大口径离心式压缩机无应力配管方法

高长军

中化二建集团第三安装工程有限公司 山西 太原 030021

随着大石油、大炼化的发展，石化产业结构持续优化，更加趋向于丰富完整的产业链，最大限度地利用已有资源实现石化产品的利润最大化。石化产业链的规模不断增大，单套装置生产能力不断加大，装置配套工艺设备尺寸也随之加大。压缩机作为装置运行的核心设备，其能否安全连续运行直接影响到整套装置甚至全厂产业链的正常生产。因此，必须做好压缩机组进出口管线的无应力配管工作，确保机组安全运行。以下结合连云港石化工程项目EOEG 装置中的循环气压缩机配管施工过程，来分析大口径离心式压缩机无应力配管施工方法。

1 无应力配管技术要求

（1）管道与压缩机连接前，在自由状态下，检查配对法兰的平行度和同轴度：法兰同心度要求≤0.5mm，转速≤6000r/ min；法兰同心度要求≤0.2mm，转速＞6000r/ min。根据SH/ T3538- 2017，法兰平行度要求≤0.15mm，转速≤6000r/ min；法兰平行度要求≤0.1mm，转速＞6000r/ min。

（2）根据厂家技术文件要求，法兰间隙≤垫片厚度+0.25mm。

（3）管道与压缩机最终连接时，在联轴器处架设百分表监测机体轴向和径向位移。根据SH/ T3538- 2017，机体径向位移要求≤0.05mm，转速≤6000r/ min；机体径向位移要求≤0.02mm，转速＞6000r/ min。管道与压缩机最终连接时，机体轴向位移要求≤0.05mm，转速≤6000r/ min；机体轴向位移要求≤0.02mm，转速＞6000r/ min。

2 无应力配管施工方法

压缩机无应力配管是在压缩机和驱动机均已精平调整完成，并经过精对中具备配管条件后才开始的安装步骤。必须采用正确、合理、有序的施工方法，严格高质量要求，合理安排自由管段和封闭管段的位置和施工顺序，利用可靠的焊接技术防止焊接变形产生附加应力。同时，在机体关键部位设置附加应力监测仪器，严密监视焊接过程中附加应力的变化情况，及时调整焊接顺序，实现管线安装完成后压缩机组机体无附加应力。

2.1 封闭段组对

（1）本案例中压缩机进出口管径较大，入口直径DN1200mm、扩大段DN1800mm，出口直径DN1100mm、扩大段DN1400mm，均为直缝焊接钢管。大口径直缝钢管本身的椭圆度会严重影响管道的组对质量，进而影响焊接应力。因此管道组对前必须严格按照管道施工规范要求对管道及管件的椭圆度进行校正，防止管道在组对过程中因为尺寸超差引起的组对应力，确保管道组对后的水平度和垂直度都能符合规范要求，避免因管道连接导致压缩机组产生附加应力。

（2）压缩机入口处设置有入口过滤器法兰直管段（L=5000mm），此段作为自由管段在压缩机组精对中完成后可以开始进行安装作业。由于压缩机入口机身法兰采用的是裁丝形式，自由管段安装时必须控制好法兰面平行度和同轴度，利用行车吊装。同时，在机组联轴器连接处设置百分表观察螺栓拧紧过程中机组轴向和径向位移。此段是完全自由状态安装，为了减小累积误差，安装时要尽可能保证百分表数值无变化。进口管线以与过滤器相连接的直管段为封闭段，出口管线以与机身法兰相连接的直管段作为封闭管段，即最后形成固定口1、固定口2、固定口3、固定口4 共计四道固定焊口。压缩机进出口管线布置如图1 所示。

图1 压缩机进出口管线布置示意图

（3）进口管线组对时，以与压缩机进口过滤器配对的法兰为基准进行测量。预先将封闭段法兰与配对法兰连接，期间必须严格控制法兰平行度和垂直度。由于法兰直径较大，须沿圆周多点测量，经反复检测确保无误后再连接并紧固配对法兰。测量封闭段准确长度，管材下料时必须充分考虑坡口加工和焊接收缩余量，确保焊接完成不会产生轴向拉力。出口管线封闭段与机身法兰组对时方法同上。

（4）进口管线封闭管段与法兰点焊过程中严格控制焊口错边情况，一旦超差必须进行修磨使其符合要求；出口管线封闭段固定口是在管道弯头和直管段连接处，必须提前测量管材与管件的管口偏差最大处，在管段组对时进行规避，同时组对焊接固定口时适当减小组对间隙（1.5～2mm）。

（5）管线封闭段组对完成后，必须将管道上的所有支架按照图纸要求一次性安装完成，并且在联轴器处设置百分表，观察机组在撤掉吊装器具后是否会由于管道自身重量引起附加应力。固定支架、导向支架、弹簧支架等，尤其是进口管道支架I、进口管道支架III 和出口管道支架I、出口管道支架II，均设置有耳式导向支架，这些导向支架在管道焊接完成前也必须焊接完成，防止因为后续焊接引起管道附加额外应力。图2 为进口管线支架和出口管线支架。

图2 进口管线支架和出口管线支架

2.2 封闭段焊接

（1）封闭管段焊接前，需将与其连接的法兰紧固螺栓拆除，使封闭段也完全处于自由状态。同时对封闭段的法兰平行度和垂直度进行复查，更要检查法兰密封面的间隙，要求不超过0.25mm，如有超标必须重新组对。

（2）焊接时先焊接进口管线上的固定口，在进口过滤器配对法兰上均匀设置4 块百分表，实时监测焊接过程中封闭段法兰的位移情况，如有较大位移必须及时采取措施，调整焊接顺序等。出口管道焊接时在机体出口法兰上也要设置4 块百分表进行监测。

（3）由于压缩机进出口管线管径均较大，采用两人对称焊接的方法进行焊接，通过计算确定将管道均分为16段（每段约250mm）进行分段焊接。为了减小焊接应力，采用小电流，打底采用氩弧焊，填充盖面采用电弧焊，多层多道；先焊接焊缝间隙较大的区段，确定区段焊接顺序，对称焊接；焊接过程采用间断焊接，每道焊接完成后需要等待焊道温度降下来以后再进行下一道焊接，严格控制每道焊肉厚度，防止因为热量集中引起管道附加应力过大。同时，做好焊接过程中应力变化记录，根据焊接引起的应力变化情况来调整焊接参数、焊接顺序和焊接速度等，确保焊接应力符合技术文件要求。

2.3 螺栓连接

（1）封闭管段焊接完成经检验合格后，开始与机体进行螺栓紧固。紧固前，在压缩机联轴器处设置百分表以对紧固过程中压缩机的径向和轴向位移进行监测。

（2）螺栓紧固前先对所有螺栓进行编号，紧固时按照十字对称的形式沿着一个方向顺序进行。

（3）为保证螺栓在紧固时不会出现紧偏的情况，采用双液压头液压扳手，同步对称紧固两条螺栓，防止因为法兰面受力不均匀引起附加应力。

（4）在紧固过程中，严密监视百分表数值变化情况，个别部位位移偏差较大时，可以适当调整紧固力矩，消除应力，直至符合厂家技术文件要求。

（5）螺栓紧固时，力矩按照预紧固力矩的30%、50%、90%、100%分四次完成最终紧固，防止局部因为紧固力矩过大而产生附件应力后难以消除的情况出现。

（6）螺栓紧固完成后，必须拔出弹簧支架的轴销，同时要监测压缩机组的轴向和径向位移不能超过0.02mm。

图3 为螺栓紧固现场。

图3 螺栓紧固现场图

3 施工过程中采取的有效措施

(1) 由于压缩机组进出口管线口径都非常大，管段管材及管件都存在椭圆度超出标准允许范围的情况。施工前对同批次的材料进行统一检查和验收，从中筛选出偏差情况比较好的使用在进出口管线与机组连接的部位上，同时也对这些材料进行了校正处理，从源头上控制封闭段组对的施工质量。

(2) 进出口管段上有4 对耳式导向支架，焊接时容易引起管段中心偏移。由于导向支架均需要稳定支撑在辅助结构上，耳架也是经过多次的放样测量确定准确尺寸，最终焊接完成后未引起管段偏移，也保证了支架的导向效果。

(3) 由于进出口管线扩大段口径分别达到了DN1800mm 和DN1400mm，封闭段以后的延伸段管道自重很重，可能产生比较大的附加应力。为此，施工过程中使用了很多临时支架固定管段，压缩机组无应力配管结束后对所有正式支架再进行检查，确认没有问题后，拆除临时支架未引起机组轴向和径向位移超标。

(4) 由于压缩机组厂家对法兰密封面间隙要求较高（≤0.25mm），法兰紧固前使用塞尺沿法兰圆周检查。因法兰间隙过大可能会引起轴向应力，在施工过程中与建设单位沟通采购了加厚的同类型垫片。

4 结论

循环气压缩机组按照上述施工方法，很好地完成了机组进出口管线的无应力配管施工任务。施工过程中，从管道材料检查处理、管道组对检查、管道焊接控制、管道正式支架安装、螺栓紧固等各个环节采取有针对性的措施，环环相扣，依次消除可能引起机组应力超标的因素，最终一次性通过业主代表、厂商代表和监理单位的检查验收。在后续的启动运行、负荷运行中，机组振动、轴承温度等性能指标全部符合要求。通过对该机组无应力配管过程的分析与总结，该施工方法可以有效控制配管过程中对机组产生的附加应力，为机组在日后的安全连续运行提供技术保障，可以在同类型压缩机组无应力配管施工过程中推广。