CN113634939B - 管道黄金焊口的无应力对口焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽轮机蒸汽管道安装领域，公开了一种管道黄金焊口的无应力对口焊接方法。本发明公开的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，包括如下步骤：进行管线安装，加工管线的焊接坡口；调整管道接口的水平及轴向偏差；计算管道设计管道外附结构重量，根据计算出的管道外附结构重量，在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，并使配重处于悬空状态；调整好管道接口垂直方向的偏差；进行对口焊接；对焊口进行无损检测。本发明在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，可以使管道外附结构包裹后管道的受力情况与焊接时大致相同，避免因管道外附结构重力产生的应力作用于管道接口处，从而有效提高焊接质量，延长焊口的使用寿命。

Description

管道黄金焊口的无应力对口焊接方法

技术领域

本发明涉及汽轮机蒸汽管道安装领域，尤其是一种管道黄金焊口的无应力对口焊接方法。

背景技术

黄金焊口简称黄金口(Golden Joint)，是指管道施工过程中，不能参与管道试压、管道冲洗(化学清洗、蒸汽吹扫、油冲洗)等过程的一部分焊口，并且这部分焊口重要和珍贵程度堪比黄金。在管线施工过程中，经常遇到一些与管线一起焊接，但是不能参与试压或管道冲洗的设备、阀门等，为解决这部分问题，提出了黄金焊口的概念。无应力焊接是为避免管道安装以后对设备产生应力，安装需做到无应力配管，以保证设备正常运转，尤其对于管道与转动设备连接配管安装，无应力对接焊口十分重要。

鉴于黄金焊口的高要求和特殊性，对其采用无应力可以更好地保证黄金焊口的质量。但是，由于管道焊接完成后需要在表面包裹管道外附结构，而厚重的管道外附结构产生的重力作用于管道上，会使管道产生应力，无法到达无应力对接要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，可以避免管道黄金焊口的管道外附结构包裹后产生应力。

本发明公开的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，包括如下步骤：

进行管线安装，加工管线的焊接坡口；

调整管道接口的水平及轴向偏差；

计算管道设计管道外附结构重量，根据计算出的管道外附结构重量，在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，并使配重处于悬空状态；

调整好管道接口垂直方向的偏差；

进行对口焊接；

对焊口进行无损检测。

优选地，根据计算出的管道外附结构重量，沿管道长度方向设计多个配重吊挂点，分别计算出各个配重吊挂点对应的配重重量；

在管道上设置配重时，按照计算结果分别在管道各个配重吊挂点设置对应重量的配重。

优选地，在管道上设置配重时，将配重通过弹簧拉力计吊挂于管道上，根据弹簧拉力计的读数分别调整各个配重的重量。

优选地，在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，只计算和模拟管道接口处至最近的刚性吊架之间的管道外附结构重量。

优选地，管线安装时，在管道接口和最近的刚性吊架之间设置弹簧吊架；

在管道上设置配重后，调整弹簧吊架的弹簧值至冷态预定值位置。

优选地，管道接口垂直方向的偏差通过距管道接口最近的刚性吊架进行调整。

优选地，在管线安装后，选用相应的封堵管道接口，进行管道的试压；

管道试压完成以后，切除封堵部件，并打磨管线的焊接坡口。

优选地，所述黄金焊口位于阀门两端，安装管线时，

若阀门进出口管线压力等级一致，安装管线时直接采用管道代替阀门，进行管道的试压或者冲洗，在管道系统试压或者冲洗完成后切除阀门位置直管段，阀门接入并焊接阀门两端的黄金焊口；

若阀门进出口管线压力等级不一致，安装管线时将阀门通过点焊的方式与两端管道连接，进行管道的试压时，切割下阀门，在阀门两端对应的管道接口处设置封堵部件，分别进行对应等级的试压，试压完成后，阀门接入并焊接阀门两端的黄金焊口。

优选地，焊接时，先氩弧焊打底一层，再无应力对口焊接。

优选地，采用100％RT和100％UT对焊口进行无损检测。

本发明的有益效果是：本发明在管线安装后先调整接口的水平及轴向偏差，然后在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，再好管口垂直方向的偏差进行对口焊接，可以使管道外附结构包裹后管道的受力情况与焊接时大致相同，避免因管道外附结构重力产生的应力作用于管道接口处，从而有效提高焊接质量，延长焊口的使用寿命。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。

本发明公开的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，包括如下步骤：

进行管线安装，加工管线的焊接坡口；

调整管道接口的水平及轴向偏差；

计算管道设计管道外附结构重量，根据计算出的管道外附结构重量，在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，并使配重处于悬空状态；

调整好管道接口垂直方向的偏差；

进行对口焊接；

对焊口进行无损检测。

在进行管线安装前，对于与设备接口的管道系统需先将设备安装就位，调整、验收、释放(移交)完成后方可进行管线安装工作，管线可事先进行预制。为顺利完成管线的试压前的查线程序，黄金焊口需正常组对并点焊连接，以确保管线与设备对接无误。管线的焊接坡口可以在管线安装后加工也可以预先加工。

由于管道外附结构的重力竖直向下，因此，需要先调整管道接口的水平及轴向偏差。管道多数为全悬吊结构，对于蒸汽管道而言，为确保运行时顺利膨胀，其吊架一般设计为铰接吊杆，使其管道热态是自由膨胀。此设计方式，支吊架仅能对管道进行上下方向调整，很难在其他方向对管道产生作用力。因此，管道接口的水平及轴向偏差调整较为困难。若管口间存在水平方向的偏差(错口、折口)，偏差较大，需要进行切口调整局部管段。蒸汽管道规格大、管壁厚、高合金P91材料，切口需要使用特殊工具，切口难度较大，且增加了焊接和检测工作量。若对接口偏差较小，一般则以对接口为基点，对管道系统逐步向后调整，依靠管道系统本身吸收管道调整应力。此处理方法具有不确定性，且容易衍生新的质量问题。若管口间存在轴向方向偏差(过长、过短)，过长，则打磨或者切割管道。过短导致对口间隙过大，差缺量小则通过调整整体管道系统进行补偿，同上，或将衍生新的质量问题。差缺量过大则需要切口更换较长管道，导致工程量和材料增加。综上，无论出现那种情况的偏差，处理起来都比较困难。高参数的蒸汽管道一般采取工厂化预制，尽最大可能节约材料和避免配管误差。所以，管道安装质量主要施工过程影响。管道支吊架定位、管道对口、焊接质量控制是确保管道安装质量的主要因素。转动设备(如泵、空压机、汽轮机)进出口的配管安装质量与设备本身能否良好运行有着密切的关系，对于主管线的安装要特别重视，若管道与设备间存在较大的安装应力，就可能会使已经安装找正的转动设备产生位移和变形，从而破坏其水平度和同心度，这种情况对于大功率、高转速的设备来说，后果将不堪设想。为确保转动设备的安装精度，与之连接的管道都必须严格执行施工规范要求，不允许有任何外力作用在设备上，管道与设备应进行无应力对口安装。

管道接口的水平及轴向偏差调整完成后，可根据管道外附结构重量，在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，管道外附结构通过包含保温层与保护层，即其重量通常为保温层与保护层的重量之和，保温层体积乘以对应保温材料的容重即为保温层重量，保护层的重量为其表面积乘以单位面积质量。若有其他的管道外附结构可以一并计算。

配重附加位置及重量根据力学公式正确计算，保证配重对管道产生的作用力与管道外附结构对管道作用力相同，为避免配重对管道产生非垂直方向的外力，需将配重悬空。

管道配重设置完成后，可以调整管道接口垂直方向的偏差，配合前文的管道接口的水平及轴向偏差调整，从而实现了管道的准确对接。

管道的对接后，可进行正式的焊接。焊接前，检查工器具是否损坏，以及是否在校验期以内；并检查周围环境是否有利于焊接，做好防风措施；领取按要求烘烤的焊材并在4小时内退还更换。为了达到更好的焊接效果，在本申请的优选实施例中，焊接时，先氩弧焊打底一层，再无应力对口焊接。打底过程中务必保证根部成型良好，不允许内凹，气孔，未熔合，未焊透等缺陷。焊接时对于温度的控制很重要，过程中应避免变形。焊接过程中发现异常及时处理，层与层，道与道之间要反复仔细的清理渣和缺陷，反复检查和确认，不能有任何侥幸心理。焊接完成后，焊工必须自我检查焊缝表面圆滑过渡，表面无裂纹、未熔合、气孔、夹渣、飞溅、电弧擦伤、焊瘤等焊接缺陷。

焊接完成后，对焊口进行无损检测。无损检测至少采用100％RT，优选采用采用100％RT和100％UT进行无损检测。其中RT是射线检测的缩写，UT是超声检测的缩写。超声检测时，壁厚≤12mm做MUT；壁厚＞12mm做PAUT。

配重的数量可以设置单个，也可以设置多个，其中多个配重具有更佳的模拟效果，具体操作是，根据计算出的管道外附结构重量，沿管道长度方向设计多个配重吊挂点，分别计算出各个配重吊挂点对应的配重重量；在管道上设置配重时，按照计算结果分别在管道各个配重吊挂点设置对应重量的配重。

为了更好地调整和计量配重的重量，在本申请的优选实施例中，在管道上设置配重时，将配重通过弹簧拉力计吊挂于管道上，根据弹簧拉力计的读数分别调整各个配重的重量，保证配重的重量与设计重量一致。弹簧拉力计的自重通常是可以忽略的，若不忽略则在计算时，同时计算弹簧拉力计和配重的总重量。

在计算管道外附结构重量时，可以在整个管道上均进行计算和模拟，但是此种方式无疑较为繁琐。为简化过程，在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，只计算和模拟管道接口处至最近的刚性吊架之间的管道外附结构重量。因为主要是管道接口处至最近的刚性吊架之间的管道外附结构对管道接口产生作用力，而其余位置的管道外附结构则可以忽略不计，如此可以较大程度降低工程量。

为了便于管道的垂直方向的调整，可以在安装管道时设置弹簧吊架。而本申请的优选实施例中，至少在在管道接口和最近的刚性吊架之间设置弹簧吊架；在管道上设置配重后，调整弹簧吊架的弹簧值至冷态预定值位置，冷态预定值位置是指管道在冷却状态的设计位置，而管道接口垂直方向的偏差则可以通过距管道接口最近的刚性吊架进行调整。

因为黄金焊口在焊接后不能进行试压，因此，本发明在焊接前进行试压。具体在管线安装后，选用相应的封堵管道接口，进行管道的试压；管道试压完成以后，切除封堵部件，并打磨管线的焊接坡口。

安装管道是通常将黄金焊口位置进行点焊连接，试压时，将黄金焊口点焊处切割，将管道与设备分离，通过调整管道确保管线与设备间有足够的空间来安装封堵装置。选用相应等级的封堵部件，如法兰或管帽，焊接在与管线相连的黄金焊口位置，以实现管线的封堵工作。按照常规试压方法，完成管线的试压、干燥、吹扫工作。若管道系统还涉及到管道冲洗(化学清洗、蒸汽吹扫、油冲洗)工作项，且影响黄金焊口施工，按相应程序及方案完成相关工作，此处不再说明。管道试压或冲洗完成以后，切除焊接的封堵部件或管道冲洗临时管道，并打磨准备好管线的坡口。注意，临时封堵措施或管道切除以后需进行切口PT检测。

黄金焊口位于阀门两端的情况，即阀门为焊接式非在线试压阀门、焊接式且不参与管道冲洗的阀门，安装管线时，若阀门进出口管线压力等级一致，安装管线时直接采用管道代替阀门，进行管道的试压或者冲洗，在管道系统试压或者冲洗完成后切除阀门位置直管段，阀门接入并焊接阀门两端的黄金焊口；若阀门进出口管线压力等级不一致，安装管线时将阀门通过点焊的方式与两端管道连接，进行管道的试压时，切割下阀门，在阀门两端对应的管道接口处设置封堵部件，分别进行对应等级的试压，试压完成后，阀门接入并焊接阀门两端的黄金焊口。

Claims (9)

1.管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

进行管线安装，加工管线的焊接坡口；

调整管道接口的水平及轴向偏差；

计算管道设计管道外附结构重量，根据计算出的管道外附结构重量，在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，并使配重处于悬空状态；

调整好管道接口垂直方向的偏差；

进行对口焊接；

对焊口进行无损检测；

在管道上设置配重模拟管道外附结构重量，只计算和模拟管道接口处至最近的刚性吊架之间的管道外附结构重量。

2.如权利要求1所述的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，根据计算出的管道外附结构重量，沿管道长度方向设计多个配重吊挂点，分别计算出各个配重吊挂点对应的配重重量；

在管道上设置配重时，按照计算结果分别在管道各个配重吊挂点设置对应重量的配重。

3.如权利要求2所述的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，在管道上设置配重时，将配重通过弹簧拉力计吊挂于管道上，根据弹簧拉力计的读数分别调整各个配重的重量。

4.如权利要求1所述的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，管线安装时，在管道接口和最近的刚性吊架之间设置弹簧吊架；

在管道上设置配重后，调整弹簧吊架的弹簧值至冷态预定值位置，冷态预定值位置是指管道在冷却状态的设计位置。

5.如权利要求1所述的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，管道接口垂直方向的偏差通过距管道接口最近的刚性吊架进行调整。

6.如权利要求1所述的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，在管线安装后，选用相应的封堵管道接口，进行管道的试压；

管道试压完成以后，切除封堵部件，并打磨管线的焊接坡口。

7.如权利要求1所述的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，所述黄金焊口位于阀门两端，安装管线时，

若阀门进出口管线压力等级一致，安装管线时直接采用管道代替阀门，进行管道的试压或者冲洗，在管道系统试压或者冲洗完成后切除阀门位置直管段，阀门接入并焊接阀门两端的黄金焊口；

若阀门进出口管线压力等级不一致，安装管线时将阀门通过点焊的方式与两端管道连接，进行管道的试压时，切割下阀门，在阀门两端对应的管道接口处设置封堵部件，分别进行对应等级的试压，试压完成后，阀门接入并焊接阀门两端的黄金焊口。

8.如权利要求1所述的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，焊接时，先氩弧焊打底一层，再无应力对口焊接。

9.如权利要求1所述的管道黄金焊口的无应力对口焊接方法，其特征在于，采用100％RT和100％UT对焊口进行无损检测。