尿素装置高压厚壁管安装技术的探讨

1、尿素装置高压厚壁管安装技术的探讨徐忠文中国核工业第五建设公司摘要 :随着我国工农业的高速发展,尿素这一原料的生产装置也大量上马,装置 的规模也越来越大。 作为这一装置的关键安装部分, 高压厚壁管的安装就显的格外重要。 对管道的安装技术提出了更高的要求。本文从高压厚壁管的材料验收、焊接质量、管道 敷设及施工监督等各个方面对尿素装置高压厚壁管道安装进行有意义的探讨。关键词 :尿素装置 高压厚壁管 安装 探讨引言:在我国大化肥工业的发展中, 高压厚壁管的施工安装一直是一个难点和重点, 也是影响行业发展的一个重要因素。而尿素工业的发展又在其中占据了很重要的位置。 随着我国现代化建设的进一步深入,大化肥

2、工业也将步入快速发展的轨道,那么生产装 置的建设安装质量将成为关系到产业发展和安全的首要任务。目前,我国的尿素生产工艺以水溶液全循化法为主,而在此工艺中高压厚壁管的安 装就显得极为重要了, 其核心设备合成塔的设计压力达到了 32MPa , 同样的进合成塔 的 CO2、 一甲液、 液氨等原料的工艺管道设计压力都达到了 32MPa , 合成塔的出口溶液 管道也达到了同样压力。那么作为其生产前提的管道安装就放在了突出的位置上了,它 的安装质量直接决定了装置的运行安全和稳定,必须要按规范、设计做好、做到万无一 失。那么,尿素装置中高压厚壁管的安装质量的保证措施和过程控制如何能做到更好? 在安装施工中对

3、出现的问题如何处理?根据本人所主持和参加施工的山东鲁西化工 40万吨 /年尿素装置的特点作一下探讨。1. 尿素装置高压厚壁管的特点在进行管道安装之前, 应该先对尿素装置中的高压厚壁管的特点进行一下熟悉和综 述。1.1 相对流动性。管道与输送介质之间是相对流动的,因此要求管道内部,特别是 管壁内焊口部位尽可能光滑,以利减少摩阻力,尽量减小冲击腐蚀。1.2 固定性。高压厚壁管安装完之后,除改造、敷设新线路等特殊原因外,管道一 般不会发生位移。1.3 输送的连续性。尿素装置管道一旦建成、投产,一般情况下应连续运行。 1.4 威胁性。 尿素装置高压厚壁管所输送介质具有高温、 高压、 有毒、 易爆等特点

4、, 运行时对地面人员、建(构筑物或区域长期构成威胁。1.5 高压厚壁管的规格有如下:180*30、 159*28、 68*13、 102*17、 127*21、 83*15、 68*10、 83*11、 245*26、 219*35等。根据以上尿素装置高压厚壁管的特点, 其安装工程质量是确保安全运行和延长使用 寿命的决定性因素。而高压管道的安装完全依靠焊接而成,因此焊接质量在很大程度上 决定了工程质量,焊接工序是尿素高压管道施工的关键环节。而管材、焊材、焊接工艺 以及焊接设备等是影响焊接质量的关键因素。2. 高压厚壁管安装施工内容及施工工序2.1 施工内容高压管道安装施工一般内容包括:熟悉管道

5、安装工程的图纸及有关资料、进行管道 安装工程的施工测量、绘制单线图、下料预制、高压管丝头加工、支架制作与安装,管 道安装、管道焊接、管道与设备连接、管道冲洗与试压、调整交付使用等。2.2 施工工序施工工序可分为施工准备材料运输管材及配件的检查、复检与清理管子切 割、坡口加工与组对、管丝头加工管材焊接管道支撑件安装、管道安装检验和试 验吹扫清洗。3. 管道管材(件和焊材的验收任何工程的安装质量好坏,原材料是一个重要质量控制点,高压管(包括管件的 材料验收采用目测、尺检和探测相结合。3.1 管子(包括管件外观不得有凹坑、夹层、管壁薄厚不均等就缺陷,管道椭圆 度、弯曲度等必须达到国家有关规范规定;使

6、用超声波探测,每根管道、每个管件都进 行 100%的探测,结果符合 JB/T4730-2005规定,不得有任何质量缺陷。3.2 高压阀门进行 100%水压试验和严密性试验。 管道用安全阀必须全部送至当地质 量技术监督局进行校验,校验合格并出具校验报告后方可使用。3.3 透镜垫和高压螺纹法兰的验收使用白垩粉进行一对一的检验, 使透镜垫和高压 螺纹法兰的密封面达到完全密封,做好标记,使用时配套安装使用。螺栓也根据规范进 行相应的检验验收。所有施工材料必须 100%合格。3.4 不锈钢材料还需要进行材质化验分析,保证材料的材质符合设计和规范规定。 3.5 焊接材料的选用根据母材的化学成分、机械性能和

7、使用条件综合考虑。当同种钢材焊接时,焊接金属的机械性能和化学成分与母材相当;异种钢材焊接时,焊接材料 应按合金含量较低一侧的钢材选用。选用的焊条药皮要均匀、无明显的裂纹、脱皮、表 面无孔、焊芯无锈蚀等现象;存放时注意防潮、防雨、防霜及油类侵蚀。验收合格品经编号后统一入库保管,按要求做好成品保护工作,并作材料验收记录 和入库登记。 在使用时, 必须按技术员材料领料单按编号进行领料, 并作材料发放记录, 做到材料的可追溯,并进行定期和不定期的检查,使得从材料使用源头上将质量隐患消 除。4. 高压厚壁管的焊接4.1 焊缝坡口的选择和加工4.1.1 因为高压管的壁厚最大一般在 35mm 左右,根据国家

8、规范和设计及现场施工 的实际可操作性,一般均选用 V 型坡口,对接焊缝坡口型式和尺寸要求见下图: 管道对接坡口型式和尺寸4.1.2 由于坡口的加工质量对于焊缝的最终质量有着很大的影响, 高压厚壁管因其 管壁太厚,在其管子的切割加工、坡口加工上,全部使用机床加工,比较下来,机床加 工有以下优点:4.1.2.1 加工时间短,可以保证工期;所有的安装尺寸经过图纸和安装现场的实际 测量、校核后送到机加工车间统一加工,这样就使得劳动效率大大提高,从而减少了劳 动时间。因为高压管的焊接时间比中低压管道的要长很多,那么在管道的下料时间的减 少就可以在整个安装工期上都有了一个很好的保障。4.1.2.2 加工质

9、量好,精度高;4.1.2.3 降低了劳动强度。高压管因其壁厚太厚,若用人工进行切割加工的话,其 劳动强度可想而知,人工的使用量也将是一个很大的数量,从而从另一方面也增加了劳 动力成本的增加。4.2 管道焊接材料的选定和焊接工艺尿素装置的高压厚壁管材质有以下几种:20G 0Cr18Ni9 00Cr17Ni14Mo2等; 对各 种材质的焊接方法均采用氩电联焊,多层焊接;在焊接前对每一种材质的管材都必须根 据压力管道监督规程要求做焊接工艺评定 ,并以评定为依据,根据施工现场情 况,制定相应的焊接工艺和焊接方案;4.2.1 20G管道的焊接材料选择和焊接工艺参数根据我公司焊接工艺评定报告, 焊材的选择

10、和管道对接焊缝焊接工艺参数分别见表 1和表 2。表 1 管道焊接材料选择 表 2 20G钢管道对接焊缝焊接工艺参数 4.2.2 0Cr18Ni9、 00Cr17Ni14Mo2管道的焊接材料选择和焊接工艺参 数表 3 0Cr18Ni9不锈钢管道焊接材料选择 表 4 00Cr17Ni14Mo2不锈钢管道焊接材料选择 表 5 不锈钢管道对接焊缝焊接工艺参数 4.2.3 管道管材焊接质量的控制在具体的焊接过程中,应从以下方面加强质量的控制:4.2.3.1 根据设计方面的要求,结合自身的实际情况,选择合理的焊接工艺,编写 焊接工艺指导书;4.2.3.2 加强对焊工的技能要求。 参与管道焊接的焊工除必须具

11、有锅炉压力容器焊 工合格证外,且必须通过业主及监理组织的现场模拟考试方可上岗;4.2.3.3 根据焊材要求和施工条件,选用直流逆变氩弧焊、手工焊专用焊机,焊机 性能必须稳定, 功率等参数应能满足焊接条件; 现场配置的焊机应处于良好的工作状态, 具备良好的安全性能,有较强适用于露天的工作性能;加强工序管理。正式焊接前,分 别对坡口清理、焊口组对、临时支撑或固定设施、预热 (根据管材确定是否预热 、焊条 烘烤等焊前准备工作逐项确认;严格工艺评定管理。在施焊过程中,应严格按照工艺评 定所确定工艺技术参数实施焊接作业控制, 克服工艺评定与施工现场参数控制不一致的 现象。另外,应加强焊接裂纹的预防措施,

12、具体包括:采取焊前预热,管口净化并确定合 理的焊接顺序,可较大程度地减少焊接应力,控制焊接变形 ; 高度重视焊缝始端和终端的质量。始端采用后退引弧法,终端须将弧坑填满。多层焊的每层接头应予以错开;拆 除对口器等工、卡具时不得伤及管道焊缝。拆除后应打磨平滑,并进行磁粉或渗透探伤 检查;在管道焊接施工过程中应考虑到钢管所承受的外部应力作用带来的影响。同时应 考虑环境温度、环境湿度和环境风速对不同焊接方法的影响,采取必要的措施保证焊接 质量。比如,我们在施工现场自制有专门的移动式焊接用塑料棚,不管焊接口在什么地 方,都可以将其置于焊接棚内进行焊接,将外界的影响降至最低。5. 高压管道的安装5.1 管

13、道的安装5.1.1 管道预制应按单线图规定的数量、规格、材质选配管道组成件,并应按单线 图标明管道系统位号和按预制顺序标明各组成件的顺序号; 自由管段和管段的选择应合 理,封闭管段应按现场实测后安装长度加工。 比如下图为液氨泵出口至合成塔底的液 氨管道,在实际的安装中,我们应先从管开始安装,到管后,在从塔底往外安装, 管和管之间的焊口做为活口最后进行焊接,管的尺寸也最后进行实际测量。这样 就使管道安装没有死点处理,没有焊缝死口,管道的安装质量也可以得到保证。 5.1.2 在管道布管时,应保持管内的清洁,腔内不能留有杂物;注意首尾相接, 相邻的两管口之间应呈锯齿相互错开,在组对前应做好管道支撑。

14、管道敷设前,应尽可 能在安装之前进行预装,把一定数量的管子和管路附件组合在一起,然后分段进行吊装 连接,以减少固定焊口。与管道有关的土建工程已检查合格,满足要求并办理了中间交接手续,与管道有关的机械设备己检验合格;法兰、焊缝及其它连接件的设置应便于检 修,并不得紧贴墙壁、楼板或管架:管道穿越墙壁或构筑物时应加套管保护5.1.3 管道安装的允许偏差见下表: 5.1.5 高压管端部的螺纹部分应清洗干净,表面不得有任何缺陷,并涂以二硫化 钼。5.2 阀门、法兰的安装5.2.1 阀门安装的高度应方便操作和检修,止回阀安装应符合设计规定;阀门在安 装时,应处于关闭状态;其本体配套的法兰应转动灵活。不得有

15、卡涩现象。5.2.2 螺纹法兰的螺纹加工精度和端面加工精度必须符合规范要求,管端锥角、透 镜垫密封面不得有划痕、刮伤、凹陷、啃刀等任何缺陷,粗糙度不得高于 1.6µm,锥角 误差不得大于 0.5°。法兰连接时应保持相互平行,其允许偏差为法兰外径的 1.5%,且 不大于 2mm,不得用强紧螺栓的方法消除偏斜。法兰应保持同一轴线,其螺孔中心偏 差一般不超过孔径的 5%,并保持螺栓自由穿入。使用的螺栓规格应统一,方向一致,螺 栓紧固应均匀对称,松紧适度,紧固后螺栓与螺母宜齐平,紧固后螺栓应与法兰紧贴,不得有缝隙,除设计规定调协垫圈外,不得另加垫圈。紧固螺栓应在对角线上紧固并划 分

16、次序,循序渐进。5.3 支架制作安装5.3.1管道安装时,应及时按设计要求制作安装支吊架。支吊架位置应准确,安装 应平稳牢固,与管道接触良好,并作好防腐蚀处理。不锈钢管道与支架之间应垫入不锈 钢或氯离子含量不得超过 50PPm 材料。5.3.2所有管道均不可与管支架直接发生摩擦;做支架时,所有高压管用两块带弧 形的木块上、下各一块卡好,用螺栓把紧固定于支架上。除导向架和滑动架外,所有管 支架都做到固定不动,使用强力以消除管道振动,并且尽量少用滑动架。5.3.3 导向支架或滑动支架的滑动面应洁净平整,不得有歪斜和卡涩现象,其安装 位置应从支承面中心向位移反方向偏移,偏移量应符合设计和规范规定。5

17、.3.4 管道安装时不宜使用临时支、 吊架, 当使用临时支、 吊架时, 不得与正式支、 吊架位置冲突,并应有明显标记,在管道安装完毕后应予拆除。6. 高压管的检验和试验6.1 无损探伤检测6.1.1 焊缝无损检测的比例为 100%。焊缝内部质量按照 JB/T4730-2005的规定, 不得低于级。山东鲁西化工尿素装置的高压管焊缝的一次探伤合格率达到了 96.7%。 6.1.2 管道焊缝的射线照相探伤应及时进行, 射线照相检验应在被检验的焊缝覆盖 前或影响检验作业的工序前进行。6.1.3 当检验发现焊缝缺陷超出设计文件和规范规定时,必须进行返修,焊缝返修 后应按规定方法进行检验。6.2 管道的试

18、压管道安装完毕后,必须进行强度和严密性试验。但在鲁西化工尿素装置的高压管试 压中,我们采取了两部分进行。强度试验在安装过程中即进行分段试压,按照工艺流程 和施工进度,对管道逐条进行试压,安装一条试压一条,上一条管线试压未合格前,下 一条管线不得开始试压,直至管线全部试压合格。比如,液氨泵 A 出口到总管前阀门的管道在试压为合格前,总管不可以进行试压, 在每根支管试压完成后,再进行总管的试压,合格后再进行总管后阀门至液氨预热器间 管道的试压,然后是液氨预热器至合成塔进口的管道的试压,也就是液氨泵 总管前阀门 总管后阀门 液氨预热器 合成塔进口。如此进行,一方面可以在发 现漏点后减少工作量,增加检

19、查的仔细度,防止检查出现遗漏,从而减少了安全隐患。 另一方面可以大大降低返工次数,在发现问题后可以在以后的施工中予以避免,可以做 到管道安装一次性到位,并且安装质量也有了充分的保证。在试压时,认真做好试压记录。对所发现的问题和隐患及时采取措施予以纠正,并 做出相应的方案,在随后工作中予以避免,管道最终安装完成后,与设备连通起来,做 整体严密性试验。这样既保证了管道的耐压,也使整个高压系统进行了一次运行前的整 体检验。7. 加强管道安装的施工监督7.1 加强质量保证体系的建设在尿素装置安装项目的前期准备工作中,项目部就根据公司关于建立压力管道 安装质保体系的精神成立了以项目经理为首的质保体系。在

20、公司质保体系和项目经理领导下,由项目质量经理及项目专业工程师具体负责, 接受劳动监察和监检以及业主、工程监理和地区质量监督部门的监督和检查。将质量责 任层层落实到每一个施工人员。7.2 加强施工队伍资质的监管安装施工队伍的素质和施工水平是高压厚壁管安全质量的关键, 根据国务院第 373号令特种设备安全监察条例和国家质检总局发布的压力管道安装单位资格认可实 施细则的规定,进行高压管道安装的安装单位必须具有省级以上技术质量监督局颁发 的 GB1以上的管道安装资质, 没有资质的单位坚决不允许进行尿素高压厚壁管的安装工 作,从源头上把握管道施工的质量。同时要严格检查安装施工队伍的质量保证体系、技 术人员的组成以及施工的现场管理和施工设备