铝电解净化系统高精度自控仪表安装施工工法部级工法.docx
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铝电解净化系统高精度自控仪表安装施工工法部级工法
铝电解净化系统高精度自控仪表安装施工技术
（八冶建设集团有限公司）
雒金环杨有禄
1.前言
随着我公司承接的国内大型电解铝工程不断增多，特别是2008年青海黄河水电50万吨铝材项目引进大量国外的工业检测、测量仪表，对仪表施工提出了较高要求。
大型电解铝厂烟气净化系统犹如铝厂的“肺”，而工业自动化仪表无疑是烟气净化系统的“眼睛”和“鼻子”，对于测控生产烟气、粉尘，监测有害气体的排放，对于电解铝厂企业降低成本，提高经济效率，促进企业可持续发展将产生积极作用。
为进一步规范和提高公司电解铝厂工业自动化仪表施工质量和施工水平，在总结多个电解铝厂工业自动化仪表安装施工工艺及方法的基础上，特编制此工法。
2.工法特点
2.1本工法按照前期精细配合，后期集中管线的敷设、仪表的安装及调试的思路，将仪表安装施工主要任务集中在施工后期，力求做到快进快出，缩短施工周期，同时也利于现场昂贵仪表的成品保护。
2.2针对不同厂家、不同种类、不同介质、不同安装位置的仪表，区分对待，精确定位每一台仪表安装位置，保证仪表安装测量位置、角度满足测量要求，避免施工失误所导致的仪表测控失真和干扰。
2.3在施工中解决了安装仓顶高频微波料位计测量数据失真问题，在仓顶料位仪表安装中，采用预埋Φ300放大短管，仪表带连接（DN100）法兰安装在放大短管中，避免了重锤缆绳触碰到管内壁而对测量数据所产生扰动。
2.4采用水准仪定位烟囱HF激光分析仪光发射器与光接收器在烟囱两侧的预埋件，安装时在精确定位烟囱两侧法兰，利用激光束聚焦法，保证了光发射器与光接收器的轴向同心。
采用合理化建议增设的设备吹扫压缩空气管路，保证了分析仪的采集的数据不受粉尘干扰。
2.5通过现场实践，本工法不但提高了施工进度，缩短了工期，而且节约了材料。
2.6本工法可操作性高，有很强的科学性、实用性和可推广性。
3.适用范围
本工法适用于大型电解铝厂工业自动化仪表的安装，同时也适用于其他冶金领域的工业自动化仪表的安装。
4.工艺原理
以黄河水电铝材项目一期工艺为例，电解过程中阳极上释放出以CO2为主的气体，同时电解过程中还会产生HF、粉尘等为主的有害烟气，烟气净化系统利用干法净化工艺，通过集气、吸附反应、气固分离、氧化铝输送、机械排风等净化过程，净化烟气中的有害气体和粉尘，而使载氟氧化铝循环使用。
检测仪表主要分布净化工艺的三个阶段当中，如图4.1净化工艺流程图所示，
图4.1净化工艺流程图
集气主烟进口管装有温度仪表及压力变送器，用来检测收集的烟气温度和压力，电解槽供料输送管料位箱上管装有射频导纳式物位开关，检测物料使用情况；净化烟气吸附反应器VRI侧壁装有微波流量探测器检测物料反应及泄露情况，PLC控制系统发出电磁脉冲控制除尘器室每个布袋的20个电磁阀吹扫气源，通过差压变送器检查布袋破损的情况，PLC通过现场总线PRIFBUS控制现场马达保护器（DCS）控制的除尘器进出口烟道阀门；主排烟风机冷却水流量计检测主排风机冷却循环水流量，烟道出口管上装有粉尘探测仪，烟囱上装设HF分析仪，用来检测烟气净化情况。
5.工艺流程及操作要点
5.1仪表安装施工流程
仪表安装施工流程图5.1
图5.1仪表安装施工流程图
5.2仪表取源部件安装技术要点
5.2.1取源部件的安装要点
1、取源部件的安装，应在工艺设备制造或工艺管道预制、安装的同时进行。
安装取源部件的开孔与焊接时，必须在工艺管道或设备的防腐、衬里、吹扫和压力实验前进行。
2、在高压、合金钢、有色金属的工艺管道和设备上开孔时，采用机械加工的方法。
3、在砌体和混凝土浇注体上安装的取源部件应在砌筑或浇注的同时埋入，当无法做到时，应予留安装孔。
安装取源部件不宜在焊缝及其边缘上开孔及焊接。
4、取源阀门与工艺设备或管道的连接不宜采用卡套式接头。
5.2.2温度取源部件
1、温度取源部件的安装位置应选在介质温度变化灵敏和具有代表性的地方，不宜选在阀门等阻力部件的附近和介质流束呈死角处以及振动较大的地方。
热电偶取源部件的安装位置，宜远离强磁场。
2、温度取源部件在工艺管道上的安装时，取源部件轴线应与工艺管道中心轴线垂直相交。
与工艺管道倾斜安装时，宜逆着介质流向，取源部件轴线应与工艺管道轴线相交。
安装示意图如图5.2.1所示：
图5.2.1温度取源部件在管道上安装
5.2.3压力取源部件
1、压力取源部件与温度取源部件在同一管段上时，应安装在温度取源部件的上游侧；测量带有灰尘、固体颗粒或沉淀物等混浊介质的压力时，取源部件应倾斜向上安装；在水平的工艺管道上宜顺流束成锐角安装。
安装示意图如图5.2.2
图5.2.2压力取源部件在管道上安装
2、压力取源部件的安装位置应选在介质流束稳定的地方，压力取源部件的端部不应超出工艺设备或管道的内壁。
3、当测量温度高于60℃的液体、蒸汽和可凝性气体的压力时，就地安装的压力表的取源部件应带有环形或U型冷凝弯。
4、压力取源部件在水平和倾斜的工艺管道上安装时，测量气体压力，取源部件应在工艺管道的上半部；测量液体压力，取源部件应在工艺管道的下半部与工艺管道的水平中心线成0～45度夹角的范围内；测量蒸汽压力，取源部件应在工艺管道的上半部及下半部与工艺管道水平中心线成0～45度夹角的范围内。
安装示意图如图5.2.3
图5.2.3压力表在管道上安装
5.2.4流量取源部件
1、夹紧节流件用的法兰的安装时，法兰与工艺管道焊接后管口与法兰密封面应平齐；法兰面应与工艺管道轴线相垂直，垂直度允许偏差为1度；法兰应与工艺管道同轴，同轴度允许偏差不得超过下式规定：
t≤0.015D（1/β－1）式中：
t—同轴度允许偏差，D—工艺管道内径，β一工作状态下节流件的内径与工艺管道内径之比
2、在节流件的下游侧安装温度计时，温度计与节流件间的直管距离不应小于5倍工艺管道内径。
测量蒸汽流量时，在工艺管道的上半部与工艺管道水平中心线成0～45度夹角的范围内。
测量气体流量时，在工艺管道的上部与工艺管道水平中心线垂直。
安装示意图如图5.2.4
图5.2.4节流件在管道上安装
5.2.5物位取源部件
物位取源部件的安装位置，应选在物位变化灵敏，且不使检测元件受到物料冲击的地方。
内浮筒液面计及浮球液面计采用导向管或其他导向装置时，导向管或导向装置必须垂直安装，并应保证导向管内液流畅通。
5.2.6分析取源部件
分析取源部件的安装位置，应选在气流稳定、灵敏反映真实成分、具有代表性的被分析介质的地方。
被分析的气体内含有固体杂质时，取源部件的轴线与水平线之间的仰角应大于15度。
5.3仪表安装技术要点
5.3.1温度仪表
铝厂支烟管道气体压力等级一般不超过PN1.6,所以温度元件在容器、管道或设备上安装可采用直接头螺纹固定安装，安装方便，也方便维护拆卸。
温度元件在管道上安装时，其插入深度保证其感温点处于管道中心。
热电偶的感温点是其热接点，热电阻的感温点是以线绕式电阻棒的中心点，电阻棒长度：
铂热电阻为30～80mm，双金属温度计是感应点距前段50mm左右。
铂热电阻、热电偶在设备、管道或容器上安装时采用M27×2直行连接头安装，安装示意图如图5.3.1所示，
（a）（b）
图5.3.1
5.3.2压力仪表
冶金生产过程中的取压装置、压力表的安装及测压管路的连接采用压垫式，连接件采用垫圈密封，便于多次装卸。
介质公称压力PN≤4.0MPa时，管接头一般采用碳素钢或耐酸钢；介质公称压力PN≤1.0MPa时，导压管管路选用焊接钢管；介质公称压力PN>1.0MPa时，导压管管路选用无缝钢管；腐蚀性介质可选用不锈钢无缝钢管。
导压管路应与工艺管道和设备同样试压。
净化烟道支烟管压力一般为负压测量范围一般在-6KPa～0，风机管道压力不大于1.0MPa，所以，压力仪表取压管采用焊接钢管，阀后变送器管路也采用焊接钢管煨弯，排管美观且节省铜材。
除尘器室差压变送器采用三阀组端接头直连方式安装，需要保证取压倾斜度,根据差压反馈信号还可判断除尘器布袋的破损情况。
压力变送器在气体管道上采用安装方式如图5.3.1
图5.3.2
5.3.3流量仪表
流量仪表主要在净化工艺起流量探测、断流检测以及控制反应器正常投料的作用，如德国SWR微波固体流量探测器分别安装在新鲜氧化铝风动溜槽至VIR反应器管路上，除尘器至载氟氧化铝风动溜槽管路上和VIR反应器至除尘器管路上，监测管道内投放的输送料，防止发生断料、堵料的情况。
微波固体流量探测器采用螺纹直接连接安装法，垂直安装时应保证物料管轴向中心线与探测器垂直，如图5.3.3所示，倾斜安装时物料管轴向中心线与探测器成45°角，且偏向物料流向的一侧。
固体冲板流量计用来控制新鲜氧化铝的投料情况，它的计量准确与否直接关系到VIR反应器吸附效率的高低。
如图5.3.4所示。
（a）（b）
图5.3.3微波流量探测器安装图
（a）（b）
图5.3.4固体冲板流量计安装图
粉尘流量探测仪也在用直接接头安装法，在风机出口至烟囱烟管安装完毕后，选取一段垂直或水平管道的截面，保证至少3倍直径长的前后直管段内，没有弯头、阀门、阻尼器或其它节流装置，且管道直径不大于4m，在垂直烟管上方按照烟气正向流动方向倾斜安装粉尘探测器，且与烟管轴向中心线夹角不大于45°。
选定安装位置后，在管道上焊接安装底座：
在管道上钻一个稍大于底座的安装插孔，将底座焊接牢固，做到密封无泄露。
安装底座焊接接好后，将传感器插入底座并用螺丝固定。
传感器的探杆长度一般为管道直径的1/3到2/3，粉尘的浓度越低，传感器的探杆长度就越长。
安装示意图如图5.3.5
图5.3.5粉尘流量探测仪安装示意图
5.3.4物位仪表
高频微波料位计采用垂直整体安装法。
为了防止反射波接收信号不好的问题，选定取源点后，预先在仓体仓壁预埋Φ300放大管和钢板，仪表连接采用DN100法兰连接，料位计直接安装在G11/2带法兰螺纹接头上。
安装时应保证缆绳不打弯、不打圈，重锤充分插入物料当中，防止重锤与仓壁、仓底接触，料位计探测器的安装与器壁距离应大于最大测量距离处的波束半径，且应避开下料口，传输范围内不应料位界面外的其他物体。
安装示意图如图5.3.6
图5.3.6高频微波料位计安装示意图
射频导纳物位计即可垂直安装又可水平安装。
仪表安装时，必须保证传感器的中心探杆和屏蔽层与容器壁（或安装管）互不接触，绝缘良好，安装螺纹与容器壁连接牢固，电器连接良好，而且探头的屏蔽层要进入容器内部。
整体型系统安装采用3/4〃NPT异形短管内螺纹接头安装，如图5.3.7（a），也可采用法兰固定安装,如图5.3.7（b）,物位计使其尽可能远离振动源，高温环境，腐蚀性空气及任何可能造成机械损害的地方。
（a）（b）
图5.3.7
5.3.5分析仪表安装
HF分析仪采用瑞典OPSISAB公司LD500产品，通过可调谐二极管激光技术，利用气体分子对光能产生吸收的基本原理来测量要监测空间中所含气体分子的浓度。
其系统结构图如图5.3.8（a）所示，安装方法如下：
首先用水准仪精确烟囱+40米处测量发射器与接收器安装位置，预埋钢板，方便分析仪接收器与发射器法兰安装，其次在发射器与接收器安装时，采用激光束定位，保证发射器与接收器轴向中心一致，由于该装置处于粉尘环境中，增加一套气源吹扫管路，采用上位机电磁阀控制，定时触发吹扫发射口与接收口内残留的灰尘。
如图5.3.8（b）所示
（a）（b）
图5.3.8
5.4仪盘、柜、箱的安装
仪表盘（操作台）型钢底座的制作尺寸应与仪表盘相符，其直线度允许偏差为每米1毫米，当型钢底座总长超过5米时，其全长允许偏差为5毫米。
（2）其水平偏差每米为1毫米，超过5米，全长允许偏差为5毫米。
仪表箱的垂直度允许偏差为3毫米，当高度大于1.2米时，允许偏差为4毫米，水平
5.5、供气系统
供气系统采用镀锌钢管时，应采用螺纹连接，连接处必须密封。
控制室内的供气总管应有不小于1：
500坡度，供气系统内安全阀的动作压力应按规定整定。
供气系统安装完毕应进行吹扫，吹扫前，应将控制室供气总管入口、分部供气总入口和接至各仪表供气入口处的过滤减压阀断开并敞口，先吹总管，然后依次吹各支管及接至各仪表的管路。
供气系统使用前，应按设计规定整定供气压力值。
5.6仪表电缆、支架、保护管
仪表用电缆、支架、保护管路以及接地等安装按《工业自动化仪表工程施工及验收规范》的有关章节执行。
5.7脱脂
5.7.1需要脱脂的仪表、调节阀、阀门和管子必须按设计规定进行脱脂处理。
脱脂溶剂不得混合使用，且不得与浓酸、浓碱接触。
制造厂脱脂合格并封闭的仪表及附件，安装时检查外观没油迹等有机杂质的可不再进行脱脂处理
5.7.2用于净脱脂的有机溶剂内的含油量不应大于50毫克/升。
50－500毫克/升用于粗脱脂，大于500毫克/升，经再生处理合格后方能使用。
5.7.3脱脂合格后的仪表和管路，在压力试验及仪表调校时，必须使用不含油脂的介质。
5.8调校
5.8.1仪表的单体调校宜在安装前进行。
5.8.2仪表在使用前必须进行系统调试。
5.8.3仪表的调校必须有合格的调校室及稳定的电源，以及调校用的标准仪器、仪表，并具备有效的签定合格证书，其基本误差的绝对值不宜超过调校仪表基本误差绝对值的1/3。
5.8.4单体调校与系统调试应按《自动化仪表工程施工及验收规范》中的第十一章第二节的有关要求进行。
6.人员、材料、设备
6.1劳动力投入（见表6.1）
表6.1劳动力需用量表
序号
工种
人数
1
仪表工
5
2
电焊工
2
3
气焊工
2
4
电工
3
5
调试工
2
6
管理人员
4
6.2主要施工材料（见表6.2）
表6.2主要施工材料
序号
材料名称
规格
1
水煤气管
3/4′
2
水煤气管
1′
3
水煤气管
2′
4
钢板
δ=5
5
控制电缆
KFVP-0.45/0.754×1.5
6
控制电缆
KFV-0.45/0.752×1.0
7
控制电缆
KFV-0.45/0.752×1.5
8
控制电缆
KFV-0.45/0.7524×1.0
9
控制电缆
KFVP-0.45/0.752×2×1.0
10
通讯电缆
PROFBUS-DP
11
控制电缆
KFV-0.45/0.753×1.5
12
控制电缆
VV-0.6/1.01×25
13
铠装光缆
4芯
6.3主要施工机具及设备（见表6.3）
表6.3主要施工机具及设备
序号
设备名称
规格
单位
数量
1
客货车
3T
台
1
2
台钻
Z512
台
1
3
电锤
ZIC-22
台
3
4
电焊机
BX-500A
台
3
5
压接钳子
YQK-300
台
2
6
滚杠
￠40*1.8M
根
12
7
水准仪
台
1
8
绝缘电阻测试仪
3131
台
1
9
直流电阻测试仪
GCKZ-2
台
1
10
接地电阻测试仪
4120
台
1
11
万用表
VC-99，D8145
台
3
12
无齿锯
Q250
台
2
13
射钉枪
T120
台
2
14
多功能校验仪
2DY—01
台
1
15
压力表校验台
YS--60
台
1
16
精密压力表
YB--150
台
1
17
打号机
SHARP
台
1
18
对讲机
摩托罗拉
台
4
19
信号发生器
HJ-3.10-2
台
1
7.质量控制
7.1本工法施工所遵循的标准、规范、规程：
《自动化仪表工程施工质量验收规范》（GB50131-2007）；
《冶金工业自动化仪表与控制装置安装通用图册》（2000）YK01～15；
《第八冶金建设公司程序文件Q/BY—B03—2002》、《第八冶金建设公司质量手册Q/BY—A03—2002》。
2、质量控制
7.2.1作业仪表工必须持证上岗，所有计量标准仪器必须按照相关规定进行检测调校。
禁止性能达不到施工要求的设备仪器投入施工中。
校验用的标准仪器，应具备有效的检定合格证，其基本误差的绝对值应为被校仪表基本误差绝对值的1/3。
7.2.2仪表系统调试完毕，一定要与工艺、电气专业人员及操作工一起进行系统联校，如果能通入物料的一定要带负荷进行调试。
7.2.3仪表电缆接地电阻要经过严格测试，保证接地电阻值≤4Ω。
7.2.4严格执行“三检制度”，杜绝任何质量事故和缺陷。
7.3检测措施
7.3.1利用水准仪对取源点进行测量，采取多种角尺、铅垂、卷尺等测量工具进行测量。
7.3.2采用标准仪表及多功能校验仪，对拟装测量仪表进行调校。
7.3.2安装过程中质检员、调试员全程跟踪监测，对仪表安装质量进行检查、调校。
8.安全措施
8.1依据GB/T28001—2001《职业健康安全管理体系规范》和公司管理体系文件的要求，建立健全管理体系。
成立以项目经理为总负责，专职安全员为组织管理者，各专业作业小组为实施的安全管理网络机构。
8.2认真贯彻执行“安全第一，预防为主、综合治理”的安全生产方针，加强职工的三级安全教育，提高职工的安全意识和自我防护能力，加强班前的安全交底工作，本着谁施工、谁负责的原则，在项目经理的领导和组织下保证安全管理体系正常运行。
8.3严格遵守国家安全生产的各项法律法规，严格执行安全生产管理条例和技术操作规程和业主有关安全生产的规章制度。
8.4按照国家和地方有关部门的规定，结合工程实际情况，制定安全生产教育制度、安全生产检查制度、安全例会制度、施工现场安全生产管理制度、电气安全生产管理制度、治安、防火、防爆制度、安全交底制度等安全管理制度，定期组织安全检查，及时消除隐患。
8.5坚持每周一的安全例会和每天的班前会，并做到不流于形式。
8.6施工管理部门组织每月一次现场综合考评制度，发现问题及时提出，并限期进行整改。
8.7特殊工种必须持证上岗，坚决杜绝违章冒险作业和违章指挥。
8.8高空操作人员携带的工具、焊条、螺栓等要放入随身佩带的工具袋内，在高空传递时，要有保险绳，不得随意上下抛掷工具、物件，防止滑脱伤人。
8.9地面和高空作业人员均须带安全帽，高空作业人员还须佩安全带。
安全带要高挂低用，并系在安全可靠的地方。
8.10所有的工机具、仪器、仪表在使用前必须进行认真检查，确保安全，方可使用。
对于机械设备要有专人操作，持证上岗，严格遵守安全操作规程，并定期检查维修，严禁带病运作。
8.11现场施工用电采用三相五线制，用电设备采用三级配电、两级漏电保护，且要做到“一机、一闸、一漏、一箱”的要求，所有机电设备要做好接地和防雷保护，传动部位要设安全保护罩。
现场电工必须持证上岗，严格遵守操作规程、安全规程，维修电气设备时先验电。
用电人员须按规定穿带绝缘和防护用品。
8.12在施工现场脚手架、起重设备、临时用电设施等危险部位设置符合国家标准的安全警示标志，作为对施工人员、来访者及公众对危险的提醒。
9.环保措施
9.1按照GB/T24001—2004标准要求建立有效的环境管理体系，设立专门的环境管理人员。
9.2加强对生活区环境卫生的治理，设专人对施工现场生活区进行管理，清理各个卫生死角，保持环境整洁。
施工区、生活区及运输道路定期洒水降尘。
9.3加强废弃物管理。
施工现场及生活区的固体废弃物分可回收利用、不可回收利用和有害物品三类管理，并分区、分类、分容器存放。
可回收利用物如各种金属边角料等回收后分类存放，用于现场零星加工及配料等。
不可回收又无毒无害固体废弃物，如建筑垃圾等报请当地有关部门及业主批准后按要求处置。
9.4油品、化学品运输时要密封处理，禁止泄露污染环境。
油品、化学品要分类存放，专人管理，库区要设“严禁烟火”警示牌，并配置必要的消防器材。
9.5施工中尽量选用低噪声或备有消声降噪设备的施工机械，电动工具要设封闭的机械棚，以减少强噪声的扩散。
运输车辆严禁鸣笛，装卸材料轻搬轻放。
10.效益分析
在青海黄河水电铝型材联营项目一期工业仪表安装工程施工中，我公司从施工现场质量管理入手，对工程采用的新工艺、新技术、新方法、新设备进行系统的学习和公关，效控制现场质量，控制取源点安装位置和仪表测量精度，不仅节省了仪表管件及钢材，提高了工作效率，降低了施工成本，缩短了施工工期，为二期施工积累了丰富的施工经验。
工程工业仪表工程一次验收合格，节约各项成本费用5.9万元。
为业主提前投产争取了时间，取得了良好的经济和社会效益。
10.1经济效益
提前着手学习国外仪表的安装方法，提前暴露设计中的问题，并给出合理化的建议。
解决了高频微波料位计的反射波不能准确采集信号的问题；采用短节接头和异形接头，方便快捷，节省了仪表安装材料，采取合理化建议主要有：
（1）对仪表集中的电缆保护管改用仪表线槽施工，节省管材5.3吨，节省材料费用2.4万元。
同时方便了施工，加快了施工进度。
（2）仪表单体安装采用分体式与整体式集中安装相结合，单体调试采用边接线边调试分类进行，节约劳动工日480个，仪表台班费用0.5万元。
（3）节省仪表阀门接头120件套，节约材料费1.5万
施工总体经济效益对比见下表：
项目
人工费（万）
材料费（万）
机械费（万）
总价（万）
定额直接费
22.41
54.30
7.22
83.93
实际消耗
20.91
50.4
6.72
78.03
节约率
6.7%
7.2%
6.9%
7.3%
10.2社会效益
本工法的成功应用，为企业在工业仪表安装领域积累了宝贵的施工经验，提高了企业的施工技术水平，促进了工业仪表安装技术进步和发展，为为冶金行业工业仪表安装施工规范和验评提供参考，取得了良好的社会效益。
10.3环保效益
本施工技术的成功应用，有效的改善了劳动操作条件，节约了施工用料，降低了机械设备使用费用，还大大节省了人工，节能环保。
11.应用实例及效果
11.1应用实例
在青海黄河水电铝型材联营项目一期、二期工业仪表安装工程施工中，我单位采用此项施工工法，优质高效且提前完成了本工程的各项施工任务，工程质量优良，受到了业主、监理和设计单位的一致好评，青海黄河水电铝型材联营项目一期项目荣获2011年度有色质量监督总站（部级）优质工程。
11.2应用效果
在青海黄河水电铝型材联营项目一期、二期工业仪表安装工程施工过程中，通过我单位实践，在安全施工、加快施工进度、降低工程成本，保证工程质量等方面均取得了很好的效果。
工业仪表安装施工工法在该工程中的应用，真正实现了优质高效，同时还缩短施工工期，取得了明显的经济效益和社会效益。
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