氧氣管道的設計與施工質量管理

王繼鐸（本鋼板材股份有限公司氧氣廠，遼寧本溪　117000）

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氧氣管道的設計與施工質量管理

王繼鐸
（本鋼板材股份有限公司氧氣廠，遼寧本溪117000）

【摘要】從設計、資材采購驗收、施工管理、試驗驗收四個方面針對如何提高氧氣管道施工質量進行總結，提出了一些行之有效的措施、方法。

【關鍵詞】設計；雙向密封；分段吹掃

1　引言

在冶金企業(yè)中，氧氣生產(chǎn)有著極為重要的作用，氧氣產(chǎn)品的穩(wěn)定供應直接關系到最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量。做好氧氣保供工作包含兩方面內容，生產(chǎn)和輸送。生產(chǎn)方面，一般制氧廠都設置液體儲槽和汽化輸送裝置，有比較可靠的保證措施；輸送方面，通常氧氣輸送管道不設置備用管路。顯而易見，如若管網(wǎng)出現(xiàn)問題，將直接影響到煉鋼煉鐵生產(chǎn)。氧氣管道的穩(wěn)定運行既依靠嚴格的運行管理和維護，更依靠可靠的施工質量以及規(guī)范合理的設計。

本溪鋼鐵公司2013年投資建設一條氧氣管道，從設計、資材采購驗收、施工管理、試驗驗收各方面多措并舉，確保施工質量和投產(chǎn)后穩(wěn)定運行。

2　嚴格執(zhí)行規(guī)范并結合實際優(yōu)化設計

2.1合理選擇管徑

根據(jù)GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣和相關氣體安全技術規(guī)程》的要求，當管線工作壓力在1.0 MPa～3.0 MPa之間時，管線最高運行流速不超過15 m/s。根據(jù)終端用戶需要，該管道最大流量達到100000 m3/h，工作壓力1.2 MPa，按最大流速計算管徑：100000÷12÷3600=×r2×15，經(jīng)計算r=0. 22 m，為確保氧氣的流速不超過規(guī)定值，取整確定管線公稱直徑為DN500。

2.2合理設置管道膨脹節(jié)

根據(jù)以往氧氣管道施工和使用經(jīng)驗，設計者將此管路中所有膨脹節(jié)由豎直方向改為水平方向設置，減少了氣流沖擊，避免管道吹掃不凈，積存雜質，有利于安全運行。

2.3設置單獨吹掃閥門

為保證吹掃效果，設計者在每一處管道低點均設置了吹掃閥門，管道全線共設置了7只吹掃閥門，吹掃管道和閥門口徑為DN100。依據(jù)規(guī)范，吹掃管道選用不銹鋼材質，閥門選用銅基合金閥門。為謹慎起見，此吹掃閥門僅限于惰性氣體吹掃管線之用，非應急情況下，不做為氧氣管道卸壓用途，管道卸壓另行設置單獨閥組以滿足規(guī)范要求。

2.4選用性能可靠的雙向密封閥門

公司以往氧氣管道閥門均采用單方向密封銅材質截止閥，實際在管線停送氣和施工過程中，要求閥門正反方向均能達到密閉關嚴的效果。因此，本工程設計單位依據(jù)公司意見，更新氧氣管道閥門選型，改型為平衡式雙向密封氧氣截止閥，通過與供貨方簽訂技術協(xié)議，詳細約定了閥門的各項參數(shù)，保證閥門可靠性。

2.5閥門前后按規(guī)范設置不銹鋼管段

按照GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣和相關氣體安全技術規(guī)程》要求，閥后5倍外徑并不小于1.5 m范圍內，為“撞擊場合”，在工作壓力大于0.6 MPa時，不允許選用碳鋼管道，本工程設計嚴格執(zhí)行了此規(guī)定，選用不銹鋼無縫鋼管。因彎曲半徑小于1.5倍管徑彎頭屬于“撞擊場合”，本管線彎頭全部選用長半徑（1.5倍管道半徑）彎頭。

2.6調壓站系統(tǒng)安全改造

本工程利舊原有調壓站進行管路改造，對高壓氧氣進行調壓處理。為提高安全性，將調節(jié)閥閥芯、管道過濾器濾網(wǎng)更換為蒙乃爾材質，將4只單向氧氣銅截止閥門改為雙向密封閥門，所有調壓站內更換的設備均與相關廠家簽訂了技術協(xié)議，嚴格約定了質量要求。

2.7設置氧氣/氮氣聯(lián)通管路和放散閥組

氧氣管道上施焊等動火作業(yè)必須進行惰性氣體置換，才能保證作業(yè)安全，本工程設計了氧氣/氮氣聯(lián)通管路，如圖1所示，采用DN125管道，分別于氧氣/氮氣母管根部設置分支管道加裝閥門，兩只閥門之間設置4只DN40放空閥門。由于氧氣放散流速快，故聯(lián)通管路采用不銹鋼管材制作。平時不用時，靠氧氣/氮氣主管根閥關閉，放空閥打開，避免兩種介質串氣。

圖1　氧氣/氮氣聯(lián)通示意圖

3　嚴格檢驗程序，選用質量可靠的管道資材

根據(jù)以往管道工程資材常出現(xiàn)的問題，本工程各種管材管件訂貨前均與供貨單位簽訂技術協(xié)議，并嚴格執(zhí)行物資到廠驗收程序，保證了施工資材的質量可靠。

3.1管件軋制殘存氧化層的處理

由于制造廠家對管材的實際用途不夠了解，導致采購入廠的碳鋼無縫鋼管和碳鋼彎頭均存在軋制過程中遺留的氧化皮，這層氧化皮與管道內壁緊密粘連在一起，通過酸洗不能去除，通過機械打磨可以去除。考慮到管道運行過程中，高純高壓氧氣不斷摩擦管件內壁，一定會導致內壁粘附的氧化層脫落，與管壁產(chǎn)生摩擦，就會產(chǎn)生激發(fā)能源，高純氧條件下，脫落的氧化皮甚至管材本體都是可燃物，具備燃燒爆炸的三要素，有極大危險性。按項目部要求，已進入廠區(qū)管材、彎頭均返回廠家重新處理，徹底打磨去除氧氣層，經(jīng)項目部驗收后，二次交付使用。

3.2閥門現(xiàn)場試壓，確保嚴密后再行安裝

以往我們對工程采購閥門驗收采用派人員到制造廠現(xiàn)場監(jiān)督試壓，現(xiàn)場直接安裝的方式進行，本次由于工期緊張，僅對部分閥門到制造廠進行了試壓監(jiān)督，而在現(xiàn)場由施工單位對全部閥門進行了打壓試驗，并對閥門填料進行了預緊固。通過現(xiàn)場閥門試壓發(fā)現(xiàn)了個別閥門存在密封不嚴的問題，制造商解釋原因為運輸過程中振動等原因造成的，從中我們總結出制造廠內進行的閥門試驗不能完全取代現(xiàn)場試壓，而GB50235-2010《工業(yè)金屬管道施工規(guī)范》也要求安裝單位在閥門安裝前必須進行現(xiàn)場壓力試驗。

4　強化施工管理，保障施工質量

4.1精選施工隊伍

在建廠非常重視工程的施工管理，抽調富有經(jīng)驗的同志組成項目部，組織技術人員編制了詳細的《施工質量技術要求》，提供給施工單位，作為整個工程的施工管理指導文件。該文件從管理方面對施工單位資質、人員配置、工作態(tài)度等方面提出硬性要求，從技術方面，依照規(guī)范、氧氣管道特性和以往施工經(jīng)驗，對資材驗收、資材預處理、配管、焊接、支吊架安裝、吹掃試壓、無損檢測、吊裝、氣密性試驗和壓力試驗、涂漆防腐各施工環(huán)節(jié)，尤其是焊接環(huán)節(jié)提出了明確的質量要求。

在選擇施工單位時，從技術能力和管理能力2個角度考核實際能力；要求施工單位具備資質和完備的質量管理控制體系，各級質量管理人員能夠實際到崗，切實發(fā)揮作用。

4.2精選施工人員，把握好施工質量第一要素——人

焊接環(huán)節(jié)是氧氣管道工程施工的最關鍵的一環(huán)，為保證施工焊接質量，工程開工前，項目部成員和施工單位技術人員共同對參加施工的焊工進行了選拔考試。通過現(xiàn)場實際焊接試件，進行外觀檢測和理化檢驗2種手段對參賽焊工進行考評，從6名焊工中選拔出4人為合格焊工，為工程提供了可靠的人力保證。

4.3選拔精干工程管理人員，做好全程質量監(jiān)控

在施工單位建立起質量管理體系的前提條件下，依據(jù)對等原則項目部全廠范圍內抽調精干技術人員，組成各層級現(xiàn)場施工監(jiān)督組，隨施工單位同步出勤，與施工方技術質量管理人員一道全程監(jiān)管工程施工的每一細節(jié)。

4.4嚴格現(xiàn)場監(jiān)督，保證質量受控

施工過程中項目部現(xiàn)場監(jiān)管組依據(jù)設計圖紙要求、公司規(guī)定，對坡口打磨、配管、焊接、吊裝各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)督，對存在的問題及時提出整改要求并監(jiān)督整改完成，對隱蔽工程和階段性施工進行檢查確認。

焊接環(huán)節(jié)是氧氣管道施工質量的關鍵控制點，直接關系到管道日后能否穩(wěn)定運行。工程監(jiān)督組嚴密跟蹤管道焊接前、中、后的每一步施工環(huán)節(jié)，管道在焊接開始前對每條管道的橢圓度、坡口加工后的端面平直度進行測量、對管道組對后焊縫間隙大小進行測量，施焊后的每條焊縫都經(jīng)過項目部和施工方聯(lián)合監(jiān)督組成員的檢查，對于不符合標準的，第一時間重新修磨焊接，使焊縫的合格率達到100%。

脫脂檢驗采用溶劑分析法，要求油脂含量必須達到100 mg/m2以下為合格，凡是經(jīng)過脫脂處理的待安裝管件必須做好現(xiàn)場保護措施，用干凈的塑料布牢固包扎，避免灰塵雜質進入，造成二次污染。

碳鋼管道坡口打磨一律采用坡口機機械加工，不準使用火焰切割等熱加工方法，保證加工精度，提高施工效率。不銹鋼管道采用等離子切割，作業(yè)中產(chǎn)生的濺渣粘附于管壁，很難清除，施工單位采取了在管道作業(yè)前內壁涂刷石灰水，將濺渣與不銹鋼管道內壁有效隔離，切割結束后，只需輕輕擦除石灰水涂層即可徹底清掉濺渣，省時省力。

為檢查方便，要求所有預制管道不超過12 m，以便于現(xiàn)場人員檢查。

4.5工程組織緊湊，進度安排科學合理

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，本工程沒有向施工單位提出強制性的工期要求，進度上僅要求施工單位杜絕非質量/安全原因導致的施工延誤。項目部成員緊密跟蹤施工進展，第一時間解決施工遇到的問題，有力地促進了工程施工的順利開展。從正式鋪管至吹掃，總計112天（未扣除雨天停工20余天），整體進度緊湊合理。

5　做好試驗驗收，考核施工質量

5.1按規(guī)范做好檢測工作

本管道采用氣壓試驗，設計壓力1.6 MPa。依據(jù)GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣和相關氣體安全技術規(guī)程》的要求，壓力等級在0.6 MPa～4.0 MPa之間，采用氣壓試驗的，應100%射線探傷檢測，焊縫質量等級不低于2級，本工程嚴格執(zhí)行了此規(guī)定。除在剛開始時個別焊縫出現(xiàn)了二次返工的現(xiàn)象，整個工程施工中后期焊接質量穩(wěn)定，均達到了2級質量要求。在進行射線檢測時嚴格做好現(xiàn)場防護，避免人員進入輻射區(qū)域，射線檢測多數(shù)安排在夜間進行。管道同步施工的法蘭跨接電阻和靜電接地電阻通過專業(yè)檢測機構檢測符合規(guī)范要求。

5.2壓力試驗、氣密性檢查

本工程按照“低壓送氣試漏、強度試驗、氣密性試驗、全線吹掃”的次序組織工程后期試驗驗收工作。首先通入0.5 MPa氮氣，全線宏觀觀看、監(jiān)聽有無泄漏，重點對閥門法蘭密封進行檢查，低壓送氣試漏的目的在于排除大的泄漏點，保證后續(xù)試驗能正常進行。然后進行強度試驗，本管道設計壓力1.6 MPa，采取氣壓試驗為1.15倍設計壓力，為1.84 MPa。強度試驗依據(jù)規(guī)范進行，緩慢升壓，升至試驗壓力保壓30 min，以保證有足夠時間對管道變形等情況進行檢查。強度試驗結束后，壓力降至設計壓力，進行氣密性試驗，依據(jù)GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣和相關氣體安全技術規(guī)程》要求，保壓24 h，計算小時泄漏率小于0.3%，符合規(guī)范中室外管道泄漏率不大于0.5%的要求；同時因為管線容積較大，雖滿足了泄漏率要求，但有可能個別位置存在微小泄漏，對于氧氣介質也是有很大危險的，不允許的，因此項目部組織人員與施工方人員一道全線進行肥皂水查漏，用一天時間逐道焊縫檢查，排查泄漏點。

5.3采取分段開放式吹掃，保證吹掃效果

由于高純高壓氧的強助燃性，氧氣管道內不得有任何雜質，因此吹掃環(huán)節(jié)是將來管線能否穩(wěn)定運行的重中之重。

由于管線長，管徑粗，容積較大，考慮到吹掃氣源充足，為提高吹掃效果，經(jīng)公司同意，從高壓氮氣管網(wǎng)（工作壓力2.0 MPa）接出DN125管道，與新建氧氣管道連接，采取逐段開放式吹掃（見圖2），取得良好效果。

首先，將所有放散吹掃閥門全部開啟，尾端閥門開啟1/3，吹掃開始后，由于氣走短路原因，靠近始端的放散閥門大量排出吹掃氮氣，吹除灰塵雜質，靠近尾端幾乎無氣流排除，通過目視可見大量灰塵排出約持續(xù)5 min，肉眼不見灰塵排出后（為確保安全，吹掃過程中閥門操作人員均在地面觀看），通知始端關閉氧氣/氮氣吹掃聯(lián)通閥門，壓力降至0時，關閉此處吹掃閥門，同時將尾端閥門適度開大。通知始端再次打開氧氣/氮氣吹掃聯(lián)通閥門，由第二只吹掃閥門進行吹掃，依照此方式，逐個放空閥門吹掃，最后進行全管線從始端到終端的徹底吹掃。整個吹掃過程持續(xù)2天。吹掃的最后階段，采取小壓力吹掃，在每個放散口逐個用白色靶板檢查，持續(xù)觀察5 min，靶板無雜質為合格。

圖2　管線吹掃示意圖

如果吹掃氣源不足，以往工程通常采用管端頭和放散口加爆破板，爆破吹掃，效果也比較好。

完成管道全線吹掃后，結合公司檢修，工程項目部組織了管道的對接作業(yè)。對接點在閥門調節(jié)閥組的中間管段上接三通，為保證施工安全可靠，將管段與兩側閥門徹底斷開，內部充分通風置換后與新管道對接，由于對接管道很短且吹掃困難，要求施工過程必須保證管道內部清潔。

6　結束語

氧氣具有強氧化性、助燃性，且純度越高，壓力越高，危險性越大，只有切實從設計、施工管理和運行管理多方面做好工作，才能保證氧氣管道的安全穩(wěn)定運行。

熱電

A Discussion on the Quality Management of Design and Construction of Oxygen Pipeline

WANG Jiduo
(Oxygen Generation Plant of Benxi Steel Plate & Sheet Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117000, China）

【Abstract】Improvement of oxygen pipeline construction quality is discussed from the four aspects of design, materials procurement, construction management and acceptance test. Some effective measures and methods are also put forward.

【Keywords】design; bidirectional sealing; sectional blow sweeping

作者簡介：王繼鐸（1979－），男，2002年畢業(yè)于鞍山科技大學，工程師，現(xiàn)從事設備管理工作。

收稿日期：2015－07－01

【中圖分類號】TQ116.14

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)10-0025-03