浅谈大型超临界锅炉水冷壁安装方法作者：靳川川摘要：在大型超临界锅炉安装过程中，锅炉水冷壁是受热面当中重量最重、结构复杂、吊装困难、安装周期最长的设备，它的安装顺序及周期影响着其它受热面设备的安装，甚至整台锅炉的进度。本文结合相关实例、技术数据对大型锅炉水冷壁的安装方法和工艺流程进行重点阐述。 关键字：超临界锅炉 螺旋水冷壁 工艺流程 组件划分 组件吊装 吊具布置及计算 前言: 大型超临界锅炉水冷壁方案具有较大的多样性、可变性，且人力、物力、机械占用比例最大。因而它对整个锅炉安装的经济性、安全性起关紧作用。本文内容重点对如何选用吊装机械、水冷壁组合要点、水冷壁安装架子制作、螺旋水冷壁找正方法、水冷壁对口与密封焊接变形控制方法、水冷壁刚性梁安装要点等有关技术方案进行阐述。一、超临界锅炉水冷壁安装1.1水冷壁施工工艺流程见图1.1-1图1.1-11.2水冷壁组合1.2.1水冷壁组件划分原则1）应充分考虑水冷壁的结构特点，划分组件时应尽量保持水冷壁的完整性，尽量不拆、不破坏原设备；对于个别超重件不宜从集箱分段，应采用甩管排方式。2）组合件的大小应根据起重机械的起重能力来确定，但应对个别超重组件采用辅助起吊机械或其它起吊方案。3）在划分组件时，对组件零部件、零星件、易损件力求组合在组件上。起吊后不易施工部位应力求进行组合。4）组合件的外形尺寸，在起重机械起重范围内和安装工序条件允许的情况下，力求达到最大。尽可能的减少高空作业，对带有危险性作业部件应组合在组件上。尽量减少高空焊口作业。5）组件划分时，应适当考虑组件在起吊、运输的加固量最小，或采用通用加固件方式。应充分注意到组件之间衔接的科学性。应综合考虑各种条件后，考虑费用最低的方案。6）实例：霍州“上大压小”工程1#锅炉上部水冷壁组件划分见表1-1。河曲二期扩建工程3#锅炉水冷壁组件划分见图1.1-2、表1-3表1-2 霍州“上大压小”工程1#锅炉水冷壁组件划分序号名称外形尺寸（长宽高）单位数量组件重量备注1前墙左侧组件2034810970.6 mm件140384Kg上部管屏式水冷壁组件由水冷壁管屏、集箱、刚性梁、炉墙附件等组成。2前墙右侧组件203488227.4 mm件135917 Kg3左（右）侧前组件200489233.8mm件238847 Kg4左（右）侧后组件200488687.7mm件228602 Kg5后墙凝渣管组件113509710mm件210000 Kg6后墙折焰角左组件10454.8109913967mm件129148 Kg7后墙折焰角右组件10454.88247.83967mm件121861 Kg8水平烟道底部水冷壁左组件97104500mm件115000 Kg9水平烟道底部水冷壁右组件97104500mm件115000 Kg表1-3河曲二期扩建工程3#锅炉中部侧墙螺旋水冷壁组件划分序号名称外形尺寸（长宽）单位数量单组件重量备注11#9#管屏19082.36877.33mm件210062kg中部螺旋水冷壁组件由水冷壁管屏、张力板、炉墙附件等组成。210#17#管屏19082.38564.44mm件214722kg318#19#+29#30#管屏13064.34589.2mm件25523kg421#23#+31#34#管屏13064.35820.5mm件211975kg536#43#管屏358115597.4mm件28045kg624#28#管屏9541.210455.4mm件29882kg图1.1-21.2.2水冷壁组合实例1）、根据霍州“上大压小”工程1#锅炉水冷壁的组合角度分析，由于上部管屏式膜式水冷壁与中部、下部螺旋管圈式水冷壁的不同，其组合时既有相同之处，又有各自不同要求。小管径水冷壁其刚度、强度较小，对焊口、鳍片焊接收缩影响较大，组合中应注意控制，管屏式水冷壁除上述应考虑外，还应控制其长度和宽度尺寸。而螺旋管圈式水冷壁应重点控制其起升角及同心圆度，而保持管节距两者是相同的。2)上部垂直管屏水冷壁组合2.1）控制焊接变形方法：超临界直流锅炉水冷壁主要用小管径膜式管屏，在其组合、安装过程中，由于焊接鳍片工序，易发生横向收缩变形。变形都发生在大片水冷壁焊口处的边部，变形管子的数量约占焊管数量的1/4，越靠边部的变形越大，变形以焊口为中心，向上向下都有，是较典型的波浪变形的情况。控制这种水冷壁鳍片密封焊接的方法为：第一步：焊接所有的单数焊缝，这种隔一条焊一条的方法可以将焊接完成的焊缝收缩量消耗在未焊接的焊缝上。第二步：再焊接余下焊缝的单数焊缝。注意不要将焊完的焊缝算上。第三步：将上述步骤再进行一次，但还要注意不要将焊完的焊缝算上。上述三步焊完后，留下的正好是所有8倍数的焊缝。将这些焊缝留下，随后将组件背面的鳍片焊缝按上述三步焊完。焊好鳍片焊缝后，还要按步骤将焊口处密封焊好，这些工作全部做完后，再焊接留下的焊缝。2.2）管屏组合步骤2.2.1）对照图纸识别管屏，分清管屏上下位置，里外方向，并作清楚的标识。2.2.2）利用吊车将组件的管屏按照图纸编号顺序摆开（注意管屏正反件）。摆放时必须将上下管屏之间留500mm-700mm的空间，便于通球、磨口。2.2.3）管屏摆开后，对每片管屏进行外观检查和通球试验。检查中发现的缺陷要及时处理并做好自检记录，如有大的尺寸误差，要及时通知厂家。2.2.4）管屏拼缝时必须以管屏上的基准线作为依据调整管排尺寸、对角线符合要求后，将管屏之间的鳍片点焊，并在最外边管屏两边平台上焊上限位。2.2.5）在管排的两端拉钢丝检验管口是否整齐，将超出钢丝的管子进行修整，保证管口在一条直线上。2.2.6）管屏对口时要从中间开始焊接，每隔23道口焊完一个，利用已焊焊口起到固定间隙的作用，当焊完这一组管屏34道焊口后，再对对称区域管屏按上述方法进行打底层，待全部打底层完成后再进行盖面焊接。这样可减小管屏在焊口过程中发生的纵向收缩变形。3）螺旋水冷壁组合3.1）螺旋管圈式水冷壁的组合与安装质量要求高，并且有自身的独特要求，除防止前述的焊接变形外，还应对螺旋上升角进行控制，防止水冷壁整体扭转，在施工过程中采取相应的措施才能保证组合、安装质量。由于国内施工螺旋管式水冷壁经验不多，现仅就河曲二期扩建工程中的施工方法做一介绍。由于制造和运输等因素的制约，总重311455.5Kg螺旋管圈式水冷壁分成176件供货，前后墙的直管段与角部弯头为一体供货。螺旋管圈管子规格为38.17.3，材质为15CrMoG的合金钢管组成。中部管屏的螺旋上升角为18.736，如果螺旋角偏差1，位于远转层中心处就要偏转339mm。因此组合时就必须采取相应有效措施，以保证其施工质量。3.2）采取地面组合、预控尺寸，高空分层找正定位，有效的防止扭转及螺旋角偏差过大。在组合场地上，根据吊装顺序和吊车的工况，每次组合45片（场地较大，可将管屏全部预拼）。组合时，复查管排外形尺寸，主要检查管排的长度、管间距、对角线长、角度和平整度。首先用粉线绷直后，校对每片管排的安装基准点，确保每片的基准点都在同一条直线上（每片管排两边的管子上出厂时已做出安装基准点）。然后用同样的方法检查两端管口中心是否在一条直线上。用测量仪器测定组合后各管排的平整度，根据实际情况予以调整，确保所用管排均在同一平面内。用自制的角度测量工具检查每片管屏的上升角度，测量方法见图1.1-3。根据图纸要求，对管排的间隙进行调整。在相临管排组件间用白漆笔做“”的符号，便于在吊装后的空中对齐找正。0.5图1.3-1在距管口一定距离处拉一条粉线，用角度盘的斜边与管子的中心线对齐，看直边是否与粉线重合。螺旋水冷壁的角度偏差控制在0.5之内。图1.1-3中部螺旋管屏尺寸高达36m，为防止上述方法积累误差造成超差，在全高度中分段控制误差值，以保证总尺寸不超差。在最上层燃尽风喷口的中心标高，最下层燃烧器喷口的中心标高分设三个控制点，以锅炉钢架主柱标高和矩形截面为准，校核中部螺旋管屏标高和中心，安装一层找正一层，固定一层，可防止总标高误差过大和水平扭转。安装时采用倒装法，安装第一层为经过预测预控的管屏，以此为准进行标高调整和中心找正。标高误差控制在2mm范围之内，如有误差，可利用管节距进行调整。1.3水冷壁安装1.3.2水冷壁组件的吊装原则1）在已选定的安装方法、起重机械选择基础上，必须制定详细的吊装方案。2）必须在综合分析基础上编出科学的吊装顺序及开口方式或分段开口要求。必要时应对锅炉钢结构稳定性进行核算。3）吊装方案及吊装顺序中力求创造多作业面条件，以利于加快工期。4）吊装方案应尽量保持设备的完整性，施工环境较好，以及力求减少加固量，并能有效地保证设备安装质量。5）组件起吊过程中采取防变形措施。为防止组件在起吊运输过程中变形，除经过计算采取加固措施外，一般可利用多点起吊方案进行，以减少加固量。在设计起吊方案时，对可能产生变形部位采用多点起吊法，在起吊点布置上应保持被吊件受力一致为最好，将不一致转移到绳索上。如被吊件受力一致，应考虑互相影响，并且每一区间均在弹性变形范围之内。6）全悬吊锅炉结构水冷壁组件均采用空中倒钩作业，将不能直接就位的组件临时悬吊相应次梁上再次起吊就位。1.3.3水冷壁吊装实例1）水冷壁简介1.1）国电霍州发电厂“上大压小”工程为600MW燃煤汽轮发电机组，锅炉为超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型锅炉。本锅炉炉膛宽为19419.2mm，深度为15456.8mm，高度为68000mm，整个炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁两个不同的结构组成，两者间由过渡水冷壁和中间汇合集箱转换连接，炉膛角部为R150mm圆弧过渡结构。炉膛冷灰斗的倾斜角度为55，除渣口的喉口宽度为1243.2mm。炉膛下部水冷壁（包括冷灰斗水冷壁和中部螺旋水冷壁）采用螺旋盘绕膜式管圈。中部螺旋水冷壁管全部采用六头、上升角60的内螺纹管，共456根，管子规格38.1*7.5，材料为SA-213T2。冷灰斗处管子采用光管，共456根，管子规格38.1*7，材料为15CrMoG。冷灰斗处管子节距为50.8及19.827mm，冷灰斗以外的中部螺旋盘绕管圈，倾角为19.471，管子节距50.8mm。1.2）山西鲁能河曲发电有限责任公司二期工程2600MW国产超临界直接空冷机组，锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计、制造的，锅炉为超临界参数变压直流炉、一次再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢结构、全悬吊结构型锅炉。锅炉水冷壁由前、后、左、右四侧水冷壁，燃烧器喷口管屏，水冷壁延伸包墙管，水冷壁排管及角部散管组成。四侧水冷壁组成锅炉炉膛，锅炉炉膛宽为19082.3mm，深度为19082.3mm，高度为65300mm，整个炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛46696mm标高以下采用螺旋水冷壁、上部为垂直膜式水冷壁。水冷壁管的节距分别为55 mm、53mm、65.73mm、220mm。管规格分别为387.3 mm、31.86.2mm、427mm、63.514mm、44.57mm，材质为15C