大口徑管道直管段制作技術應用

劉光年,張 賀

（1.合肥水泥研究設計院有限公司，安徽 合肥 230051；2.合肥固泰自動化有限公司，安徽 合肥 230051；3.中國核工業第五建設有限公司，上海 200540）

0 前言

大口徑管道由于其存在施工周期長，施工難度大，工程成本高等問題，再加上現場施工條件復雜多變，導致大口徑管道采取工廠化預制再在現場安裝很難進行，同時大口徑管道的長距離運輸也是一個比較棘手的難題。針對此難題，一般大口徑工藝管道采取在項目現場附近預制場進行預制，然后運輸到現場進行安裝。因此，大口徑管道制作是后續管道安裝能否順利完成的保證，也是整個項目能否順利完成的關鍵環節。本文針對大口徑管道制作存在工程量大、管徑大、規格多、材質多樣化等特點，提出一種新型優化管段分段技術和管段組對方案，重點論述大口徑管道直管段制作的技術。

1 項目特點及難點

（1）本項目大口徑管道約510 m，本工程中對大口徑管道定義為管道公稱直徑≥1000 mm的管道），表1為本項目大口徑管道數據。

（2）本項目大口徑管道有以下特點：①管徑較大，其中最大規格管子管徑為3520mm；②管徑規格多，管徑范圍DN1000～DN3500；③管道壁厚不統一，管道壁厚最薄的只有4 mm，最厚的有12 mm；④管道材質多樣，主要由Q345B、316L、15CrMoG組成。上述四個特點決定了大口徑管道制作難度較普通常規管道大很多。

表1 大口徑管道數據一覽表

（3）本項目大口徑管道中直管段工程量較大，其焊接量占本項目大口徑管道焊接工程量的80%，采購及運輸困難（一般成品大口徑管道管徑為DN700～1 200 mm，而且工廠化生產及運輸都比較容易）；制作缺少相關技術資料和經驗。

（4）怎樣保證大口徑管道直管段的制作質量，如何保證大口徑管道直管段制作控制在允許偏差范圍內，這些都是急需解決的技術問題，也是本文論述的重點。

（5）由于大口徑管道管徑較大，在安裝過程中變形也會較大，所以對管件組對技術措施要求較高，對管道安裝進度及焊接質量控制影響較大。

2 技術措施

（1）優化管段分段方案。依據設計圖紙，對大口徑管道施工圖進行深化，對每趟管線的管段尺寸進行分解,優化管段分段制作方案，提高工廠化預制率。

（2）提高組對效率。本項目大口徑管道管壁較薄，直管段在重力作用下很容易變形，造成管口橢圓度超標，因此在管道施工時，焊件組對焊縫間隙及錯邊量很難控制（錯邊量加大，焊縫容易出現未熔合缺陷），嚴重影響組對效率和焊接質量。

（3）可調式固定支撐法。為提高組對焊接的效率，結合施工現場實際情況，提出一種可調式固定支撐法，即先采取制作固定支撐，防止管道由于放置時間較長，在重力作用下變形量大，從而確保其形位公差符合標準；其次采用可調支撐（見圖1），方便焊件組對時糾正變形；針對焊縫間隙及錯邊量的控制，依據現場實際，制作簡單適用的管道焊口組對器（見圖2）來控制焊件間徑向間隙及軸向間隙。

圖1 管道可調支撐圖

圖2 管道焊口組對器

3 項目實施情況簡介

（1）管段排版。為了減少材料損耗，在編制鋼板采購計劃時，要根據管段排版情況，確定合適的供貨鋼板規格。以管線AC-10001-128-K24為例：該管線管道直徑為3 220 mm，經核算其周長為100111 mm，三段直管段長度分別為1 100，2 390，10040 mm，為了減少損耗，采購了5 500 mm×10200 mm、5500mm×2500 mm、5500mm×1100mm三種規格的鋼板各兩塊，共六塊鋼板；管道進行排版后再放樣下料，以保證管道的外形尺寸達到規范要求。號料和坡口的切割，采用半自動切割機及等離子切割機（圖3）。

圖3 半自動切割機下料

（2）優化的卷管技術。由于本項目大口徑管道存在管徑大、管壁薄的特點，為了避免鋼板在卷制過程中發生較大變形，因此對原卷管機進行了改造,采用三輥卷板機，其過程是利用卷板機對板料進行連續三點彎曲。設備在進行卷板時，將板料放在上、下工作輥之間。上輥垂直升降，兩下輥做旋轉運動且相對于上輥軸水平移動。上輥下降時，板材在上下工作輥之間發生塑性變形而彎曲。下輥連續旋轉通過板與輥之間的摩擦力帶動鋼板進、退，完成卷制。重點對管道縱縫接頭部位，反復輥壓，采用專用管道靠尺進行檢查，以保證管道橢圓度達到規范要求，具體過程如下：

①預彎：卷板時平板兩端各有一段長度由于接觸不到上輥而不發生彎曲，稱為剩余直邊，工藝上將平板開始彎曲的最小力臂叫做理論剩余直邊，其大小與設備結構及其彎曲形式（對稱彎曲，不對稱彎曲）有關。

②對中：對中的目的是使工件母線與輥筒軸平行，防止產生扭斜。

③卷圓：卷圓是產品成形的主過程，由于本項目管子管壁比較薄，因此采取一次進給的方式，以避免鋼板卷制次數多導致鋼板變形過大。

④矯圓：矯圓的目的是盡可能使整圓曲率均勻一致，保證產品質量。一般矯圓工序分三步：加載，根據經驗或計算將工作輥調到所需的最大矯正曲率的位置；滾圓，將輥筒在矯正曲率下滾卷1～2圈，使整卷曲率均勻一致；卸載，逐漸卸除載荷，使工件在逐漸減少的矯正載荷下多次滾卷。

制作部分胎架，以便將預制完的鋼板按照不同規格、位置編號擺放在胎架上，防止預制好的管壁板發生變形。

（2）“米”型支撐固定法。大口徑管道直管段的組對就是將卷制好帶有一定弧度的鋼板通過相關步驟組對成一段直管段，具體步驟如下：

①在預制場內用混凝土澆筑10 000 mm×100000mm×50mm的預制平臺，然后在預制平臺上面鋪設50000mm×5 000mm×8 mm的鋼板，鋼板平臺的表面一定要水平，表面水平誤差不超過5 mm；將鋼板周圍進行固定，防止縱橫向發生位移；在組裝平臺上依據管道直徑制作槽鋼胎具，胎具上表面用水平儀找平，相鄰兩個的高差≤1 mm，其余高差≤2 mm。畫出管道外徑圓周線，焊好定位板。

②管道組對前，對管口周圍15mm范圍內的內外表面油漆、銹、毛刺等污物清理干凈，并按規范或設計要求制作坡口，然后打磨坡口及坡口周圍150mm范圍，使其露出金屬光澤。環焊縫距支架凈距要大于200mm。

③按排版圖分別利用吊車吊裝各單片，利用夾具固定，利用加減頂絲調整錯邊量，測量直徑、周長、橢圓度、上口水平度，滿足要求點焊固定,在內口上下利用鋼管打好“米”型支撐固定，見圖4。

圖4 米字型支撐布置圖

④每一條立縫內側，焊接4～5塊防變形弧板。

⑤管壁采用組對夾具，避免或減少點焊臨時卡具。管壁兩端應平齊，錯邊量≤1.5mm；用大錘敲打找圓時，必須加墊板，錘痕深度≤0.5mm。

（3）管段的組對。為了減少安裝的工程量，更好的保證施工質量，在管段預制完成后，根據具體情況，將合適的直管段與直管段或者直管段與管件進行組對，具體步驟如下：

①組對時，在上內或外側約每隔500mm焊接一塊定位板，再將上面直管段吊放上去，見圖5，在對口處每隔500mm放一塊間隙板，間隙板的厚度應以保證對口間隙為原則，同時上、下兩圈直管段的四條方位母線必須對正，其偏差不得大于5 mm；

②用調節絲杠調整間隙，用卡子、銷子調整對口錯邊量，使其沿圓周均勻分布，防止局部超標，符合要求后進行定位焊；

③筒節組對后內部要加支撐，增加剛性、防止變形。

圖5 現場組隊圖

4 結語

通過對大口徑直管段管道制作過程中技術研究，同時在施工方面進行合理規劃，保證管壁組對完成后使單個直管段的橢圓度達到規范要求，偏差控制在2～3mm內；同時本項目的大口徑管道預制焊接質量檢驗采用超聲波探傷，一級為合格，現場安裝為射線拍片；由于在預制階段很好的控制住了橢圓度，使安裝對口質量也控制在范圍內，焊接質量也得到了保證。

該工程比合同工期提前15天完成。經過在該項目的實踐，為后續大口徑管道制作、安裝積累了一套經濟有效、可操作性強的工藝方法。同時該方法具有創新性、實用性、可靠性等優點，在工程建設的許多領域，具有推廣應用價值。