关于无应力配管在精密/转动设备中的应用

[摘 要]结合工程实例，阐述无应力配管的方法和措施以及施工中应遵循的原则。

[关键词]精密/转动设备 配管 无应力

中图分类号：TQ221.211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0040-03

管道与精密/转动设备连接是管道安装工程中比较常见的。如管道与泵、压缩机和汽轮机等的连接，都要求做到无应力配管，这样设备在无应力状态下运转才能最大程度上保护设备安全长期稳定运行。

否则由于配管应力的影响，设备机体或多或少会产生位移，导致同心度超差，引起机组的震幅超标、轴承过热，影响机组正常运行和设备使用寿命，严重可导致精密/转动设备损坏。

无应力配管定义：成品管段与设备连接时应处于自然状态，即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然地平面接触。

规范要求（设计和产品技术文件无规定时）（表1）：

无应力检查：

1）预检：包括管道与设备专业是否办理工序交接手续，管道支撑是否已验收完毕，连接是否已紧固，设备的安装是否完好，初次找正和二次灌浆是否已验收完成;管道元件是否均已安装;

2）脱开联轴器，架设轴向、径向百分表;

3）用塞尺检查设备接口或进出口法兰间隙;

4）均匀紧固螺栓;

5）检查百分表读数变动范围。

工程实例：

1）工程概况和性能参数：

工程概况：青海盐湖股份有限公司2*60000NM3/H（O2）空分装置项目四大核心设备即空压机、汽轮机、增压机和膨胀机均由德国曼透平公司（MAN）整套供货，我们进行安装，由汽轮机前后分别驱动压缩机和增压机，各接口管径大，安装精度质量及管内清洁度要求高，施工难度极大，须采用无应力配管。

设备性能参数（表2）：

MAN法兰面允许偏差值：详见表3。

2）施工工艺：

2-1）空压机入口管道安装：

1.入口管径为DN1600，轴测图见图1。

2.施工要求：法兰面平行度允许最大偏差值为0.8mm。管道与设备间有膨胀节，膨胀节设计厚为400mm，两侧垫片厚度2mm，则允许最大间距偏差为404.8mm。

3.测量方法：法兰面间距用内径千分尺，四点对称测量;同心度检查方式为所有连接螺栓能够自由穿过。

4.调整手段：调整支架391J001及空压机入口法兰。

5.施工工艺

5.1 施工前对管内进行喷砂处理，保证管内清洁度;

5.2 对管道整体测量、预制，预留与空压机连接法兰;

5.3 管道安装时，管支架391J001采用临时支架，以便入口法兰焊接完后精找。

5.4 安装入口法兰：加工16根与法兰连接螺栓等规格长450MM丝杆，用来调整法兰面间距、控制焊接变形，同时能有效保证法兰面的同心度（如图2）。法兰面间距控制在404mm（最大间距小于404.8mm）后将法兰点焊，并将3个锁紧螺母锁紧。

5.5法兰焊接：入口法兰规格较大又是平焊法兰，对焊接要求比较高。采用分多段对称交错焊接，先焊接法兰内侧再焊接法兰外侧，焊接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。

5.6法兰焊接完成后拆除连接丝杆，安装支架391J001，通过调整该支架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，（如右上图）MAN工程师正检查间距。

2-2）汽轮机主蒸汽管道安装：

1.汽轮机主蒸汽管道，设计压力（9.8Mpa）及温度（540℃），如左轴测图：

2.施工要求：法兰面平行度允许最大偏差为0.25mm，连接螺栓应顺利垂直通过法兰螺栓孔。管道与汽轮机最终连接时，汽轮机位移值应小于0.05mm。

3.测量方法：法兰面平行度用塞尺，四点对称测量;同心度检查方式为法兰连接螺栓都能够自由穿过。

4.调整手段：利用千斤顶、定位顶丝及调整弹簧支吊架。

5.施工工艺

5.1 施工工艺流程如左图。

5.2 管道按单线图从外部预制至汽轮机端，预留管口1-9#的管段用作调整。

5.3 安装正式管道弹簧吊架，完成后弹簧限位销暂不拆除，拆除调整段以外的管道临时支架。

5.4 吊装管口1-5#间立管，定位、拼接

5.4.1 因作业空间狭小，不能把吊点设在汽轮机本体上，只能利用检修行车为吊点将立管从下部往上吊至离汽轮机法兰口5～10mm位置，吊装过程中不得在汽轮机本体附加重量和应力;

5.4.2 立管法兰与汽轮机连接法兰间的垫片厚度5mm，汽轮法兰与立管法兰间隙至少5mm，但不能超过5.25mm（允许偏差0.25mm）;

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，且能让连接螺栓都能自由穿入;

5.4.4 利用支架VPR01（如下图）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，立管找正示意图），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;

5.4.5 立管找正完成后将其支撑焊固。

5.5 调整段（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（绿色标记）直接影响立管段和汽轮机法兰面间的不平行度和同心度，管段的组对拼接按以下方式进行：

5.5.1 横管段与水平段管线定位安装须以立管为基准，横管段与立管段应先进行预组对，调整好后组对焊口，确保管口四周间隙均匀和错边量符合规范要求;

5.5.2 7#管口（绿色标记）的组对应考虑焊接收缩时对5#管口（绿色标记）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;

5.5.3 待7#管口（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;

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;

5.5.5 最后组对的固定焊口为5#焊口，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规定范围必须停止焊接，分析原因，及时调整焊接位置顺序时间和速度，及时掌控焊接变形，保证在焊接完成后各项值都在允许范围内，5#焊口对称交叉焊接位置示意图如左图。

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，如不满足要求则通过调整支架VPR01、VPR02以保证其在允许偏差内。

5.7 管线与汽轮机的最终连接紧固：

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;

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脂，防止在高温运行中螺栓烧结、卡死，方便以后拆除;

5.7.3 安装垫片及螺栓，利用MAN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MAN要求的7800N.m。在螺栓紧固过程中实时监视百分表，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。

5.8 螺栓紧固完后，再次复测汽轮机组的同心度，确保无应力附加在汽轮机组上。

5.9 管道吹扫：根据MAN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。

2-3）增压机各接口配管安装：

1.增压机连接管线较多且支架较少，无应力配管难度较大：

2.施工要求：见MAN法兰面允许偏差表。

3.测量方法：法兰面平行度用塞尺，四点对称测量;同心度检查方式为法兰连接螺栓都能自由穿过。

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。

5.施工工艺

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;

5.2 支吊架按设计图纸制作、安装就位;

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。将增压机侧法兰短管装配到增压机上（加装与正式垫片相同的临时垫片），调整好已安装的管线与机器法兰短管，确保间隙均匀和错边量符合要求后点焊牢固。

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#焊口同样的方式进行，并实时监测法兰面平行度及同心度。

5.5 增压机配管初步完成后进行拆除，然后进行串联试压及循环化学清洗，包括酸洗、中和和钝化，以达到清洁效果。

5.6 清洗完后各管线回装。对无临时和正式支架的管道，由于管道自重因素，在回装后管道与增压机的法兰面平行度和同心度出现较大偏差，用以下方法重新校正：

5.6.1 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微调并自然冷却（见左图热处理仪微调），用以调整法兰面偏差，但此方法效果不佳;后经MAN工程师同意，改用火焰烘烤的加热方式，由于加热和冷却速度较快，调校效果较明显。

5.6.2 对于偏差较小法兰面，经打磨法兰短管局部焊缝，不要将焊缝割穿以免杂物入内，进行重新焊接，利用焊接热应力进行法兰面微调整，焊接时注意实时检查法兰面偏差。

5.6.3 对于偏差较大的法兰面，切割就近焊口，重新对口焊接，以满足要求。

技术总结：

1）法兰组对前，法兰密封面须清理干净。组对时，两法兰密封面距离等于垫片厚度，调整法兰平行度偏差在0.1～0.15mm.经常检查法兰组对的平行度和同轴度是否在允许偏差内;

2）与动设备连接前，其内部处理干净，其管内无杂质、焊渣、油污、铁锈等杂物。与转动机器连接的管道，宜从机器侧开始安装，并应先安装管道支架。其固定焊口一般远离设备，以免焊接应力的影响。管道与动设备应自由对中，在自由的状态下，法兰的平行度和同轴度应满足要求;

3）管道最终封闭连接时，应在设备联轴节处架设于百分表监测位移;

4）与机器连接的管道及其支吊架安装完毕后，应卸下接管上的法兰螺栓，在自由状态下螺栓都应能在螺栓孔中顺利通过。法兰密封面间的平行偏差、径向偏差及间距应符合规定值。

5）不得使机器承受外加应力，严禁强制对口连接。

参考文献

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作者简介

邓建武（1975.05-）籍贯湖南湘乡，本科，给水排水工程师，研究方向为工艺管道安装工程。