工藝管道工廠化預制在集輸工程的應用與提高

王小平，孟獻強，張文江，侯 昊，孟 寧

1中國石油管道局工程有限公司第二工程有限公司，江蘇 徐州

2中國石油管道局工程有限公司國際事業部，河北 廊坊

3中油管道機械制造有限責任公司，河北 廊坊

1. 項目開展背景

沙特哈拉德及哈維亞地區北部壓氣站管道項目(以下簡稱NGCP)，位于沙特哈拉德–哈維亞天然氣田區域，該項目隸屬于沙特阿美公司，是哈拉德–哈維亞能源增產提效工程的重要組成部分。由于阿美公司有著嚴苛的質量管理體系，以往國內的“標準化工廠預制 + 現場簡易平臺預制”工作模式，只能進行簡單的管道“二接一”預制，已經無法滿足項目需求，只有大力推進“二次設計、工廠化預制、模塊化組裝施工、數字化管理”的施工模式、才能完成場站工藝、閥組、標準化井口工藝、撬裝工藝預制。

2. 管道工廠化預制的優勢

以往的工藝管道預制一般都在各個場站施工現場進行，由于現場條件限制，搭建標準化預制廠房的成本高、可利用周期短，只能搭建臨時的預制車間，預制車間容易受到施工作業環境影響大(風、雨等)等影響，焊接質量難以保證。管道焊接一般采用手工焊的方式，不但焊材利用率低，而且勞動效率低。管道預制實現標準化預制工廠化后，有以下優勢：

1) 作業條件好，減少了材料倒運、工裝器具的拆裝等工作，能夠保證工藝管道預制施工的可持續性，不受自然條件因素的影響，可以有效提高焊接合格率；同時，即便是現場不具備管道施工條件，也可實現管道預制與土建基礎平行施工，縮短了施工工期，最大程度減少了現場焊接工作量[1]。

2) 流水化生產，充分發揮自動切割設備的優勢，即是不同場站的管道預制任務都可以在管道工廠化預制車間進行批量下料，流水作業，集中預制，設備利用率高。大大的提高了勞動生產效率。

3) 實現了統一管理，降低安全風險，節約了人力、物力、生產成本，最大化提高了創效能力。

3. 管道工廠化預制的實施

3.1. 確定預制方案

根據阿美公司對管道施工的質量要求及工藝復雜程度，針對Remote header 與OPTF 工藝管線預制，各種施工材料種類繁多，尤其是管材規格多、材質種類多、相對應的焊接工藝復雜。通過與設計聯合辦公，并提供現場相關數據，建立場站3D 模型圖，同時高度結合現場實際尺寸與ISO 圖紙，同時建立項目材料數據庫，使用ISO 圖紙進行匹配，計算出每個焊口的準確下料尺寸，再經過現場測量OPTF 與Remote Header 的Tie-in 點坐標，并結合Spool 管的具體尺寸，可以完成得到工藝管線的精確尺寸，使工藝管線預制比例可以提升至70%。大大減少現場焊接工作量，加快現場進度。

3.2. 優化設計，進行二次設計

由于NGCP 項目的設計由業主完成，但經過技術人員圖紙會審，發現設計圖紙長度標注錯誤、阿美預制管段與圖紙尺寸不符，各專業圖紙數據沖突等各類錯誤，而且業主設計團隊經常升版圖紙，造成預制施工無法順利進行。為了保證工藝管道工廠化預制快速、高效的進行，項目施工團隊結合場站3D 模型圖與項目材料數據庫，使用ISO 圖紙進行匹配，優化圖紙，準確計算出每個管段的下料尺寸，再經過現場測量Remote Header 的Tie-in 點坐標，并結合阿美預制管段的具體尺寸，得到工藝管線的精確尺寸，進行二次設計，從而使工藝管線預制比例提升至70%。

考慮到各專業圖紙偏差和結構專業施工修改引起的偏差，要做到工藝管道預制加工尺寸和現場需要尺寸相匹配，就需要對現場結構尺寸進行實測，根據實測數據，對比3D 模型圖，對各種管道的管段、管件、焊口進行定位、編號，統計出各種材料的規格數量及施工要求，并對管段、配件、編號、口徑尺寸逐一標注，進行施工圖紙的二次設計，重新標注管道單線圖尺寸，出具加工圖并存檔。

3.3. 預制工藝流程

預制工藝流程如下：原料儲存→管道下料→管道加工→連接配件→檢驗、涂裝→標識編號→管段釋放→成品儲運。

3.4. 預制過程控制

管道預制工作在車間內進行，應分成機械加工下料、組對焊接、檢驗等工序，按工序進行施工資源的匹配，每道工序作業人員作為一個臺班，按照二次設計的施工圖紙進行預制工作，各工序間進行流水化施工。

3.4.1. 預制精度控制

采用管材冷切割技術，提高坡口加工精度，確保組對間隙偏差；使用專用組對胎具、防變形卡具及合理的焊接順序，控制焊接幾何變形，減少人為因素對預制精確度的影響[2]。尤其對于CLAD 管，應該實行計算機配料，合理套裁，減少材料浪費。加強成品管段幾何尺寸測量，確保預制精度符合設計要求。

針對NGCP 項目中，CLAD 鋼管(內襯復合管)與Alloy 管無法使用熱切割進行。鑒于CLAD 管價格昂貴，可焊性差，為減少滲碳層對焊接質量的影響，采用PHBM-12 管道高效坡口機進行切割，每道焊口不僅坡口角度規則，而且切割損耗量只有2～3 mm，在減少切割損耗量的同時，保證了預制精度。冷切割技術不僅可以應用于CLAD 鋼管切割，還可以應用于其他材質鋼管切割，應用范圍廣，切割效率高，坡口可以一次切割成型，省去了二次打磨與PT 檢測的工作量，可以進行流水化施工。

3.4.2. 預制管段劃分

預制管段必須滿足倒運、吊裝、現場安裝的要求。管道預制深度劃分應結合倒運路線和現場設備環境因素考慮后制定，一般為二維結構。相關焊接管件與主管焊接為一體，盡量減少分支管的焊接。在現場設備、鋼結構等安裝偏差未定情況下，預留安裝調節段或調節余量，在安裝時現場實測后在現場精確下料[3]。當材質特殊或現場無法加工時，選擇預留安裝調節段的方法，一般普通材質管段預留50 mm 安裝余量，CLAD 鋼管(內襯復合管)與Alloy 管預留20 mm 安裝余量。

3.5. 現場模塊化施工

按照施工現場管段需求，做好各工序銜接工作，分批次進行預制管道的倒運工作，應避免預制管段在現場進行存儲，最好將預制管段直接吊裝就位，減少現場二次倒運對預制件可能造成的幾何變形或防腐層損毀。對于大型預制件(超寬、超長件)，應提前進行吊裝、運輸風險識別，并制定詳細的吊裝、運輸方案，在確保各項安全措施完全到位的前提下，方可開始現場施工，從而保證預制管段模塊化施工順利進行[4]。

3.6. 數字化管理

3.6.1. 預制過程數字化管理

在管道預制前，使用ACCESS 軟件將ISO 圖中材料、焊口、開孔、凸臺、預制管段等所有數據統一錄入數據庫，與材料供應數據庫進行匹配，建立統一的材料供應數據庫，實行計算機材料管理，及時準確掌握各項材料需求信息，定期分析材料需求信息，制定預制材料需求計劃，同時可根據此計劃計算工藝管道的預制焊接量，為制定管道預制計劃提供依據。焊口、工藝材料使用的錄入，為整個預制過程工程量統計和質量檢查工作莫定基礎[5]。

3.6.2. 焊口數字化管理

對于預制焊口，使用ACCESS 軟件建立材料發放→下料→焊接→無損檢測→檢驗、噴涂→管段試壓→成品儲運的焊接數據庫，確保整個預制過程的可追溯性，以此來提升工藝管道工廠化預制的品控。同時，由計算機自動計算各種規格管道單口焊材消耗量用量，再根據預制總量計算焊材需求量，同時可以實時監控焊材消耗量，控制焊接材料的消耗。

3.6.3. 預制管段數字化管理

根據ACCESS 軟件的自動匯總、查詢功能可以對不同區域、不同時間段、不同作業單位的焊接工作完成情況進行動態信息跟蹤，同時對已完成管段的名稱、數量、存放區城具備查詢功能，以便掌握，根據現場安裝需求，及時組織發運，滿足現場施工需求，對預制過程實行全方位監控[6]。

4. 結論

通過在NGCP 項目深化應用工藝管道工廠化預制，總結出一套非常實用的工藝管道模塊劃分辦法、預制操作規程，在NGCP 項目實踐中取得良好效果。該項目DN15～DN900 的所有工藝管道全部在預制廠進行，預制焊口共：140,722 寸徑，單日最高完成1205 寸徑/天，焊口一次合格率達到98%以上；以上數據充分說明采用工藝管道工廠化預制，經濟效益與社會效益顯著，不僅實現工藝管道預制與土建工程平行施工，大大縮短工程建設工期，同時避免了自然因素與人為因素對焊接質量的影響，大大提高了工程質量及施工效率，充分證明工藝管道工廠化預制是解決油氣集輸工程場站產能建設工程建設周期長、施工資源投入高、過程控制復雜的有效途徑。