海洋平臺(tái)立式鋼制煙囪的加工設(shè)計(jì)與預(yù)制安裝

向娟，劉傳豐，姜維，甄桂興，張少華

（海洋石油工程（青島）有限公司， 山東 青島 266520）

海洋平臺(tái)發(fā)電機(jī)和壓縮機(jī)排煙溫度很高，且工作時(shí)排煙溫度存在變化，變化的溫度會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力加大，若煙囪的加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量差將直接影響排煙系統(tǒng)的使用，進(jìn)而影響設(shè)備正常運(yùn)行及平臺(tái)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，煙管的加工和安裝質(zhì)量非常重要。本文以我公司承建的南海深水水域某天然氣工程項(xiàng)目立式鋼制煙囪為例，介紹海洋平臺(tái)立式煙囪的加工設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。

1 項(xiàng)目概況

南海深水水域某天然氣工程項(xiàng)目是個(gè)油氣處理中心平臺(tái)，有4臺(tái)壓縮機(jī)和2臺(tái)發(fā)電機(jī)，該6臺(tái)設(shè)備位于頂層甲板，排煙溫度均高于450℃，詳設(shè)分別為這6臺(tái)設(shè)備設(shè)計(jì)了立式煙囪，煙囪與設(shè)備之間通過法蘭螺栓連接。常見海洋平臺(tái)項(xiàng)目都直接采辦成品的中低壓鍋爐無縫鋼管用作排煙管，但本項(xiàng)目煙囪直徑較大（大管徑3300mm，小管徑2200mm），尺寸較長，無法采購到符合要求的成品管，只能由項(xiàng)目建造方采購鍋爐和壓力容器鋼板卷制成鋼管。這給建造方增加了工作難度。

2 煙囪的加工設(shè)計(jì)

加工設(shè)計(jì)是詳細(xì)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工的紐帶，加設(shè)工程師需要將詳設(shè)設(shè)計(jì)的排煙系統(tǒng)進(jìn)行消化吸收，然后根據(jù)本單位卷制能力編制出簡單易行的煙管卷制圖，用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。同時(shí)，需要編制排版圖以避免材料采購過量造成浪費(fèi)。

2.1 煙管的加工設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的6根煙囪中有4根煙囪長度超過11m，根據(jù)單位卷制能力，煙囪需分節(jié)制作。需要注意以下事項(xiàng)：

（1）施工、運(yùn)輸階段煙管因自重及其他荷載作用易發(fā)生變形，加工設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)節(jié)間宜為一個(gè)接頭，最短接長長度應(yīng)符合下列規(guī)定：

(a)當(dāng)鋼管直徑d ≤5 0 0 m m 時(shí)，不應(yīng)小于500mm；

(b)當(dāng)鋼管直徑500mm＜d≤1000mm時(shí)，不應(yīng)小于直徑；

(c)當(dāng)鋼管直徑d＞1000mm時(shí)，不應(yīng)小于1000mm。

即設(shè)計(jì)卷制圖時(shí)要注意煙管的長徑比不得小于1。

（2）煙囪每米長度內(nèi)的直線度應(yīng)不大于3mm，筒節(jié)全長的直線度應(yīng)符合如下規(guī)定：

(a)當(dāng)筒節(jié)長度不大于5m時(shí)，應(yīng)不大于8mm；

(b)當(dāng)筒節(jié)長度大于5m時(shí)，應(yīng)不大于10mm。

（3）煙囪直徑偏差不應(yīng)超過±3mm。

（4）煙囪接長時(shí)，采用V型坡口焊，相鄰管段的縱向焊縫必須錯(cuò)開90°到180°。具體接長方式如圖1所示：

圖1 相同厚度煙囪的接長

圖2 不同厚度煙囪的接長

(5)煙囪分段處端面平行度≤2mm。

(6)煙囪制作、運(yùn)輸過程中，應(yīng)采取防止變形的措施，并保證預(yù)拼裝或安裝質(zhì)量。

2.2 部件的加工設(shè)計(jì)

2.2.1 鋼制法蘭

該項(xiàng)目6根煙囪都通過法蘭與設(shè)備螺栓連接，其中4個(gè)圓形法蘭由設(shè)備廠家提供，另外2個(gè)方形法蘭由建造方預(yù)制。鋼制法蘭在加工設(shè)計(jì)階段時(shí)要考慮法蘭水平度、焊后整體不平度的要求。通常要求法蘭整體不平度≤4mm；預(yù)制法蘭表面不得有裂紋、毛刺等降低強(qiáng)度和連接可靠性的缺陷；煙囪筒體與連接法蘭焊接后的端面傾斜度應(yīng)不大于2.5mm。預(yù)制的煙囪法蘭和壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)用螺栓連接，法蘭上的螺栓孔宜現(xiàn)場配鉆，以確保安裝無誤。另外，加工設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)法蘭間的墊片供應(yīng)情況進(jìn)行澄清以防漏項(xiàng)，如果設(shè)備廠家不提供該墊片，建造方應(yīng)進(jìn)行墊片采購。

2.2.2 錐形管

鑒于設(shè)備工作時(shí)煙囪熱應(yīng)力大，天圓地方式錐形管在預(yù)制時(shí)應(yīng)盡量一次成型，但如果板材太厚且壓制的管尺寸較大就特別容易出現(xiàn)棱角度數(shù)偏差，從而導(dǎo)致錐形管壓制后無法矯正，進(jìn)而影響后期的組對(duì)成型工作，這就要考慮等分預(yù)制，但要盡量減少焊縫，并采用合理的焊接工藝去有效避免消除焊縫熱應(yīng)力。本項(xiàng)目采用了等分預(yù)制方式。

2.2.3 防雨帽及其他附件

圖3 天圓地方錐形管

直立排煙管應(yīng)加裝防雨帽，防雨帽應(yīng)嚴(yán)格按照船用菌型通風(fēng)筒標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和預(yù)制，表面要平整光順，無銳邊，不得有扭曲歪斜現(xiàn)象；風(fēng)筒、風(fēng)帽直徑偏差為±3mm，垂直度偏差為2a/1000（a為風(fēng)筒筒體高度）。防雨帽需要進(jìn)行充水實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)后，被檢部位應(yīng)無水珠或水漬。

圓環(huán)板、筋板等其他小部件在加工設(shè)計(jì)圖紙編制階段也應(yīng)進(jìn)行排版，以充分利用工程材料。

2.3 材料檢驗(yàn)

煙囪使用的全部鋼材、焊接材料、涂裝材料應(yīng)具有質(zhì)量證明書，符合設(shè)計(jì)要求和國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范要求，不符合要求的材料不得使用。

3 煙囪的加工成型

煙囪成型施工流程：鋼板熔渣、飛邊、毛刺的去除→壓頭→滾圓成型→點(diǎn)焊固定→檢查、核實(shí)各部位尺寸及外觀→焊接工序→檢驗(yàn)→涂裝。

下料：施工人員在對(duì)鋼板下料劃線時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照排版圖進(jìn)行下料，并根據(jù)不同的切割方法給出適當(dāng)加工余量，最大限度利用材料，避免二次采購材料。下料后，對(duì)筒體接口焊接的部位進(jìn)行坡口加工，加工后的坡口表面不得有裂紋、夾層等缺陷。

成型：將處理好的板材用卷板機(jī)進(jìn)行滾圓成型，點(diǎn)焊固定，點(diǎn)焊固定后，卷管端面與管中心線的垂直偏差不大于3mm，斷面不圓的要整圓，平直度偏差不得大于1mm；尺寸和外觀檢查無問題后再進(jìn)行焊接。

焊接：焊接由有相應(yīng)資質(zhì)的焊工根據(jù)焊接規(guī)程施焊。焊接前，施工人員應(yīng)熟悉施工詳圖、組裝工藝及有關(guān)技術(shù)文件要求。將焊接處的連接接觸面及沿邊緣30～50mm范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺、污垢、油脂等清理干凈。焊條應(yīng)按規(guī)定提前進(jìn)行烘干處理。

煙囪接長：煙囪拼接組對(duì)時(shí)，可利用吊車、千斤頂來調(diào)整筒體同心度，千斤頂與筒體接觸之處應(yīng)有臨時(shí)鞍式支座，防止筒體發(fā)生局部變形。焊接時(shí)應(yīng)墊牢，不得搬動(dòng)，不得將管子懸空或處于外力作用下施焊。應(yīng)在距接口中心200mm處測量平直度，對(duì)口間隙應(yīng)符合要求，不得用強(qiáng)力對(duì)正，以免引起附加應(yīng)力，不允許用加偏墊或多層墊等方法來消除接口端面的空隙偏差、錯(cuò)口或不同心等缺陷。管子對(duì)好口后，要用點(diǎn)焊固定，點(diǎn)焊用的焊條和焊工的技術(shù)與正式焊接相同。煙囪整體焊接完成后應(yīng)消除熱應(yīng)力，焊后不得再在煙囪本體上施焊。

焊縫檢驗(yàn)：所有檢驗(yàn)都應(yīng)按照?qǐng)D紙和規(guī)格書要求進(jìn)行。所有焊縫表面不得有裂紋、夾渣、氣孔、熔穿等缺陷。要清除焊渣和焊縫附近的飛濺物，焊縫兩邊的咬邊連續(xù)長度不得大于100mm。咬邊深度不得大于0.5mm，焊縫兩側(cè)咬邊總長度不得超過焊縫長的10%。所有焊縫接頭都需要進(jìn)行100%MT檢測，符合JB/T 4730.4 I級(jí)質(zhì)檢要求。

涂裝：防腐規(guī)格書中按照溫度的劃分區(qū)間設(shè)定了不同種類的防腐漆。煙囪系統(tǒng)接長完畢后要對(duì)所有焊縫進(jìn)行打磨處理，徹底清除浮銹、焊渣、毛刺、油污及泥土等，然后再根據(jù)煙氣溫度和防腐規(guī)格書要求對(duì)煙囪進(jìn)行涂裝。

另外，涂裝方面還需要注意：根據(jù)中國民用航空規(guī)章CCAR135部相關(guān)規(guī)定，如果卷制的煙囪安裝就位后有高于直升機(jī)甲板3m以上的部分應(yīng)當(dāng)根據(jù)選用寬度為0.5-0.6m桔紅、白色交替或者紅、白交替或者黑、白交替的條紋箍表示。

4 立式煙囪及隔熱附件的安裝

4.1 煙囪的安裝

（1）煙囪為臥式卷制接長，臥式運(yùn)輸?shù)浇M塊區(qū)域，需要先翻身90°再吊裝。做方案時(shí)要注意吊機(jī)選型和吊機(jī)占位，同時(shí)注意防止翻身和吊裝時(shí)損壞煙囪表面。

（2）煙囪整體的安裝應(yīng)在部件組裝、焊接、矯正并檢驗(yàn)合格后進(jìn)行。煙囪安裝后應(yīng)保證內(nèi)外筒同軸度≤6mm。

（3）煙囪與設(shè)備法蘭連接，法蘭螺栓孔應(yīng)跨中安裝，法蘭間應(yīng)保持平行，其偏差不得大于法蘭外徑的1.5/1000，且不得大于2mm，不得用強(qiáng)緊螺栓的方法消除平行誤差。法蘭連接應(yīng)使用同一規(guī)格的螺栓，安裝方向應(yīng)一致。螺栓緊固后應(yīng)與法蘭緊貼，不得有楔縫。需加墊圈時(shí)，每個(gè)螺栓不得超過一個(gè)，緊固后的螺栓宜與螺母平齊。擰緊螺栓時(shí)，須對(duì)稱交叉進(jìn)行，以保障墊片各處受力均勻。第一次對(duì)稱擰緊程度50%；第二次對(duì)稱擰緊60%～70%；第三次對(duì)稱擰緊80%～90%；最后順序擰緊到100%。

4.2 隔熱附件的安裝

本項(xiàng)目壓縮機(jī)煙內(nèi)外筒間用80mm的陶瓷纖維棉進(jìn)行隔熱，需要注意的是，該煙囪是立式煙囪，要用一層要求厚度的陶瓷纖維包裹，如果選用2層40mm的陶瓷纖維棉不僅多花費(fèi)人工時(shí)，更可能造成保溫棉層間的竄動(dòng)從而降低隔熱效果。隔熱層和煙囪筒壁之間應(yīng)緊貼，隔熱材料的縱縫、橫縫處不能有縫隙。保溫材料安裝好后，每間隔250-300mm用φ1.2mm鋼絲捆扎一道，配合承重托環(huán)以防止隔熱材料下墜。

5 結(jié)束語

通常海洋平臺(tái)都配置了大功率的發(fā)電機(jī)，它們的排煙溫度都高達(dá)400-600℃，煙囪的加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量非常關(guān)鍵，直接影響到發(fā)電機(jī)的正常排氣和平臺(tái)安全。本文通過南海某項(xiàng)目立式鋼制煙囪為例闡述的加工設(shè)計(jì)階段、施工制造階段及安裝階段的注意事項(xiàng)有助于提高煙囪整體質(zhì)量，盼此經(jīng)驗(yàn)對(duì)今后同類工程的加工設(shè)計(jì)人員和施工人員起到一定的借鑒作用。

◆參考文獻(xiàn)

[1] GB 50078-2008，煙囪工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] JB/T 1621-93，工業(yè)鍋爐煙箱、鋼制煙囪技術(shù)條件[S].