Историческая справка

Историческая справка

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОСТАВКИ И МОНТАЖА ОБОРУДОВАНИЯ

2.1. МЕТОД БЛОЧНОГО МОНТАЖА КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Котельные агрегаты являются сложными сооружениями, которые возводятся непосредственно на электростанции.

Котельное оборудование прибывает в виде многочисленных отдельных узлов и деталей, не полностью собранных на заводах. На монтажной площадке электростанции выполняются пригонка, сборка и сварка отдельных деталей в узлы, которые в свою очередь комплектуются в блоки и устанавливаются в проектное положение.

Монтаж котельных агрегатов является наиболее трудоемкой частью из всего комплекса работ по монтажу тепломеханического оборудования электростанции.

До Великой Отечественной войны монтаж котельного оборудования на электростанциях выполнялся отдельными элементами и деталями почти в том виде, в каком они поступали на монтажную площадку с завода-изготовителя.

Последовательность монтажа обусловливалась технологическим процессом сборки и установки отдельных деталей агрегата на готовом фундаменте.

Такой порядок производства работ не позволял широко использовать современные грузоподъемные механизмы и вынуждал монтажников применять множество различных грузоподъемных средств – лебедок, талей, шевров, мачт для подъема отдельных деталей на монтируемый агрегат.

Ограниченность площадок непосредственно в пределах фундаментов, где концентрировалось большое количество монтируемого оборудования, и отсутствие достаточно широкого фронта работ создавали неудобство в работе и снижали производительность труда рабочих, а необходимость устройства коренных монтажных лесов удорожала стоимость работ.

Необходимость выполнения сборочных и сварочных работ на высоте в неудобных и опасных положениях в крайне тяжелых условиях, а также необходимость выполнения многочисленных такелажных операций для подъема и установки отдельных деталей удлиняли сроки монтажа агрегата и приводили к значительным трудовым затратам времени.

Для уменьшения трудоемкости работ по монтажу оборудования на высоте и облегчения тяжелого труда монтажников-верхолазов и сборщиков, а также для сокращения сроков монтажа агрегатов монтажными инженерами в Советском Союзе был предложен новый метод крупноблочного монтажа.

Первые опыты проведения блочного монтажа котельных агрегатов были выполнены монтажной организацией треста Центроэнергомонтаж еще в 1936 г. В блоки собирались стенки каркаса массой до 33 т, экраны до 10 т и попарно кубы пластинчатых воздухоподогревателей агрегатов 120 и 160 т/ч.

Блоки собирались непосредственно на фундаменте монтируемого агрегата. Подъем блоков производился четырьмя электрифицированными лебедками.

В период Великой Отечественной войны на Урале, в первую очередь на Челябинской ТЭЦ, в 1942-1944 гг. был разработан и применен крупноблочный способ сборки котельных агрегатов при широкой механизации трудоемких процессов монтажа.

На специально оборудованных сборочных площадках были собраны блоки котлоагрегатов, которые на железнодорожных платформах подавались к месту монтажа. Всего смонтировано пять барабанных и два прямоточных котлоагрегатов производительностью по 160/200 т/ч каждый. В блоки собраны следующие основные узлы котельных агрегатов: каркасы с лестницами и площадками, а для некоторых котлоагрегатов – и с экранами общей массой до 62 т, потолочные перекрытия в виде пространственных металлоконструкций или вместе пароперегревателями массой от 20 до 70 т; топочные экраны боковых, фронтовой и задней стенок длиной до 22 м и массой до 13 т; котельные пучки, включающие нижние и верхние коллекторы и трубы между ними; пароперегреватели с коллекторами и змеевиками, прикрепленными к металлоконструкциям перекрытий массой от 30 до 70 т; водяные экономайзеры вместе с каркасными конструкциями, а для отдельных котлоагрегатов и с обмуровкой массой до 50 т; пластинчатые воздухоподогреватели из четырех кубов с обводными колпаками массой блока до 25 т; по прямоточным котлоагрегатам, кроме того, были собраны в блоки холодные воронки, состоящие из металлоконструкций и труб, горизонтально навитых по четырем стенкам. Общая масса блока достигала 60 т, переходные зоны, как и все конвективные поверхности, собирались в крупные блоки.

Все котельные агрегаты имели высокие показатели блочности, количество блоков колебалось от 26 до 95 шт. Средняя масса в зависимости от применяемых грузоподъемных механизмов колебалась для разных агрегатов от 6,3 до 19,8 т. Коэффициент монтажной блочной металлической части составлял от 73 до 82%.

Из вспомогательного оборудования котельной в блоки были собраны участки газовоздухопроводов, пылепроводов, циклоны и сепараторы пыли, шаровые барабанные мельницы, мельничные вентиляторы, дымососы, а также металлические дымовые трубы, масса которых достигала 120 т.

В качестве основных механизмов для монтажа первых двух котлоагрегатов применялись Г-образный кран грузоподъемностью 25 т, высотой 34 м и вылетом 13 м и монтажные стрелы грузоподъемностью по 20 т и длиной по 20 м. Для монтажа последующих пяти котлоагрегатов был применен самоходный козловой кран грузоподъемностью 70 т, высотой 34,5 м, пролетом 22,6 м, который выходил на сборочную площадку и производил подъем, транспортировку и установку всех блоков котлоагрегата.

В последующие годы монтажные организации при блочном монтаже котельных агрегатов высокого давления паропроизводительностью 120, 170 и 230 т/ч добились включения в блоки значительного количества крупных и мелких элементов агрегата и этим намного повысили коэффициент блочности.

Были разработаны и применены крупные блоки, состоящие из двух барабанов и соединительных труб между ними массой до 70 т, экраны собирались в блоки по всей высоте без устройства монтажного стыка внутри топки. В блоки каркасных стенок включались горелки, водопускные трубы для экранов; в блоки в большом количестве включалась также обмуровка.

Монтажными организациями Минэнерго СССР и Московским филиалом института Оргэнергострой также предложен новый способ сборки топочной части прямоточных котлов в крупные пространственные блоки, состоящие из каркаса, поверхности нагрева и обмуровки топки и собиравшиеся массой до 100 т.

Метод блочного монтажа котельного оборудования дал возможность сократить сроки длительности монтажа в 2-3 раза и снизить трудозатраты на монтаж, включая сборку блоков, на 25-30%, был применен при монтаже турбинного и вспомогательного оборудования и стал ведущим методом в технологии монтажных работ.

Этот метод позволяет:

1. вести параллельно с возведением фундаментов под оборудование и каркасы главного корпуса работы по сборке деталей в блоки;

2. осуществлять одновременную сборку в блоки каркаса, поверхностей нагрева, трубопроводов, механизмов и др.;

3. широко применять механизацию работ на сборочных площадках и этим значительно облегчить труд рабочих;

4. повысить качество сборочных и сварочных работ, проводя их в нормальных условиях на сборочных площадках;

5. обеспечить безопасность работы за счет перенесения и выполнения трудоемких операций с высоты на уровень земли;

6. сократить расход вспомогательных материалов, особенно лесных, для сооружения коренных лесов подмостей, так как для производства работ используются основные площадки и лестницы агрегата, включенные в состав блоков каркаса;

7. значительно сократить трудозатраты, необходимые для сборки и установки оборудования, и их стоимость;

8. применить поточный метод сборки и монтажа агрегатов;

9. обеспечить после установки первых блоков фронт для выполнения обмуровочных работ по котлоагрегату и изоляционным работам, газопроводам и трубопроводам.

Оборудование, поступающее для монтажа тепловой электростанции от заводов-изготовителей, имеет разнообразные массовые, объемные и технологические характеристики.

Для рассмотрения технологических заводских и монтажных показателей оборудования необходимо уточнить некоторые термины, которые широко применяются в практике изготовления и монтажа оборудования тепловых электростанций.

Единая система конструкторской документации (ЕСКД) устанавливает следующие виды изделий.

Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименования и марке материала без применения сборочных операций.

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями.

Комплексы – два и более специфицированные изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Из указанных изделий монтажные организации получают от заводов детали и комплексы. Название «комплекс» заменяет ранее широко распространенное понятие «узел» (часть машины, аппарата или устройства, состоящих из двух или нескольких деталей, соединенных между собой на заводе или монтажной площадке).

Блок – крупная часть машины, аппарата или устройства, полностью законченная изготовлением, состоящая из соединений нескольких комплексов и деталей, выполненных на заводской или монтажной площадке (в дополнении к ЕСКД).

Заводской или поставочный блок, изготовленный на заводе, по размерам и массе должен находиться в пределах габаритов и грузоподъемности подвижного железнодорожного состава.

Монтажный блок – часть машины или агрегата, состоящая из соединений заводских блоков, комплексов и деталей, размеры которого превышают габариты подвижного железнодорожного состава.

Сборка таких блоков производится на сборочно-укрупнительных площадках, обеспеченных грузоподъемными механизмами для погрузки их на специальные транспортные устройства и подачи к месту подъема и установки.

Блоки (заводские и монтажные) имеют разные объемные характеристики и могут быть разделены в зависимости от их габаритов на плоские и пространственные блоки. Плоские блоки – в которых меньший размер блока менее 1000 мм. Пространственные блоки – в которых меньший размер блока более 1000 мм. К пространственным блокам относятся статоры турбогенераторов, собранные конденсаторы турбин, секции трубчатых воздухоподогревателей, собранные крупные блоки поверхностей нагрева конвективной части котельных агрегатов.

Блок, как часть агрегата, состоит из большого количества комплексов и деталей, пригнанных и собранных между собой, соединенных на сварке или крепежом. Блок подлежит испытанию или опробованию и считается законченным монтажом, если после установки его на постоянное место не требуется выполнения каких-либо дополнительных сборочных работ, кроме присоединения его к другим комплексам или блокам.

В процессе создания блока следует предусмотреть обвязку его трубопроводами, крепление к нему рабочих площадок и размещение различной гарнитуры и аппаратуры. Так, например, каркасные конструкции объединяются с элементами, работающими под давлением, с обмуровкой и изоляцией, с обвязкой трубопроводов и арматурой для блока маслоохладителей турбины др.

2.2. БЛОЧНАЯ ПОСТАВКА КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ И ПАРОВЫХ ТУРБИН

Крупногабаритное энергетическое оборудование для перевозки по железной дороге должно быть расчленено на крупные блоки, которые после прохождения на заводе контрольной сборки отправляются заказчику. Практика членения в процессе проектирования агрегата на блоки показывает, что имеются большие различия в массе и габаритах для всех видов технологического оборудования.

В связи с тем, что из-за сложности конструкций технологического оборудования не представляется возможным разбить агрегат на блоки одинаковой массы, возникло понятие блока средней массы , которое определяется как отношение суммарной массы всех блоков к их количеству, т.е.

, (2.1)

где n – количество заводских блоков для данного агрегата.

Фактические значения средней массы заводских и монтажных блоков определяется по фактической общей массе блоков и их количеству.

Для определения коэффициента заводской блочности необходимо установить нижний предел массы блоков, включаемых в перечень, определяющий суммарную массу блоков.

Минимальная масса заводского блока для всех котельных агрегатов установлена в размере 2 т и внесена в действующий ОСТ 24.030-46-74.

Расчеты дали возможность определить следующую зависимость:

, (2.2)

где – средняя масса заводского блока, т;

– суммарная масса всех заводских блоков агрегата, т;

К1 – коэффициент для средней массы блока, учитывающий особенность проектирования блочных котлоагрегатов; для выпущенных проектов котлоагрегатов К1 = 0,6, для вновь проектируемых котлов К1 = 0,7¸0,8.

Чем выше средняя масса заводского блока , тем более технологичным будет оборудование с точки зрения монтажа.

Расчетное значение средней массы блока определяется для заводских блоков с учетом коэффициента блочности, равного 0,8, т.е. общая масса блоков равна 0,8 общей массы агрегата.

Для некоторых конструктивных элементов котельного агрегата – каркасов, ширмовых пароперегревателей трубопроводов – в пределах котлоагрегата допускается снижение массы блока до 1,0 т.

Для всего технологического оборудования минимальная масса блока устанавливается для котельных агрегатов турбин, турбогенераторов, шаровых и шахтных мельниц, электрофильтров, мокрых золоуловителей и батарейных циклонов и аппаратуры химводоочистки в размере 1 т. Все комплексы и детали ниже этой массы не включаются в перечень, определяющий общую массу блоков.

Для всех трубопроводов, пылегазовоздухопроводов, баков, мелких механизмов и металлоконструкций, не входящих в объем поставки основных агрегатов, устанавливается минимальная масса блока 0,5 т.

Ограниченные габариты железнодорожных платформ, а также недостаточное количество специальных платформ лимитируют размеры транспортируемого блока. Однако при конструктивной разработке проектов паровых турбин учитываются указанные особенности и создаются крупные блоки цилиндров и роторов турбин, которые удобно собираются в процессе сборки и монтажа.

При проектировании электрических генераторов, несмотря на увеличение их единичной мощности от 100 до 1200 МВт, статоры всех генераторов представляют собой законченное изделие (без крышек). Так как статоры имеют большую массу (до 400 т), их отправляют на стройку на специальных платформах.

В 1965 г. были введены в действие Межреспубликанские технические условия (МРТУ 2402-01-64) «Котлы паровые стационарные, поставка», в которых находился специальный раздел об условиях блочной поставки оборудования.

Общая масса узлов котельного агрегата, отправляемых отдельными деталями, не должна превышать 20% общей массы металла агрегата. Однако заводами это требование не выполнялось и фактическая поставочная блочность составляла вместо 80% всего 60-65%. До 35% общей массы котельного агрегата поступало в виде «россыпи».

Взамен МРТУ 2402-01-64 с 1января 1975 г. введен в действие новый отраслевой стандарт «Котлы паровые стационарные. Поставка. Общие технические условия ОСТ 24.030.46-74», который распространяется на поставку котельных агрегатов паропроизводительностью 90 т/ч и выше на рабочее давление от 100 до 255 кгс/см2.

В новом стандарте на поставку котельных агрегатов детально проработан типовой состав поставочных блоков, определен состав комплексов и изделий, имеющих массу менее 1 т. Расширены требования к упаковке, маркировке и отгрузке блоков.

Таблица 2.1.

Показатели заводской блочности поставляемых котельных агрегатов

Тип котлоагрегата Общая масса металла, т Масса блоков, т Коэффициенты блочности, % Россыпь
более 2 т от 1 до 2 т Всего Общая масса, т % к общей массе котло- агрегата, т
Таганрогский завод «Красный котельщик»
ТГМП-324-950/255 67,4 32,6
ТГМП-314-950/255 66,5 33,5
ТГМ-104-640/140 65,6 34,4
ТГМ-96/Б-480/140 65,7 34,4
ТП-81-420/140 74,0 26,0
Подольский машиностроительный завод им. Орджоникидзе
Пп-1650-255(П-57) 72,3 27,7
Пп-990-255 (П-59) 58,4 41,6
Барнаульский котельный завод
БКЗ-420-140-3 75,7 24,3
БКЗ-320-140 74,0 26,0
БКЗ-220-100-40 71,4 28,6
БКЗ-210-140-7 73,3 26,7
БКЗ-160-100ГН 65,9 34,2
                 

 

Показатели блочности котельных агрегатов, поставляемых заводами после 1.01.1975 г., в соответствии с новым ОСТ, приведены в табл. 2.1.

Как видно из этой таблицы, проекты агрегатов, разработанные в последние годы, имеют высокие коэффициенты блочности, достигающие на БКЗ 75,7%, на ТКЗ 74% и ЗиО 72,8% (без учета регенеративного воздухоподогревателя).

В настоящее время котлостроительные заводы разрабатывают конструкции новых котельных агрегатов для сжигания разных видов топлива. В первую очередь это относится к котлоагрегатам большой производительности для энергоблоков 500 и 800 МВт.

Отраслевым стандартом «Котлы паровые станционные» ОСТ 24.030.46-74 установлено, что «деление котла на поставочные блоки должно производиться заводом-изготовителем на стадии технического и рабочего проектов при участии проектно-монтажных организаций.

Блочная поставка оборудования котельных агрегатов в полностью законченном на заводе виде является важнейшим этапом по пути индустриализации монтажного процесса.

Анализ поставки паровых турбин с точки зрения блочности их изготовления на разных турбостроительных заводах показал, что принятые показатели блочности для поставки, а также для монтажа полностью применимы для этих агрегатов. Для примера в табл. 2.2 приведена по данным ЛМЗ характеристика по массе блоков турбины мощностью 300 МВт. Общая масса турбины в объеме поставки составляет 690 т. По аналогии, как это выполнено для котельных агрегатов при расчете коэффициента блочности, учитывается масса блоков более 2 т и от 1 до 2 т. Детали меньшей массы учитываются отдельно.

Коэффициент поставочной блочности при минимальной массе блока 1 т составляет:

или 85,8%, (2.3)

 

Таблица 2.2

Поставочная блочность турбины мощностью 300 МВт

Показатель Количество Общая масса, т %
Блоки массой более 2 т 510,4 74,0
Блоки массой от 1 до 2 т 81,4 11,8
Отдельные детали массой менее 1 т - 98,2 14,2
И т о г о 690,0 100,0

2.3. ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ БЛОЧНОГО МОНТАЖА ОБОРУДОВАНИЯ

Для оценки уровня укрупнения деталей, комплексов оборудования в блоке следует пользоваться коэффициентом блочности Кб, который устанавливает отношение массы оборудования, собранного в блоки, к общей массе оборудования данного агрегата.

, (2.4)

Понятие коэффициента блочности было установлено впервые в 1943 г. коллективом инженеров-строителей Челябинской ТЭЦ применительно к монтажу котельных агрегатов.

Дальнейшее развитие блочного монтажа турбинного и вспомогательного оборудования, станционных трубопроводов, а также выполнение обмуровочных и изоляционных работ на собранных блоках расширили применение блочной сборки. Коэффициент блочности прочно внедрился в монтажную практику как показатель совершенства конструкции оборудования и технологичности его для монтажных условий и как показатель совершенства технологии производства монтажных работ. Характеристика блочного и крупноблочного монтажа приведена на рис. 2.1.