循环流化床（CFB）锅炉施工工法.doc

循环流化床（CFB）锅炉施工工法1 前言循环流化床（CFB）锅炉采用低污染清洁燃烧技术，具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节比大、负荷调节快等优点。石油化工企业使用CFB锅炉既可得到生产所需的蒸汽，又可利用多余的蒸汽发电，以减少外购电力；可以提高企业的经济效益，降低燃烧废物的排放，符合国家的节能环保政策。我国CFB锅炉主要由清华大学等高校、研究院所和国内锅炉厂联合研制，其中400t/h级循环流化床锅炉炉体结构复杂，安装要求较高；锅炉本体受热面及附属管道合金钢管所占的比例较高，焊接难度大。由于CFB锅炉结构复杂，在工法形成过程中，研发团队根据CFB锅炉的结构特征，对锅炉钢架、汽包、受热面等主要构件的安装条件进行分析对比，比较不同安装方法的安全可靠性和经济性，同时结合现阶段国内先进的施工机械性能和安装工人的技术水平，主要从安装工艺、吊装方法、组对方法、焊接和安全管理等方面入手, 对CFB锅炉施工技术进行优化和创新，以实现CFB锅炉安装全过程的安全、质量、进度和成本目标控制。最终总结出一套科学、经济的安装施工方法及锅炉模块化施工工艺，对CFB锅炉安装起到了很好的指导作用，通过工法的推广应用使我们在锅炉施工方面的优势得到凸显，为获得更多市场份额提供了技术支持。在施工中安全、质量、进度各方面均取得良好的效果，受到业主的一致好评，同时也取得了一定的经济效益和社会效益。2 工法特点本工法根据CFB锅炉的结构特点，合理地安排了施工工艺，加大地面预制深度，减少了高空作业和交叉作业工作量，实现了良好的工程质量，缩短了施工工期，从根本上保证了锅炉施工的安全、质量和工期，具有以下特点：2.1 钢框架安装采用地面预制成片，分段边安装、边找正的方法；安装过程采用经纬仪找正，速度快，质量好，且易控制。2.2 安装过程钢框架、附件吊装采用塔吊，汽包和水冷壁吊装采用卷扬机和滑轮组。由于锅炉结构的特殊性，汽包和水冷壁的重量较重，采用卷扬机和滑轮组易操作，起重量大；塔吊的覆盖范围大，易于行走，有利于多点吊装和进场材料的堆放，克服了以往锅炉附件吊装采用卷扬机和滑轮组吊装的传统方法，降低了安全风险，尤其对于两台以上锅炉施工的成本优势尤其明显。2.3 在锅炉受热面（水冷壁管）的焊接方法上，采用双人双面氩弧间隔焊的焊接方法，解决了水冷壁组焊后易变形的问题。2.4 采用正式桥架沿着锅炉立柱将二级配电箱引入各层，解决了就近使用电源，对临时用电管理起到很好的作用。2.5 采用集中供气方式将氧气乙炔及氩气引入各层，减少了气瓶的上下吊装，降低了安全风险，提高了施工效率。3 适用范围本工法适用于大型CFB锅炉、煤粉锅炉的安装及检修工程，为其它同类锅炉的安装提供借鉴和参考。4 工艺原理在受热面安装过程中，改变了原有的每一面均分片吊装，高空组对、焊接的传统锅炉安装施工工艺，采用了将受热面的前后、左右墙、上下分别在地面组焊成一整片，焊缝检测合格后整体用滑轮组吊装组对的新工艺。通过大量的地面预制，既加快了施工进度，又减少了高空作业量，同时为获得合格的焊缝质量提供了技术保障，使炉体的几何尺寸和焊缝内在质量明显提高。5 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程施工工艺流程见图5.1图5.1 施工工艺流程5.2 操作要点5.2.1 钢框架分片组对、分段安装找正1 锅炉炉体框架跨距大、高度高、分层多，安装质量控制难度大；在分析对比以往锅炉框架的安装方法和经验的基础上，总结出框架结构在地面预制成片，再分段吊装组对成框架，形成稳定的空间结构的新施工工艺。2 400t/h级 CFB锅炉框架安装共分6层，每一层都要在安装找正、高强螺栓紧固、梯子平台等附属结构全部完成后，方可进行第二层结构的安装，见图5.2.1。由于每一层的安装找正是分层进行，避免各层安装偏差累计，使整个炉体框架的安装偏差始终控制在10mm以内，小于设计允许的15mm偏差。图5.2.1 框架结构安装分层图由于炉体结构是分层共段安装，每一段都形成一个稳定的空间结构，有利于提高安装进度和安全管理，减少结构安装的交叉作业；应用本工法安装速度快，机械使用台班减少，高空作业量相对减少，框架找正精度高且易控制，与以往相同规模的锅炉框架施工周期从80天减少为60天，节约20天。5.2.2 受热面分片组对、整体安装工艺400t/h级CFB锅炉炉膛断面为正方形，深度和宽度均为9980mm；炉膛四周由605、节距为80mm的管子焊成膜式水冷壁；前、后水冷壁下部管子与水平线成55角倾斜形成冷灰斗；后水冷壁在炉膛出口下缘向炉内突起形成折焰角，然后向上分二路，其中一路1/3管数，节距240mm垂直向上穿过水平烟道进入后水冷壁吊挂上集箱；另一路2/3的管数，节距120mm以与水平线成40角倾斜进入斜包墙上集箱。水冷壁管采用过渡管接头（605/455）单排引入上、下集箱，炉膛前、后和两侧墙各有124根上升管，汽水引出连接管，前墙、两侧墙各12根（每个回路2根）13310，后水吊挂6根1088，斜底包墙引出12根1088，所有汽水引出管均与锅筒相连，每面水冷壁沿宽度分成6个管屏,具体分布见图5.2.2-1。全部水冷壁重量都通过上集箱由吊杆装置吊在顶板梁上，而热态运行时，整体向下膨胀。图5.2.2-1 水冷壁分布图1 受热面预制、安装1） 在锅炉侧面就近搭设两个几何尺寸大于水冷壁长和宽尺寸的钢平台架，一个钢平台架用于组对、焊接左右水冷壁，另一个钢平台架用于组焊前后水冷壁；2） 左右水冷壁整片在地面组合，同在一个组合架上完成，先组合右侧水冷壁并完成水冷壁上的刚性梁后再在右侧水冷壁上面组合左侧水冷壁并安装好刚性梁；3） 前侧水冷壁分三片在组合架上完成，并安装好刚性梁；然后在前侧壁上面组合后侧水冷壁，后侧分二小片组合，且安装好刚性梁；4） 炉底水冷壁按结构特点，宜在组合平台上进行组装，首先设置以炉底大小的钢平台一个，然后倒置在平台上组合, 组合工作量主要是联箱焊口与鳍片的焊接，再把炉底刚性梁安装上去，炉底整体翻身吊装到炉膛底部；5） 水冷壁的安装、组对顺序为：左侧水冷壁吊装后水冷壁上部吊装后水冷壁下部，前侧下部、中部、上部炉顶三片水冷壁顶部水冷壁后侧下部右侧水冷壁炉底整体组装；6） 在各侧水冷壁安装，组焊过程，应将相应的集箱和刚性梁安装到位；7） 待炉膛四周、顶、底全部到位后，然后开始前侧、后侧、炉顶、炉底进行拼装。待安装尺寸全部符合要求后，开始炉膛外四周的刚性梁按要求连接完；8） 在拼装过程中，整体水冷壁对角线、炉膛中心线等进行复测，调整到符合图纸及规范要求，最后进行四周水冷壁角缝鳍片，炉顶、炉底四周鳍片与四周立管进行鳍片封接。特别要强调炉内鳍片焊缝必须平整打磨光滑，不能有凹凸不平的坑出现，否则对炉内运行产生磨损作用；安装上的刚性梁连接板必须按图保证其膨胀方向及其膨胀量，最后安装好防震装置。2 受热面焊接1）水冷壁在组焊过程中，应不断复验其组合尺寸，发现问题应即时解决。2）水冷壁是锅炉的主要蒸发管受热面，从焊接角度来讲，应采取以下防止爆管事故发生的措施：a) 在管口组合中严禁强行组对和用热胀的方法进行组对，以减少焊口的应力；b) 膜式壁管组对焊口时先焊定位管口，其余焊口采用跳焊法进行施焊，减少焊接变形（焊口处弯折）和减少焊接应力集中；c) 管口组对的错边量和弯折不得超过规范要求，以免管内截面积不等造成水流阻力不匀而造成水流分配不均；d) 焊口咬边（深度、长度）不得超过标准规定。3) 为提高组对效率，组对时可将膜式壁管两侧的密封板用气割切开100mm，待管口焊接结束后连同密封板一同焊好。4) 组对时一定先焊定位管，每片膜式壁管氩弧焊打底，全部焊完后并经尺寸复验无误，再盖面，盖面时采用跳焊的方法施焊。5) 水冷壁在组焊时，先组焊膜式壁之间的管口，测定组合后膜式壁的几何尺寸（长度、宽度、对角线）无误后，再组焊膜式壁与集箱上管座的对接焊口，以确保水冷壁的几何尺寸符合图纸要求。6) 焊接水冷壁的鳍片过程中，由于密封件的焊缝长度长且平行排列，当焊缝长度大于1m时要分段施焊。注意承压部件与非承压部件的连接焊接，焊接线能量应严格按工艺评定要求，以免焊缝咬边或熔池过宽，收弧处的熔池应用点焊的方法将熔池填满，或将熔池引到非承压元件一侧。密封件若采用奥氏不锈钢或马氏体不锈钢，应根据不同种类钢焊接选用相匹配的焊接材料进行焊接。7) 水冷壁在组焊过程中，应不断复验其组合尺寸，发现问题即时解决。8) 水冷壁管材质为20G，水冷壁管的对接采用钨极氩弧焊打底，氩弧盖面的焊接方法。由于预制时水冷壁水平固定，对接口仰焊线能量小，平焊线能量大，使接头受热不均匀，易产生弯曲变形，现场防止焊接变形的措施是采取合理的焊接顺序，因刚性固定会造成接头拘束度过大，产生较大的焊接残余应力。 采用双人双面焊技术，打底焊先焊仰焊部位，从中间向两边进行施焊，焊1个空1个，跳跃进行，焊接顺序及成型如下图所示：7 15 5 13 3 11 1 9 2 10 4 12 6 14 8图5.2.2-2 焊接顺序9) 采用与仰焊打底相同的顺序进行水平打底焊(注：由于仰焊打底与平焊打底的接头与水冷壁填塞扁钢条的角焊缝无法错开布置，打底焊的接头必须保证熔合、焊透)不得有焊接缺陷，为此应选用小口径且细长的钨极氩弧焊铜喷嘴，且适当伸长钨极，加大氩气流量，以形成较纯的气体保护氛围。10) 打底焊结束后，针对每一个对接口由两名焊工密切配合施焊，操作要点是：首先由下面的焊工从仰焊起弧点沿逆时针方向开始施焊，当焊到平焊起弧点时不要息弧，位于上面的焊工立即在此起弧，沿逆时针方向焊接到收弧点，然后由下面的焊工从仰焊起弧点沿顺时针方向开始施焊，当焊到平焊起弧点时不要息弧，位于上面的焊工立即在此起弧，沿逆时针方向完成整道焊口的焊接。为避免手工电弧接头与打底焊接头重合，盖面焊的接头位置见图5.2.2-3。1010仰焊起弧点平焊起弧点平焊起弧点1122收弧点图5.2.2-3 焊接顺序11) 对整片列管的组对而言，焊接顺序是从中间向两边，跳跃施焊(与打底焊顺序相同)。12） 打底焊时要保证焊透，根部要平整，不得有凸出焊瘤和内凹现象，以防改变流体截面阻力。13） 在焊接水冷壁管时，应在定位管焊好的基础上先焊焊缝间隙符合要求的，根据焊接过程焊缝的收缩情况依次跳焊，对焊缝间隙小的应在整片焊缝焊接前用薄钢板条限位。3 其它附件、受热面安装1） 由于锅炉附件多，安装过程程序性强，且安装周期长，在安装前应建立安装台账，从材料进场、检验和安装情况逐件落实时间和责任人。2） 对受热面焊口应先进行仿真模拟焊接，待全部焊工能熟练地进行两人两面焊后，方可进行正式焊接。3） 在焊接水冷壁密封鳍片时应严格控制线能量，以防将管子烧穿；同时在焊接时应采取随焊随检的检验模式，确保每一条焊缝的焊接缺陷可以及时发现和消除。5.2.3 吊装工艺1 锅炉附件吊装1） 采用塔吊吊装炉体框架结构和其他附件，可以快捷、高效、安全的组织施工，可以避免用卷扬机和滑轮组吊装时存在的安全隐患，提高效率，创造更好的经济效益。2） 由于炉体结构的特殊性，采用卷扬机、滑轮组吊装汽包和成片水冷壁，可以实现安全、平稳，有利于空中调节、组对，同时使用费用较低。2 汽包吊装1） 吊装总体描述：用2台10t卷扬机抬吊锅筒两头。启动卷扬机，将汽包提升到离地200mm；对卷扬机捆绑、滑轮组、导向滑车、吊装绳、起重跑绳等进行全面检查合格后起左侧卷扬机使锅筒倾斜40，再平稳上升，到锅筒左侧最高点超过最上层横梁时，起右侧卷扬机将锅筒吊平，然后将锅筒平稳上升到安装标高；将临时固定在锅筒上的链片组与大板梁上的吊杆用销轴连接就位。 2） 卷扬机固定：卷扬机选用（637+1）48钢丝绳分别捆绑在炉体框架柱上，卷扬机跑绳在滚筒中心线上，与卷扬机最近的导向滑车距离卷扬机大于26m。3） 卷扬机布置及吊装示意图见图5.2.2-4。图5.2.2-4 卷扬机布置及吊装示意图4） 跑绳布置：汽包左右两侧上下各设2套100-1010滑轮组。上侧滑轮组用48钢丝绳捆绑在顶部预制好的龙门架上，跑绳死头固定在滑轮组锁绳器上；下侧滑轮组穿在100t卸扣内。为了克服圈扬机走绳，在引出端的拉力大，在固定端的拉力小，所造成的滑车偏斜，工作不平衡现象，钢丝绳采用大花穿法，绳头自定滑轮绕出。见图5.2.2-5。图5.2.2-5 滑轮组跑绳布置图5） 吊装：用两台卷扬机的钢丝绳捆绑点分别在锅筒的左右侧。启动卷扬机，将汽包提升到离地200mm；对卷扬机捆绑、滑轮组、导向滑车、吊装绳、起重跑绳等进行全面检查；全面检查各受力点有无异常情况，如无异常，则缓慢起左侧卷扬机，将锅筒倾斜至40；当锅筒倾斜到40并保持平稳后，将两台卷扬机同时受力起吊，当锅筒起升时，如与左侧横梁相碰，在锅筒右侧尾部用事先准备好的钢丝绳接上5t卷扬机，将锅筒向右拉约500mm，待锅筒左侧超过横梁高度时再松开卷扬机；当锅筒左侧高度超过最上层横梁时，将左侧卷扬机停，右侧卷扬机受力，使锅筒水平保持到水平状态，然后同时受力向上，直至安装标高；吊装过程见图5.2.2-6。 图5.2.2-6 汽包吊装图5.2.4 集中供电、供气装置1 临时用电集中管理在锅炉钢结构外侧焊接临时支架，从底层到最顶层铺设电缆桥架，敷设二级配电箱电源线；电缆线敷设完毕后，盖上盖板。所有电缆电线完好无损且与锅炉金属结构绝缘隔离；在各作业层将电缆引出接入配电箱。2 集中供气管理由于交叉作业量大，参与施工的人员、焊接量大、设备较多，各层平台气瓶存在坠物伤人的危险。因此为了避免气瓶存放不固定和超高运输的危险性，采用气体汇流排，见图5.2.4，将一定数量的气瓶同时连接在一起，统一进行汇流、减压，然后以一定的压力输送到每层作业平台，再分支安装减压阀使用的管理模式。 图5.2.4 集中供气6 材料与设备6.1 材料 本工法所需的材料主要用于焊接工艺评定，施工中的措施用型材及焊接材料在此表中不列出，见表6.1。表6.1 材料名称规格主要技术指标单位数量管子605同炉本体管m366.2 设备本工法实施所需要的配备专用设备，施工中常用的设备在此表中不列出。施工工机具见表6.2表6.2 施工机具序号机械或设备名称型号规格单位数量备注1塔式起重机QTB2500台12汽车式起重机50t/25t台各13逆变直流焊机ZX7-400STG台154交流电焊机BX3-500-2台155热处理设备DWK-180台26电动卷扬机JM15 10t台27电动卷扬机DTS-5/2 8t/5t台各48空气压缩机2V-6m3/8kg台19等离子切割机G250/120-0台210电动试压泵DSY-600B台211手压泵PV111台112经纬仪台213水准仪台27质量控制7.1 执行标准 执行的国家规范、规程，见表7.1。表7.1 执行规范、规程名称标准号备注电力建设施工及验收技术规范（锅炉机组篇）DL/T 5047-95蒸汽锅炉安全技术监察规程劳部发(1996)276号火力发电厂焊接技术规程DL/T 869-2004电力建设施工及验收技术规范（管道篇）DL 5031-94火力发电厂焊接热处理技术技术规程DL/T 819-2002火力发电厂锅炉化学清洗导则DL/T 794-2001钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程JGJ82-91石油化工设备和管道隔热技术规范SH3010-2000电力建设安全工作规程 第1部分:火力发电厂DL5009.1-20027.2 质量要求锅炉安装质量控制主要有以下几个方面：建立质量保证体系；设置质量控制点和质量目标；加强过程控制。7.2.1 根据质量技术监督部门的相关规定建立项目的锅炉质量保证体系，锅炉质保体系质控责任工程师必须按要求持证上岗进行管理。质量目标中焊接一次合格率确定为不低于97%。7.2.2 过程控制中最主要的是焊接控制，焊工的焊接质量是锅炉水压试验能否一次合格，一次点火成功的关键因素。在现场采取焊接考试、第三方抽检、现场监控焊接参数、建立焊工台帐、评比焊接明星等方式促进焊接工作。7.2.3 焊接控制的另一重点是焊材控制，从焊材进场检查、复验、保管、烘烤、发放、回收等环节分设专人管理，并做好检查、抽查记录。 图7.2 焊接工艺控制7.2.4 项目每周召开一次质量分析会，邀请业主、监理等方面人员参加，及时检查施工操作的质量问题和隐患，采取纠正和预防措施。 8 安全措施8.1 对所有进入施