沙特阿美油氣管道大口徑冷彎管彎制技術(shù)

姚文賓，李炳鑫，崔曉明

中國(guó)石油天然氣管道第二工程有限公司，江蘇徐州 221008

沙特拉斯坦努拉管道工程項(xiàng)目是阿美公司為了最大限度地維持產(chǎn)能，增強(qiáng)管道運(yùn)行靈活性和滿足城市發(fā)展的需要，由Abqaiq油田向RasTanura煉廠和Juaymah末站修建的一條原油和天然氣管道。管道線路全長(zhǎng)200 km，由于阿美長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)規(guī)范要求大角度線路轉(zhuǎn)向，因此所需冷管彎的數(shù)量較多，且質(zhì)量要求嚴(yán)格。鋼管材質(zhì)為X65螺旋管，F(xiàn)BE防腐，管徑分別為1 016、1 067 mm兩種，壁厚分別為11.13、8.74 mm，最大徑厚比甚至達(dá)到了122。由于鋼管為大口徑螺旋管，鋼級(jí)較低，并且絕大部分鋼管為二接一，中間有一道環(huán)焊縫，彎制過程中極易出現(xiàn)褶皺、壁厚減薄、防腐層裂紋或劃傷等質(zhì)量缺陷。為避免彎制周期較長(zhǎng)對(duì)工程工期造成影響，本文結(jié)合阿美標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量要求，圍繞如何高效、高質(zhì)量地彎制冷彎管進(jìn)行了深入研究。

1 設(shè)備及吊具的選擇

1.1 彎管機(jī)

根據(jù)管徑、壁厚、防腐層形式以及沙特阿美規(guī)范對(duì)于冷彎管的彎制要求，項(xiàng)目選擇了美國(guó)CRC 32～42 in（813～1 067 mm）垂直液壓冷彎管機(jī)（帶內(nèi)胎芯），其發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為CAT-Perkins C6.6 TIER3，有效功率129 kW，轉(zhuǎn)速2 200 r/min。彎管機(jī)性能參數(shù)如表1所示。

1.2 吊裝設(shè)備及吊具

阿美施工安全規(guī)定，鋼管在吊裝過程中，防腐管與鋼絲繩之間的夾角不應(yīng)小于60°[1]。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)、單根鋼管長(zhǎng)度、壁厚、彎管數(shù)量及彎管場(chǎng)實(shí)際情況，選擇了55 t履帶吊（吊臂總長(zhǎng)34 m）配合彎管吊裝。吊管時(shí)采用2條10 t尼龍吊帶，倒管使用吊杠、鋼絲繩加吊鉤的方式。吊杠長(zhǎng)4 m、高1.2 m，見圖1。鋼絲繩選用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度低碳鋼壓制鋼絲繩，直徑7/8 in（22 mm）、長(zhǎng)20 m。吊鉤則采用阿美公司指定供貨商提供的標(biāo)準(zhǔn)吊鉤。

表1 彎管機(jī)性能參數(shù)

圖1 吊杠示意

2 鋼管的選用

用于制作冷彎管的鋼管均采用與所在線路段用管相同的管子，防腐管應(yīng)無損傷、冷疊、壓痕、劃痕、裂紋、褶皺等缺陷[2]。管子標(biāo)識(shí)應(yīng)清楚，現(xiàn)場(chǎng)要有鋼管廠和防腐廠提供的出廠合格證，用于彎管制作的直管，必須經(jīng)過QC檢驗(yàn)，具備檢驗(yàn)報(bào)告后方可使用。

3 測(cè)徑板制作

使用厚度為5 mm的鋁板制作測(cè)徑板，兩塊板的間距至少為管外徑的1/2[3]，同心連接成筒狀。

4 冷彎管制作

加工完成的冷彎管應(yīng)無壓痕、劃痕、裂紋、褶皺和其他機(jī)械損傷，有褶皺的冷彎管不允許使用。

4.1 冷彎管基本參數(shù)

冷彎管基本參數(shù)及彎制要求應(yīng)符合表2的規(guī)定[3]，冷彎管參數(shù)示意如圖2所示。

表2 彎管基本參數(shù)

圖2 冷彎管參數(shù)示意

4.2 尺寸偏差

冷彎管尺寸的極限偏差應(yīng)符合表3的規(guī)定[4]。

表3 彎管尺寸極限偏差

4.3 彎管加工環(huán)境要求

在以下環(huán)境條件之一，不允許進(jìn)行冷彎管作業(yè)：

（1）沙塵、雨天。

（2） 風(fēng)速大于8.3 m/s。

（3）管體溫度大于50℃。

4.4 設(shè)備和儀器

（1）應(yīng)采用液壓彎曲胎芯和帶有聚氨酯襯里胎具的彎管機(jī)。彎管機(jī)性能應(yīng)滿足彎管制作要求，且處于良好工作狀態(tài)。

（2）彎管機(jī)、履帶吊、角度儀、超聲波測(cè)厚儀、電火花檢漏儀、吊具等設(shè)備及工器具應(yīng)經(jīng)過阿美指定的第三方校驗(yàn)合格并在有效期內(nèi)使用。

4.5 電火花檢漏

FBE防腐層電火花檢漏電壓：（1500～2000）V±50 V，電火花檢漏儀移動(dòng)速度≤300 mm/s，同時(shí)也不能在一個(gè)位置保持不動(dòng)[5]。

4.6 鋼管存儲(chǔ)

（1）管墩采用沙墩，并在沙墩表面覆蓋聚乙烯層或者橡膠輪胎，管墩與沙子/土壤不能直接接觸，管底離地面最小距離為150 mm。

（2）FBE防腐管不能直接堆放在其他管子上。管子之間應(yīng)采用不可壓縮的橡膠墊（或類似物）隔開至少10 mm。

（3）FBE防腐層應(yīng)避免陽光直射以防止老化，應(yīng)采用防水帆布或類似物覆蓋在堆放的管子上，且防水帆布應(yīng)起到良好的保護(hù)效果。在沒有適當(dāng)保護(hù)的情況下，如果FBE防腐管存放在戶外6個(gè)月以上應(yīng)被重新檢測(cè)，測(cè)定FBE涂層是否老化變質(zhì)。

（4）彎管兩端管口應(yīng)使用合適的材料進(jìn)行封堵，避免雨水或雜物進(jìn)入管內(nèi)。

5 冷彎管制作流程

冷彎管制作流程如圖3所示。

圖3 彎管制作流程

6 冷彎管加工

（1）放下彎管機(jī)的托管模、推管模，用履帶吊將鋼管裝入彎管機(jī)的托管模上并支撐穩(wěn)定。

（2）將絞車?yán)|繩掛在管子末端，使絞車?yán)茏酉驈澒軝C(jī)前部移動(dòng)，使管子的起始進(jìn)給量標(biāo)志與彎管機(jī)推管模上的基準(zhǔn)標(biāo)志對(duì)齊。

（3）在管子被完全裝入彎管機(jī)后，將芯軸放入鋼管內(nèi)并定位芯軸。

（4）利用推管模、托管模及校平基準(zhǔn)標(biāo)記使管子保持水平。

（5）利用推管模和彎曲基準(zhǔn)標(biāo)記使管子彎曲。

（6）利用角度測(cè)量?jī)x，對(duì)管子的最初的3次彎曲角度進(jìn)行檢查，以保證合格的彎曲角度。此外，對(duì)最后2次彎曲角度進(jìn)行檢查，以保證整根管子彎曲角度合格。

（7）卸下推管模、托管模，使其恢復(fù)到原來的位置，卸出芯軸。

（8）利用吊車將彎好的管子從彎管機(jī)前部卸下，放到彎管堆放處。

（9）對(duì)后續(xù)管子的彎曲重復(fù)以上步驟。

24 m長(zhǎng)冷彎管加工如圖4所示。

圖4 24 m長(zhǎng)冷彎管加工

7 冷彎管彎制控制要點(diǎn)

（1）經(jīng)常檢查彎管機(jī)、內(nèi)胎芯、上模具、下模具及夾具的工作狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修理。內(nèi)胎芯、上模具、下模具及夾具的聚氨酯保護(hù)層厚度至少為10mm。鋼管進(jìn)入彎管機(jī)時(shí)應(yīng)緩慢，防止防腐管碰傷。

（2）在彎管操作前，應(yīng)首先確定彎管機(jī)芯軸定位基準(zhǔn)標(biāo)志，然后建立牽引間隔基準(zhǔn)標(biāo)志、管子校平基準(zhǔn)標(biāo)志及彎曲基準(zhǔn)標(biāo)記[6]。

（3）建立芯軸基準(zhǔn)位置時(shí)，將芯軸準(zhǔn)確地放置于彎管模下面[7-8]，每次彎管操作時(shí)都要保持其位置不變。

（4）建立牽引間隔基準(zhǔn)標(biāo)志。在彎管過程中，管子在彎管機(jī)內(nèi)每次至少按0.9 m或0.45 m的進(jìn)給量（根據(jù)彎曲半徑而定）向前移動(dòng)，以保證每次進(jìn)給量的彎曲角度大致相同。各個(gè)進(jìn)給量間隔在管子的外表面做出標(biāo)記，同時(shí)在推管模襯里上做出標(biāo)記。

（5）建立管子校平基準(zhǔn)標(biāo)志。當(dāng)管子在彎管機(jī)中處于水平位置時(shí)用油漆筆在彎度標(biāo)尺上做出標(biāo)記。

（6）建立管子彎曲基準(zhǔn)標(biāo)志。當(dāng)預(yù)定的彎曲度已達(dá)到時(shí)，用油漆筆在彎度標(biāo)尺上做出標(biāo)記。

（7）螺紋薄壁管彎制時(shí)，每步彎制的最大角度應(yīng)比推薦的最大角度至少減少25%，否則彎管加工時(shí)鋼管很容易出現(xiàn)褶皺。

（8）每次進(jìn)給完畢后，檢查螺紋焊道是否在彎管機(jī)上磨具的正下方，如果是，則適當(dāng)增大進(jìn)給量，調(diào)整螺紋焊道與上模具正中間的相對(duì)位置，經(jīng)驗(yàn)表明應(yīng)錯(cuò)開至少300 mm，否則在彎管時(shí)，鋼管很容易出現(xiàn)褶皺。

（9）使用單根管長(zhǎng)24 m、中間帶有環(huán)焊縫的二接一鋼管彎制時(shí)，中間的環(huán)焊縫兩側(cè)至少0.6 m不能彎曲。

（10）24 m長(zhǎng)鋼管是國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)12 m長(zhǎng)鋼管的2倍，而彎管機(jī)自帶的兩個(gè)鋼管支撐輪間距只有6 m，在彎管過程中，因鋼管過長(zhǎng)、支撐輪間距太窄，而造成管子偏重，一端上翹，使彎管機(jī)絞車?yán)|繩和液壓泵受力過大，極易損壞；同時(shí)，偏重使得管子上翹一端的FBE防腐層容易壓傷，鋼管變形。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在距彎管機(jī)起升缸一側(cè)支撐輪8 m的位置增加了一組滑輪支撐。新增支撐輪的高度與彎管機(jī)支撐輪的高度水平或略低，支撐基礎(chǔ)用12 mm厚鋼板與彎管機(jī)相連，保證彎制時(shí)，該支撐的穩(wěn)定性。

8 結(jié)束語

按照上述冷彎管彎制工藝流程，在實(shí)際完成的327根冷彎管中，僅有4根出現(xiàn)褶皺而報(bào)廢，1根出現(xiàn)防腐層局部損傷，其他彎管尺寸偏差均符合阿美質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，一次合格率達(dá)到了98.7%。實(shí)踐證明，本工藝流程操作實(shí)用，高效高質(zhì)，對(duì)24 m大口徑螺旋冷彎管生產(chǎn)彎制具有一定的指導(dǎo)作用。