淺析狹窄空間大直徑工業管道更換施工工藝

郭紅林

（山西省安裝集團股份有限公司，山西太原 030000）

0 引言

山西省安裝集團股份有限公司曾承建的某鋼廠高爐大修工程西區熱風爐、煤氣系統等設施施工，制粉噴煤車間需要更換2 趟氣粉混合物管道（管徑φ1620×10，材質Q355B），大直徑煙氣管道φ3320×10 管道，更換部位從磨煤機出口（標高5m）起垂直穿越十層鋼結構框架至收集器進口，高度約60m。在管道安裝過程中，為了減少施工周期，提高施工質量，施工人員采用了狹窄空間內大直徑氣氛混合物管道更換施工方法。

1 工藝的原理

該管線位于廠房內部且施工空間特別狹窄，無法使用汽車吊施工。經技術考慮分析，采用門型架配合卷揚進行拆除，具體工藝為：用置于最頂層鋼平臺的門型架配合地面放置的卷揚機將氣粉混合物管線分段拆除后，利用拆除后的空車間，按照從下向上的方法，將直管段部分管線逐層下降，降落一層拆除一層，拆除后的管道吊運至地面后，進行清理交廢處理。然后安裝時使用“剪刀”提升工具配合卷揚機利用原有的孔洞空間將管件、管材逐層提升至每層平臺，每提升一段（4.5m），組對焊接一段，實現管道從上向下施工。

2 主要施工工藝

2.1 施工工藝流程

施工準備→原材料檢驗→排版、下料→鋼板卷制→管道防腐→預制管段組對、驗收→吊裝工裝設置→舊管道拆除→更新后管道組裝、焊接→管道焊縫檢驗→管道試壓及吹掃→管道保溫→竣工驗收

2.2 操作要點

2.2.1 管道拆除

拆除工序：拆除前施工準備→拆除裝置的組合→收集器進口管道及磨煤機出口管道拆除→從下向上直管段逐層拆除→吊運地面清理。

2.2.2 拆除前準備工作

拆除前，項目編制了管道拆除專項施工方案，方案中經過計算分析，確定在制粉噴煤車間最頂層鋼平臺處設置1 臺門型架，地面放置1 臺5t 的卷揚機，以此來確保管道在既有的空車間內安全、高效拆除。

2.2.3 門型架預制及拆除裝置組合

門型架采用φ108×9 無縫管預制，將預制合格的門型架承重部位放置在制粉噴煤車間氣粉混合物管道的頂層鋼平臺兩側的鋼制輔梁上，并在門型架中心位置固定1 個定滑輪，隨后將需要拆除的管道（內側）在水平方向180°分別焊接兩個吊耳，吊耳采用δ10mm 鋼板加工而成，最后將φ16-6×19 鋼絲繩一端與需要拆除的管道吊耳連接，然后通過門型架固定的定滑輪，另一端與卷揚機連接，管道拆除如圖1 所示。

圖1 管道拆除

2.2.4 收集器進口管道及磨煤機出口管道拆除

由于該管線最頂層收集器進口處原有天圓地方管徑大（φ1620mm/1800×1300mm），重量重（單個重約4.2t），高度高；且最底層磨煤機出口處為90°耐磨彎頭，重約2t，高度約5m，不利于垂直拆除，為了確保拆除工作高效、快捷，首先要在最頂層平臺上搭設活動腳手架，將收集器的進口管道拆除，隨后在最底層平臺上直接拆除磨煤機出口管道。

2.2.5 直管段拆除

最頂層收集器進口處及最底層磨煤機出口處兩段管段拆除后，之后從收集器的進口向磨煤機的出口進行逆向拆除，采用門型架配合卷揚機方法進行，卷揚機鋼絲繩通過定滑輪對需要拆除的管道內側吊耳連接，開始分段切割，每段長度不超過4.5m 且拆除的每段重量不超過2.7t，該段切割完畢后，啟動卷揚機，拆除的直管段隨著鋼絲繩逐層下降，按照降落一層拆除一層方式，拆除后的管道吊運至地面后，進行清理堆放交廢處理。以此循環進行第二段、第三段……拆除，直至該系列直管段管線全部拆除完畢。

2.2.6 補償器安裝

安裝工序：補償器（天圓地方）預制→補償器運輸→補償器安裝（補償器更換工具）→補償器組對、焊接→補償器焊縫檢驗→管道系統試壓及吹掃。

管道補償器拆換工具主要由底板1、萬向輪2、套筒3、支撐桿4、液壓桿5、支撐板6、蓋板7、固定槽8、防滑墊9、把手10、固定板11、固定桿12、卡槽13、連接桿14、握把15、壓縮彈簧16 組成。補償器拆換工作原理為：將載有新的補償器的更換裝置通過萬向輪移動至需要更換的波紋補償器的下方，將固定槽對準需要更換的波紋補償器，啟動液壓桿，將支撐板升起，將固定槽托在波紋補償器的下方，蓋上蓋板，將固定桿重新插入卡槽中，將固定波紋補償器的螺栓擰下，將波紋補償器取下。然后，將新的波紋補償器推到需要安裝的位置，用螺栓將新的波紋補償器安裝上。該裝置的應用能夠免去人員搬運和拆卸補償器的過程，實現快速更換。另外通過該裝置自身通過壓縮彈簧緩沖補償器下落重力的作用，還可以通過固定槽和防滑墊的配合設置，防止波紋補償器掉落，補償器拆換工具如圖2 所示。

2.2.7 管道預制

（1）為了便于材料運輸，鋼板為定尺板（1.5m×10.2m）共計80 張鋼板。

（2）卷管的周長、圓度允許偏差應符合表1 的規定。

（3）管端端面與中心線的垂直偏差不得大于管子外徑的1%，且不大于3mm。平直度偏差不得大于1mm/m[1]。

圖2 補償器拆換工具

表1 周長（邊長）及圓度（對角線）允許偏差 單位：mm

（4）在卷管加工過程中，應防止板材表面損傷。對有嚴重傷痕的部位必須進行修磨，使其圓滑過度，且修補處的壁厚不得小于設計壁厚。

（5）卷管的內壁錯邊量不得大于管壁厚度的10%，且不大于2mm[2]。

氣粉混合物管線由于管徑大（φ1620×10），采用卷管預制，為了保證卷制后管子截面的幾何尺寸，在距每段管的兩端200mm 處設置一道支撐，如圖3 所示。

圖3 管道支撐

2.2.8 管道運輸

由于車間內空間狹窄，預制好的管道及附件無法在車間內采用吊車等機械直接運輸至車間磨煤機出口（標高約5m），而是采用在車間外將預制好的管道吊運至制粉噴煤車間4 層平臺處，將車間的設備備件進出口作為運輸通道，通過臨時倒料平臺，將管道倒至該層平臺管道拆除洞口處，最后通過提升裝置組合，將各管道分別運輸提升。

2.2.9 管道安裝

管道提升工具“剪刀”或“夾子”的吊裝提升卡具裝置用于管道的垂直提升過程，該提升卡具主要由卡鉗件1、卡鉗件2、軸銷3、U 形環4、牽引繩5、防滑防脫落齒5、前端防滑齒6、卡鉗凹部7、卡鉗凸部8 組成。詳見圖4、圖5。此裝置提升時對U 形環形成拉力，對管道管壁形成剪力、固定緊力，從而達到管道直線提升時，起重卡具的垂直提升作用。

圖4 提升工具組成

圖5 提升工具大樣圖細部構造

利用拆除使用的門型架結合提升工具“剪刀”組合裝置配合卷揚機分段向上提升。安裝時，卷揚機一端通過門型架定滑輪與“剪刀”提升工具牽引繩5 相連接，“剪刀”提升工具另一端夾緊管道前端進行拖拽，管道后端用3t 倒鏈固定，隨后啟動卷揚機，管道沿著拆除后的孔洞空間緩緩上升，過程中若遇到阻力，應適當調整，按照逐層提升至每層平臺，每提升一段，則焊接一段，實現管道從上向下施工。

2.2.10 平臺上管道組對、焊接

所有管道提升到各層平臺后，在平臺上進行組對、焊接，需注意以下4 點。

（1）卷管對接焊縫組對時，采用氣焊、電焊立焊時，錯變量不應大于母材厚度的10%，且不大于3mm[3]。

（2）鋼管卷管的筒節與筒節、筒節與封頭組對時，相鄰兩節車間縱向焊縫車間距應大于壁厚的3 倍，且不應小于100mm，同一筒節上兩相鄰縱縫車間距車間距離不應小于200mm。

（3）管道同一直管段上兩對接焊縫中心車間距離，當工程尺寸大于或等于150mm，不應小于150mm。

（4）卷管彎頭先焊彎頭兩側的焊縫，再焊外背和內側的焊縫。

3 質量控制措施

3.1 提升工裝裝置操作中質量控制要點

（1）施工過程重點控制管道提升過程中，提升運動的形變。

（2）操作前應將設置在管道外壁的吊耳全部去除，并用角向磨光機打磨干凈光滑。

（3）提升工裝裝置操作時為了防止管道橫向位移，應按照要提升速度要求進行提升。同時注意提升過程保證管道受力情況。

3.2 管道安裝控制要點

（1）管道的坐標、標高、間距等安裝尺寸必須符合設計規范，其偏差不允許超過規定。

（2）管道的焊口應盡量選在遠離設備的部位，以防設備受到焊接應力的影響。

4 結語

采用本工藝施工，工序完整、流程緊湊，可以縮短施工工期，提高工作效率，節省人力物力資源，從而產生經濟效益，節約成本114000 元，管道質量得以保證，為提前使用創造了條件，得到了監理及業主的一致好評，產生了良好的社會效益。