電站工廠化配管及其應(yīng)用分析

     在電廠施工建設(shè)中，管道工程量占機務(wù)工程量的比例很大，尤其是大型機組，隨著壓力、溫度的提高，主蒸汽管道、高壓給水管道、再熱蒸汽冷、熱段管道的口徑和壁厚也隨之增大和加厚，對于管材的性能也有了新的、更高的要求。這樣在現(xiàn)場的施工就顯得越來越困難，尤其是在露天焊接部位，更加需要不斷解決施工不可避免的問題，避免出現(xiàn)因天氣等不確定因素帶來的停工、窩工和焊接質(zhì)量等問題。這就提出了電站管道工廠化的問題。
　　電站管道工廠化加工配制是國外20世紀70年代初就開始普遍采用的施工新方法之一。中國從1983年開始進行技術(shù)準備，1985年在引進國產(chǎn)型平圩電廠600 MW工程四大管道中首次采用這一新方法。此后，原水電部、能源部和電力部都一直把管道工廠化加工配制作為重點施工新技術(shù)進行推廣。1997年9月，在全國電力建設(shè)改革座談會上，國家電力公司又把管道工廠化加工配制作為大力提倡和推廣應(yīng)用的新技術(shù)和新方法之一。
　　所謂管道工廠化配制是指在設(shè)計院提供的管道布置圖及所采購的管材、管件及與其相連接的相關(guān)設(shè)備實際尺寸的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，在工廠里采用專用設(shè)備，根據(jù)安裝及運輸?shù)脑试S條件，在車間里進行下料、彎管、坡口、組合焊接、熱處理、檢驗、清理、標記、包裝等一系列工作，使現(xiàn)場安裝按照配管設(shè)計圖紙采用”對號入座”的方式直接進行吊裝焊接。 
1　工廠化配管
1．1　配管圖紙設(shè)計
      工廠化配管的配管圖是依據(jù)設(shè)計院的管道布置圖，在計算機上設(shè)計出管道的立體走向圖，再根據(jù)所采購的管材、管件及所連接的設(shè)備的實際尺寸對管道進行優(yōu)化設(shè)計，盡可能地減少焊口。工廠化配管工作開始前，應(yīng)首先由設(shè)計院、業(yè)主、工程施工單位對圖紙進行會審，配管設(shè)計人員根據(jù)會審確認后的設(shè)計藍圖進行配管圖紙（即安裝立體布置圖總圖、分段圖等）的設(shè)計。設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下原則。
　　1）滿足有關(guān)技術(shù)規(guī)定的情況下進行最優(yōu)化設(shè)計，最大限度地節(jié)省原材料。
　　2）滿足安裝及運輸?shù)臈l件下，盡可能提高工廠組合率。
　　3）使現(xiàn)場焊接位置困難的焊口盡可能在工廠里焊好或?qū)F(xiàn)場焊口的位置盡量靠近現(xiàn)場安裝平臺，以滿足安裝單位的要求。
　　4）根據(jù)應(yīng)力分布，對應(yīng)力峰值點進行特殊工藝設(shè)計，確保滿足強度的需要、滿足熱工專業(yè)對熱工測點的要求。
　　在配管立體布置圖中，所有的組段、管件（包括測溫、測壓管座）、管段等依據(jù)相關(guān)標準都給予了編號。使現(xiàn)場安裝采用“對號入座”的方式直接進行吊裝焊接。設(shè)計中由于管道各拐點三維座標、支吊架標高等已考慮了疏水坡度及其它一些可能的影響因素，大大方便了現(xiàn)場安裝中各部件的定位。由于在圖紙設(shè)計過程中需要對管道及其附件進行精確定位，這就使配管設(shè)計人員很容易發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題，在得到設(shè)計院的認可后能夠及時給予修正。
　　配管圖顯示所有相關(guān)的焊口位置、坡口型式、各種溫度和壓力測點接管座的位置和方向以及蠕脹測點、熱工測點、流量測量裝置和支吊架卡塊位置等，并對組段的介質(zhì)流向進行了標識。
　　配管圖的設(shè)計滿足電力建設(shè)有關(guān)管道管材、管件的原材料、加工制作、焊接、安裝等驗收標準和規(guī)范（規(guī)程）的要求，在配管設(shè)計方案及參數(shù)取得招標單位確認后進行加工配管。
　　配管立體布置圖設(shè)計完成后進行配管分段圖的設(shè)計，對于四大管道主管，必要時可單獨設(shè)計管道坡口圖。依據(jù)配管圖制定組合件清單和管段加工清單。
1．2　原材料采購
　　在原材料采購過程中（特別是四大管道主管及其部分支管）管材采購人員盡可能地與配管設(shè)計人員相互配合，所購買的管材長度盡可能地滿足在配管設(shè)計中已優(yōu)化過的管材長度，以達到合理利用管材，減少消耗的目的。
1．3　材料進廠的檢驗與標記
      原材料進廠后進行材料復(fù)檢和標記。
　　對于管件應(yīng)進行外觀質(zhì)量、幾何尺寸的檢查以及打光譜等。
　　對于主要管道及合金鋼、不銹鋼等鋼管，盡可能地對每根管材進行編號，做好原材料清單，使配管設(shè)計人員能依據(jù)所購管材相應(yīng)調(diào)整焊口的位置，最大可能地利用管材。
1．4　彎管及熱處理
　　依照彎管加工圖及彎管工藝進行彎管，合金鋼管彎制后應(yīng)進行熱處理，以消除殘余應(yīng)力。
1．5　分段下料及坡口加工
　　下料人員根據(jù)下料清單進行下料，在做下料清單時對于四大管道所用管材，在進行配管設(shè)計時已對每一段管子進行了充分利用，而對于中低壓管道則依據(jù)原材料清單做好排料工作，以期最大可能地利用管材。
　　依據(jù)相關(guān)標準（規(guī)程）進行管道坡口的設(shè)計，管道與管件、閥門、設(shè)備及管道本身的接口坡口型式符合焊接坡口型式，管口內(nèi)徑一致，相互的內(nèi)外坡口滿足對焊口的要求，同時符合DL5007焊接篇的相關(guān)規(guī)定。
1．6　開孔
　　管道的開孔（包括疏放水、排汽、旁路、熱工測點等）等均在工廠采用機加工（鉆、鏜孔）完成，依照圖紙進行開孔，保證開孔位置、數(shù)量、孔徑準確無誤。
1．7　組合焊接
　　經(jīng)機加工后的管道及管件（部分管件需重新加工坡口）由工作人員根據(jù)配管分段圖，在工廠內(nèi)進行組合焊接。由專職焊接工程師制定焊接工藝，并負責全程的焊接技術(shù)工作。焊接人員應(yīng)經(jīng)過專門培訓，持證上崗。對于大口徑厚壁管應(yīng)盡量采用自動焊接，以減少焊接過程中人為因素的影響，如目前已廣泛應(yīng)用于管道焊接中的窄間隙熱絲TIG自動焊接系統(tǒng)，對于厚壁大徑管的焊接具有效率高、質(zhì)量好的特點。
　　工廠焊接中主要有對焊、接管座（包括熱工接管座）、支吊架卡塊、蠕脹測點的焊接及防護架等。
1．8　組合件熱處理
　　組合焊接后的組合件進行整體熱處理，消除殘余應(yīng)力。
1．9　清理
　　酸洗或噴砂（丸）處理，采用酸洗和噴砂（丸）去除管道內(nèi)外壁的氧化皮。
1．10　油漆
　　對清理過后的組合件進行油漆防腐。對現(xiàn)場焊接坡口等機加工表面漆不影響焊接的防銹涂料。油漆過后的組合件所有端口應(yīng)進行密封。 
2　管道工廠化加工配制的優(yōu)越性
　　隨著計算機技術(shù)和設(shè)計軟件技術(shù)的發(fā)展，火力發(fā)電站的設(shè)計技術(shù)水平有了很大的提高。利用計算機三維設(shè)計技術(shù)，在計算機上可生成整個電廠的立體模型，可檢測管系布置有無碰撞、交叉，間距是否合理，材料有無浪費等問題，從而縮短了安裝工期，節(jié)約了成本。
　　管道工廠化加工配制有利于采用多種自焊接工藝，如“窄間隙熱絲TLG自動焊接”技術(shù)，以滿足厚壁管，尤其是高合金耐熱鋼管焊接工藝的要求。
2．1　簡化現(xiàn)場安裝
　　管道工廠化生產(chǎn)及供貨，給施工帶來極大的方便，避免了各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生差錯的可能性并在供貨時間上給予了保證，減少了交叉作業(yè)，施工現(xiàn)場安裝非常簡便、快捷。安裝時只需按編號對照圖紙，連接即可。
2．2　縮短安裝工期
　　由于進行了工廠化加工配制，大大減少現(xiàn)場安裝工作量，管道對接焊縫組合率可達50％以上，接管座角焊縫組合率可達90％以上，吊塊、卡塊100％焊上，管道彎管、管端坡口等100％加工好。由于現(xiàn)場安裝工作量的減少，電站各大管道的安裝工期由不進行配制的5～6個月縮短到2個月或更短。
2．3　節(jié)約管材
       工廠化加工配制通過計算機CAD對管道進行優(yōu)化設(shè)計，通過對管道預(yù)設(shè)計對所購管材進行預(yù)制，再以過對焊點位置的調(diào)整，使所購管材得到充分利用，提高了管材的利用率。管材的采購余量由不配制的10％以上降為配管時的3％～5％，從而減少了浪費、降低了材料費用。
2．4　提高質(zhì)量
　　與現(xiàn)場露天施工相比，工廠化改變了工作條件，有利于專業(yè)化，規(guī)模化生產(chǎn)采用專用的先進加工裝備和手段，有利于控制焊接及檢驗的質(zhì)量，并可進行焊后整體熱處理，改變了以前現(xiàn)場施工高空焊接時難施工、難監(jiān)督、不利于質(zhì)量控制的局面，從而提高了管道的質(zhì)量。
2．5　節(jié)約施工費用
　　工廠化加工配制可大大減少甚至取消施工現(xiàn)場管道配制用的坡口機、銑床等機具，減少場地，減少機具搬運、保養(yǎng)、維修等費用和臨時平臺、建筑的數(shù)量，并大大減少了現(xiàn)場投入管道安裝中的人數(shù)從而節(jié)省施工費用。
2．6　減少吹管次數(shù)
　　工廠化加工配制采用噴砂（丸）、酸洗等工藝，全部清除管道內(nèi)部的氧化皮、鐵銹等雜物，并對清理后的組段全部進行密封，這樣可取消安裝后爐前個別系統(tǒng)的化學清洗工作，大大減少蒸汽沖管次數(shù)，節(jié)省了燃油，減少了運行費用。
2．7　完善設(shè)計
　　工廠化加工配制通過CAD技術(shù)優(yōu)化原始設(shè)計，可以進一步完善設(shè)計工作，便于發(fā)現(xiàn)管道設(shè)計中存在的錯誤和遺漏，避免給現(xiàn)場施工造成不必要的麻煩；還可以通過尺寸調(diào)整方便地修正所購管件、閥門等尺寸的超差問題，給施工帶來很大方便。
2．8　降低工程造價
　　采用工廠化配制，可大大降低工程造價。 
3　經(jīng)濟效益分析
　　采用工廠化配制的一系列優(yōu)點和經(jīng)濟效益，使電站建設(shè)在提高安裝質(zhì)量的情況下，大大節(jié)省了在管道施工方面的投資。
　　從分析測算可以看出，單節(jié)省原材料的費用就差不多夠工廠化配管的費用，機組容量越大，經(jīng)濟效益越大，由于工廠化配管有如此多的優(yōu)點及經(jīng)濟效益，在國內(nèi)有越來越多的電廠建設(shè)采用工廠化配管，不僅有大機組也有小機組，不僅四大管道，中低壓管道（管徑在DN80以上，包括DN80）也都已采用了工廠化配管。 
4　結(jié)論
　　工廠化配管，無論從系統(tǒng)上、技術(shù)上、質(zhì)量上、安裝工期上以及經(jīng)濟效益上都有很強的優(yōu)越性和說服力，在電力行業(yè)已逐步得到推廣和應(yīng)用，對于管道工程量也占相當比重的我國石化工程施工建設(shè)中，由于其管道施工安裝與電站管道的相近性，工廠化配管也將會不斷發(fā)揮其優(yōu)勢，逐步得到推廣應(yīng)用。