油氣長輸管道安裝技術關鍵點研究

周勇(中石化河南油建工程有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

油氣長輸管道安裝技術研究持續深化，是完善國家能源輸送模式，夯實輸送基礎的必然選擇。油氣長輸管道的應用，不僅減少了能源輸送成本，刪除冗余操作環節，同時有效控制能源損耗，對國家能源輸送工作開展具有現實意義。正因為如此，必須加大對油氣長輸管道安裝技術關鍵點研究的力度，結合我國能源輸送特點，克服地域空間大、輸送環境復雜、運輸困難等不利條件，梳理安裝技術關鍵點去保證油氣長輸管道安裝質量，提高油氣長輸管道應用安全性，為國家能源輸送系統拓展與升級積累經驗。

1 油氣長輸管道安裝技術關鍵點研究的必要性

在我國，油氣管道的建設發展，對我國的能源安全和國民經濟發展起到了積極的作用。目前，我國的油氣管道建設已有3 000 多公里，遍及全國。長輸管線輸送天然氣、原油、成品油等占總輸送量的40%以上，長輸管線輸送石油、煤炭、金屬礦石等資源占總輸送量的20%左右。油氣長輸管道的主要功能是將石油、天然氣輸送到用戶手中，是國家重要的基礎設施[1]。油氣長輸管道工程建設不僅需要強大的資金實力，更需要先進的技術和管理手段。由于管道施工現場環境復雜，在建設過程中容易出現管道腐蝕，加上長輸管道沿線長、跨度大，管道焊接難度大，所以不可避免會出現焊接問題。因此，應該做好防腐工作，提高焊接水平等，處理好管道安裝技術關鍵點，以保證管道正常運行。

2 油氣長輸管道安裝項目概況

此次研究的管道項目所在地位于黑龍江省黑河市，地理位置優越，東臨黑龍江，南臨黑河，西靠穆棱，北臨撫遠。施工區域的地形條件相對理想，大部分為平原地形，地勢比較平坦，整體以西高東低為主。管道一期工程起點位于穆棱市站前區站房附近(K035+749.7)，終點位于穆棱市站前區站房附近(K036+589.7)。管道全長約319.4 km，管徑1 016 mm、1 219 mm、1 350 mm、1 530 mm 等多種規格。一期工程設計壓力為10 MPa(81.8 MPa)。截至2022 年5 月31 日，已累計使用鋼材102 673.3 t。管道施工主要選擇槽車作為主要運輸工具，并搭配吊車在施工現場靈活運輸。為方便施工材料應用，將材料堆放區域設定在施工現場。堆放場地占地面積約為7 706 m2，其中主要材料堆場占地面積約為4 448 m2。

3 油氣長輸管道安裝技術要點

3.1 三相分離器安裝技術要點

油氣管道在長距離、高壓力和高溫環境下運行，會對管道內的介質產生高溫、高壓作用，因此需要在管道內加裝一定的設備來保障油氣穩定輸送。此次管道安裝施工項目中，結合油氣長輸管道中三相分離器的作用及重要性，對其安裝技術要點進行研究[2]。在安裝過程中要重點關注設備的材質和規格尺寸以及設備在安裝過程中的保護措施。三相分離器可以使液體介質形成三相流，避免油、水、氣等三相介質對管道造成腐蝕，從而達到提高油氣輸送效率的目的。

3.1.1 設備材質

油氣長輸管道三相分離器的主要材質為不銹鋼和碳鋼，其中不銹鋼材質為Q235-A，碳鋼材質為Q345-A。在實際生產中，除特殊介質外，一般均采用不銹鋼材質。在油氣長輸管道中三相分離器多用于清管作業，其材質要求為304 或316 L[3]。

3.1.2 三相分離器規格

(1) 三相分離器的規格主要有兩種：一種是直徑≥φ600 mm；另一種是直徑≤φ600 mm。其中直徑≤φ 600 mm 的設備一般選用內徑為φ 1 000 mm 或φ 1 200 mm 的三相分離器。

(2)三相分離器規格型號由規格尺寸和公稱通徑兩部分組成。規格尺寸主要包括設備尺寸、殼體尺寸、法蘭尺寸等，公稱通徑指設備外徑與管內徑之比，常用的公稱通徑為3-4/6-5/10-12/20-25 等。

3.1.3 安裝注意事項

三相分離器主要包括三個元件，其一是油水界面調節器；其二是捕霧器；其三是筒體。置換分離是三相分離器中筒體關鍵功能，組建期間筒體的安裝必須遵循水平控制原則。筒體固定后安裝鞍座，其間檢查介質整體度，并保證排污池、排污管線之間連接到位。捕霧器的安裝，根據其濾網檢查功能，重點集中在管道口、管線操作方面，將其與氣液分離器連接牢固，使其能夠充分發揮出凝的作用[4]。油水界面調節器主要功能為油水出口調整，需要對油水濃度進行科學設定，以提高廢水中的石油含量，確保出油的水分含量均達到了設計要求。此外觀察液位計，隨時確定液位高度。最常用的是磁性翻柱式水平儀和翻柱式水平儀兩種，具體使用中要保證其和凸緣管道的連接是牢固的。

3.2 管道焊接技術要點

此次研究將對長輸管道安裝中遇到的問題進行分析，并提出解決方法，以提高管道安裝質量，延長管道壽命。

3.2.1 焊接材料的選擇

焊條的組成包含多種元素，如：硅、碳等，焊條的基體為黑色粉末狀，施工中所應用的焊條均通過加水、干燥等調制而成。焊條包括常用、特殊兩種型號，焊條型號的選擇根據安裝焊接要求決定。焊條運輸之前必須按照要求包裝處理，并在施工之前對焊條進行清水浸泡，時間設定為30 min，隨后再次烘干[5]。

3.2.2 下管關鍵點

下管前必須用丙酮擦拭管子表面，然后用刷子刷凈焊道表面的氧化物和鐵銹等。下管前對焊道進行了除銹處理。下管時，焊工應該站在下管架上操作。焊工必須在管架上立著工作，不得站在地上進行下管工作。先將管道的管件連接好，然后用鐵絲捆扎起來放在下管架上；每根管子必須由兩個人操作，兩人都要站在管道的下面；兩人要抬起管子的一頭并在另一頭上放好。操作人員在放管子時應站成直角方向，并且要用手扶著管子一端；當管子放好后，操作人員應馬上把管子放下，然后將下管的鐵絲捆扎好再放下；同時下管時還要注意防止鐵絲將管件纏住；當下管架上的鐵絲被纏住時，要用力拉下來[6]。

3.2.3 焊接護理

在進行長距離輸送管線的焊接時，所有焊接操作必須符合規范，以保證焊縫的施工技術達到設計要求。焊接施工質量受多種因素影響，如：焊接材料的選擇、焊接施工環境、焊接工具的應用、技術人員技術專業性等，所以在焊接施工過程后，要有專門的人員進行仔細地檢測，同時要有監理人員參與，隨時掌握施工現場具體情況，同步檢測焊接質量[7]。

3.3 泵機、閥門安裝技術要點

以下分別提煉了泵機、閥門安裝的技術要點，為規避安裝問題，提高安裝質量提供參考。

3.3.1 泵機安裝要點

(1)泵及設備因為功能特殊，并且影響因素復雜，所以必須全方面檢查，保證型號與油氣長輸管道施工匹配，設備功能正常。尤其是冬季施工期間，溫度比較低，泵機若未及時防凍功能會受到影響。部分泵機處于長期停用狀態，需仔細檢修并保證正常運行情況下安裝[8]。

(2)泵機主要以吊運的方式運輸至施工現場，由專業機械輔助完成吊裝，就位操作。

(3)對于在水平管道上進行泵機和閥門安裝時，應考慮泵與閥組的相對位置(當泵組置于閥組之上時，則應將泵組置于閥組之下)；對于在豎直管道上進行泵機和閥門安裝時，應考慮泵的豎直位置(當泵置于閥組之上時，則應將泵組置于閥組之下)。

(4)安裝過程中，應注意控制好泵機的位置，確保其與管道保持垂直，并采取可靠的保溫措施。此外，在安裝過程中要注意確保泵機與管道之間沒有任何干涉和摩擦。泵機組在管道上的安裝位置應符合設計要求，且便于操作和維護[9]。此外，為了防止泵機組受到水錘等機械損傷，在管道上還應該設置有支托、吊架或安全拉索。泵機組與管道的連接處應焊接牢固，并采取可靠的保溫措施。此外，在安裝過程中還應該注意檢查閥門是否可以靈活關閉，確保無泄漏。

(5) 泵機安裝現場要求必須有專業隊伍組織測量與監督工作，實時測量與記錄泵機壓力、流量、功能運行等信息。還應注意確保各儀表設備的安裝位置準確、固定牢靠、調節靈活等問題[10]。泵類設備的安裝過程中，根據實際情況設置相應的安全防護措施，如有必要還可以設置相應的報警裝置等。泵類設備安裝施工中應注意安全防火問題，同時還應設置消防設施和應急預案等。

(6)提前對泵機、閥組與管道連接材質進行分析，如果選擇法蘭，則選擇的重點集中在法蘭材料本身即可；如果選擇螺紋，則選擇中還需要對閥門密封墊綜合考慮；如果選擇直接焊接，則選擇的重點集中于焊接材料。泵和閥門之間連接管道在布置時必須考慮介質流動方向。對于在水平管道上進行泵機和閥門安裝時，有液體介質流向要求的部位(如放空閥)應設置在管道上部。

3.3.2 閥門安裝要點

(1)閥門在現場進行組裝前，必須進行檢查、校正和試壓，其允許偏差應符合相關標準要求。閥門安裝方法靈活多變，可根據現場情況，選擇整點吊裝、支架法等，還可以多個方法搭配完成，如：支撐架支撐法-吊點式吊裝-支架法。

(2)待閥門安裝完畢，組織設計充水試驗。充水試驗初次壓力設置為工作壓力值×1.5，要求時間必須≥30 min。試壓過程中，注意對閥桿、閥體間隙進行控制，要求必須≤10 mm。及時拆除臨時支撐和固定設施，并對閥門進行清洗和除銹。待所有試壓測試達到標準，才能夠進入到正式投產階段。

3.4 長輸管道防腐保溫技術要點

3.4.1 防腐技術要點

(1)分析腐蝕問題出現的原因

其一，設計方面管道本身強度設計不足、管材選取不當、連接方式不合理、焊接缺陷、外部因素影響。

其二，防腐處理方面防腐層防腐能力不足、防腐層質量不合格。

其三，長輸管道運行方面沒有嚴格按照標準進行管理，設計、施工、監理等環節出現問題，導致防腐處理不到位。

其四，長輸管道維護方面維修保養工作不到位、管線設計沒有考慮防腐要求。

其五，防腐工藝不合理與其他因素影響。

(2)防腐技術優化與關鍵點處理

防腐主要通過各種方法對管道進行處理，以防止腐蝕和發生化學反應。

①面防腐

主要用于油氣長輸管道外部環境較差區域，如：土壤腐蝕性強、濕度較大、環境溫度變化較大等環境條件下的施工作業。主要方法有涂敷各種涂料、噴涂或熱噴涂油漆、涂敷金屬表面涂層和在金屬表面涂刷各種涂料等。具體包括針對腐蝕性氣體的防護涂料，另一種是針對腐蝕性液體的防護涂料。在我國，防腐涂層分為兩種類型：一種是環氧粉末噴涂或纏繞在鋼管表面，另一種是聚乙烯粉末噴涂或纏繞在鋼管表面。石油天然氣管道防腐涂層主要采用環氧粉末噴涂和聚乙烯粉末噴涂兩種方式。此次工程項目應用環氧粉末的應用，主要采取加熱固化方法，在長輸管道的表層打造環氧涂層。聚乙烯涂料則省略加熱固化過程，直接在管道表面噴涂。

因為油氣長輸管道實際應用中，長期接觸腐蝕產物，一旦沉積過多必然會增加管道腐蝕風險，所以除管道內壁表面防腐之外，還需要針對防腐產物沉積打造防腐層。通常有兩種類型的防腐層：一是環氧煤瀝青防腐涂料；二是聚乙烯防腐涂料。油氣長輸管道以流體與煙氣輸送為主，因此兩種防腐層均具有突出應用優勢。此外防腐處理中涂料的選擇，主要以環氧煤瀝青涂料為主，還會應用到環氧樹脂，合理搭配固化劑，去優化涂料性能。

②涂敷工藝

目前長輸管道安裝中，防腐涂層以現場加工為主，部分區域因為現場條件復雜，所以選擇工廠預制。防腐涂層主要包括內外兩層。防腐涂層的基體應用環氧樹脂材料，并搭配外膠層，借此強化防腐涂層綜合性能。當管道外防腐層為聚乙烯、環氧或聚丙烯時，可以采用單層或多層粉末涂裝，也可以采用靜電噴涂。

3.4.2 保溫技術要點

(1)保溫材料的選擇

保溫材料的選擇應根據管道的施工條件，合理選擇，并根據設計要求和工程特點，確定材料的性質、尺寸和性能。對于設計要求溫度較低或所需保溫溫度較高的管道，應采用導熱系數較低、吸水率低、密度較大的保溫材料；對于設計要求溫度較高或所需保溫溫度不高的管道，應選用導熱系數小、吸水率小、密度適中的保溫材料。

(2)保溫層及保護層施工

保溫層施工前，先清除管道表面油污和雜物，然后進行水泥砂漿找平或基層找平，使管道表面平整。結合工程實況與圖紙設計，全面檢查防腐層，一旦發現已損壞或存在損壞隱患的情況，必須及時維護更換。根據保溫材料對防腐層的敷設與保溫方法進行選擇，此次工程中包括三種敷設方式，其一為架空敷設，該方法應用期間，需注意控制保溫層、管道距離；其二為直埋敷設，施工期間注意點依然為保溫層、管道距離控制；其三為地溝敷設，施工中注意點為保溫層、地溝間距離的控制。

3.5 長輸管道回填施工要點

油氣長輸管道安裝施工，還涉及到下溝、回填處理。下溝與回填施工中，需應用到專用吊具，并保證管道兩端在下溝施工之前完全封死。回填施工操作中，觀察施工區域地下水情況，因為回填工期處于春季，降水量相對較少，所以工程采取回填與人工降水協同施工。期間注意，回填與降水需從兩端進行。施工中包含多個穿跨越環節，不可避免會進行溝下連頭施工處理，需積極克服溝下連頭施工困難，靈活完善施工方案。首先需要對溝下連頭兩端進行處理，特別是直管段區域，要求直線施工必須≥50 m，若情況極為特殊無法形成直線，則控制直管段施工角度，必須≤3°。工作坑施工設計中，檢查坑內積水情況，并設置集水坑，及時將工作坑積水抽干。連頭下料施工階段，因為管道本身受周圍環境影響存在熱脹冷縮現象，所以下料與焊接的時間必須科學控制。實時檢測管道溫度，跟隨溫度變化調整管道長度。完全控干管道水分，隨即進入焊接環節，這是縮短施工周期的重要措施。為保證施工質量，需在溝下連頭位置設置高水壩，測量管口、管道內距，要求在40 cm 位置設置擋水壩，并迅速將其烤干，待達到施工標準后對其進行焊接。

4 結語

綜上所述，通過對長輸管道安裝技術關鍵點的梳理，認識到長輸管道安裝技術面臨的挑戰，并汲取管道安裝經驗。長輸管道對能源輸送發展意義重大，為達到提高能源運輸效率、保證能源運輸安全等目的，必須保證所有管道安裝技術關鍵點施工落實到位，科學排除管道安裝隱患，尤其是常見的防腐、焊接、設備運行等質量通病，從多方面提高油氣長輸管道應用安全性，科學選擇施工材料，幫助油氣長輸管道節能降耗，保證管道安裝質量的同時，延長管道使用壽命，充分發揮其經濟與社會價值。