大口徑離心式壓縮機無應(yīng)力配管方法

高長軍

中化二建集團第三安裝工程有限公司 山西 太原 030021

隨著大石油、大煉化的發(fā)展，石化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，更加趨向于豐富完整的產(chǎn)業(yè)鏈，最大限度地利用已有資源實現(xiàn)石化產(chǎn)品的利潤最大化。石化產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模不斷增大，單套裝置生產(chǎn)能力不斷加大，裝置配套工藝設(shè)備尺寸也隨之加大。壓縮機作為裝置運行的核心設(shè)備，其能否安全連續(xù)運行直接影響到整套裝置甚至全廠產(chǎn)業(yè)鏈的正常生產(chǎn)。因此，必須做好壓縮機組進出口管線的無應(yīng)力配管工作，確保機組安全運行。以下結(jié)合連云港石化工程項目EOEG 裝置中的循環(huán)氣壓縮機配管施工過程，來分析大口徑離心式壓縮機無應(yīng)力配管施工方法。

1 無應(yīng)力配管技術(shù)要求

（1）管道與壓縮機連接前，在自由狀態(tài)下，檢查配對法蘭的平行度和同軸度：法蘭同心度要求≤0.5mm，轉(zhuǎn)速≤6000r/ min；法蘭同心度要求≤0.2mm，轉(zhuǎn)速＞6000r/ min。根據(jù)SH/ T3538- 2017，法蘭平行度要求≤0.15mm，轉(zhuǎn)速≤6000r/ min；法蘭平行度要求≤0.1mm，轉(zhuǎn)速＞6000r/ min。

（2）根據(jù)廠家技術(shù)文件要求，法蘭間隙≤墊片厚度+0.25mm。

（3）管道與壓縮機最終連接時，在聯(lián)軸器處架設(shè)百分表監(jiān)測機體軸向和徑向位移。根據(jù)SH/ T3538- 2017，機體徑向位移要求≤0.05mm，轉(zhuǎn)速≤6000r/ min；機體徑向位移要求≤0.02mm，轉(zhuǎn)速＞6000r/ min。管道與壓縮機最終連接時，機體軸向位移要求≤0.05mm，轉(zhuǎn)速≤6000r/ min；機體軸向位移要求≤0.02mm，轉(zhuǎn)速＞6000r/ min。

2 無應(yīng)力配管施工方法

壓縮機無應(yīng)力配管是在壓縮機和驅(qū)動機均已精平調(diào)整完成，并經(jīng)過精對中具備配管條件后才開始的安裝步驟。必須采用正確、合理、有序的施工方法，嚴(yán)格高質(zhì)量要求，合理安排自由管段和封閉管段的位置和施工順序，利用可靠的焊接技術(shù)防止焊接變形產(chǎn)生附加應(yīng)力。同時，在機體關(guān)鍵部位設(shè)置附加應(yīng)力監(jiān)測儀器，嚴(yán)密監(jiān)視焊接過程中附加應(yīng)力的變化情況，及時調(diào)整焊接順序，實現(xiàn)管線安裝完成后壓縮機組機體無附加應(yīng)力。

2.1 封閉段組對

（1）本案例中壓縮機進出口管徑較大，入口直徑DN1200mm、擴大段DN1800mm，出口直徑DN1100mm、擴大段DN1400mm，均為直縫焊接鋼管。大口徑直縫鋼管本身的橢圓度會嚴(yán)重影響管道的組對質(zhì)量，進而影響焊接應(yīng)力。因此管道組對前必須嚴(yán)格按照管道施工規(guī)范要求對管道及管件的橢圓度進行校正，防止管道在組對過程中因為尺寸超差引起的組對應(yīng)力，確保管道組對后的水平度和垂直度都能符合規(guī)范要求，避免因管道連接導(dǎo)致壓縮機組產(chǎn)生附加應(yīng)力。

（2）壓縮機入口處設(shè)置有入口過濾器法蘭直管段（L=5000mm），此段作為自由管段在壓縮機組精對中完成后可以開始進行安裝作業(yè)。由于壓縮機入口機身法蘭采用的是裁絲形式，自由管段安裝時必須控制好法蘭面平行度和同軸度，利用行車吊裝。同時，在機組聯(lián)軸器連接處設(shè)置百分表觀察螺栓擰緊過程中機組軸向和徑向位移。此段是完全自由狀態(tài)安裝，為了減小累積誤差，安裝時要盡可能保證百分表數(shù)值無變化。進口管線以與過濾器相連接的直管段為封閉段，出口管線以與機身法蘭相連接的直管段作為封閉管段，即最后形成固定口1、固定口2、固定口3、固定口4 共計四道固定焊口。壓縮機進出口管線布置如圖1 所示。

圖1 壓縮機進出口管線布置示意圖

（3）進口管線組對時，以與壓縮機進口過濾器配對的法蘭為基準(zhǔn)進行測量。預(yù)先將封閉段法蘭與配對法蘭連接，期間必須嚴(yán)格控制法蘭平行度和垂直度。由于法蘭直徑較大，須沿圓周多點測量，經(jīng)反復(fù)檢測確保無誤后再連接并緊固配對法蘭。測量封閉段準(zhǔn)確長度，管材下料時必須充分考慮坡口加工和焊接收縮余量，確保焊接完成不會產(chǎn)生軸向拉力。出口管線封閉段與機身法蘭組對時方法同上。

（4）進口管線封閉管段與法蘭點焊過程中嚴(yán)格控制焊口錯邊情況，一旦超差必須進行修磨使其符合要求；出口管線封閉段固定口是在管道彎頭和直管段連接處，必須提前測量管材與管件的管口偏差最大處，在管段組對時進行規(guī)避，同時組對焊接固定口時適當(dāng)減小組對間隙（1.5～2mm）。

（5）管線封閉段組對完成后，必須將管道上的所有支架按照圖紙要求一次性安裝完成，并且在聯(lián)軸器處設(shè)置百分表，觀察機組在撤掉吊裝器具后是否會由于管道自身重量引起附加應(yīng)力。固定支架、導(dǎo)向支架、彈簧支架等，尤其是進口管道支架I、進口管道支架III 和出口管道支架I、出口管道支架II，均設(shè)置有耳式導(dǎo)向支架，這些導(dǎo)向支架在管道焊接完成前也必須焊接完成，防止因為后續(xù)焊接引起管道附加額外應(yīng)力。圖2 為進口管線支架和出口管線支架。

圖2 進口管線支架和出口管線支架

2.2 封閉段焊接

（1）封閉管段焊接前，需將與其連接的法蘭緊固螺栓拆除，使封閉段也完全處于自由狀態(tài)。同時對封閉段的法蘭平行度和垂直度進行復(fù)查，更要檢查法蘭密封面的間隙，要求不超過0.25mm，如有超標(biāo)必須重新組對。

（2）焊接時先焊接進口管線上的固定口，在進口過濾器配對法蘭上均勻設(shè)置4 塊百分表，實時監(jiān)測焊接過程中封閉段法蘭的位移情況，如有較大位移必須及時采取措施，調(diào)整焊接順序等。出口管道焊接時在機體出口法蘭上也要設(shè)置4 塊百分表進行監(jiān)測。

（3）由于壓縮機進出口管線管徑均較大，采用兩人對稱焊接的方法進行焊接，通過計算確定將管道均分為16段（每段約250mm）進行分段焊接。為了減小焊接應(yīng)力，采用小電流，打底采用氬弧焊，填充蓋面采用電弧焊，多層多道；先焊接焊縫間隙較大的區(qū)段，確定區(qū)段焊接順序，對稱焊接；焊接過程采用間斷焊接，每道焊接完成后需要等待焊道溫度降下來以后再進行下一道焊接，嚴(yán)格控制每道焊肉厚度，防止因為熱量集中引起管道附加應(yīng)力過大。同時，做好焊接過程中應(yīng)力變化記錄，根據(jù)焊接引起的應(yīng)力變化情況來調(diào)整焊接參數(shù)、焊接順序和焊接速度等，確保焊接應(yīng)力符合技術(shù)文件要求。

2.3 螺栓連接

（1）封閉管段焊接完成經(jīng)檢驗合格后，開始與機體進行螺栓緊固。緊固前，在壓縮機聯(lián)軸器處設(shè)置百分表以對緊固過程中壓縮機的徑向和軸向位移進行監(jiān)測。

（2）螺栓緊固前先對所有螺栓進行編號，緊固時按照十字對稱的形式沿著一個方向順序進行。

（3）為保證螺栓在緊固時不會出現(xiàn)緊偏的情況，采用雙液壓頭液壓扳手，同步對稱緊固兩條螺栓，防止因為法蘭面受力不均勻引起附加應(yīng)力。

（4）在緊固過程中，嚴(yán)密監(jiān)視百分表數(shù)值變化情況，個別部位位移偏差較大時，可以適當(dāng)調(diào)整緊固力矩，消除應(yīng)力，直至符合廠家技術(shù)文件要求。

（5）螺栓緊固時，力矩按照預(yù)緊固力矩的30%、50%、90%、100%分四次完成最終緊固，防止局部因為緊固力矩過大而產(chǎn)生附件應(yīng)力后難以消除的情況出現(xiàn)。

（6）螺栓緊固完成后，必須拔出彈簧支架的軸銷，同時要監(jiān)測壓縮機組的軸向和徑向位移不能超過0.02mm。

圖3 為螺栓緊固現(xiàn)場。

圖3 螺栓緊固現(xiàn)場圖

3 施工過程中采取的有效措施

(1) 由于壓縮機組進出口管線口徑都非常大，管段管材及管件都存在橢圓度超出標(biāo)準(zhǔn)允許范圍的情況。施工前對同批次的材料進行統(tǒng)一檢查和驗收，從中篩選出偏差情況比較好的使用在進出口管線與機組連接的部位上，同時也對這些材料進行了校正處理，從源頭上控制封閉段組對的施工質(zhì)量。

(2) 進出口管段上有4 對耳式導(dǎo)向支架，焊接時容易引起管段中心偏移。由于導(dǎo)向支架均需要穩(wěn)定支撐在輔助結(jié)構(gòu)上，耳架也是經(jīng)過多次的放樣測量確定準(zhǔn)確尺寸，最終焊接完成后未引起管段偏移，也保證了支架的導(dǎo)向效果。

(3) 由于進出口管線擴大段口徑分別達到了DN1800mm 和DN1400mm，封閉段以后的延伸段管道自重很重，可能產(chǎn)生比較大的附加應(yīng)力。為此，施工過程中使用了很多臨時支架固定管段，壓縮機組無應(yīng)力配管結(jié)束后對所有正式支架再進行檢查，確認(rèn)沒有問題后，拆除臨時支架未引起機組軸向和徑向位移超標(biāo)。

(4) 由于壓縮機組廠家對法蘭密封面間隙要求較高（≤0.25mm），法蘭緊固前使用塞尺沿法蘭圓周檢查。因法蘭間隙過大可能會引起軸向應(yīng)力，在施工過程中與建設(shè)單位溝通采購了加厚的同類型墊片。

4 結(jié)論

循環(huán)氣壓縮機組按照上述施工方法，很好地完成了機組進出口管線的無應(yīng)力配管施工任務(wù)。施工過程中，從管道材料檢查處理、管道組對檢查、管道焊接控制、管道正式支架安裝、螺栓緊固等各個環(huán)節(jié)采取有針對性的措施，環(huán)環(huán)相扣，依次消除可能引起機組應(yīng)力超標(biāo)的因素，最終一次性通過業(yè)主代表、廠商代表和監(jiān)理單位的檢查驗收。在后續(xù)的啟動運行、負(fù)荷運行中，機組振動、軸承溫度等性能指標(biāo)全部符合要求。通過對該機組無應(yīng)力配管過程的分析與總結(jié)，該施工方法可以有效控制配管過程中對機組產(chǎn)生的附加應(yīng)力，為機組在日后的安全連續(xù)運行提供技術(shù)保障，可以在同類型壓縮機組無應(yīng)力配管施工過程中推廣。