电站工厂化配管及其应用分析

     在电厂施工建设中，管道工程量占机务工程量的比例很大，尤其是大型机组，随着压力、温度的提高，主蒸汽管道、高压给水管道、再热蒸汽冷、热段管道的口径和壁厚也随之增大和加厚，对于管材的性能也有了新的、更高的要求。这样在现场的施工就显得越来越困难，尤其是在露天焊接部位，更加需要不断解决施工不可避免的问题，避免出现因天气等不确定因素带来的停工、窝工和焊接质量等问题。这就提出了电站管道工厂化的问题。
　　电站管道工厂化加工配制是国外20世纪70年代初就开始普遍采用的施工新方法之一。中国从1983年开始进行技术准备，1985年在引进国产型平圩电厂600 MW工程四大管道中首次采用这一新方法。此后，原水电部、能源部和电力部都一直把管道工厂化加工配制作为重点施工新技术进行推广。1997年9月，在全国电力建设改革座谈会上，国家电力公司又把管道工厂化加工配制作为大力提倡和推广应用的新技术和新方法之一。
　　所谓管道工厂化配制是指在设计院提供的管道布置图及所采购的管材、管件及与其相连接的相关设备实际尺寸的基础上进行优化设计，在工厂里采用专用设备，根据安装及运输的允许条件，在车间里进行下料、弯管、坡口、组合焊接、热处理、检验、清理、标记、包装等一系列工作，使现场安装按照配管设计图纸采用”对号入座”的方式直接进行吊装焊接。 
1　工厂化配管
1．1　配管图纸设计
      工厂化配管的配管图是依据设计院的管道布置图，在计算机上设计出管道的立体走向图，再根据所采购的管材、管件及所连接的设备的实际尺寸对管道进行优化设计，尽可能地减少焊口。工厂化配管工作开始前，应首先由设计院、业主、工程施工单位对图纸进行会审，配管设计人员根据会审确认后的设计蓝图进行配管图纸（即安装立体布置图总图、分段图等）的设计。设计过程中应遵循以下原则。
　　1）满足有关技术规定的情况下进行最优化设计，最大限度地节省原材料。
　　2）满足安装及运输的条件下，尽可能提高工厂组合率。
　　3）使现场焊接位置困难的焊口尽可能在工厂里焊好或将现场焊口的位置尽量靠近现场安装平台，以满足安装单位的要求。
　　4）根据应力分布，对应力峰值点进行特殊工艺设计，确保满足强度的需要、满足热工专业对热工测点的要求。
　　在配管立体布置图中，所有的组段、管件（包括测温、测压管座）、管段等依据相关标准都给予了编号。使现场安装采用“对号入座”的方式直接进行吊装焊接。设计中由于管道各拐点三维座标、支吊架标高等已考虑了疏水坡度及其它一些可能的影响因素，大大方便了现场安装中各部件的定位。由于在图纸设计过程中需要对管道及其附件进行精确定位，这就使配管设计人员很容易发现图纸中存在的问题，在得到设计院的认可后能够及时给予修正。
　　配管图显示所有相关的焊口位置、坡口型式、各种温度和压力测点接管座的位置和方向以及蠕胀测点、热工测点、流量测量装置和支吊架卡块位置等，并对组段的介质流向进行了标识。
　　配管图的设计满足电力建设有关管道管材、管件的原材料、加工制作、焊接、安装等验收标准和规范（规程）的要求，在配管设计方案及参数取得招标单位确认后进行加工配管。
　　配管立体布置图设计完成后进行配管分段图的设计，对于四大管道主管，必要时可单独设计管道坡口图。依据配管图制定组合件清单和管段加工清单。
1．2　原材料采购
　　在原材料采购过程中（特别是四大管道主管及其部分支管）管材采购人员尽可能地与配管设计人员相互配合，所购买的管材长度尽可能地满足在配管设计中已优化过的管材长度，以达到合理利用管材，减少消耗的目的。
1．3　材料进厂的检验与标记
      原材料进厂后进行材料复检和标记。
　　对于管件应进行外观质量、几何尺寸的检查以及打光谱等。
　　对于主要管道及合金钢、不锈钢等钢管，尽可能地对每根管材进行编号，做好原材料清单，使配管设计人员能依据所购管材相应调整焊口的位置，最大可能地利用管材。
1．4　弯管及热处理
　　依照弯管加工图及弯管工艺进行弯管，合金钢管弯制后应进行热处理，以消除残余应力。
1．5　分段下料及坡口加工
　　下料人员根据下料清单进行下料，在做下料清单时对于四大管道所用管材，在进行配管设计时已对每一段管子进行了充分利用，而对于中低压管道则依据原材料清单做好排料工作，以期最大可能地利用管材。
　　依据相关标准（规程）进行管道坡口的设计，管道与管件、阀门、设备及管道本身的接口坡口型式符合焊接坡口型式，管口内径一致，相互的内外坡口满足对焊口的要求，同时符合DL5007焊接篇的相关规定。
1．6　开孔
　　管道的开孔（包括疏放水、排汽、旁路、热工测点等）等均在工厂采用机加工（钻、镗孔）完成，依照图纸进行开孔，保证开孔位置、数量、孔径准确无误。
1．7　组合焊接
　　经机加工后的管道及管件（部分管件需重新加工坡口）由工作人员根据配管分段图，在工厂内进行组合焊接。由专职焊接工程师制定焊接工艺，并负责全程的焊接技术工作。焊接人员应经过专门培训，持证上岗。对于大口径厚壁管应尽量采用自动焊接，以减少焊接过程中人为因素的影响，如目前已广泛应用于管道焊接中的窄间隙热丝TIG自动焊接系统，对于厚壁大径管的焊接具有效率高、质量好的特点。
　　工厂焊接中主要有对焊、接管座（包括热工接管座）、支吊架卡块、蠕胀测点的焊接及防护架等。
1．8　组合件热处理
　　组合焊接后的组合件进行整体热处理，消除残余应力。
1．9　清理
　　酸洗或喷砂（丸）处理，采用酸洗和喷砂（丸）去除管道内外壁的氧化皮。
1．10　油漆
　　对清理过后的组合件进行油漆防腐。对现场焊接坡口等机加工表面漆不影响焊接的防锈涂料。油漆过后的组合件所有端口应进行密封。 
2　管道工厂化加工配制的优越性
　　随着计算机技术和设计软件技术的发展，火力发电站的设计技术水平有了很大的提高。利用计算机三维设计技术，在计算机上可生成整个电厂的立体模型，可检测管系布置有无碰撞、交叉，间距是否合理，材料有无浪费等问题，从而缩短了安装工期，节约了成本。
　　管道工厂化加工配制有利于采用多种自焊接工艺，如“窄间隙热丝TLG自动焊接”技术，以满足厚壁管，尤其是高合金耐热钢管焊接工艺的要求。
2．1　简化现场安装
　　管道工厂化生产及供货，给施工带来极大的方便，避免了各个环节产生差错的可能性并在供货时间上给予了保证，减少了交叉作业，施工现场安装非常简便、快捷。安装时只需按编号对照图纸，连接即可。
2．2　缩短安装工期
　　由于进行了工厂化加工配制，大大减少现场安装工作量，管道对接焊缝组合率可达50％以上，接管座角焊缝组合率可达90％以上，吊块、卡块100％焊上，管道弯管、管端坡口等100％加工好。由于现场安装工作量的减少，电站各大管道的安装工期由不进行配制的5～6个月缩短到2个月或更短。
2．3　节约管材
       工厂化加工配制通过计算机CAD对管道进行优化设计，通过对管道预设计对所购管材进行预制，再以过对焊点位置的调整，使所购管材得到充分利用，提高了管材的利用率。管材的采购余量由不配制的10％以上降为配管时的3％～5％，从而减少了浪费、降低了材料费用。
2．4　提高质量
　　与现场露天施工相比，工厂化改变了工作条件，有利于专业化，规模化生产采用专用的先进加工装备和手段，有利于控制焊接及检验的质量，并可进行焊后整体热处理，改变了以前现场施工高空焊接时难施工、难监督、不利于质量控制的局面，从而提高了管道的质量。
2．5　节约施工费用
　　工厂化加工配制可大大减少甚至取消施工现场管道配制用的坡口机、铣床等机具，减少场地，减少机具搬运、保养、维修等费用和临时平台、建筑的数量，并大大减少了现场投入管道安装中的人数从而节省施工费用。
2．6　减少吹管次数
　　工厂化加工配制采用喷砂（丸）、酸洗等工艺，全部清除管道内部的氧化皮、铁锈等杂物，并对清理后的组段全部进行密封，这样可取消安装后炉前个别系统的化学清洗工作，大大减少蒸汽冲管次数，节省了燃油，减少了运行费用。
2．7　完善设计
　　工厂化加工配制通过CAD技术优化原始设计，可以进一步完善设计工作，便于发现管道设计中存在的错误和遗漏，避免给现场施工造成不必要的麻烦；还可以通过尺寸调整方便地修正所购管件、阀门等尺寸的超差问题，给施工带来很大方便。
2．8　降低工程造价
　　采用工厂化配制，可大大降低工程造价。 
3　经济效益分析
　　采用工厂化配制的一系列优点和经济效益，使电站建设在提高安装质量的情况下，大大节省了在管道施工方面的投资。
　　从分析测算可以看出，单节省原材料的费用就差不多够工厂化配管的费用，机组容量越大，经济效益越大，由于工厂化配管有如此多的优点及经济效益，在国内有越来越多的电厂建设采用工厂化配管，不仅有大机组也有小机组，不仅四大管道，中低压管道（管径在DN80以上，包括DN80）也都已采用了工厂化配管。 
4　结论
　　工厂化配管，无论从系统上、技术上、质量上、安装工期上以及经济效益上都有很强的优越性和说服力，在电力行业已逐步得到推广和应用，对于管道工程量也占相当比重的我国石化工程施工建设中，由于其管道施工安装与电站管道的相近性，工厂化配管也将会不断发挥其优势，逐步得到推广应用。