汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法
2023-06-01 02:42:21 1
汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法
【專利摘要】本發明汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，先將裝配法蘭、變徑管和直管依次焊接成一體；再將彎管另一端與主管線之間的第四焊縫進行焊接；然後由兩名焊工同時採用氬弧焊對第三焊縫進行對稱打底焊接後，分別觀察在汽輪機法蘭上的兩個軸向百分表和兩個徑向百分表的數值，當兩個徑向百分表的指針均為0時，由兩名焊工同時進行對稱焊接；當兩個徑向百分表的指針不為0時，觀察兩個軸向百分表所測得的汽輪機法蘭和裝配法蘭3之間間隙的變化，由一名焊工對著汽輪機法蘭和裝配法蘭之間間隙小的方位處的第三焊縫圓周120°範圍內進行填充焊接，重複上述填充焊接；直到第三焊縫焊完為止。
【專利說明】汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及到能源化工、石油化工、電力、冶金工業蒸汽透平機壓縮機組進出口管段無應力配管領域。特別涉及到蒸汽透平機進口蒸汽管段無應力配管領域。
【背景技術】
[0002]在能源化工、石油化工、電力、冶煉工業。均需要汽輪機作為動力設備來驅動發電機、壓縮機組等大型設備。汽輪機的動力源是由蒸汽鍋爐輸送的高溫、高壓蒸汽來衝動汽輪機轉動。汽輪機與蒸汽鍋爐之間通過長距離的管道焊接而成，只有汽輪機蒸汽入口與管道的蒸汽出口是通過成對法蘭進行螺栓連接。
[0003]按照規範要求，應對汽輪機進口管段進行無應力配管:即管段與設備在連接時應處於自由狀態，通俗的說就是管件與設備連接處的法蘭在沒有螺栓的情況下能夠保持自由地平面接觸，卸下接管上的法蘭螺栓，在自由狀態下所有螺栓應能在螺栓孔中順利穿過，法蘭密封面間的平行偏差、徑向偏差及間距符合規定值(簡稱無應力)，只有這樣的狀態才能在最大程度上保護設備。由於允許偏差值極小(GB50236規範:3000轉/分?6000轉/分，平行度為0.15mm,同心度0.5mm),這對法蘭管段做到無應力連接，主要是靠焊縫在焊接過程中進行調節，難度非常大，安裝周期長。
[0004]汽輪機機組進口法蘭與管段法蘭配裝，如在自由狀態下法蘭的平行度、同心度達不到規範要求，經螺栓連接時必然對汽輪機組產生徑向拉力和軸向拉力，將會使已安裝找正合格的蒸汽透平及壓縮機產生位移，從而破壞了汽輪機與壓縮機之間的同軸度，汽輪機機組在開車時振動大，嚴重時造成軸瓦、密封、損壞，轉子彎曲，汽輪機機組無法運行，使已建成的工廠延期投產。
[0005]通常的做法是以機器法蘭口為基準，配管向外自由連接。先安裝管道支架，使管道和閥門等重量及附加力矩不作用到機器上，並且管段固定焊口選擇在四個彎管以外之處，總體越遠越好，避免焊接時由於焊縫不均勻的收縮對機器產生應力。但是汽輪機進口蒸汽管段無法以機器法蘭口為基準的方法進行配管，因為從鍋爐到汽輪機入口的高溫、高壓蒸汽管線全程均是焊接焊口，中間無法蘭連接。管線安裝結束後要進行蒸汽吹掃，必須要留一段管段不安裝作為蒸汽吹掃口，吹掃合格後再安裝此管段。
[0006]該預留管段有兩道固定焊口，即水平固定焊口和垂直固定焊口，通常做法:1、對預留管段的位置都選擇在汽輪機最近處，對口方法是兩道焊口同時組對，產生的問題是:在焊第一道固定口焊接時，另一道固定口已出現應力；2、先後焊接順序不考慮，產生的問題是:如果水平固定口先焊接，以垂直固定焊口作調整口時，在打磨時產生飛濺物直接進入管內無法清裡，嚴重時飛濺可損壞汽輪機內件，如先焊垂直固定焊口先焊，以水平固定口作調整口時，焊接線能量隨著焊接位置的改變而變化，相應的焊接收縮不均勻。3、焊接工藝是兩人同時對稱焊，產生的問題是:這兩道固定焊口的坡口是現場人工打磨，根據現場的環境組對，必然產生對口間隙及坡度不均勻，如果兩人同時對稱焊，焊縫產生不均勻的收縮，法蘭向收縮量大的方位傾斜。4、焊道連續焊接，產生的問題是:焊接過程中不作焊道調整，層間溫度高，對偏差值的測量不準確。由於以上問題造成法蘭面平行度，同心度值超標，法蘭沿著周向偏轉，返修率高，返修周期長，一般情況下一道Φ377Χ40的焊縫最小要焊一周，有的項目達到一個多月也難以完成。
[0007]本汽輪機組進口蒸汽管段配對法蘭無應力裝配方法，克服現有無應力配管中的不足，提供一種合理的安裝方法，對於一道Φ 377 X 40的焊縫基本在10個小時完成，焊接合格率100%，本發明適用於各種轉動機器管道無應力配管。
【發明內容】
[0008]本發明的發明目的是克服現有的汽輪機進口蒸汽管段法蘭存在應力裝配的方法，而提供一種汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法。
[0009]為了完成本申請的發明目的，本申請採用以下技術方案:
[0010]本發明的一種汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，它是將裝配法蘭、變徑管、直管、彎管和主管線與汽輪機法蘭進行無應力裝配，在裝配過程中對裝配法蘭、變徑管、直管、彎管和主管線進行焊接，裝配法蘭與汽輪機法蘭進行螺栓連接，焊縫包括:裝配法蘭和變徑管之間的第一焊縫，變徑管和直管之間的第二焊縫，直管和彎管之間的第三焊縫，彎管和主管線之間的第四焊縫，其中:
[0011](a)先將裝配法蘭、變徑管和直管依次焊接成一體；
[0012](b)在汽輪機法蘭上裝有兩個軸向百分表和兩個徑向百分表,兩個軸向百分表在汽輪機法蘭的圓周上相隔90° ;兩個徑向百分表在汽輪機法蘭的圓周上相隔90°，兩個軸向百分表和兩個徑向百分表表的指針調整到O位；將裝配法蘭用螺栓固定在汽輪機法蘭上，直管垂直向下，以直管的下端為基準，將彎管的一端對準直管的下端，彎管另一端對準主管線，然後將彎管另一端與主管線之間的第四焊縫進行焊接；
[0013](c)在直管和彎管的一端用4-6塊背板將直管和彎管連接在一起，每塊背板點焊在直管和彎管上，然後鬆開固定在裝配法蘭和汽輪機法蘭上的螺栓，使直管處在自由狀態焊接；
[0014](d)在焊接第三焊縫的過程中，採用氬弧焊進行打底焊接，由兩名焊工同時進行對稱焊接；
[0015](e)在打底焊接完成後，分別觀察在汽輪機法蘭上的兩個軸向百分表的數值和兩個徑向百分表的數值，當兩個徑向百分表的指針均為O時，由兩名焊工同時進行對稱焊接；當兩個徑向百分表的指針不為O時，觀察兩個軸向百分表所測得的汽輪機法蘭和裝配法蘭3之間間隙的變化，由一名焊工對著汽輪機法蘭和裝配法蘭之間間隙小的方位處的第三焊縫圓周120°範圍內進行填充焊接，在填充每一層後，再分別觀察兩個軸向百分表的和兩個徑向百分表的數值，當兩個徑向百分表的指針不為O時，觀察兩個軸向百分表分別測得的汽輪機法蘭和裝配法蘭之間間隙發生變化，重複上述填充焊接；直到兩個徑向百分表的指針均為O時，汽輪機法蘭和裝配法蘭平行度和同心度已達到要求，將上述填充焊接的焊肉打磨掉，由兩名焊工同時進行對稱焊接，在焊完一層後，重新觀察兩個軸向百分表的數值和兩個徑向百分表；重複上述步驟直到第三焊縫焊完為止；
[0016]本發明汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其中:在步驟(e)中，每一焊道在冷卻到200°C至250°C後，再焊下一焊道；[0017]本發明汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其中:在步驟(b)中，在將彎管的一端對準直管的下端時，留出彎管另一端與主管線焊接後的收縮量，即彎管的一端向外與直管的下端相錯開1/15直管管壁厚度對準；
[0018]本發明汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其中:所述4-6塊背板均勻地點焊在直管和彎管之間的圓周面上，在直管和彎管之間的背板上開有焊縫槽；
[0019]本發明汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其中:在步驟(b)中，將裝配法蘭用螺栓固定在汽輪機法蘭時，觀察兩個徑向百分表的數值，來對螺栓所施加的力進行調節，使兩個徑向百分表的數值相同；在步驟(C)中，在鬆開固定在裝配法蘭和汽輪機法蘭上的螺栓時，同樣觀察兩個徑向百分表的數值，對稱地鬆開固定在裝配法蘭和汽輪機法蘭上的螺栓；
[0020]本發明汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其中:在所述的步驟(e)中，焊縫的填充焊接和蓋面焊接選用直徑為2.5mm至3.2mm的焊條和電流為90A至120A的電弧焊接；
[0021]本發明汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其中:在步驟(e)完成後，打掉背板。
[0022]汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法能快速使汽輪機組進口蒸汽管段配對法蘭無應力裝配，縮短了機組開車的時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的一種汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的示意圖；
[0024]圖2為第三焊縫即直管與彎管連接處的放大示意圖，在圖中的數字代表焊道。
[0025]在圖1至圖2中，標號I為汽輪機法蘭；標號2為徑向百分表；標號3為裝配法蘭；標號4為第一焊縫；標號5為變徑管；標號6為第二焊縫；標號7為直管；標號8為第三焊縫；標號9為焊縫槽；標號10為背板；標號11為彎管；標號12為第四焊縫；標號13為主管線；標號14為軸向百分表。
【具體實施方式】
[0026]下面通過實施例，對本發明的一種汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法作進一步地描述。
[0027]神華包頭60000Nm3/h空分裝置，四臺蒸汽透平壓縮機組，從鍋爐來的主蒸汽壓力為9.8MPa，設計溫度545°C。主蒸汽管道的規格為Φ 377 X 30mm，管道材質為12CrIMoVG ;汽輪機額定轉速為5400轉/分,按照規範規定,進口蒸汽管段配對法蘭平行度在0.15mm之內，同心度在0.5mm之內，兩片法蘭脫離後自由距離在42?44mm之內。
[0028]如圖1所示，本發明汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法是將裝配法蘭3、變徑管5、直管7、彎管11和主管線13與汽輪機法蘭I進行無應力裝配，在裝配過程中對裝配法蘭3、變徑管5、直管7、彎管11和主管線13進行焊接，裝配法蘭3與汽輪機法蘭I進行螺栓連接，焊縫包括:裝配法蘭3和變徑管5之間的第一焊縫4，變徑管5和直管7之間的第二焊縫6，直管7和彎管11之間的第三焊縫8，彎管11和主管線13之間的第四焊縫12，其裝配方法如下:[0029](a)先將裝配法蘭3、變徑管5和直管7依次焊接成一體；
[0030](b)將裝配法蘭3用螺栓固定在汽輪機法蘭I上，直管7垂直向下，以直管7的下端為基準，將彎管11的一端對準直管7的下端，留出彎管11另一端與主管線13焊接後的收縮量，即彎管11的一端向外與直管7的下端相錯開直管7管壁的1/15，如2mm，然後將彎管11另一端與主管線13之間的第四焊縫12進行焊接；在汽輪機法蘭I上還裝有四塊百分表，南、東方向各一塊軸向百分表14,北、西方向各一塊徑向百分表2,將各百分表指針調到O的位置；在初始狀態下，兩個軸向百分表14和兩個徑向百分表表2的指針調整到O位，在將裝配法蘭3用螺栓固定在汽輪機法蘭I時，分別觀察兩個軸向百分表14的數值和兩個徑向百分表2的數值，來對螺栓所施加的力進行調節，使兩個徑向百分表2的數值在O位，軸向兩個軸向百分表14的數值相同；
[0031](c)直管7和彎管11的一端用4-6塊背板10將直管7和彎管11連接在一起，每塊背板10點焊在直管7和彎管11上，背板10均勻地點焊在直管7和彎管11之間的圓周面上，在直管7和彎管11之間的背板10上開有焊縫槽9，然後鬆開固定在裝配法蘭3和汽輪機法蘭I上的螺栓；使直管7處在自由狀態焊接；在鬆開固定在裝配法蘭3和汽輪機法蘭I上的螺栓時，同樣觀察兩個軸向百分表14的數值和兩個徑向百分表2的數值，對稱地鬆開固定在裝配法蘭3和汽輪機法蘭I上的螺栓；
[0032](d)在焊接第三焊縫8的過程中，採用氬弧焊進行打底焊接如圖2中標號I所示，由兩名焊工同時進行對稱焊接；
[0033](e)在打底焊接完成後，分別觀察在汽輪機法蘭I上的兩個軸向百分表14的數值和兩個徑向百分表2的數值，當兩個徑向百分表2的指針均為O時，由兩名焊工同時進行對稱焊接；當兩個徑向百分表2的指針不為O時，觀察兩個軸向百分表14所測得的汽輪機法蘭I和裝配法蘭3之間間隙的變化，由一名焊工對著汽輪機法蘭I和裝配法蘭3之間間隙小的方位處的第三焊縫8圓周120°範圍內進行填充焊接，如圖2中除了標號1、標號13、14和15之外的焊接，在填充每一層後，再分別觀察兩個軸向百分表14的和兩個徑向百分表2的數值，當兩個徑向百分表2的指針不為O時，觀察兩個軸向百分表14所測得的汽輪機法蘭I和裝配法蘭3之間間隙的變化，重複上述填充焊接；直到兩個徑向百分表2的指針均為O為止，汽輪機法蘭I和裝配法蘭3平行度和同心度已達到要求，將上述填充焊接的焊肉打磨掉，由兩名焊工同時進行對稱焊接，焊縫的填充焊接(即圖2中的標號2-12)和蓋面焊接(即圖2中的標號13-16)選用直徑為2.5至3.2mm的焊條和電流為90至120A的電弧焊接，在焊完一層後，重新觀察兩個軸向百分表14的數值的和兩個徑向百分表2的數值；重複上述步驟直到第三焊縫8焊完為止。每一焊道在冷卻到200°C至250°C後，再焊下一焊道，圖2中的每一數字表示一個焊道，在步驟(e)完成後，打掉背板10。
[0034]如圖2所示，為了解決焊道連續焊接，層間溫度高，對偏差值的測量不準確的問題。層間溫度的控制方法:焊道之間不能連續焊接，在焊I道後，焊縫冷確到200°C?250°C之間，再焊2道，2道冷卻後再焊3道，依次類推至到16道，這樣焊接變形小，但溫度也不能過低，低於200°C以下不符合規範要求。
[0035]通過以上方法，經多次測量汽輪機組進口蒸汽管段法蘭水平度0.10mm，同心度
0.20，無應力裝配達到了要求，3號焊口焊接時間8小時完成，經射線檢測100%合格。兩個法蘭用螺栓擰緊後，汽輪機組沒有產生任何位移。最後開車一次成功。[0036]以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的範圍參見權利要求，在不違背本發明的精神的情況下，本發明可以作適當形式的修改。
【權利要求】
1.一種汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，它是將裝配法蘭(3)、變徑管(5)、直管(7)、彎管(11)和主管線(13)與汽輪機法蘭(I)進行無應力裝配，在裝配過程中對裝配法蘭(3)、變徑管(5)、直管(7)、彎管(11)和主管線(13)進行焊接，裝配法蘭(3)與汽輪機法蘭(I)進行螺栓連接，焊縫包括:裝配法蘭(3 )和變徑管(5 )之間的第一焊縫(4 )，變徑管(5)和直管(7)之間的第二焊縫(6)，直管(7)和彎管(11)之間的第三焊縫(8)，彎管(11)和主管線(13)之間的第四焊縫(12)，其特徵在於: (a)先將裝配法蘭(3)、變徑管(5 )和直管(7 )依次焊接成一體；(b)在汽輪機法蘭(I)上裝有兩個軸向百分表(14)和兩個徑向百分表表(2)，兩個軸向百分表(14)在汽輪機法蘭(I)的圓周上相隔90° ;兩個徑向百分表表(2)在汽輪機法蘭(1)的圓周上相隔90°，兩個軸向百分表(14)和兩個徑向百分表表(2)的指針調整到O位，將裝配法蘭(3)用螺栓固定在汽輪機法蘭(I)上，直管(7)垂直向下，以直管(7)的下端為基準，將彎管(11)的一端對準直管(7 )的下端，彎管(11)另一端對準主管線(13 )，然後將彎管(11)另一端與主管線(13)之間的第四焊縫(12)進行焊接； (c )在直管(7 )和彎管(11)的一端用4-6塊背板(10 )將直管(7 )和彎管(11)連接在一起，每塊背板(10)點焊在直管(7)和彎管(11)上，然後鬆開固定在裝配法蘭(3)和汽輪機法蘭(I)上的螺栓，使直管(7)處在自由狀態焊接； (d)在焊接第三焊縫(8)的過程中，採用氬弧焊進行打底焊接，由兩名焊工同時進行對稱焊接； (e)在打底焊接完成後，分別觀察在汽輪機法蘭(I)上的兩個軸向百分表(14)的數值和兩個徑向百分表(2)的數值，當兩個徑向百分表(2)的指針均為O時，由兩名焊工同時進行對稱焊接；當兩個徑向百分表(2)的指針不為O時，觀察兩個軸向百分表(14)所測得的汽輪機法蘭(I)和裝配法蘭(3 )之間間隙的變化，由一名焊工對著汽輪機法蘭(I)和裝配法蘭(3)之間間隙小的方位處的第三焊縫(8)圓周120°範圍內進行填充焊接，在填充每一層後，再分別觀察兩個軸向百分表(14)的和兩個徑向百分表(2)的數值，當兩個徑向百分表(2)的指針不為O時，觀察兩個軸向百分表分別測得的汽輪機法蘭(I)和裝配法蘭(3)之間間隙發生變化，重複上述填充焊接；直到兩個徑向百分表(2)的指針均為O時，汽輪機法蘭(I)和裝配法蘭(3)平行度和同心度已達到要求，將上述填充焊接的焊肉打磨掉，由兩名焊工同時進行對稱焊接，在焊完一層後，重新觀察兩個軸向百分表(14)的數值和兩個徑向百分表(2);重複上述步驟直到第三焊縫(8)焊完為止。
2.如權利要求1所述的汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其特徵在於:在步驟(e)中，每一焊道在冷卻到200°C至250°C後，再焊下一焊道。
3.如權利要求1所述的汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其特徵在於:在步驟(b)中，在將彎管(11)的一端對準直管(7)的下端時，留出彎管(11)另一端與主管線(13)焊接後的收縮量，即彎管(11)的一端向外與直管(7)的下端相錯開1/15直管(7)管壁厚度對準。
4.如權利要求1所述的汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其特徵在於:所述4-6塊背板(10)均勻地點焊在直管(7)和彎管(11)之間的圓周面上，在直管(7)和彎管(II)之間的背板(10)上開有焊縫槽(9 )。
5.如權利要求1所述的汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其特徵在於:在步驟(b)中，將裝配法蘭(3)用螺栓固定在汽輪機法蘭(I)時，分別觀察兩個軸向百分表(14)的數值和兩個徑向百分表(2)的數值，來對螺栓所施加的力進行調節，使兩個徑向百分表(2 )的數值在O位，軸向兩個軸向百分表(14 )的數值相同；在鬆開固定在裝配法蘭(3 )和汽輪機法蘭(I)上的螺栓時，同樣觀察兩個軸向百分表(14)的數值和兩個徑向百分表(2)的數值，對稱地鬆開固定在裝配法蘭(3)和汽輪機法蘭(I)上的螺栓。
6.如權利要求1所述的汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其特徵在於:在所述的步驟(e)中，焊縫的填充焊接和蓋面焊接選用直徑為2.5mm至3.2mm的焊條和電流為90A至120A的電弧焊接。
7.如權利要求1所述的汽輪機進口蒸汽管段法蘭無應力裝配的方法，其特徵在於:在步驟(e)完成後，打掉背板( 10)。
【文檔編號】F01D25/00GK103437834SQ201310390992
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】史湘林, 吳紹瑞, 徐建 申請人:中國化學工程第三建設有限公司