工藝管線異地工廠化預(yù)制優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

王占山

中石化第四建設(shè)有限公司 天津 300270

石油化工裝置工程建設(shè)項(xiàng)目一般具有規(guī)模大、涉及專業(yè)多、施工周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，在項(xiàng)目組織中，高效的項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu)、優(yōu)化的項(xiàng)目管理和施工組織模式，以及計(jì)劃安排等是關(guān)系到項(xiàng)目能否優(yōu)質(zhì)、安全、高效建成的關(guān)鍵。在石化工程建設(shè)中管道專業(yè)是整個(gè)裝置施工組織的重中之重，直接關(guān)系到項(xiàng)目能否按期中交。近年來(lái)，隨著多個(gè)大型煉化一體化項(xiàng)目的開(kāi)工建設(shè)，國(guó)內(nèi)進(jìn)入石化施工的高峰期，出現(xiàn)了施工人員短缺，尤其是技術(shù)工種短缺嚴(yán)重的問(wèn)題； 并且大部分裝置施工所在地自然環(huán)境較差，生產(chǎn)生活資源匱乏，新建預(yù)制廠投資較大。

針對(duì)以上情況，近年來(lái)，部分施工企業(yè)在通過(guò)提高工藝管道工廠化預(yù)制水平，提高預(yù)制深度和精度，減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，加快工藝管道的施工進(jìn)度等方面做文章，管道工廠化預(yù)制及管道異地工廠化預(yù)制模式應(yīng)運(yùn)而生。 目前，國(guó)內(nèi)管道工廠化預(yù)制模式已經(jīng)接近成熟，但管道異地工廠化預(yù)制模式還處于初期階段。 本文主要就管道異地工廠化預(yù)制的優(yōu)點(diǎn)、 實(shí)施方法和實(shí)施效果進(jìn)行論述。

1 管道異地工廠化預(yù)制的優(yōu)點(diǎn)

工廠化預(yù)制是集中資源、統(tǒng)一配置，以效率高、質(zhì)量?jī)?yōu)、成本低，向客戶移交滿意的產(chǎn)品，實(shí)行以“流水作業(yè)、工序分解、體系封閉、成品出廠”的施工組織模式，以“管理標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制工廠化、作業(yè)流水化、下料機(jī)械化、焊接自動(dòng)化、工序產(chǎn)品化、檢驗(yàn)程序化”的模式開(kāi)展的管道預(yù)制工作。

工廠化預(yù)制可實(shí)現(xiàn)的工作范圍有管道詳圖設(shè)計(jì)、管道施工管理及材料信息生成、 材料接報(bào)檢、 管道預(yù)制、管支架預(yù)制、熱處理、無(wú)損檢測(cè)、防腐、包裝、裝箱、運(yùn)輸、資料等綜合一體化工作。

異地工廠化預(yù)制通過(guò)信息化、 智能化管理手段的運(yùn)用， 開(kāi)啟了異地同時(shí)互動(dòng)的工程建設(shè)的全新管理模式。 充分發(fā)揮管理軟件的功能，實(shí)現(xiàn)了異地預(yù)制全過(guò)程“信息化、智能化”管理，形成產(chǎn)品化，實(shí)現(xiàn)了管道預(yù)制、安裝的空間分離， 形成工廠預(yù)制到異地安裝的流水作業(yè)。

異地工廠化預(yù)制采用成熟標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制廠，在人力、機(jī)械、設(shè)備、機(jī)具等資源方面具有較大優(yōu)勢(shì)，建成資源配置全面、齊全，設(shè)施數(shù)控化、自動(dòng)化，作業(yè)流水化的“標(biāo)準(zhǔn)化工廠”。 異地工廠化預(yù)制可實(shí)行封閉式管理，以產(chǎn)品的形式出廠，確保了管道預(yù)制的進(jìn)度和質(zhì)量，有力地保障了管道施工的工期及成本。

異地工廠化預(yù)制是工程管理模式上的創(chuàng)新， 改變了傳統(tǒng)施工組織模式， 實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)遠(yuǎn)距離異地同時(shí)實(shí)施的新方式。 項(xiàng)目運(yùn)行中可利用信息化的管理手段，實(shí)現(xiàn)各方全面掌控管道施工的過(guò)程信息，構(gòu)建了預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)安裝一體化管理信息系統(tǒng)。 預(yù)制管段以產(chǎn)品模式出廠，過(guò)程中采用產(chǎn)品二維碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制產(chǎn)品一物一碼；通過(guò)二維碼對(duì)預(yù)制管道全程信息監(jiān)控，形成一套可靠、準(zhǔn)確、高效的信息管理體系。 同時(shí)，成品打包技術(shù)與集中運(yùn)輸方法的成熟，提高了物流效率，滿足了施工要求。

異地工廠化預(yù)制改變了傳統(tǒng)預(yù)制模式， 創(chuàng)新了管道預(yù)制的實(shí)施模式，擴(kuò)大了預(yù)制實(shí)施界面及工作范圍，提高了預(yù)制比例，建立了高效流程，縮短了工期，降低了成本， 現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到了裝配式安裝的效果。 具體優(yōu)勢(shì)如下：

（1） 預(yù)制廠預(yù)制比例確定為不低于55%；

（2） 預(yù)制規(guī)格區(qū)間涵蓋DN15mm 及以上所有管徑；

（3） 材質(zhì)覆蓋碳鋼、合金鋼、不銹鋼等各類材質(zhì)；

（4） 所有管段安裝端坡口加工完成， 所有管廊直管排料及坡口加工完成；

（5） 所有管道支吊架預(yù)制完成；

（6） 自動(dòng)焊接比例最大化；

（7） 閥組實(shí)現(xiàn)整體預(yù)制；

（8） 管段上的護(hù)板、管托預(yù)制焊接完成；

（9） 管段及管支架出廠前防腐完成。

異地工廠化預(yù)制的管段在預(yù)制廠按“產(chǎn)品”的要求進(jìn)行實(shí)施，管段的所有工作，包括材料檢驗(yàn)、過(guò)程質(zhì)量檢驗(yàn)、 最終尺寸及質(zhì)量驗(yàn)收等在出廠前完成并驗(yàn)收合格，管段附帶所有資料一同出廠。

2 管理和技術(shù)上的有效實(shí)施

2.1 信息化管理、異地聯(lián)網(wǎng)管控

在管道預(yù)制過(guò)程可應(yīng)用“詳圖設(shè)計(jì)軟件”“管道施工過(guò)程管理軟件”以及業(yè)主方“，施工管理軟件”，通過(guò)軟件的數(shù)據(jù)信息連接和共享，實(shí)現(xiàn)預(yù)制廠、安裝現(xiàn)場(chǎng)、總包方及業(yè)主方共同進(jìn)行技術(shù)管理、材料管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、檢測(cè)管理、管段管理的實(shí)時(shí)管控。 軟件的應(yīng)用使施工過(guò)程中各個(gè)工序間有效銜接， 減少人為的統(tǒng)計(jì)工作，保證信息流通與傳輸?shù)募皶r(shí)性、準(zhǔn)確性、同步性，提高了管理效率，提升了管理水平。

利用管理軟件實(shí)現(xiàn)“大數(shù)據(jù)配菜”，準(zhǔn)確地下達(dá)可預(yù)制管段清單， 并可達(dá)到同規(guī)格、 同材質(zhì)批量進(jìn)行生產(chǎn)，可大幅度提升項(xiàng)目的技術(shù)管理的水平，使管道管理軟件的功能在“標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制廠”運(yùn)行中更加得到了充分的運(yùn)用，真正實(shí)現(xiàn)信息化管理的效率。

預(yù)制廠運(yùn)行中使用管道施工過(guò)程管理軟件， 該軟件可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全面、信息共享、即時(shí)查詢、管理統(tǒng)一，可進(jìn)行管道施工過(guò)程的技術(shù)管理、質(zhì)量管理、探傷管理、材料管理、計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理、經(jīng)營(yíng)管理等，可進(jìn)行各種工作的即時(shí)查詢和統(tǒng)計(jì)。 各職能部門處于同一個(gè)信息管理系統(tǒng)上， 大幅度提升了項(xiàng)目的技術(shù)管理水平及管理效率。

2.2 流水作業(yè)，專業(yè)分工

管道工廠化預(yù)制表現(xiàn)為工段/工序特點(diǎn)鮮明，“工序流水式”生產(chǎn)運(yùn)行，節(jié)奏順暢，使得工序生產(chǎn)更加專業(yè)。 整個(gè)流水線分6 個(gè)工段實(shí)施，即報(bào)驗(yàn)工段、下料工段、組對(duì)工段、焊接工段、成品工段、防腐及包裝工段。確保各工段順暢高效運(yùn)行是管道預(yù)制順利實(shí)施的關(guān)鍵。

2.3 下料機(jī)械化

準(zhǔn)確而高效的下料切割是管線預(yù)制高效的基礎(chǔ)（圖1—圖3）。 利用軟件功能，調(diào)配出管段規(guī)格材質(zhì)尺寸的信息，采用集中下料和自動(dòng)化、機(jī)械化下料的工作原理，提高工作效率、減少出錯(cuò)率、減少勞動(dòng)強(qiáng)度，從而加快工期進(jìn)度。

2.4 焊接自動(dòng)化

以中石化第四建設(shè)有限公司大型成熟預(yù)制廠為例，目前管道自動(dòng)焊接工藝已經(jīng)成熟（圖4），其中管道活動(dòng)口自動(dòng)焊自2000 年開(kāi)始推廣應(yīng)用，焊接工藝覆蓋面廣， 焊接方法包括GTAW 、GMAW、FCAW、SAW等，覆蓋碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鈦材等材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了從根焊到填充蓋面的全自動(dòng)焊接， 焊接厚度最厚為200mm，焊接管徑最大為DN2500mm。 2016 年開(kāi)始推廣應(yīng)用管道固定口自動(dòng)焊接， 主要應(yīng)用在了馬來(lái)西亞RAPID 項(xiàng)目和海南PX 項(xiàng)目。 自動(dòng)焊特點(diǎn)表現(xiàn)為生產(chǎn)效率高、焊接速度快、焊接連續(xù)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率比手工電弧焊提高5～10 倍；焊接質(zhì)量高、穩(wěn)定且外表成形美觀；操作簡(jiǎn)單，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 數(shù)控鋸床切割下料

圖2 坡口加工

圖3 管式車床

對(duì)已完工項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表1），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)焊生產(chǎn)效率明顯高于手工焊， 工廠化車間預(yù)制生產(chǎn)效率明顯高于現(xiàn)場(chǎng)新建預(yù)制廠。

圖4 管道自動(dòng)焊接工藝圖例

3 異地工廠化預(yù)制效益

管線異地工廠化預(yù)制打破傳統(tǒng)的時(shí)間和空間的概念，可將管線組對(duì)、焊接、熱處理、NDT 檢驗(yàn)、防腐等工作在異地預(yù)制廠內(nèi)完成。

3.1 質(zhì)量效益

（1） 工廠化預(yù)制將現(xiàn)場(chǎng)施工部分移至條件環(huán)境相對(duì)較好、固定的廠房?jī)?nèi)進(jìn)行制作，可實(shí)現(xiàn)工序化流水施工，便于自動(dòng)化裝備的推廣使用，在質(zhì)量方面也能得到有效保證和提升。

（2） 將高空作業(yè)變成地面作業(yè)， 減少作業(yè)環(huán)境對(duì)施工的影響。 以焊接為例，工廠化預(yù)制將焊接仰焊、橫焊固定口位置變成地面可轉(zhuǎn)動(dòng)平焊位置， 降低施焊難度，同時(shí)改善焊接施工條件和環(huán)境，消除了風(fēng)雨天的不利因素，提高了施工質(zhì)量。 通過(guò)對(duì)以往項(xiàng)目的焊接數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析， 工廠化預(yù)制的焊接一次合格率比安裝焊接一次合格率高4%左右。

表1 自動(dòng)焊與手工焊生產(chǎn)效率對(duì)比

（3） 利于自動(dòng)化設(shè)備的使用， 降低人員素質(zhì)的要求。 工廠化預(yù)制能大規(guī)模采用自動(dòng)焊、坡口機(jī)、切割機(jī)等設(shè)備，不但可降低對(duì)工人的技能要求，避免人員不穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)能提高裝配精度，保證質(zhì)量，自動(dòng)焊焊接一次合格率可達(dá)98%以上；坡口機(jī)切割坡口角度一致，表面光滑，為下一道工序提供了質(zhì)量保證。

（4） 便于信息化管理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)工序管控。 工廠化預(yù)制易于管理服務(wù)器設(shè)置及信息化手段應(yīng)用， 無(wú)論是掃碼報(bào)驗(yàn)、無(wú)紙化報(bào)驗(yàn)，還是實(shí)時(shí)監(jiān)控都容易實(shí)現(xiàn)，所以信息化管理平臺(tái)（如管道管理軟件）在預(yù)制廠使用效果較好。 工廠化預(yù)制一般按工序組織生產(chǎn)，不但能提高工人工序的熟練度，同時(shí)可減少管理層級(jí)。

3.2 安全效益

管道工廠化預(yù)制是從分散到集中， 從而大量地減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

（1） 簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安全文明生產(chǎn)管理， 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)僅有安裝工作，減少了現(xiàn)場(chǎng)安裝人員。 現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化安裝代替人工安裝，避免了多處設(shè)置生產(chǎn)區(qū)，減少現(xiàn)場(chǎng)不同專業(yè)間的交叉作業(yè)，減少了私拉亂接現(xiàn)象。

（2） 將高空作業(yè)變成地面作業(yè)， 減少施工作業(yè)環(huán)境不利造成現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)的增加， 有效地避免現(xiàn)場(chǎng)天氣環(huán)境對(duì)施工的影響；將大部分工作在場(chǎng)內(nèi)完成，減少了現(xiàn)場(chǎng)安全管理壓力。

3.3 社會(huì)效益

管道具備施工條件時(shí)，留給管道安裝的工期短、任務(wù)重， 經(jīng)常出現(xiàn)趕工期現(xiàn)象， 這勢(shì)必造成現(xiàn)場(chǎng)人力增加，造成當(dāng)?shù)氐挠霉?、環(huán)境和社會(huì)安全壓力增大。

而預(yù)制為工段式管理，將復(fù)雜的工序進(jìn)行分解，每一工段（下料、組對(duì)、焊接、成品）以兩個(gè)軟件為管理核心，使得工作內(nèi)容簡(jiǎn)單化，形成流水施工，極大地提高了工效，也降低了對(duì)高素質(zhì)技能操作人員的需求數(shù)量。管線異地工廠化預(yù)制設(shè)備先進(jìn)、效率高，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率； 便于對(duì)人工、 材料機(jī)械實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一管理，降低生產(chǎn)成本，提高效益；整個(gè)過(guò)程具有資源節(jié)約、環(huán)境良好的特點(diǎn)。

3.4 工期效益

管道預(yù)制不受現(xiàn)場(chǎng)條件的約束， 采取工業(yè)化施工方法可實(shí)現(xiàn)同時(shí)異地進(jìn)行管道的預(yù)制施工。 管道預(yù)制可與土建、結(jié)構(gòu)、設(shè)備同步施工，最大限度地縮短了施工總工期。

異地成熟預(yù)制廠與項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)新建預(yù)制廠綜合對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 異地成熟預(yù)制廠與項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)新建預(yù)制廠綜合對(duì)比

4 異地工廠化預(yù)制與現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制投入對(duì)比

以一套國(guó)內(nèi)典型裝置80 萬(wàn)t/a 乙烯工程管道預(yù)制為例，管道預(yù)制量為423000 寸。 分別就工廠化預(yù)制（在月產(chǎn)能10 萬(wàn)寸的預(yù)制廠） 和項(xiàng)目安裝場(chǎng)地新建臨時(shí)預(yù)制廠預(yù)制（距離600km），進(jìn)行費(fèi)用測(cè)算和對(duì)比分析，詳見(jiàn)表3 和表4。

4.1 工廠化預(yù)制費(fèi)用的優(yōu)勢(shì)

（1） 固定性施工人員費(fèi)用比流動(dòng)性施工人員費(fèi)用低10%～20%。

（2） 工廠化預(yù)制機(jī)械、設(shè)備、機(jī)具等設(shè)施全面，工效高于現(xiàn)場(chǎng)新建預(yù)制廠。

（3） 工廠化預(yù)制不存在人員及設(shè)備調(diào)遣費(fèi)。

（4） 工廠化預(yù)制廠屬一次投入，分?jǐn)傉叟f。

4.2 工廠化預(yù)制費(fèi)用的劣勢(shì)

工廠化預(yù)制費(fèi)用的主要劣勢(shì)為管段運(yùn)輸費(fèi)用增加。

4.3 測(cè)算結(jié)果

按上述測(cè)算對(duì)比， 異地工廠化預(yù)制成本為54.88元/ 寸， 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制為63.23 元/ 寸。 預(yù)制量按完成423000 寸測(cè)算，直接經(jīng)濟(jì)效益為353.21 萬(wàn)元。 同等價(jià)位的原材料，選用較近的工廠化預(yù)制廠家，可減少運(yùn)輸費(fèi)用的投入，更能體現(xiàn)出異地工廠化預(yù)制的經(jīng)濟(jì)效益。

5 異地工廠化預(yù)制成功實(shí)例

公司參建馬來(lái)西亞RAPID 項(xiàng)目，采用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制廠進(jìn)行管道預(yù)制，公司臨近的碼頭集港海運(yùn)，國(guó)外工程現(xiàn)場(chǎng)裝配式安裝的管道工程組織模式，形成國(guó)內(nèi)、國(guó)外平行施工的管道施工建造模式。 其直接經(jīng)濟(jì)效益節(jié)約了千萬(wàn)元。

表3 工廠化預(yù)制廠直接費(fèi)用測(cè)算

受人工成本和施工環(huán)境的限制， 目前大型國(guó)際能源公司以采購(gòu)產(chǎn)品的形式，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行管線預(yù)制工作，例如BASF 美國(guó)工廠、YAMAL LNG 項(xiàng)目即采用異地預(yù)制形式來(lái)解決現(xiàn)場(chǎng)施工的瓶頸。

6 結(jié)論

為適應(yīng)當(dāng)今工程建設(shè)市場(chǎng)和大型裝置施工的需求，異地工廠化預(yù)制將會(huì)被更多的施工企業(yè)采用，其相對(duì)于傳統(tǒng)管道預(yù)制在安全、質(zhì)量、效益、成本、工期和管理上更具優(yōu)勢(shì)。