南非選礦EPC項目中襯膠管道的應(yīng)用

腰勝輝

（北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

1 引言

隨著我國走出去的戰(zhàn)略和一帶一路倡議的實施，非洲在我國海外礦山市場中占據(jù)了重要的地位。南非作為世界第五大礦業(yè)國，在世界礦業(yè)領(lǐng)域有著較大的影響力，是非洲礦山的高端市場。近年來，我國與南非的經(jīng)貿(mào)關(guān)系和政治關(guān)系日益密切，在礦山領(lǐng)域具有廣闊的合作前景。

礦漿管道是礦山工程中主要工藝管道，負(fù)責(zé)各類漿液輸送。常見的礦漿管道有鋼管，襯膠鋼管，襯塑鋼管，襯陶瓷鋼管，雙金屬管，超高分子聚乙烯管（UHMWPE管），高密度聚乙烯管（HDPE管）等等。其中，襯膠鋼管具有技術(shù)成熟，耐磨效果好，抗機(jī)械沖擊能力強(qiáng)，使用壽命長等優(yōu)勢，在南非的選礦廠中具有十分廣泛的應(yīng)用。

在南非某銅浮選廠總承包項目中，襯膠礦漿管道得到了大量應(yīng)用。根據(jù)該項目中襯膠管道的應(yīng)用特點(diǎn)，總結(jié)了南非和國內(nèi)的襯膠管道在制造、設(shè)計和安裝等階段的不同之處，為今后在南非開展類似工程提供一些參考。

2 襯膠管道的管材選擇

襯膠鋼管通常由外層鋼制管道基體和內(nèi)層橡膠板粘接而成，外層的鋼制管道是常規(guī)的碳鋼管，通常為無縫鋼管或螺旋焊管，內(nèi)層的橡膠層通常為3～12mm厚的硫化橡膠板。

南非具有比較完善的制造工業(yè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠自主生產(chǎn)襯膠管道，選礦廠生產(chǎn)所用襯膠管道大多采用當(dāng)?shù)刂圃?。在EPC項目中，中國總承包方常通過在中國國內(nèi)采購和加工的方式進(jìn)行成本控制。對于襯膠管道，在國內(nèi)進(jìn)行采購和加工時，不易找到完全對應(yīng)南非標(biāo)準(zhǔn)的管道材質(zhì)，在業(yè)主同意的前提下，通常選擇不低于南非標(biāo)準(zhǔn)要求的國內(nèi)管材代替。

2.1 鋼管選擇

南非應(yīng)用最廣泛的鋼管標(biāo)準(zhǔn)為SANS 719［1］，該標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)的GB/T 3091《低壓流體輸送用低焊接管道》所規(guī)定的內(nèi)容類似。SANS 719標(biāo)準(zhǔn)3.2節(jié)規(guī)定了三種可用材質(zhì)，這三種管材的主要化學(xué)組分和物理特性列于表1中。

表1 SANS719標(biāo)準(zhǔn)中管材主要化學(xué)組分和物理特性

南非選礦廠中通常選用GRADE B材質(zhì)，該材質(zhì)適用于大部分工況中的礦漿管道。國內(nèi)材質(zhì)與之性能相近的管道材質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)GB/T 699 “優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼”［1］中的Q245。Q245和GRADE B的主要化學(xué)組分及物理特性對比詳見表2

表2 Q245和GRADE B的主要化學(xué)組分和物理材質(zhì)特性對比表

當(dāng)采用Q245管材替代GRADE B管材時，需要注意管材的水壓試驗需滿足南非標(biāo)準(zhǔn)要求。SANS 719 4.2.4節(jié)和GB/T 3091 5.6節(jié)［3］中都對管材提出了水壓試驗的要求。兩部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水壓試驗壓力計算公式均按可下式計算:

其中，α為系數(shù)；Y為材料屈服強(qiáng)度下限，MPa； t為管材壁厚，mm； D為管道外徑，mm。

SANS 719和GB 3091關(guān)于水壓試驗中的規(guī)定有兩處不同：（1）南非標(biāo)準(zhǔn)中系數(shù)α為1.5，而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定α為1.2，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗壓力低于南非；（2）國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最高試驗壓力為5MPa，而南非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高試驗壓力為7MPa，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高試驗壓力也低于南非。因此，在EPC項目中，當(dāng)業(yè)主要求管材進(jìn)行水壓試驗時，需要注意按照南非標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.2 橡膠選擇

襯膠層的橡膠材質(zhì)選擇范圍較廣，常見的有天然橡膠，氯丁橡膠，丁腈橡膠，三元乙丙橡膠等等，南非常用的材質(zhì)是天然橡膠和氯丁橡膠。南非依據(jù)美標(biāo)ASTM 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對襯膠性能進(jìn)行檢驗，主要性能指標(biāo)如表3所列。

表3 ASTM標(biāo)準(zhǔn)襯膠性能指標(biāo)表

上表所列的性能指標(biāo)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求相差不大，國內(nèi)襯膠管道生產(chǎn)廠家較多，部分廠家還擁有自己的橡膠混煉配方，生產(chǎn)出的襯膠制品具有很強(qiáng)的耐磨能力，能夠滿足南非要求。

3 襯膠管道制造的對比

3.1 襯膠管道制做工藝流程對比

襯膠鋼管的制作工序大致如圖1所示。

圖1 襯膠管道制做流程圖

南非和國內(nèi)的襯膠管道大體都按此流程進(jìn)行制造，只是襯膠基體的樣式有所不同。南非采用的襯膠基體為橡膠板，與鋼管粘接時，首先將膠板卷成圓筒，再將圓筒與鋼管進(jìn)行粘接，生產(chǎn)出的襯膠內(nèi)表面有一條沿管道軸向的搭接縫。采用橡膠板作為襯膠基體是襯膠工藝的傳統(tǒng)方法，國內(nèi)仍用此法處理大型的襯膠槽罐，但在襯膠管道上的應(yīng)用已逐漸被淘汰。目前國內(nèi)的襯膠基體多采用一次擠壓成型的成品膠管，襯膠時直接將膠管與鋼管粘接，生產(chǎn)出的襯膠內(nèi)表面光滑平整，沒有接縫。南非生產(chǎn)的襯膠管道由于內(nèi)壁有一條搭接縫，經(jīng)過長時間沖擊和磨蝕后，搭接縫容易脫開，襯膠層容易剝落。

3.2 法蘭襯膠面的對比

國內(nèi)和南非生產(chǎn)的襯膠管道都采用全平面法蘭，不同的是南非習(xí)慣將法蘭面全部襯膠，而國內(nèi)只采用部分襯膠，如圖2所示。

圖2 法蘭面襯膠方式對比

法蘭面上的襯膠起著類似于密封墊片的作用。采用全平面法蘭時，南非按照全平面法蘭尺寸制作翻面襯膠，國內(nèi)則采用類似凸面法蘭墊片尺寸制作翻面襯膠。與國內(nèi)做法相比，南非采用的襯膠面有密封面更大，泄漏通道更長的優(yōu)點(diǎn)，不過也有密封面不易壓實以及螺栓預(yù)緊力分布不勻等不足。

實踐證明，兩種做法均可勝任絕大部分的選礦工況，但是南非業(yè)主有時仍不認(rèn)可國內(nèi)的襯膠翻面做法，因此在國內(nèi)加工時，需要提前和業(yè)主及制造廠溝通確認(rèn)法蘭面襯膠的形式，避免日后出現(xiàn)返工，造成費(fèi)用和工期損失。

3.3 活套法蘭的應(yīng)用

如圖3所示的活套法蘭在國內(nèi)應(yīng)用非常廣泛，主要用來調(diào)整管道轉(zhuǎn)向和調(diào)整螺栓孔位置。這種法蘭在南非卻并不常用，南非更習(xí)慣采用如圖4所示的“封閉管（CLOSURE PIPE）”來解決這些問題。

圖3 中國的活套法蘭

圖4 南非的封閉管

如圖4所示，“封閉管”一般會比實際設(shè)計的管段長度長100～200mm，超出設(shè)計長度的這部分端面的法蘭不固定，襯膠和鋼管不粘接，管段的另一端則正常焊接法蘭，粘接襯膠。當(dāng)某一位置需要安裝時，現(xiàn)場根據(jù)實際所需長度對“封閉管”的活動端進(jìn)行切割剪裁，并根據(jù)配對法蘭的實際螺栓孔位置在裁剪后的管道上配焊法蘭。法蘭焊接完成后，再由專業(yè)人員將襯膠重新粘貼，制成長度和螺栓孔都適合該位置的管道。這種做法雖然可以一次性的完成長度和螺栓孔方向的調(diào)整，但是卻需要大量的現(xiàn)場及場外加工和吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)工作。當(dāng)管路走向較復(fù)雜，需要多處調(diào)整時，采用該方法會大大增加人工消耗，拖慢安裝進(jìn)度，效率十分低下。活套法蘭使用方便，當(dāng)管道系統(tǒng)復(fù)雜，工程量大時，尤其可以凸顯優(yōu)勢。雖然南非不常使用活套法蘭，但向業(yè)主證明活套法蘭的設(shè)計載荷滿足要求后，業(yè)主一般也會同意使用活套法蘭。

表4 南非常用鋼管管徑

4 襯膠管道設(shè)計

4.1 管道管件規(guī)格對比

南非采用的鋼管的部分管徑規(guī)格如表4所列，這些管徑絕大部分與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17395中規(guī)定的系列1管徑相同。國內(nèi)很容易采購到相關(guān)規(guī)格的鋼管。

選礦廠所用漿液管道彎頭的回轉(zhuǎn)半徑較大，常見的有2.5D(2.5倍直徑)，3D（3倍直徑），5D(5倍直徑)等。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12459［4］和南非標(biāo)準(zhǔn)SANS 62［5］及SANS 719均對3D彎頭的外形尺寸作了規(guī)定，其中90°彎頭部分?jǐn)?shù)據(jù)如表5所列。

如表5所列，除了DN80～DN150彎頭中心至端面距離與國內(nèi)規(guī)定差異較大以外，其他彎頭的尺寸大體相同。

其他三通，變徑管等常用管件的尺寸規(guī)格在SANS 62和SANS 719中都有具體規(guī)定，國內(nèi)制造時，按照該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進(jìn)行加工即可。

4.2 法蘭規(guī)格對比

南非的法蘭標(biāo)準(zhǔn)SANS 1123［6］中給出了全平面法蘭、凸面法蘭等幾種法蘭面形式。其中，選礦廠的實際應(yīng)用更傾向于使用板式平焊全平面法蘭。國內(nèi)制造的設(shè)備接管口常用凸面法蘭，選購國內(nèi)設(shè)備時需要注意法蘭面配對。

國內(nèi)板式平焊法蘭標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 9119［7］，與SANS 1123標(biāo)準(zhǔn)相比，兩者規(guī)定的法蘭內(nèi)徑、法蘭外徑、螺栓孔中心圓直徑以及螺栓個數(shù)均相同，不同之處是法蘭厚度和螺栓規(guī)格。部分法蘭數(shù)據(jù)如表6所列。

表6 法蘭厚度和螺栓規(guī)格對比表

如表6所列，中國標(biāo)準(zhǔn)法蘭設(shè)計更加保守可靠，相同設(shè)計壓力下，厚度比南非法蘭厚4～11mm，部分法蘭所用的螺栓也比南非法蘭規(guī)格大一號。國內(nèi)采購法蘭時可以直接應(yīng)用中國標(biāo)準(zhǔn)法蘭，法蘭厚度和螺栓孔的差異不會對設(shè)計、安裝、使用維護(hù)階段造成顯著影響。當(dāng)國內(nèi)管道制造廠自己加工法蘭時，建議按照南非法蘭標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格生產(chǎn)，可以節(jié)省材料成本。

5 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)國內(nèi)工程公司總承包南非EPC工程項目時，對于襯膠管道的設(shè)計和使用可以參考以下經(jīng)驗：

（1）國內(nèi)可以生產(chǎn)滿足南非標(biāo)準(zhǔn)要求的襯膠管道。鋼管、法蘭和襯膠的材質(zhì)，規(guī)格等均能達(dá)到南非標(biāo)準(zhǔn)要求，鋼管的水壓試驗需按照南非標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行驗收。

（2）小于DN200的3D襯膠彎頭尺寸，國內(nèi)和南非差別較大。大于DN200的彎頭尺寸，國內(nèi)和南非差別雖然較小，但仍需按照南非彎頭尺寸設(shè)計和制造。

（3）在國內(nèi)加工襯膠管道時，應(yīng)按南非使用習(xí)慣，進(jìn)行全法蘭面襯膠。

（4）為施工方便，在某條管路走向改變朝向處或多段直管連接處，應(yīng)盡可能堅持使用活套法蘭，而不采用南非經(jīng)常使用的“封閉管”做法，僅在管路安裝閉口前的最后一段管節(jié)處考慮使用“封閉管”做法。