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(jī)務(wù)工程量的比例很大，尤其是大型機(jī)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(duì)于管材的性能也有了新的、更高的要求。這樣在現(xiàn)場(chǎng)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(guó)外20世紀(jì)70年代初就開始普遍采用的施工新方法之一。中國(guó)從1983年開始進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備，1985年在引進(jìn)國(guó)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(diǎn)施工新技術(shù)進(jìn)行推廣。1997年9月，在全國(guó)電力建設(shè)改革座談會(huì)上，國(guó)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(jì)院提供的管道布置圖及所采購(gòu)的管材、管件及與其相連接的相關(guān)設(shè)備實(shí)際尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在工廠里采用專用設(shè)備，根據(jù)安裝及運(yùn)輸?shù)脑试S條件，在車間里進(jìn)行下料、彎管、坡口、組合焊接、熱處理、檢驗(yàn)、清理、標(biāo)記、包裝等一系列工作，使現(xiàn)場(chǎng)安裝按照配管設(shè)計(jì)圖紙采用”對(duì)號(hào)入座”的方式直接進(jìn)行吊裝焊接。 
1　工廠化配管
1．1　配管圖紙?jiān)O(shè)計(jì)
      工廠化配管的配管圖是依據(jù)設(shè)計(jì)院的管道布置圖，在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出管道的立體走向圖，再根據(jù)所采購(gòu)的管材、管件及所連接的設(shè)備的實(shí)際尺寸對(duì)管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)院、業(yè)主、工程施工單位對(duì)圖紙進(jìn)行會(huì)審，配管設(shè)計(jì)人員根據(jù)會(huì)審確認(rèn)后的設(shè)計(jì)藍(lán)圖進(jìn)行配管圖紙（即安裝立體布置圖總圖、分段圖等）的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)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(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度地節(jié)省原材料。
　　2）滿足安裝及運(yùn)輸?shù)臈l件下，盡可能提高工廠組合率。
　　3）使現(xiàn)場(chǎng)焊接位置困難的焊口盡可能在工廠里焊好或?qū)F(xiàn)場(chǎng)焊口的位置盡量靠近現(xiàn)場(chǎng)安裝平臺(tái)，以滿足安裝單位的要求。
　　4）根據(jù)應(yīng)力分布，對(duì)應(yīng)力峰值點(diǎn)進(jìn)行特殊工藝設(shè)計(jì)，確保滿足強(qiáng)度的需要、滿足熱工專業(yè)對(duì)熱工測(cè)點(diǎn)的要求。
　　在配管立體布置圖中，所有的組段、管件（包括測(cè)溫、測(cè)壓管座）、管段等依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都給予了編號(hào)。使現(xiàn)場(chǎng)安裝采用“對(duì)號(hào)入座”的方式直接進(jìn)行吊裝焊接。設(shè)計(jì)中由于管道各拐點(diǎn)三維座標(biāo)、支吊架標(biāo)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(chǎng)安裝中各部件的定位。由于在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中需要對(duì)管道及其附件進(jìn)行精確定位，這就使配管設(shè)計(jì)人員很容易發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題，在得到設(shè)計(jì)院的認(rèn)可后能夠及時(shí)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(cè)點(diǎn)接管座的位置和方向以及蠕脹測(cè)點(diǎn)、熱工測(cè)點(diǎn)、流量測(cè)量裝置和支吊架卡塊位置等，并對(duì)組段的介質(zhì)流向進(jìn)行了標(biāo)識(shí)。
　　配管圖的設(shè)計(jì)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范（規(guī)程）的要求，在配管設(shè)計(jì)方案及參數(shù)取得招標(biāo)單位確認(rèn)后進(jìn)行加工配管。
　　配管立體布置圖設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行配管分段圖的設(shè)計(jì)，對(duì)于四大管道主管，必要時(shí)可單獨(dú)設(shè)計(jì)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(gòu)
　　在原材料采購(gòu)過程中（特別是四大管道主管及其部分支管）管材采購(gòu)人員盡可能地與配管設(shè)計(jì)人員相互配合，所購(gòu)買的管材長(zhǎng)度盡可能地滿足在配管設(shè)計(jì)中已優(yōu)化過的管材長(zhǎng)度，以達(dá)到合理利用管材，減少消耗的目的。
1．3　材料進(jìn)廠的檢驗(yàn)與標(biāo)記
      原材料進(jìn)廠后進(jìn)行材料復(fù)檢和標(biāo)記。
　　對(duì)于管件應(yīng)進(jìn)行外觀質(zhì)量、幾何尺寸的檢查以及打光譜等。
　　對(duì)于主要管道及合金鋼、不銹鋼等鋼管，盡可能地對(duì)每根管材進(jìn)行編號(hào)，做好原材料清單，使配管設(shè)計(jì)人員能依據(jù)所購(gòu)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(jìn)行彎管，合金鋼管彎制后應(yīng)進(jìn)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(jìn)行下料，在做下料清單時(shí)對(duì)于四大管道所用管材，在進(jìn)行配管設(shè)計(jì)時(shí)已對(duì)每一段管子進(jìn)行了充分利用，而對(duì)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(biāo)準(zhǔn)（規(guī)程）進(jìn)行管道坡口的設(shè)計(jì)，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(duì)焊口的要求，同時(shí)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(cè)點(diǎn)等）等均在工廠采用機(jī)加工（鉆、鏜孔）完成，依照?qǐng)D紙進(jìn)行開孔，保證開孔位置、數(shù)量、孔徑準(zhǔn)確無誤。
1．7　組合焊接
　　經(jīng)機(jī)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(jìn)行組合焊接。由專職焊接工程師制定焊接工藝，并負(fù)責(zé)全程的焊接技術(shù)工作。焊接人員應(yīng)經(jīng)過專門培訓(xùn)，持證上崗。對(duì)于大口徑厚壁管應(yīng)盡量采用自動(dòng)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(dòng)焊接系統(tǒng)，對(duì)于厚壁大徑管的焊接具有效率高、質(zhì)量好的特點(diǎn)。
　　工廠焊接中主要有對(duì)焊、接管座（包括熱工接管座）、支吊架卡塊、蠕脹測(cè)點(diǎn)的焊接及防護(hù)架等。
1．8　組合件熱處理
　　組合焊接后的組合件進(jìn)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(duì)清理過后的組合件進(jìn)行油漆防腐。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接坡口等機(jī)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(jìn)行密封。 
2　管道工廠化加工配制的優(yōu)越性
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)計(jì)軟件技術(shù)的發(fā)展，火力發(fā)電站的設(shè)計(jì)技術(shù)水平有了很大的提高。利用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上可生成整個(gè)電廠的立體模型，可檢測(cè)管系布置有無碰撞、交叉，間距是否合理，材料有無浪費(fèi)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(dòng)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(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)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(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生差錯(cuò)的可能性并在供貨時(shí)間上給予了保證，減少了交叉作業(yè)，施工現(xiàn)場(chǎng)安裝非常簡(jiǎn)便、快捷。安裝時(shí)只需按編號(hào)對(duì)照?qǐng)D紙，連接即可。
2．2　縮短安裝工期
　　由于進(jìn)行了工廠化加工配制，大大減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量，管道對(duì)接焊縫組合率可達(dá)50％以上，接管座角焊縫組合率可達(dá)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(chǎng)安裝工作量的減少，電站各大管道的安裝工期由不進(jìn)行配制的5～6個(gè)月縮短到2個(gè)月或更短。
2．3　節(jié)約管材
       工廠化加工配制通過計(jì)算機(jī)CAD對(duì)管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過對(duì)管道預(yù)設(shè)計(jì)對(duì)所購(gòu)管材進(jìn)行預(yù)制，再以過對(duì)焊點(diǎn)位置的調(diào)整，使所購(gòu)管材得到充分利用，提高了管材的利用率。管材的采購(gòu)余量由不配制的10％以上降為配管時(shí)的3％～5％，從而減少了浪費(fèi)、降低了材料費(fèi)用。
2．4　提高質(zhì)量
　　與現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)加工裝備和手段，有利于控制焊接及檢驗(yàn)的質(zhì)量，并可進(jìn)行焊后整體熱處理，改變了以前現(xiàn)場(chǎng)施工高空焊接時(shí)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(fèi)用
　　工廠化加工配制可大大減少甚至取消施工現(xiàn)場(chǎng)管道配制用的坡口機(jī)、銑床等機(jī)具，減少場(chǎng)地，減少機(jī)具搬運(yùn)、保養(yǎng)、維修等費(fèi)用和臨時(shí)平臺(tái)、建筑的數(shù)量，并大大減少了現(xiàn)場(chǎng)投入管道安裝中的人數(shù)從而節(jié)省施工費(fèi)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(duì)清理后的組段全部進(jìn)行密封，這樣可取消安裝后爐前個(gè)別系統(tǒng)的化學(xué)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(yùn)行費(fèi)用。
2．7　完善設(shè)計(jì)
　　工廠化加工配制通過CAD技術(shù)優(yōu)化原始設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)工作，便于發(fā)現(xiàn)管道設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤和遺漏，避免給現(xiàn)場(chǎng)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(gòu)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(jià)
　　采用工廠化配制，可大大降低工程造價(jià)。 
3　經(jīng)濟(jì)效益分析
　　采用工廠化配制的一系列優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)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(cè)算可以看出，單節(jié)省原材料的費(fèi)用就差不多夠工廠化配管的費(fèi)用，機(jī)組容量越大，經(jīng)濟(jì)效益越大，由于工廠化配管有如此多的優(yōu)點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益，在國(guó)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(jī)組也有小機(jī)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(jì)效益上都有很強(qiáng)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(duì)于管道工程量也占相當(dāng)比重的我國(guó)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(huì)不斷發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，逐步得到推廣應(yīng)用。