玉溪新平130t/h煤气锅炉安装技术

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摘要：玉溪仙福钢铁130t/h煤气锅炉是我公司近年来承担的吨位和压力均为最大的锅炉安装工程。本论文研究和分析了锅炉钢架安装、锅筒临时支撑设计与吊装、受热面管道的安装与焊接技术。

关键词：130t/h煤气锅炉 安装技术

中图分类号： C35 文献标识码： A

1、前言

高炉煤气余热电站发电的一个重要过程就是将高炉产生的煤气通过锅炉燃烧把经过处理的水烧成蒸汽，然后供给汽轮发电机组发电。锅炉安装质量的好坏直接影响煤气利用率及蒸汽的品质的好坏，因此有必要对高炉煤气锅炉安装技术进行分析总结。本项目作为国家十大重点节能工程之一的钢铁行业纯烧高炉煤气锅炉发电装置，充分利用高炉煤气等可燃气体，以自备电站为主要集成手段，推动钢铁企业节能降耗，实现资源的综合利用，又可减少煤气直接排放带来的环境污染。

2、技术特点

2.1钢结构安装采用扩大拼装，减少了高空作业，节约了吊车台班。

2.2锅筒安装采用临时支架固定，待炉顶平台安装完后进行正式固定，优化了安装流程，节约了吊车台班，缩短了施工工期。

2.3合理安排锅筒、集箱管道焊接顺序，减少了焊接变形，提高了施工质量；锅炉管道焊接采用氩―电联焊，提高了焊接效率。

2.4膜式水冷壁采用倒装工艺。

3、技术原理

3.1合理安排施工顺序，保证施工的连续性，锅炉水冷壁的安装采用“倒装法”，减少了高空作业，缩短了施工工期。解决了现场空间狭窄的难题。

4.2根据吊装设备性能，合理选择组装单元，提高了吊装效率 。

4.3焊接制定多种预焊接工艺，评定合格后，选择焊接质量好、效率高的氩电联焊。

4.4锅筒、集箱管道密集，施工时合理选择安装、焊接顺序，有效提高了安装效率和焊接质量。

4.5详细介绍了每个步骤的操作要领、检测方法及安装精度要求。将设计要求和规范合为一体，使业主、监理、施工单位有一个共同的检验标准，让各方的工作便于协调统一，达到优质高效的目的。

5、施工工艺及操作要点

5.1．130t/h煤气锅炉安装工艺流程

图5-1 130t/h锅炉安装工艺流程

5.2施工关键技术

5.2.1施工准备

1).根据现场实际情况，科学合理地进行施工平面布置,主要包括钢架组装场地、水冷壁组装场地和搭建临时办公室及临时仓库。

2).架设施工临时用电, 施工用电采用三级配电方式，设立用电总开关、分开关及控制开关三级配电二级保护配电方式，设专人管理,各配电箱内安装漏电保护器，其漏电动作电流不大于30mA,动作时间不大于0.1S。

3).合理布置施工机具,电焊机集中布置,氧气、乙炔库相隔大于5m布置。

5.2.2定位放线

1).根据锅炉基础纵横基准线及标高基准点，对锅炉基础及辅机基础进行逐一定位复测,记录复测数据,与图纸及规范要求进行对照,看是否符合要求。基础复测合格后在基础表面标明锅炉设备基础的纵向、横向中心线和标高线的基准线。

2).检验土建单位提供的锅炉基础混凝土检验报告,看是否符合要求。

3).与土建单位办理基础移交手续.

5.2.3设备清点

根据锅炉制造厂供（货）清单与工艺图纸要求的设备清单，逐类逐项逐件清点与检查，应按其结构与类别特点依次检查其规格和数量是否准确和齐全。其中包括：

1).锅炉本体部分：包括主要受压部件（锅筒、各部集箱等）；受热面管系统（水冷壁管、过热器、省煤器、下降管、导汽管等）；膨胀系统（锅筒集箱上的膨胀板、环及膨胀批示器的指针刻度板等）；燃烧、返料设备；金属构架（受压部件的柱、压力表、安全阀、水位报警器、低地位水位计等）及阀门（主汽阀、给水调节阀、给水止回阀、排污阀及其它附属设备用的阀门等）。

2).水冷壁部分：前、后、左、右侧壁及其附件等。

3).空气预热器部分：包括空气预热器本体、膨胀装置、风道等。另外，还要清点和检查与之相配套的标准件、垫料、填料等。

5.2.4.钢架组装及吊装

1).钢架组装样台的敷设

为了安全施工，减少高空作业和确保安装件的几何尺寸达到规程标准，根据现场实际情况，在现场选择合适位置铺设锅炉钢架组装样台，本锅炉的钢架、炉顶、膜式水冷壁根据吊装能力在地面上分段组合好，然后再吊装到位进行整体安装，尽量加大地面组装，提高效率。

(1)首先地面平整夯实，垫工字钢，每排工字钢间距1.5m，用水准仪找平，再铺设s=12mm的钢板，对接处用电焊分段焊接，面积约为12m x12m为宜。

(2)组装台设置在锅炉附近25m范围内，以便于吊装。

(3)将钢立柱平放在工装台上，将分段运到现场的钢柱，接好并焊牢。

2).钢架组装

根据锅炉设计图及到货的情况及现场场地位置的实际情况，锅炉框架由四根立柱及拉杆、平台、楼梯组成，其中每根立柱均分为三段散件供货，立柱之间由拉杆连接，所以锅炉框架可在地面组装场地进行预组装，组装方法为：

(1)柱Z1下段正、反两根立柱及拉杆组装为一件，组装后框架宽为9660mm，高为10000mm,净重7733.2kg,加上稳固支架300kg，重量为8033.2kg.

(2)柱Z2下段正、反两根立柱及拉杆组装为一件，组装后框架宽为9660mm，高为10000mm,净重7221kg,加上稳固支架300kg，重量为7521kg.

(3)柱Z1中段正、反两根立柱及拉杆组装为一件，组装后框架宽为9660mm，高为9200mm,净重6956kg,加上稳固支架300kg，重量为7256kg.

(4)柱Z2中段正、反两根立柱及拉杆组装为一件，组装后框架宽为9660mm，高为11000mm,净重7839.8kg,加上稳固支架300kg，重量为8239.8kg。

(5)柱Z1上段正、反两根立柱及拉杆组装为一件，组装后框架宽为9660mm，高为10800mm,净重7675.4kg,加上稳固支架300kg，重量为7975.4kg。

(6)柱Z2上段正、反两根立柱及拉杆组装为一件，组装后框架宽为9660mm，高为8700mm,净重5164.4kg,加上稳固支架300kg，重量为5464.4kg.

3).立柱的调校组对

由于运输或者其它原因立柱可能发生变形，故组队前应该对立柱进行调校，采用枕木加型钢作为找正架，每根立柱设置4组枕木作为支墩，高约1m，横向搁置20号工字钢并用水平仪找平，即可进行钢架的调校组队。

(1)立柱的弯曲度，立柱长度的1/1000，且不大于10mm；

检测方法：在柱子相互垂直的两个面的中心线的两端焊接L=150-250mm的垂直柱面的等高圆钢，拉钢丝，并将柱长按每米一等分，平均分成若干份后用钢直尺测量每一等分点的高度，即可计算出柱子的弯曲度。

(2)立柱的扭曲度，立柱长度的1/1000，当柱长＜5m时，为3mm；当柱长＞5m时为7mm。

检测方法：将立柱放置水平，在柱的垂直焊置等高圆钢，在圆钢顶部对角交叉拉两根钢丝，用钢板尺检测两钢丝中点距离，该距离的一半即为扭曲值。

调校的主要方法有：

a小型构件弯曲变形超过规范要求时，应采用冷调法进行调校，温度必须在0℃以上，从外界施加压力使立柱校正；

b大型构件变形超出规范要求时宜采用热调，加热采用氧-乙炔火焰加热，但特别注意加热温度须小于700℃，以防止构件脱碳、渗碳、过烧等现象；弯曲特别严重时现场无法调校，则需反应业主由制造厂进行处理。

锅炉钢结构安装采用整体方法安装，每两根立柱组合成一个整体：

组合时，按照图纸要求，将钢柱上所有的横梁、支撑、平台牛腿安装焊好，以柱顶面的标高确定立柱1m标高点（立柱上的1m标高线可作为以后安装锅炉各部件、元件和检测时的基准标高点），且根据技术文件的规定注意立柱的压缩值，组合后必须保持垂直、无扭曲、无弯曲。

5.2.5.锅筒的吊装

锅筒的吊装在立柱金属框架及楼梯平台安装完毕并经验收合格后，顶板安装前进行。

5.2.5.1.吊装前的检查

吊装前检查锅筒、集箱，应符合下列要求：

1).锅筒、集箱两端水平和垂直中心线的标记位置应正确，必要时应根据管孔中心线重新标定或调整。

2).锅筒、集箱表面和焊接短管应无机械损伤，各焊缝及其热影响区表面应无裂纹、未熔合、夹渣、弧坑和气孔等缺陷。

3).检查并彻底清除锅炉、集箱内外表面及管孔内油污及其它杂物。

4).锅筒吊装要点

本设备的锅筒采用吊挂安装，需将锅筒吊装到位用临时支架支撑好，等顶板及吊挂装置安装完成后，用吊挂装置将锅筒固定好后才能拆除临时支撑，移动吊装锅筒时撬棍不得插入锅筒上的管接头或管孔中，应对其做好保护避免损坏且锅筒壁上禁止引弧施焊。

5.2.5.2．吊装准备

本锅炉锅筒长度为12400mm,而锅炉框架宽仅为8960mm,锅筒两端长度超出框架长度1720mm,所以锅筒既不能从框架内部提升至安装位置，也不能从外侧横穿吊放至安装位置，所以锅筒必须在锅炉顶板安装前吊装就位，否则锅筒很难就位。

锅筒的设计安装中心标高为28880mm,锅筒的内径为1600mm,锅筒的壁厚为46mm，锅筒的底部筒外壁设计安装标高为28880-1600/2-46=28034mm；锅筒中心轴线距最近的立柱Z1柱中心线距离为1300mm,在锅筒设计安装标高下方（锅炉框架的两侧面）有两根连接柱Z1上与柱Z2上的横拉杆（横拉杆为两根18#槽钢内扣焊接成方形），两根横拉杆的中心标高为25800mm,拉杆顶部标高为25820mm；锅筒的外径为1692mm，在锅筒的设计安装位置没有任何设计支撑。

在吊装之前必须为锅筒的就位制作一个坚固的临时支架，两端支架上锅筒就位点分别制作一个高为100mm的马鞍座（马鞍座与支架之间留10mm作为调整间隙），锅筒支架的宽度等于柱Z1上框架的宽度为8960mm，支架长为9114mm，支架高度为28034-25820-100-10=2104mm.马鞍座示意图如下：

图5-2 锅筒临时支架示意图

注：马鞍座宽为250mm,圆弧板宽为250mm，弧度为90°

就位后锅筒重量集中在支架两端横梁上，两端横梁因受压产生弯矩，锅筒本体净重26357kg,所产生的压力为263.57KN,每根横梁承受的压力为131.79KN，对横梁进行受力分析，如下：

图5-3 横梁受力分析示意图

式5-1

式5-2

横梁所受最大弯矩式5-3

经查Hw300×300×10×15的型钢的截面面积为117cm2，截面抵抗距为Wx=1328.85cm3

〔σ〕钢材的许用应力取140MPa，抗弯截面模量Wx=1328.85×10-6

横梁的抗弯力矩：

所以选用Hw300×300×10×15的型钢作为临时支架制作型材，材质为Q235B.临时支架制作如图所示：

图5-4 上锅筒支架图

图5-5 锅筒支架图节点1详图

图5-6 锅筒支架图节点2详图

图5-7 锅筒支架图节点3详图

5.2.5.3.吊装方法

在锅筒吊装前，锅筒马鞍座用螺栓固定在锅筒支架纵向中心线上，锅筒本体上不得焊接吊耳，所以锅筒吊装需用钢绳或吊带在吊点位置缠绕捆绑吊装，锅筒外桶壁上管接头排比列较密集，为避免吊装时勒伤管接头，锅筒的吊点位置选在锅筒两端距离锅筒横向中心线3860mm的位置（即锅筒吊挂装置的设计安装位置）。起吊前应用麻绳栓牢锅筒两端，起吊时，地面人员拉稳麻绳并调整锅筒的有利吊装姿势，以免在高空发生锅筒抗杆。在锅筒吊装就位后，调整锅筒锅筒水平度，使锅筒保持水平，调整完毕，固定好锅筒马鞍座后松钩。

5.2.5.4.钢绳及吊车的载荷计算及选用

1)．钢绳的选用

锅筒本体净重26.357t， 构件长度为12400mm，用两根钢绳（或吊带），每根钢绳（或吊带）在吊点位置环抱锅筒吊装，相当于4根钢丝绳受力，拴挂点间距为7720mm，钢绳角选用600，经计算选用8倍安全系数时，每根钢丝绳承受的拉力为608 KN，6x37钢绳折扣系数为0.82，则需选用的钢绳破断力不小于714.5KN,选用钢丝绳型号为：6×37+FC1770 Φ38，2根钢绳（破断拉力为753KN），每根钢绳长为：18.70m.卸扣选用20吨2个备用。吊装时，锅筒与钢绳之间须垫10mm左右厚胶皮（或在钢绳上缠布条）以防钢绳滑动勒伤锅筒上管接头。

2)．吊车的选用

钢绳角以最大计600，锅筒外径为1.692m,钢绳高度为6.686m，吊钩预留1.5m，锅筒跨越立柱柱头，所以需要的起升高度为：30+1.692+6.686＋1.5=39.878m。

吊车实际吊装高度及臂长计算如下：

考虑到框架中心到框架柱之间的距离为4650mm，吊车回转中心到支架柱边距离6m，吊车支车位置在锅炉横向中心线上，锅筒纵向中心线距锅炉横向中心线3450mm,计算出回转半径为11.195m，臂长为41.42m，考虑吊钩及钢绳重量1.5t，总吊装重量为27.857t，起升高度为39.878m.

在锅炉侧面标高28034mm位置有一根Hw300×300×10×15的型钢锅筒支架。经计算，在此标高位置，锅筒就位中心点与吊车臂之间的最大抗杆距离L1=5.217,汽车吊在起升高度为39.878m时，吊车臂与锅筒就位中心之间的距离Lk1 L1,才能满足吊装要求。

设当Lk1＞5.217m时，吊车旋转半径LK=12m不变，则计算吊车主臂长L：

利用三角形相似定理可得：L1/LK=(H-28.034)/H,H=h＋28.034；

注：H为吊车起升高度,h为标高28034mm位置处锅筒支架与吊车臂顶点之间的距离。

经计算，吊车起升高度H=52.50m, 标高28034mm位置处锅筒支架距吊车臂顶点距离h =24.47m,则吊车臂长须为L=53.68m.

查徐工QAY240t汽车吊性能表：

当回转半径LK=12m，臂长L=54.5m，配重75t，全伸腿时起重量为29t27.857t，且吊车臂不抗杆，所以徐工QAY240t汽车吊能满足吊装要求，选用徐工QAY240t汽车吊作为锅筒吊装的主吊工具。

下图为锅筒吊装示意图：

图5-8 锅筒吊装立面示意图

图5-9 锅筒吊装平面示意图

5.2.6受热面管子的安装

5.2.6.1.受热面描述

为了减少空中安装的难度和危险，加快安装进度和确保安装质量，受热面水冷壁等根据吊装能力尽可能在地面组合成后进行吊装，过热器、省煤器蛇形管排捆扎吊装。吊装时，炉后吊装工作量相对较大，可安排炉后、炉前两路同步进行吊装：空气预热器、过热器、省煤器蛇形管排一路；炉膛水冷（屏）壁一路；前、后、左、右水冷壁各3道管屏，分上、中、下三段，燃烧区域水冷壁 ,水冷壁角组件，还有部分散管和散件。

5.2.6.2.水冷壁施工流程

工机具准备设备运输、铺开、检查管子通球集箱、管排加固、限位、管子对口验收拼缝、刚性梁及附件安装验收、加固组件吊装找正对口刚性梁附件安装 整体找正、验收。

5.2.6.3.作业程序

(1)设备清点，二次转运、铺开，外观检查。

(2)集箱清理吹扫、管子通球、合金钢部件光谱复查。

φ60×5管弯曲半径R=300 通球球径φ42.5mm

φ60×5管弯曲半径R=200 通球球径φ42.5mm

φ60×5管弯曲半径R=130 通球球径φ37.5mm

5.2.6.4.组合、吊装

1)左、右侧水冷壁上集箱与上部、中部管屏、刚性梁分别整体组合，组件在组合场组合后，由卷扬机滑轮组抬头，25T汽车吊抬尾，从炉侧地面拖进炉膛位置，然后用卷扬机从炉底吊装到空中，再用另一卷扬机吊点接，到位后直接穿销子就位。

2)后水冷壁上集箱与上部、中部管屏、刚性梁分别整体组合，组件在组合场组合后，由卷扬机滑轮组抬头，25T汽车吊抬尾，从炉后地面沿锅炉中心线拖进炉膛位置，然后用卷扬机从炉底吊装到空中，再用另一卷扬机吊点接，到位后直接穿销子就位。

3)前水冷壁上集箱与上部、中部管屏、刚性梁分别整体组合，吊装方式和侧水组件类同。

4)左、右侧水冷壁下集箱与下部管屏、刚性梁分别整体组合。

5)前后水冷壁下集箱与下部管屏、连接件分别整体组合。

5.2.6.5.水冷壁吊装力学分析

1)通过分析组件危险截面的应力为如下，应不大于材料的许用应力。计算公式如下:

式5-4

式5-5

式中 N－管子的根数

由于管与管之间的连接扁钢在中性轴上，其惯性距可以忽略不计。

图5-9水冷壁排管示意图

2）计算钢丝绳的大小

(1)其动载荷为P＝1.1P0。用阻力系数法计算出绳端拉力:

式5-6

出绳端斜拉角α0 ,所以出绳实际拉力为:

式5-7

(2)求牵引钢丝绳直径，取安全系数值K=5.5，

需钢丝绳破断拉力：

式5-8

5.2.6.6.吊装顺序为：

左水冷壁上中段组合件 左水冷壁下段组件右水冷壁上中段组合件 右水冷壁下段组件 前水冷壁上中段组合件后水冷壁上中段组合件前水冷壁下段组件 后水冷壁下段组件 水冷壁角部组件其他零散附件。

5.2.6.7. 找正安装对口

下部管排每吊完一段后进行对口焊接。

5.2.6.8. 炉膛水冷壁整体找正并验收后拼缝密封，刚性梁连接、炉墙附件安装。

5.2.7 空气预热器安装

钢管空气预热器在安装前应检查管箱的外形尺寸，清除管内的尘土、锈片等杂物，检查管子的焊接质量并在预装场安装好防磨套管，然后用平板车运至吊装点进行吊装。吊装就位时，在管箱下的管板与支撑梁间垫上δ=10mm的石棉板以保证密封和管箱的热膨胀要求。波形伸缩节、密封板、型钢的焊缝必须按图纸全部焊完，保证密封不漏，相邻管箱波形密封板的两端要用钢板密封。

5.2.8省煤器安装

省煤器同样采用单排单根组装方法进行。先在地面进行单排单根检查、调校、通球、吹扫，在省煤器联箱安装好后，将蛇形管捆扎吊至安装位置。安装基准蛇形管并检查弯头端部长度符合要求后，焊接蛇形管。再依次安装其余管排，直至安装完成。

5.2.9过热器安装

高、低温过热器采用单排单根组装方法进行。过热器管在安装前用压缩空气进行吹洗和通球试验。组装过热蛇形管时，应将联箱校正固定后安装基准蛇形管，减温器安装前要进行抽芯检查，并对其盘管进行水压试验。检查联箱管头对接情况和联箱中心线距蛇形管口端部的长度偏差合格后，再安装其余排管。

5.2.10 锅炉管道及阀门的安装

1.锅炉本体管道安装

锅炉本体管道安装除了要控制好管道水平度、垂直度外,管道焊接是主要的质量控制要点.

1）为确保焊接质量，锅炉本体的管道采用氩电联焊的工艺和方法。

2）本体管道焊接方法，坡口型式和焊接材料的选择见表5-1：

表5-1 锅炉本体管道焊接方法、坡口型式和焊接材料的选择

3）采用对口钳组对焊口，保证管子垂直度和控制对口错边量小于0.1S，且不大小1mm，坡口加工详见图。

图5-10 坡口加工示意图

4）焊条、焊丝应有制造厂的质量证明书。合金钢、焊丝、焊条应进行光谱检验。焊条使用时必须烘干，R317、J507烘干温度为350-400℃，恒温1-2小时，而后放在100-150℃保温，随取随用。

5）焊口点焊1-2点，每点长约10mm，厚度不超过壁厚的2/3。氩弧焊的焊接规范参数见（表5-2）：

表5-2 氩弧焊焊接规范参数

表5-3手工电弧焊焊接规范参数表

表5-4 管道焊接接头热处理温度与恒温时间表

8）焊缝经热处理后，用携带式硬度计检查热处理焊缝的硬度，主给水管焊接一般不超过母材布氏硬度HB100，且不大于300，其标准为：合金总合量＜3%，HB≤270，合金总合量3%-10%，HB≤300。

2.锅炉本体的阀门安装

1)所有本体阀门（除有特殊要求说明外）安装前均须检查、清理，装配好密封面和填料，经单个水压试验不漏。安装位置除规定外，应设置在便于操作和检查维护的地方。

2)阀门用清水进行试验，试验压力为工作压力的1.5倍。试验或研磨修理合格后阀两端口封闭保护，最好拆下手轮防止安装前阀门开启脏物进入密封面。

3)阀门安装注意介质流向，注意方便开关，其平直度符合规范要求。

4)锅炉安全阀的安装：各种安全阀安装前应解体检查，其材质、加工精度，配合间隙，可调行程等。

5)安全阀必须垂直安装并应装设有足够截面的排汽或排水管，其排放管应畅通并直通安全

排放点。排汽管底部应装有疏水管，排水管应有防冻措施。

6)电动阀门的传动装置，应方便操作和检修，其行程开关应调整至保证足开和关严及在规定的力矩范围内自我保护状态下关或开。

7)放空气阀应设在各管道最高处，阀门设置应便于操作，管道上的放空气点开孔在按图纸规定进行，放空管的装设必须重视并保证角焊缝质量，管道布置时应考虑有适当的柔性，以补偿膨胀。

6.总结和展望

本文主要介绍了130t/h煤气锅炉的安装关键技术，包括锅炉支架的安装、锅筒临时支架的设计验算、锅筒吊装、受热面管道安装及管道的焊接等关键技术。通过对上述各要素的分析和总结，希望对同类设备的施工提供有益的参考。同时也是对自己的技术管理能力的一次有益的总结和提升。

参考文献：

1、《电力建设施工及验收技术规范 锅炉机组篇》 DL5047-95；

2、《安装工程分项施工工艺手册 通用机械设备安装工程》强十渤、程协瑞，中国计划出版社1998.12；。

3、《安装钳工》(高级工)，王守法，中国建筑工业出版社。