大口徑直縫焊管生產線——O成型機安裝技術

尚修民，王宏，張大勇，衛云昌，年曉禕

(中國五冶集團上海有限公司，上海201900)

1 工程概況

1.1 項目背景

大口徑直縫埋弧焊管主要用于海洋及陸地油氣、石油及天然氣、煤氣及礦漿等介質的管道輸送，其質量可靠，廣泛應用于油氣高壓輸送主干線上。應我國能源發展戰略需要，為解決西氣東輸等國家重大能源項目所需，寶鋼股份公司集成國際先進技術，在“十一五”期間，建設一條高強度、大口徑直縫埋弧焊管生產線。通過完善、科學的可行性研究，選擇了當今國際上最先進的焊管成形方法——UOE成形工藝。該項目工藝關鍵技術引進了德國SMSMEER公司技術，主要設備均采取國內合作制造，由中冶成工上海五冶建設有限公司負責施工總承包。

該生產線是世界上近30年來所新建的第一條也是目前唯一一條具有年產50×104t、長度為6～18 m、直徑為508～1 422 mm的大口徑直縫埋弧焊管生產線。主要設備O成型機工作壓力達72 000 t，全自動控制，單件設備超重(最高達385 t)、安裝精度要求非?？量蹋惭b施工面臨許多重大技術難題。該類項目既沒有國內經驗可借鑒，也沒有國外經驗可參考。在這樣的條件下，如何保證這條技術含量高，應用前景廣泛，對我國能源發展，冶金技術發展，設備制造技術進步有巨大推動作用的生產線能夠順利建成并安全可靠運行;如何解決安裝過程所面臨的這些技術難題，形成一套具有高技術含量的“O成型機安裝技術”，并為同類工程建設提供技術保證，支持該類生產線成果技術在我國轉化、推廣、應用的進程，是本工程施工的難點及目標。

1.2 基本概況

O成型機單機設備總重4 700 t、液壓管道156 t;壓機離地面高度13.5 m，基坑深度－5.0 m;壓機總寬7.0 m;壓機總長21 000 mm，成型能力為72 000 t，是目前世界上成型能力最大的成型機。

壓機框架由8個鋼板框架單元(32片)組成(圖1)。框架單元之間由水平預應力拉桿連接，機架單片重43 t。壓機整體框架安放并固定在基礎梁上。在每個框架單元里的上部都固定了一整套主油缸，共8個，油缸單重約140 t。主要用于成型的上、下橫梁安裝在機架內，下橫梁為固定梁，上橫梁為移動梁，橫梁長19.10 m、寬2.250 m、高1.5 m，凈重每根為304 t，經過部件組裝后的總重約350～365 t。當U型管進入機架后，通過頂部主油缸驅動上橫梁下壓，實現成型。

圖1 O成型機整體外觀

2 主要施工技術

2.1 機架安裝技術

2.1.1 安裝工藝確定

O型機機架共32片。外形尺寸為:長15.32 m、寬4.3 m、厚0.13 m凈重每件約為43 t。每兩片機架板組成一組機架，共形成16組機架，每組機架之間采取預應力拉桿連接固定，形成整體受力框架。安裝時，為保證安裝精度，消除累積誤差，制定了從中間向兩端分組依次安裝的施工工藝。在實際安裝時，根據機架本身的剛度、形成的誤差情況，調整為先從中間向一端安裝二組機架用預應力拉桿連接、形成一個單元的框架后，再依次安裝另一單元框架，再把這兩個單元相連接，即按照每兩組一調和每一個單元一調的工藝步驟進行安裝(圖2)。

圖2 機架安裝順序

2.1.2 雙機抬吊、同步邊降低邊旋轉不落地就位技術

廠房行車有效吊裝高度為14 m，而機架自身高度超過15 m，廠房行車吊裝高度不夠，則采用一臺廠房行車和一臺汽車起重機對框架板平抬吊至－5430 mm的O機基礎邊緣，利用基坑的深度一頭下降一頭提升，逐步翻轉至基坑內直至主吊在有效吊裝范圍內使框架板直立，平移至基礎梁上就位(圖3、圖4)。

圖3 兩臺起重機抬吊框架板至基坑邊

圖4 兩臺起重機抬吊框架板進行翻轉

2.1.3 第一片機架板安裝固定技術

框架板的高度超過15 m，寬度4.3 m，厚度只有0.13 m，在直立著地狀態下中部為彎曲狀。為保證第一片機架的準確定位而又要機架保持垂直和不彎曲。采取了一專用結構調整支撐架臨時固定在基礎梁上，對第一片機架進行調整固定，使行車松鉤得以對第二片機架的吊裝(圖5)。

圖5 第一片機架板安裝固定

2.1.4 機架板組裝限位、控制技術

由于一組機架板是由兩片130 mm的機架板中間加以隔墊組成一組，不能直接與另一機架用預應力拉桿相連，暫時形成不了一個單元結構，對數片就位機架的調整和穩定性形成不安全因素，故采用了一連接板設置在機架板上下兩側，用螺絲臨時固定隨后吊裝就位的每塊機架板，以此限定每塊機架板的位置。一次可臨時固定8塊機架板，形成兩個單元，待這兩個單元調整安裝完畢后拆下來用于下兩個單元的機架板的固定及調整(圖6)。

圖6 臨時調整、固定機架連接板

2.2 上、下橫梁安裝就位技術

O成型機的下橫梁和上橫梁是本工程安裝的最重件，組裝后的重量為365 t和350 t，兩橫梁分別進入機架板組成的框架內時，不能直接進行吊裝，要經過卸車、組裝、小車推進、提升和下降、推進進入框架內、再提升和下降就位等工序，實現這些動作的設施必須有提升與運輸的功能才能實現。進入到框架板內時只能由直線運輸的功能來實現。根據這些動作的要求，我們研制了專用小車、專用吊裝設施、可靈活組裝的平臺及臨時支撐固定措施，來滿足設備吊裝的需要。

2.2.1 專用吊具吊裝技術

在O機本體中共有10件超過100 t的超重件。在超重件卸車、清洗、組裝和就位提升的過程中，起重次數頻繁，時間間隔長。特別是下橫梁和上橫梁的吊裝，如采用自行式起重機吊裝不僅場地受限制，甚至廠房頂部將長期得不到封閉，為此研制了專用吊裝起重設施，并采用兩個200 t液壓提升裝置以及整個吊裝裝置采取移動的方式，解決了在廠房封閉狀態下兩個三百多噸的大件吊裝，尤其是對8個經組裝后達140噸的主油缸的吊裝就位和調整得到了充分的利用。本大型設備吊裝設施在我單位其它工程大件吊裝中也得到應用。該吊裝設施已獲得國家專利(圖7)。

圖7 液壓提升起重裝置現場實施

圖8 小車液壓自動推進器

2.2.2 帶固定及微調措施的專用小車水平運輸技術

由于設備的重件比較多，頻繁地運輸，主要是下橫梁和上橫梁以及8個各140 t的主油缸均要運到機架內，特研制了專用滑移小車。專用小車的運載力按每個車輪承載100 t重量進行設計，四個車輪可載重400 t。小車允許載重量為200 t。下橫梁進入機架時橫梁的兩側尺寸和機架內框之間兩邊只有5 mm的空隙，這就要求滑移軌道自身軌距與小車軌距的尺寸、整個軌道與機組(機架)中心線以及橫梁放置在小車上的中心位置，全部要在橫梁未滑移前控制誤差在2～3 mm之內才能保證橫梁的順利進行，小車的滑移采用液壓自動推進裝置。具體措施為:小車軌距誤差控制在1 mm之內;軌道、橫梁與小車與機組中心用經緯儀控制誤差在2 mm以內;整個滑移過程中用經緯儀隨時觀測;在小車兩側采用可拆卸式液壓微調修正裝置，可在進入機架后進行中心修正，以此保證了橫梁的精確滑移就位。

2.2.3 設計可靈活組裝的重型平臺，適應不同的就位高度技術

圖9 －2 200 mm滑移車和起重專用吊裝設施軌道及鋼平臺設置

圖10 機架板內滑移車鋼平臺設置

圖11 框架內可拆卸軌道結構

圖12 －2 200 mm平臺活動軌道及平臺

從車間地平面到O型機基礎座分別由－2 200 mm、－5 400 mm兩個臺階深度才能使橫梁到位，由于采用滑移運輸使重量超過300 t的兩根橫梁分別在框架內就位，特設計了承受重載的鋼梁及軌道，并適用于多次不同高度的安裝和拆卸(圖9～圖12)。

2.3 高壓、厚壁管道焊接技術

O型機液壓系統的管道工作壓力為35.5 MPa，管徑最大φ273 mm，管道最大壁厚達45mm，油路系統清潔度要求NAS 5級，總施工重量約160 t。

管道位置布置在機架內，管道間距小，相互間容易碰撞，管道構成復雜，系統大部分是厚壁管道。全部管道坡口采用坡口機進行加工，對δ=28～45 mm壁厚的管道采用氬弧焊打底，CO2機器人聯焊。焊接中嚴格按焊接工藝操作。由于O機液壓管道安裝受設備安裝影響，因此大部分管道是在現場預組裝、焊接。為保證預制的管道在實際安裝時不產生應力及變形等問題，在安裝現場特別加工了兩個管道組對加工平臺，并在加工平臺上面焊接一個管道與法蘭連接的安裝靠模，靠模中心留有沖氬孔，與加工平臺表面成90°角。焊接時將法蘭與靠模固定用螺栓擰緊，然后利用電動葫蘆及手拉葫蘆的工具將管道拉成空間走向的形式，然后對靠模上的法蘭進行焊接，確保管道尺寸的準確性。

圖13 管口開坡口

圖14 法蘭靠模固定

圖15 保證安裝幾何尺寸圖

圖16 采用機器人自動焊接

圖17 嚴格焊接工藝－焊接過程熱處理

管道焊接時，為降低或消除焊接接頭的殘余應力，防止產生裂紋，因此，對管道進行焊前預熱和焊后熱處理。焊前預熱以及焊后熱處理均采用電加熱措施。加熱設備采用LCD型紅外線高溫履帶式陶瓷電加熱器(圖13～圖17)。

3 結論

由于本工程類型在世界范圍內近30年未建設，從設計、制造和安裝受原有技術的限制，同時又需要達到現代化的目標，在新舊技術的結合上存在一定的局限性，要將兩者結合起來是一件不容易的事。因此在設計、制造和安裝過程中出現了一些技術問題，制造由國內來完成，德方不負責技術，只負責驗收;安裝是在外方的指導下進行作業，但外方提供的技術方案，特別是吊裝設施，要從德國引進需要花大量的外匯，價格相當高，給安裝造成了極大的難度，經過技術攻關得到了很好地解決。通過施工過程中與外方的交流和合作，研制的小車和吊裝設施，得到了外方專家的認可，滿足了安裝的要求，節約了大量的外匯。同時也得到了外方專家的贊揚，提前了工期，保證了安裝質量。該工程于2009年獲得冶金優質工程獎;該安裝技術形成了3項實用新型專利(已被授權)和2項發明專利(已被受理)。通過省部級成果鑒定和上海市科學技術查新:該技術達到了世界先進水平。

由于油氣管道的興建，給大口徑直縫焊管帶來了生機，從寶鋼建設開始，就有很多廠家來進行調查、了解和咨詢，本安裝技術也為今后建設同類工程提供了技術支撐和技術保證，對大型設備安裝領域方面具有一定的指導意義。