本发明汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其中：在所述的步骤（e）中，焊缝的填充焊接和盖面焊接选用直径为2.5mm至3.2mm的焊条和电流为90A至120A的电弧焊接； 

本发明汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其中：在步骤（e）完成后，打掉背板。 

汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法能快速使汽轮机组进口蒸汽管段配对法兰无应力装配，缩短了机组开车的时间。 

附图说明

图1为本发明的一种汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的示意图； 

图2为第三焊缝即直管与弯管连接处的放大示意图，在图中的数字代表焊道。 

在图1至图2中，标号1为汽轮机法兰；标号2为径向百分表；标号3为装配法兰；标号4为第一焊缝；标号5为变径管；标号6为第二焊缝；标号7为直管；标号8为第三焊缝；标号9为焊缝槽；标号10为背板；标号11为弯管；标号12为第四焊缝；标号13为主管线；标号14为轴向百分表。 

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的一种汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法作进一步地描述。 

神华包头60000Nm³/h空分装置，四台蒸汽透平压缩机组，从锅炉来的主蒸汽压力为9.8MPa，设计温度545℃。主蒸汽管道的规格为φ377×30mm，管道材质为12Cr1MoVG；汽轮机额定转速为5400转/分，按照规范规定，进口蒸汽管段配对法兰平行度在0.15mm之内，同心度在0.5mm之内，两片法兰脱离后自由距离在42～44mm之内。 

如图1所示，本发明汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法是将装配法兰3、变径管5、直管7、弯管11和主管线13与汽轮机法兰1进行无应力装配，在装配过程中对装配法兰3、变径管5、直管7、弯管11和主管线13进行焊接，装配法兰3与汽轮机法兰1进行螺栓连接，焊缝包括：装配法兰3和变径管5之间的第一焊缝4，变径管5和直管7之间的第二焊缝6，直管7和弯管11之间的第三焊缝8，弯管11和主管线13之间的第四焊缝12，其装配方法如下： 

（a）先将装配法兰3、变径管5和直管7依次焊接成一体； 

（b）将装配法兰3用螺栓固定在汽轮机法兰1上，直管7垂直向下，以直管7的下端为基准，将弯管11的一端对准直管7的下端，留出弯管11另一端与主管线13焊接后的收缩量，即弯管11的一端向外与直管7的下端相错开直管7管壁的1/15，如2mm，然后将弯管11另一端与主管线13之间的第四焊缝12进行焊接；在汽轮机法兰1上还装有四块百分表，南、东方向各一块轴向百分表14，北、西方向各一块径向百分表2， 将各百分表指针调到0的位置；在初始状态下，两个轴向百分表14和两个径向百分表表2的指针调整到0位，在将装配法兰3用螺栓固定在汽轮机法兰1时，分别观察两个轴向百分表14的数值和两个径向百分表2的数值，来对螺栓所施加的力进行调节，使两个径向百分表2的数值在0位，轴向两个轴向百分表14的数值相同； 

（c）直管7和弯管11的一端用4-6块背板10将直管7和弯管11连接在一起，每块背板10点焊在直管7和弯管11上，背板10均匀地点焊在直管7和弯管11之间的圆周面上，在直管7和弯管11之间的背板10上开有焊缝槽9，然后松开固定在装配法兰3和汽轮机法兰1上的螺栓；使直管7处在自由状态焊接；在松开固定在装配法兰3和汽轮机法兰1上的螺栓时，同样观察两个轴向百分表14的数值和两个径向百分表2的数值，对称地松开固定在装配法兰3和汽轮机法兰1上的螺栓； 

（d）在焊接第三焊缝8的过程中，采用氩弧焊进行打底焊接如图2中标号1所示，由两名焊工同时进行对称焊接； 

（e）在打底焊接完成后，分别观察在汽轮机法兰1上的两个轴向百分表14的数值和两个径向百分表2的数值，当两个径向百分表2的指针均为0时，由两 名焊工同时进行对称焊接；当两个径向百分表2的指针不为0时，观察两个轴向百分表14所测得的汽轮机法兰1和装配法兰3之间间隙的变化，由一名焊工对着汽轮机法兰1和装配法兰3之间间隙小的方位处的第三焊缝8圆周120°范围内进行填充焊接，如图2中除了标号1、标号13、14和15之外的焊接，在填充每一层后，再分别观察两个轴向百分表14的和两个径向百分表2的数值，当两个径向百分表2的指针不为0时，观察两个轴向百分表14所测得的汽轮机法兰1和装配法兰3之间间隙的变化，重复上述填充焊接；直到两个径向百分表2的指针均为0为止，汽轮机法兰1和装配法兰3平行度和同心度已达到要求，将上述填充焊接的焊肉打磨掉，由两名焊工同时进行对称焊接，焊缝的填充焊接（即图2中的标号2-12）和盖面焊接（即图2中的标号13-16）选用直径为2.5至3.2mm的焊条和电流为90至120A的电弧焊接，在焊完一层后，重新观察两个轴向百分表14的数值的和两个径向百分表2的数值；重复上述步骤直到第三焊缝8焊完为止。每一焊道在冷却到200℃至250℃后，再焊下一焊道，图2中的每一数字表示一个焊道，在步骤（e）完成后，打掉背板10。 

如图2所示，为了解决焊道连续焊接，层间温度高，对偏差值的测量不准确的问题。层间温度的控制方法：焊道之间不能连续焊接，在焊1道后，焊缝冷确到200℃～250℃之间，再焊2道，2道冷却后再焊3道，依次类推至到16道，这样焊接变形小，但温度 也不能过低，低于200℃以下不符合规范要求。 

通过以上方法，经多次测量汽轮机组进口蒸汽管段法兰水平度0.10mm，同心度0.20，无应力装配达到了要求，3号焊口焊接时间8小时完成，经射线检测100%合格。两个法兰用螺栓拧紧后，汽轮机组没有产生任何位移。最后开车一次成功。 

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作适当形式的修改。 

Claims (7)

1.一种汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，它是将装配法兰（3）、变径管（5）、直管（7）、弯管（11）和主管线（13）与汽轮机法兰（1）进行无应力装配，在装配过程中对装配法兰（3）、变径管（5）、直管（7）、弯管（11）和主管线（13）进行焊接，装配法兰（3）与汽轮机法兰（1）进行螺栓连接，焊缝包括：装配法兰（3）和变径管（5）之间的第一焊缝（4），变径管（5）和直管（7）之间的第二焊缝（6），直管（7）和弯管（11）之间的第三焊缝（8），弯管（11）和主管线（13）之间的第四焊缝(12)，其特征在于：

（a）先将装配法兰（3）、变径管（5）和直管（7）依次焊接成一体；

（b）在汽轮机法兰（1）上装有两个轴向百分表（14）和两个径向百分表表（2），两个轴向百分表（14）在汽轮机法兰（1）的圆周上相隔90°；两个径向百分表表（2）在汽轮机法兰（1）的圆周上相隔90°，两个轴向百分表（14）和两个径向百分表表（2）的指针调整到0位，将装配法兰（3）用螺栓固定在汽轮机法兰（1）上，直管（7）垂直向下，以直管（7）的下端为基准，将弯管（11）的一端对准直管（7）的下端，弯管（11）另一端对准主管线（13），然后将弯管（11）另一端与主管线（13）之间的第四焊缝（12）进行焊接；

（c）在直管（7）和弯管（11）的一端用4-6块背板（10）将直管（7）和弯管（11）连接在一起，每块背板（10）点焊在直管（7）和弯管（11）上，然后松开固定在装配法兰（3）和汽轮机法兰（1）上的螺栓，使直管（7）处在自由状态焊接；

（d）在焊接第三焊缝（8）的过程中，采用氩弧焊进行打底焊接，由两名焊工同时进行对称焊接；

（e）在打底焊接完成后，分别观察在汽轮机法兰（1）上的两个轴向百分表（14）的数值和两个径向百分表（2）的数值，当两个径向百分表（2）的指针均为0时，由两名焊工同时进行对称焊接；当两个径向百分表（2）的指针不为0时，观察两个轴向百分表（14）所测得的汽轮机法兰（1）和装配法兰（3）之间间隙的变化，由一名焊工对着汽轮机法兰（1）和装配法兰（3）之间间隙小的方位处的第三焊缝（8）圆周120°范围内进行填充焊接，在填充每一层后，再分别观察两个轴向百分表（14）的和两个径向百分表（2）的数值，当两个径向百分表（2）的指针不为0时，观察两个轴向百分表分别测得的汽轮机法兰（1）和装配法兰（3）之间间隙发生变化，重复上述填充焊接；直到两个径向百分表（2）的指针均为0时，汽轮机法兰（1）和装配法兰（3）平行度和同心度已达到要求，将上述填充焊接的焊肉打磨掉，由两名焊工同时进行对称焊接，在焊完一层后，重新观察两个轴向百分表（14）的数值和两个径向百分表（2）；重复上述步骤直到第三焊缝（8）焊完为止。

2.如权利要求1所述的汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其特征在于：在步骤（e）中，每一焊道在冷却到200℃至250℃后，再焊下一焊道。

3.如权利要求1所述的汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其特征在于：在步骤（b）中，在将弯管（11）的一端对准直管（7）的下端时，留出弯管（11）另一端与主管线（13）焊接后的收缩量，即弯管（11）的一端向外与直管（7）的下端相错开1/15直管（7）管壁厚度对准。

4.如权利要求1所述的汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其特征在于：所述4-6块背板（10）均匀地点焊在直管（7）和弯管（11）之间的圆周面上，在直管（7）和弯管（11）之间的背板（10）上开有焊缝槽（9）。

5.如权利要求1所述的汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其特征在于：在步骤（b）中，将装配法兰（3）用螺栓固定在汽轮机法兰（1）时，分别观察两个轴向百分表（14）的数值和两个径向百分表（2）的数值，来对螺栓所施加的力进行调节，使两个径向百分表（2）的数值在0位，轴向两个轴向百分表（14）的数值相同；在松开固定在装配法兰（3）和汽轮机法兰（1）上的螺栓时，同样观察两个轴向百分表（14）的数值和两个径向百分表（2）的数值，对称地松开固定在装配法兰（3）和汽轮机法兰（1）上的螺栓。

6.如权利要求1所述的汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其特征在于：在所述的步骤（e）中，焊缝的填充焊接和盖面焊接选用直径为2.5mm至3.2mm的焊条和电流为90A至120A的电弧焊接。

7.如权利要求1所述的汽轮机进口蒸汽管段法兰无应力装配的方法，其特征在于：在步骤（e）完成后，打掉背板（10）。