管道工廠化預制技術在石化裝置機電安裝中的應用

楊明君

（中建三局第三建設工程有限責任公司，福建 廈門 361000）

隨著石油工業的發展，越來越多的跨國公司開始在國內進行建設和投資，我國石油化工業發展迅速，這也對其提出了更高的發展要求，提高了國際競爭優勢。因此提高管道工程建設水平至關重要。因為在石化裝置中管道工程的任務量最大，施工周期較長，通常情況需要使用大后壁高壓管，對安裝水平及焊接的要求較高，所以強化施工組織設計工作，高效地完成施工任務，對保證石化裝置按期完成起到了重要的作用。

1 管道預制

管道預制的主要組成部分包括預制場預制和現場預制。不管是哪一種預制，其加工場地的要求均是相同的。整體要求包括4 點：1）施工現場環境需要與施工方案或者技術交底的要求相符。主要施工條件包括安全條件和氣象條件。安全條件的主要內容為操作防護、防火以及防毒等，氣象條件的主要內容為溫度、濕度、風速和防雨雪等。2）應對材料、半成品以及產品堆放區域進行合理分配，對其質量情況以及產品類型進行明確標識。3）應確保施工設備滿足施工方案以及施工交底的要求，主要為設備的質量性能、安全情況滿足要求，設備的附屬計量儀表完整可靠。4）配備工具需要滿足施工方案或者技術交底要求。在大型石化裝置管道施工過程中，各個大型建設單位都開始廣泛地應用管道工廠化預制焊接技術。工廠化預制系統通常由不銹鋼預制生產線及碳鋼、低合金鋼預制生產線組成，能夠同時實現不銹鋼和碳鋼、合金鋼管道的預制焊接。常用的焊接方法為熔化極氣體保護焊接和埋弧焊接，能夠實現對不同壁厚要求的滿足，實現不同管徑的管道焊接，對于后壁大管徑管道的焊接來說十分實用。真正意義上實現了管和管，管和彎頭、管和法蘭、管和三通等多種形式的組對以及焊接，通過組合管段的方式完成焊接連接。為了進一步提高焊接的效率，使用了效率極高的坡口機加工技術對坡口進行加工，通過磁吸式管道火焰口切割機、滾床式火焰等離子坡口切割機，對普通壁厚碳鋼、低合金鋼管道坡口進行有效加工，通過帶鋸床和端面坡口機完成厚壁碳鋼、低溫鋼的加工，通過高校切斷坡口機完成不銹鋼管道切割機坡口的加工。坡口的形式通過加工可產生較為復雜的“V”形、“U”形和“X”形。經過加工處理后的管道坡口表面平整，尺寸十分規范，打磨的工作量較少，能夠有效確保組焊間隙，進而提高了焊接的整體質量和施工效率。除了硬件的改善外，軟件也得到了改善。管道預制焊接環節使用管道預制設計系統和安裝管理系統，通過電腦進行控制，基于管道數據庫的建立，能夠實現對管道的自動建模，形成單線圖和管段圖。

2 管道工廠化預制

隨著石油化工裝置大型化、集成化發展，并且工藝管道日益復雜、分布高度密集，管道的施工量越來越大。為了保證發展效率，管道工廠化預制具有十分重要的作用，具體包括5 點：1）管道運輸的主要設備為汽車、運輸車、液壓運輸車、鏟車等，或者使用人工抬杠等方法，應根據實際情況選擇合理的運輸方法，有效完成運輸。其中需要注意，不能使用地面拖拉等運輸方法，尤其是通過表面探傷的管道，嚴禁在地面上直接進行拖拉運輸。通過加工處理的高壓絲扣，在實際運輸的過程中需要使用絲扣法蘭等管道構件加以保護。因為管道的壁厚較厚，通過車制的“U”形等坡口，推薦使用硬質材料套上，對坡口形成有效防護。2）高壓管道需要對管道表面進行檢查，檢查方式為磁粉探查檢查，應該保證管道表面無任何損傷。如果檢查的過程中發現管道表面存在損傷，應對管道進行修磨處理，但是完成修磨后，管道壁厚不能小于90%的公稱壁厚。3）應該結合現場實際情況，科學、合理地選擇封閉管道。通過現場負責人員對封閉管道進行繪制，確保管道加工單線圖的可靠性，預制過程中進行封閉管道的加工處理。4）切管方法及要求。在切割管道的過程中應結合管道的口徑、壁厚以及材料明確管道的切割方法，最優選擇為機械切割方法，主要使用砂輪切割機、管鋸床、便攜式電動鋸管機、手工鋸管等方法。5）焊接坡口加工。應該結合焊接工藝以及管道的口徑、材質等明確管道坡口的具體加工方法。常用的加工方法包括大口徑管道切坡口機、空氣等離子切割機等。在預制過程中應該嚴格遵守焊接工藝要求。加工坡口需要選擇機械加工的方法，這樣才能保證加工的有效性。

3 石化裝置的預制管道組合件施工及優勢

為了運輸和起吊作業的方便，通常情況下要使管道組合件少于12m×4m。組合件需要進行下述3 項：1） 疏通水路、旁路熱工儀表測點鉆孔。2）焊接管座、復板及彎頭等，并進行熱處理，除此之外還包括管端坡口施工作業。3）對管道內部和外部的清理作業。管口密封處理，施工過程中全線管道組合件運輸至廠房，確保一次就位，架空部分管道使用鏈條葫蘆吊在相應位置，然后根據圖紙完成全線對口。如果管道口涂有防銹漆，完成對口處理后，需要進行焊接處理。通過熱處理使其符合設計要求，完成工作任務。

通過實踐研究可知，預制管道組合件的優勢包括下述9 點：1）能夠減少人力的投入，不需要安排較多的施工人員，有效縮短工期。例如，某企業進行30 萬kW 機組安裝，管道工包括5 組，但是電廠僅有3 組。由于電廠組合件焊口占全部焊口2/5，因此焊工也需要減少2/5 左右。施工所需材料也會相應減少，工期也會隨之縮短。2）管工和焊工能夠分別根據計劃進行工作，大大提高了工作效率。3）因為管道組合件一次就位，懸吊于空中，現場通道通暢，符合文明施工準則。4）不需要使用管道組合場，節約了施工成本。5）工廠加工過程可使用效率較高的專用機械，提高工作效率。6）工廠工作條件良好，有助于改善工作質量。7）不易受到外界環境因素影響，能夠保證工程按期完成。8）工廠根據分段圖制定工藝卡片交工，主要形式為流水作業，工種劃分十分細致，有助于培養專業人才。9）能夠實現多管道同時加工，尤其是規格相同的機組，節約了材料成本[1]。

4 工藝管道工廠化預制生產線實施

首先要具備工廠化預制基本平臺，這是工藝管道工廠化預制生產線實施的重要前提。其次需要有效聯系和組織各項工作，例如切割、坡口、焊接及組對等。工作人員需要使用先進的自動控制系統設備及高效、穩定的自動焊機，有效提高生產效率及質量。

暢通物流的應用十分重要。如果僅使用專業設備但不使用暢通物流設備。雖然能夠感覺工作效率有所提高，但是其實需要花費30 min 左右才能完成一根管子。但是如果使用暢通物流設備，其生產效率則會提高3 倍。

4.1 工藝管道工廠化預制生產線流程

圖1 為生長線流程圖。該流程可劃分為兩大部分，第一部分可概述為焊接準備系統，第二部分可概述為組對、焊接工區。兩部分均需要使用物流輥道實現連接。

該流程的主要特點包括4 個：1）適用范圍較廣，得到了單品種大批量以及多品種大批量模式的廣泛應用。2）全部生產線結構合理、布局穩定、過程具有持續性。3）具有極高的程序控制自動化程度。4）使用成本較低，具有較高的工作效率，質量具有穩定性。

4.1.1 切割/坡口焊前準備系統

該系統的主要作用為將原材料管子下料切割以及開坡口，因此需要保證工程的連續性，全部工序如上線、送進、測量及切割等都需要一次完成，主要內容包括5 條：1）上線。使用滾架和專用機械手進行管子的自動化上線傳遞。2）送進。使用“V”型動力輥道能夠確保單根管道的持續性推移。3）測量。測量工作主要依靠具有伺服電機的移動小車完成。4）切割和開坡口。該工序需要借助帶鋸切割機，自動化切割線上管子，使用專門的高效坡口機用來提高、旋轉和對中機構，確保對管子兩側自動開坡口工作的順利進行。5）下線。將完成開坡的管子使用滾架和機械手，確保其下線和傳送的順利進行[2]。

4.1.2 機械化組對和自動化焊接系統

同上述切割/坡口焊前準備系統具有一定的類似性，組對和焊接工區的工作也具有一定的連續性，這樣才能保證全部生產線的協調性和高效性。

通過對過往施工經驗的分析，其中工作量最大的部分為工藝管線中的短管部分，其長度在400 mm～1 300 mm，通常情況下每通過1 m 便能看到一個焊接接頭；其次是中長管，其長度為1 300 mm～6 000 mm，通常情況下每通過6 m 便能夠看到一個焊接接頭；工作量第三的是腸管，其長度為6 000 mm～12 000 mm。上述部分都需要和不同的管件接頭焊接，因此其預制量也存在一定的差異。因此可以通過科學合理的方式對組對和焊接的工作區進行統籌劃分，將管段長度是唯一標準作為其主要原則，為輸送輥道的自動分揀提供便利。之后保證不同工作區的組對和焊接使用不同的接頭方法、薄厚，每個工作區不僅要獨立，而且要互補。圖2 為焊接示意圖。

5 管道生產質量控制措施

管道工廠化的主要目標便是進行分段管段組合件設計工作，主要內容包括材料的選購、訂貨、加工、檢驗，確保達標優質的產品出廠。根據相應流程，確保流水作業的穩定性、有序性，提高工作的質量和效率，下面該文對其中存在的問題展開分析。

5.1 材料訂貨

圖1 工藝管道工廠化預制生產線流程圖

工廠首次按照材料總需求量的70%～80%訂貨，直到分段圖結束后，再進行后續其他的訂貨。通常情況下，交貨時間為3 個月，并且應堅持長度訂貨原則，主要為了避免大量浪費現象出現。在初步設計階段完成訂貨。為了進一步節省材料，在鋼管到貨后，按照到貨的具體尺寸，認真完成配料工作，然后明確管道組合件分段的實際尺寸，這樣會導致加工時間延長，不利于工程按期完成。

5.2 組合件設計需求

工廠設計圖紙的主要內容包括2 點內容：1）同預制組合件對應的全線管理圖，這是按照設計部門圖紙進行設計的，也是管道施工人員現場施工的重要依據。通常情況下，該圖紙通過單線圖的形式體現，局部位置需要補充詳細圖。圖紙上應具備下述內容：組合件對應編號、現場焊口的實際位置、不同規格管道分界位置以及管子的規格。2）組合件圖。這是工廠內部加工需要使用的圖紙，通常情況下需要通過全線管路圖進行核實，例如多種開孔的具體位置、大小、管座的具體型號以及焊接支吊架復板和導向架等，并在圖紙上標注好其具體方位[3]。

圖2 焊接示意圖

圖3 清理現場

5.3 管件的驗收及檢查

一般情況下，組合件工廠使用的管件部分為外購件，部分為自主加工，但是組合前需要詳細檢查組合尺寸，并做好記錄工作，為組合過程中調整誤差提供便利，例如對彎頭角度的詳細檢查，對三通偏斜程度的核實，對直管彎曲程度的檢查，對大頭、小頭同心度以及兩側面平行度的檢驗、閥門兩側的長度和平行度等。只有全面了解上述情況，在組合的過程中才能夠有效調整誤差，確保組合件的穩定性。除此之外，還需要加大對鋼材型號、機械性能以及化學成分等常規項目的檢驗力度。

5.4 清理和包裝

與傳統模式下現場安裝水平相比，管道組合件生產的特點集中體現在管道內部和外部的清洗工作方面，該項工作需要通過一個車間完成。通常情況下，需要使用酸洗的方式進行清洗，完成清洗后還需要將防銹漆均勻涂在管道外側，將吸潮劑放置在管道內部，并密封管端，旨在防止潮氣進入，同時加大對管端坡口的保護力度。塑料罩或者鐵皮罩都可以作為密封罩使用，密封性能良好。為了避免管材在運輸時發生變形，還需要進行包裝處理，通常情況下選擇木制托架將其包裝。圖3 為清理現場圖。

6 結語

在施工現場安裝過程中，預制管道組合件能否對口，管道具體位置及坡度是否符合設計要求，都是需要仔細考慮的問題。通常情況下會選擇三次元管道作為石化安裝管道，其管線較長，并且工作量非常大。因此在進行管道組合件工廠化時需要從該管道開始，選擇合理的位置留置焊接接口，并合理延長預留管段。如果條件允許，其他管道也可以實施。

總的來說，提高管道施工工藝水平，應該加強對技術的研究力度，降低施工成本，確保工程質量，施工部門需要加大資金投入力度，提高工廠化預制水平，進而有效解決問題。