電站工廠化配管及其應用分析

     在電廠施工建設中，管道工程量占機務工程量的比例很大，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)設備實際尺寸的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設計，在工廠里采用專用設備，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　配管圖紙設計
      工廠化配管的配管圖是依據(jù)設計院的管道布置圖，在計算機上設計出管道的立體走向圖，再根據(jù)所采購的管材、管件及所連接的設備的實際尺寸對管道進行優(yōu)化設計，盡可能地減少焊口。工廠化配管工作開始前，應首先由設計院、業(yè)主、工程施工單位對圖紙進行會審，配管設計人員根據(jù)會審確認后的設計藍圖進行配管圖紙（即安裝立體布置圖總圖、分段圖等）的設計。設計過程中應遵循以下原則。
　　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)應力分布，對應力峰值點進行特殊工藝設計，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，這就使配管設計人員很容易發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題，在得到設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。
　　配管圖的設計滿足電力建設有關(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。
　　配管立體布置圖設計完成后進行配管分段圖的設計，對于四大管道主管，必要時可單獨設計管道坡口圖。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檢和標記。
　　對于管件應進行外觀質(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，使配管設計人員能依據(jù)所購管材相應調(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，合金鋼管彎制后應進行熱處理，以消除殘余應力。
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）進行管道坡口的設計，管道與管件、閥門、設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。焊接人員應經(jīng)過專門培訓，持證上崗。對于大口徑厚壁管應盡量采用自動焊接，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)和設計軟件技術(shù)的發(fā)展，火力發(fā)電站的設計技術(shù)水平有了很大的提高。利用計算機三維設計技術(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)化設計，通過對管道預設計對所購管材進行預制，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)?；a(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　完善設計
　　工廠化加工配制通過CAD技術(shù)優(yōu)化原始設計，可以進一步完善設計工作，便于發(fā)現(xiàn)管道設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，逐步得到推廣應用。