汽輪機凝汽器組合安裝技術分析

摘 要：凝汽器是發電廠重要設備之一，凝汽器的安裝速度和安裝質量直接影響工程施工進度、網絡節點的順利實現和機組運行水平。文章以沙鋼集團改建1×135 MW高爐煤氣發電項目的凝汽器為例，分析凝汽器廠內組合安裝方案的可行性，介紹方案實施程序及質量控制的關鍵問題，強調汽輪機凝汽器組合安裝技術在工期及成本控制方面相對于傳統方案的優勢，希望在實踐中得到推廣。

關鍵詞：汽輪機;凝汽器;組合;安裝技術

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.006

1 案例概況

沙鋼集團改建1×135 MW高爐煤氣發電項目超高壓、中間再熱、雙缸雙排汽、單軸布置汽輪機的凝汽器是上海汽輪機廠制造，其型號為N-7000-4型、對分雙流程表面式。組合好后殼體尺寸為長11 072 mm×寬6 060 mm×高8 547 mm，無水凝汽器凈重量為180 t（包括低加、減溫減壓器），運行時的載荷310 t，灌水試驗時總重約540 t。

凝汽器主要技術數據包括：冷卻面積：7 000 m2;汽側設計壓力：5.7 kPa（a）;水側設計壓力：0.35 MPa（g）;水側試驗壓力：0.45 MPa;冷卻水管型號為：φ25×0.7不銹鋼管1 340根，φ25×0.5不銹鋼管9 470根。

該凝汽器尺寸較大，制造廠加工成散件與部件組合體，供貨到現場后再組合安裝，按結構分為殼體、喉部、排汽接管、冷卻管及附件五部分，組合凝汽器是在循環水坑內的凝汽器基礎前方及凝汽器基礎上搭設平臺，組合好后利用行車吊裝就位。

2 主要的作業方法及作業步驟

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程為組合平臺搭設—底側板組合—殼體組合—喉部組合—冷卻水管組合—凝汽器水室及附件安裝—喉部與汽輪機低壓缸連接—凝汽器灌水試驗。

2.2 組合平臺搭設、底側板組合

2.2.1 組合平臺

組合平臺用工字鋼I22框架連接，下部立柱共12根，立柱下部用14號橫桿加固，使立柱成為一個整體，平臺表面鋪設鋼板（即凝汽器底板）。工件組合平臺所需材料如表1所示。

組合時，立柱應垂直，鋼板平面、框架不平整度全長控制在3 mm～5 mm。將殼體底板組合好放在組合框架上，作為組合平臺，在底板焊接過程中，底板易產生變形，焊接形式為Y形，采用分段跳躍退焊法，并隨時注意用氣焊加熱，校正鋼板以消除應力，在底板校平放正后，在底板上將殼體的兩側板組合好并校平。吊放在兩側面，并做好固定措施[1]。

2.2.2 殼體組合

底板與側板組合好后，先在底板上畫出開孔位置，支撐桿位置并標記。

在后端管板安裝前應注意將后水室吊裝至設備安裝位置，避免無法吊裝，將后端板與彈性固定板組合焊接好，然后在后端管板及頂部焊接好吊耳，調節后端管板的垂直度和位置。管板與底板的垂直度偏差不大于1 mm。端面彎曲度小于5 mm。

凝汽器前后端管板各分為左右兩塊，中間隔板分為左右兩列，因此，端管板及中間管板裝配時，必須正確區分組號、序號和標記打印的方向，絕對不允許隨意調換或翻轉，防止出現管孔錯位，影響穿管。

凝汽器前后管端板為凝汽器中間管板裝配的基準，同時也是冷卻水管的穿、脹母管，其焊縫的嚴密性將直接影響凝汽器使用和真空度，進而影響機組的運行安全、可靠性，所以在焊接過程中焊縫的質量和焊接變形必須控制[2]。

焊接變形的影響因素很多，主要控制手段包括：一是控制線能量，通過控制焊接熱量控制焊接變形，例如采用較小的焊條直徑、較小的焊接電流和焊接速度等均屬此列;二是加強系統剛性，制約焊接變形，例如施焊部位加設拉筋等方法都能控制焊接變形;三是預先反變形，由于不適于管板拼裝這樣的雙面坡口形式的焊接。采用合理的焊接順序、方法及焊接過程，及時消除熱應力也是行之有效的控制焊接變形手段。

將支撐管在底板上點焊好，將其縱橫中心標高調整好，再焊好，將中間管板依次用汽車吊吊在安裝位置上，并用拉桿連接好。包殼可分段裝、焊、校直后穿入隔板，可整段裝、焊、校直后穿入。裝包殼要用定距工裝，保證包殼到隔板管孔的尺寸，最好使間距為負公差，并在包殼內試穿管。前端管板組合好以后，將側板與端管板焊接，要求側板彎曲度不大于20 mm。用拉桿及不銹鋼絲，以前、后端管板為母板，將中間管板調整好，應保證管板間的總間距在要求的尺寸內且保持0～20 mm的負公差。在保證每組管孔同心度偏差<2 mm的前提下，每塊管板與底板面間的垂直誤差為1 mm，左右兩組的最低排管孔必須位于同一水平面上，誤差<2 mm。隔板支撐管、加強板、殼體內部抽氣管、取樣管、擋汽板、筋板等全部點焊完成后，再集中焊接，焊接完畢，則將內部全部清理完，四邊的焊縫必須做浸油試驗，內部不得有油漆，避免影響凝結水的水質[3]。

2.2.3 喉部組合

在殼體上組合喉部，外殼由端板及側板兩部分組成，端板及側板均為散件供貨，現場組合，先是半端板組合成端板，半側板組合成側板，同時將線劃好，將肋板點焊好。然后端板與側板連接成外殼體，組合前各件應校平校直，使平面公差度控制在5 mm范圍內，且應邊組合邊測量各邊尺寸，誤差控制在5 mm內，外殼體組合前按喉部內空尺寸先在平臺上放樣劃線后，再將側板與端板按放線尺寸，先點焊在一起，組合調整到設計尺寸后，加支撐型鋼，內部支撐桿形成穩定結構后進行焊接，焊接過程中應隨時檢查各尺寸變化，防止變形。

喉部組合內部結構包括支撐板、支撐管、筋板、連接板、彈性封板、工字鋼、小機排汽接管、抽汽管、低加襯套、人孔裝置、水幕保護噴水管等。先進行下部工字鋼、筋板及連接板、彈性封板的組合（低加及減溫減壓器的彈性封板應在低加穿入后再組合），分別焊在側板、端板無坡口的一面，在殼體焊接前先點焊牢固，檢查核實并調整各件組合數據準確以后再焊接。工字鋼應整圈連接成一個整體，頂部連接板的平面必須平整，平整度公差為5 mm，可在喉部殼體組合后進行。297BAD79-41DB-48B2-BC4C-8BE0C80FF675

支撐桿分為噴水管支撐桿、抽汽管托架支撐桿、殼體支撐桿，分別依次交叉地焊在殼體內壁的肋板上，組合焊接時按廠家圖紙要求。組合時，每組各件中心及高度都應保持一致，組與組的中心及高度偏差都應控制在5 mm以內。

噴水管、抽汽管及其他管道安裝過程中，安裝抽汽管可根據支撐桿的安裝情況和管道的實際情況，盡量在組合后安裝，必須先放在安裝位置并臨時固定，連接低缸的相應管道時，根據實際情況調整和修割。此管道安裝應在喉部與汽缸連接，扣大蓋之前安裝完畢[4]。組合時注意各件的連接順序及波形補償管的方向，在對口整齊后，焊接前應松開波形補償管的緊固螺栓，組合好以后各件焊縫應做浸煤油試驗檢查，各部件在喉部上的焊接應在喉部與下缸連接后進行。抽汽管的保溫為鋼板隔熱，在安裝過程中，由于制造廠或安裝過程中的誤差，都要根據實際情況割補。喉部在各內外相通的焊縫及各抽汽管道及焊縫，均為氬弧焊打底，以保證管內清潔，且都要煤油浸透試驗，以保證密封，要求焊縫平整美觀。

在喉部組合完畢后，先將波形補償器兩半組合成一個整體，波形補償器接口錯位量要控制在1 mm以內。要按圖對膨脹節進行氣密性試驗或水壓試驗，保證其密封性。根據喉部的高度，去掉排汽波形補償器的調整部分，并將保護波的圓形罩的下半部根據圖紙的要求去掉，再與喉部正式組合焊接。此焊縫為密封焊，要在焊接完畢后作浸油試驗或著色探傷。也可將組合好的波形補償器直接與喉部點焊牢，待以后凝汽器與汽缸連接前進行修割并正式連接。

2.2.4 冷卻水管組合

凝汽器冷卻管共10 840根，其中，空冷區及主凝區兩邊有φ25×0.7不銹鋼管1 346根，其他的有φ25×0.5不銹鋼管9 494根。因需要兩頭脹管，則共有脹口21 680個。脹管工作完成后，再對不銹鋼管脹口與管板進行密封焊接[5]。

不銹鋼管組裝前的準備工作包括：

第一，檢查凝汽器內部斜撐、加強件、連結件等安裝工作應全部結束;焊渣、藥皮、焊瘤打磨干凈，焊縫全面檢查結束;管板孔逐孔檢查清理完畢，應無毛刺;管板孔徑內壁應光潔，無縱向痕跡，經由質檢部門及監理、業主認可。上、下層殼體內部之間搭設木板隔離層，木板接縫處用鐵皮或白鐵板密封，并鋪設石棉布，以免上殼體內部工作完善焊接時火花破壞不銹鋼管。

第二，抽取不銹鋼管總數0.5～1/1000進行工藝性能試驗——壓扁試驗和擴散試驗，并經檢查合格。其要求為：鋼管長20 mm，壓成橢圓，橢圓度為原鋼管直徑的1/2，度樣無裂紋或損傷跡象;鋼管長50 mm，打入45°光錐體，管內徑比原內徑大30%，試樣無裂紋。如上述試驗不合格，可在不銹鋼管的脹口部位進行400 ℃～450 ℃的退火處理。如果廠家已提供相應的報告，則在現場可不再做試驗。

第三，將不銹鋼管全部運至現場，做好明顯標記并分別堆放，避免穿管時混淆。布置堆放、穿管場地，搭設穿管平臺9 500 mm×9 500 mm并鋪好腳手板。凝汽器內部設置6盞12 V行燈供凝汽器內部人員穿管照明，凝汽器四周的晚間照明應足夠。

第四，脹管試脹值應符合的要求：在每塊管板四角和中間部位各選數孔，用量具分別測出其內徑值，取平均值作計算值。制作孔徑與計算值相同的試驗脹板一塊。脹口應無欠脹或過脹現象，脹口處管壁脹薄約4%～6%，脹管后管子內徑的合適數值Da=D1-2t（1-a）mm。式中：D1，管板孔直徑（mm）;t，鋼管壁厚（mm）;a，擴脹系數，4%～6%;脹口處應平滑光潔，無裂紋和顯著痕跡;脹口的脹接深度一般為管板厚度的75%～90%，但擴脹部分應在管板壁內2 mm～3 mm，不允許擴脹部分超過管板內壁。

在管板孔和不銹鋼管的清洗方面，先用壓縮空氣吹掃管板孔和管子兩端，再用丙酮將其清洗干凈即可。

考慮到砂過的不銹鋼管頭和管板孔時間過長會有污垢及銹蝕，因此穿管、脹管工作要盡量同時進行。使用有色粉筆在φ25×0.7不銹鋼管區域的管板上勾畫出來，避免穿錯位。先自上而下穿空氣室的不銹鋼管，待空氣室穿完以后，根據不銹鋼管在管板上排列方式等因素和以往穿不銹鋼管的經驗自上而下穿管，直到穿完。應清潔穿管前的管板孔，進入凝汽器內部的穿管人員應掏空衣袋，同時，不能穿皮鞋和帶釘的鞋子。脹管前后切掉富余長度的管子，并打磨切口，使其平整無毛刺。管子伸出管端的長度在1/16″以內，以保證焊接。

脹管過程中應注意脹接順序，控制好脹管過程中端板變形量，最好是在端板上盡量對稱脹接。

2.2.5 凝汽器水室及附件安裝

分別將凝汽器前水室、后水室依次安裝好，安裝時要注意安裝的順序及水室的墊子，前后水室均為法蘭螺栓連接;低加為內置式，橫穿凝汽器喉部;減溫減壓器安裝在凝汽器10列，分布在低加兩側。疏水擴容器Ⅰ、Ⅱ分別懸掛在凝汽器殼體的兩側。疏擴均是散件供貨，在現場先將其組裝成一整體后，再與殼體連接。疏擴組裝中應注意內部有合金管件，注意不要混淆，且內部的減溫水管的噴嘴應與座子點焊。再將其他附件與凝汽器連接完畢。以上工作全部完成后，即可調整凝汽器縱橫中心線和低壓缸連接。

2.2.6 喉部與汽輪機低壓缸連接

在扣蓋之前連接凝汽器與低壓缸。連接時要在低壓缸四角臺板的低壓轉子前后軸頸處布置百分表監視臺板變形和位移，要求控制在0.1 mm以內，變化大于0.1 mm時暫停焊接，待恢復后繼續施焊。在喉部與低壓缸焊接完成后，要對焊縫進行著色探傷，保證其嚴密性。將凝汽器支座的墊鐵全部配制完畢，并加以點焊，再對支座與混凝土支墩之間進行二次灌漿。

2.2.7 凝汽器灌水試驗及水壓試驗措施

凝汽器汽側及真空系統應做灌水靜壓試驗，主要是檢查管板孔與不銹鋼管口脹接、凝汽器主凝區殼體焊接縫的質量及真空系統的嚴密性，保證應無滲漏。灌水靜壓水位為低壓汽封洼渦下100 mm，且維持此高度至少要達到24小時，水源為消防水或工業用水。灌水前應清理凝汽器內部的雜物，灌水試驗前應注意檢查臨時支座和支撐安裝正確。灌水過程中如發現漏水應堵住，全部檢查完畢后，重新換管子，重作灌水試驗，直至無滲漏為止。應保證各焊縫、接口、脹口均無任何泄漏和滲漏現象。

凝汽器水側應作水壓試驗，試驗壓力為0.45 Mpa。試驗的壓力表應裝在進出口水室的底部。各焊縫、接口、法蘭、人孔等應無泄漏、滲水現象，水室無變形現象。注意，水壓試驗與凝汽器灌水試驗不能同時進行。水壓試驗合格后，再對水室和汽室進行相應的防腐處理。凝汽器的組合安裝工作全部完成。

3 結語

綜上所述，凝汽器廠內組合安裝方案的可行性是無可置疑的，其優越性也是傳統廠外組合方案不具備的，可以廣泛推廣的。通過實施以上一系列得力措施，在凝汽器廠具備使用條件后馬上工作，在很大程度上保證了各里程碑節點的順利實現。因此，要以工程全局為出發點，因地制宜、因時制宜選擇最有利于工程開展的施工方案。

參考文獻

[1] 雷平飛，趙澤有.汽輪發電機組凝汽器安裝施工技術[J].安裝，2020（7）：37-39.

[2] 陳強.淺析汽輪發電機機組的安裝施工工藝[J].建材與裝飾，2016（1）：210-211.

[3] 陳佳.凝汽器殼體焊接工藝研究[D].青島：中國石油大學（華東），2018.

[4] 趙立業.汽輪機及輔助設備安裝的要點探究[J].黑龍江科技信息，2015（28）：61.

[5] 朱克濤.火力發電廠汽機凝汽器安裝技術探討[J].企業科技與發展，2011（19）：95-97.

作者簡介：曾才喜（1981—），男，湖南湘潭人，本科，工程師。297BAD79-41DB-48B2-BC4C-8BE0C80FF675