高温管道的一种预拉伸安装方法

【摘 要】高温管道在运行中由于温度变化大，会产生较大的热胀应力和变形，对设备及管道都产生不利影响，此问题要在管道设计、施工中做好解决的措施，本文结合工程实例介绍了高温管道安装时进行竖向及横向预拉伸的方法，来消除管道运行时热胀冷缩的应力。

【关键词】高温管道；竖向；横向；预拉伸

室温下安装的化工管道，在投入运行时，由于工作时的温度与安装时的温度不同，管道的长度就要发生变化，如允许管道自由变形，则管道中不存在热胀应力。事实上，生产中管道总是由管架支撑且与设备相连，其产生的热胀应力会使管道变形，从而对设备的稳定安全运行产生影响。所以，对高温管道在安装时即采用预拉伸安装技术可有效减小高温管道的热胀应力和热胀变形，使管道到投入运行后不会对设备产生影响。以往工程施工一般采用先使用临时支架，拉伸完后再割除临时支架安装正式支架的方法。现以某石油化工厂一段高温管道的安装为例介绍一种在正式支吊架安装完成后在再进行拉伸的安装方法，供此类管道施工参考。

1 工程简介

某石油化工厂催化裂化装置的再生器后的旋风除尘器出口到烟气轮机进口的烟气管道中介质温度高达500～700℃，管外用保温材料保温，烟气轮机出口管道材质先为不锈钢管道，在出口膨胀节之后为内有隔热耐磨衬里的碳钢管道。此烟气轮机的进口管道安装完投入运行时，即从冷态到热态，温度变化较大，即会产生横向热胀变形和应力，也会产生竖向热胀变形和应力（管道布置见图1）。为消除管道热胀冷缩产生的应力对烟气轮机的安全运行的影响，需要对此段管道进行预拉伸，这也是该管道安装的重要质量控制点。

图1 烟气轮机进口管道布置示意图

说明：1.烟气轮机入口管道分段形式，从旋风除尘器出口至烟机入口依次为L1、L2、L3、L4、L5、L6.2.管道上各膨胀节编号，如图所示，从旋风除尘器开始依次为n1、n2、n3、n4.3.各段管段间组对焊缝编号依次为A、B、C、D、E、F、G、H.

2 管道施工工艺和方法

2.1 管道的施工准备工作

2.1.1 确定管道安装基准线

先确定烟气轮机入口法兰中心轴线， 利用经纬仪等设备把入口管道的中心线在平台上做投影线；以此投影线为中心线，在平台上画出距离为入口管道直径的2条平行线， 此即各段管道的安装基准线。

2.1.2 准备管道安装用的机具

准备管道安装用的电焊机、砂轮磨光机、配电盘等， 吊装用索具、吊车、手拉葫芦等， 冷拉伸用的千斤顶、手拉葫芦等工具。

2.1.3 预制管段上中心点标识

在各预制好的管段（L1～L6）外面打上O°、90 °、180°、270°中心样冲点，用于后续管道对中及测量水平度、高程的使用。

2.2 管道的正式安装

此段高温管道安装时， 应先安装立管段L2。L2 定位后就能确定L6～L3和L1的实际长度，可以同时安装烟气轮机入口水平段L6～L3、安装旋风除尘器（三旋）到立管L2的L1管段，加快施工进度。

2.2.1 立管段L2的安装固定

把预制好的立管段L2就位。通过测量烟气轮机进口法兰到立管L2中心线与入口管道中心线在平台上的投影线相交点的距离来确定L2的位置，此段距离应等于设计图纸上的长度，调整L2垂直度以符合设计图纸要求。再沿L2管道外表面在南北方向两侧挂垂线至平台（垂线应经过角度样冲点和膨胀节n1、n2的两侧铰链板的中心线）， 与平台交点应在上述1.1中确定的安装基准线上 ；如果不相交， 应通过调整立管段的南北位置使之相交。这样L2的位置就确定了。然后根据设计图纸确定L2上弹簧吊架的吊臂位置，安装弹簧吊架时要注意膨胀节两侧铰链板的方位，不能安错；还要注意立管L2下管口的高度，要预留出拉伸量。

2.2.2 各水平管段长度测量

立管段L2定位找正后， 即可通过测量确定旋风除尘器出口至L2上口中心点的水平距离L1和垂直距离；复测立管L2 下口中心点至烟气轮机入口法兰面的水平、垂直距离， 减去相应位置的冷拉伸预留长度后， 即可确定各预制管段的实际长度。根据设计计算，管段L2下管口到与L3焊接好的弯头的上口的垂直方向冷拉伸距离为180mm ，水平管段L6与L5的法兰之间的冷拉伸距离为150mm。从烟气轮机入口法兰逆着烟气的流向来确定水平各管段的长度（这也是水平管道安装的方向），L6、L5、L4的长度可按照设计图纸给的长度，与L3连接的弯头的长度一定，对安装误差可在管段L3上来调整，根据安装时的实际情况来确定L3的长度。

2.3 烟气轮机入口管道的安装

先将烟气轮机入口配对法兰安装把紧， 然后依次安装、找正、找平管段L6、L5。

应注意同时安装管段L6上的正式吊架和L5的支架，通过调整正式的支架和吊架来找正找平管道，减少使用临时支架的情况，这样既可以节省材料和人工，也可以加快施工进度。水平度以烟气轮机入口法兰水平中心线为基准进行调整，使用U形连通管控制，纵向中心位置以两条烟道外壁安装基准线控制。

烟气轮机入口水平管段L4、L3的安装固定。管段L4上有烟机入口隔离阀：蝶阀和闸阀，管段L4的蝶阀、闸阀就位安装时需要与其余管道段现场一起找正、找平，需要用临时枕木或者型钢支撑阀门和各管段，调整各焊口间隙符合焊接要求，然后焊接焊缝D、E、F 、G、H。焊接时要求对称施焊， 减小焊接应力变形，严禁强力组对。焊接完后应及时安装正式的吊架和摆动支架，撤除临时支撑。管段L4应达到图纸给定的长度。 管段L3长度根据L3与L2的组对情况确定。组对时，应使C焊缝对中找平，L3段水平，弯头与L2下管口的距离为180mm，再安装导向管托。

L1管段有1个弯头及多节短管组成，与设备出口的连接需要现场组对，根据实际情况进行调整，以保证短管的尺寸及焊缝的间隙符合要求。组对好后，可进行焊接。

2.3 管道的冷拉伸

从旋风除尘器出口到烟气轮机入口的管段全部组装完毕后，下一步工作就是进行管道的预拉伸。需要注意的是此时管道所有的支架、吊架也应安装完毕，临时设施全部拆除。对烟气轮机进口管道的冷拉伸，应在两处进行拉伸，一处是在焊缝B处的拉伸，称为竖向拉伸；另一处是管段L6和L5连接法兰处的拉伸，称为横向拉伸。根据安装工艺，先进行竖向拉伸，再进行横向拉伸。

2.3.1 管段L2与L3（焊缝B处）的冷拉伸和组焊。管段L2、L3安装完毕并对焊缝B处组对间隙检查合格，在L2和L3相关位置栓挂手拉葫芦，把n1、n2、n3膨胀节上的运输、吊装螺栓松开或者拆除， 管段L2的吊架的限位块抽出，但n4膨胀节上的运输吊装螺栓不动，如图2（a），上述工作完成后就对L2和L3进行冷拉伸，使管段L2与弯头之间的间隙符合焊接的要求，呈图2（b）状态，然后点焊固定和焊接。

（a） （b）

图2 立管段L2与水平管段L3弯头的冷拉伸和组焊示意

2.3.2 管段L6与L5法兰处的冷拉伸和组焊。管段L6、L5安装固定完毕并对两法兰之间的间隙检查合格，松开膨胀节n4的安装运输用的螺栓，采用与竖向拉伸相同方法进行冷拉伸。冷拉合格后就可以连接螺栓。全部冷拉工作完成后，管道的形状如图3所示。

图3 冷拉后

至此，此段高温管道的预拉伸安装工作全部结束。及时进行管道的清理吹扫工作，使其达到运行的要求。

注意根据管道材质进行焊缝接口的酸洗钝化处理，管道外部要进行保温。管道预制、安装时要注意及时进行无损检测，此管道要求100%的无损检测合格，不进行试压试验。

3 结论

管道投入运行升温时， 监测各处支架、吊架、摆动支架、弹簧吊架、导向管托等处的位移量应符合设计图纸要求。通过检查，管道竖向及横向热膨胀量均在设计要求范围内，管道及设备的运行情况良好，证明此管道安装方法可以适应高温管道的安装。