管道工廠化預制及其應(yīng)用實例

祝俊斐 張靜芬

（浙江工業(yè)大學化工設(shè)備有限公司，杭州311112）

長期以來，受限于技術(shù)的發(fā)展，我國在化工、石化等行業(yè)中管道施工一直采用傳統(tǒng)的管道制作方式。傳統(tǒng)的管道制作方式主要以現(xiàn)場制作為主，其對管件的所有處理工作，諸如劃線、切割、坡口加工、組對、焊接等，都是在安裝現(xiàn)場完成的。傳統(tǒng)的管道現(xiàn)場制作方法受到現(xiàn)場條件的限制，存在著質(zhì)量難以控制的致命弱點，同時，它還存在生產(chǎn)效率底、勞動強度大的缺點。

近幾年，隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，管道工廠化預制方式在我國悄然興起，并得到了很好的發(fā)展。2014年3月1日正式實施的HG/T 21641—2013詳細規(guī)定了化工、石化行業(yè)的管道工廠化預制的技術(shù)要求，包括設(shè)計、預制、檢驗及產(chǎn)品交付條件等，有效推動了管道工廠化預制的進展，極大地提高了管道設(shè)計水平，并且很好地保證了管道安裝質(zhì)量[1]。在行業(yè)競爭日益激烈的今天，管道工廠化預制在保證工期、縮短建設(shè)周期和保障管道裝置的質(zhì)量等方面取得十分突出的成果。

1 管道工廠化預制的內(nèi)涵

1.1 定義

HG/T 21641—2013中對“管道工廠化預制”的定義是：“將一個或數(shù)個管段在工廠（車間）完成組裝、焊接，形成一個整體的過程?！?/p>

對該定義展開講，管道工廠化預制就是施工企業(yè)在項目所在地或異地建起工廠或預制場地、按照工業(yè)產(chǎn)品制造作業(yè)方式，配備管道預制所需的全部機械裝備，在工廠或預制場地內(nèi)完成大部分管道的加工制造、檢驗和試驗、防護和包裝等工作，預制好的管段送往現(xiàn)場各個單元或裝置區(qū)進行現(xiàn)場組裝、焊接。

1.2 流程及注意事項

結(jié)合多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和HG/T 21641—2013的有關(guān)規(guī)定，對管道工廠化預制的流程加以概括（參見圖1），并就生產(chǎn)中各個過程中應(yīng)該注意的事項進行了總結(jié)和梳理，以供業(yè)界參考和借鑒。1)設(shè)計：依據(jù)相關(guān)要求，完成工廠化預制的管道的設(shè)計文件，包括管道軸測圖和設(shè)計說明等。

圖1 管道工廠化預制流程Fig 1 The prefabrication process of pipe factory

HG/T 21641—2013中對管道軸測圖和設(shè)計說明做了詳細的規(guī)范說明。管道軸測圖應(yīng)表示以下內(nèi)容：①管段端點坐標、標高；②管子、管件（含彎管）、法蘭、閥門、特殊件的名稱、規(guī)格、幾何尺寸、材質(zhì)、端部型式、壓力等級、標準、數(shù)量；③管段的操作參數(shù)、設(shè)計參數(shù)及絕熱厚度；④介質(zhì)流向和安裝坡度；⑤支吊架安裝位置；⑥需要冷緊的冷緊口位置及冷緊值；⑦管道等級分界點。設(shè)計說明應(yīng)包含對管道工廠化預制的各項常規(guī)技術(shù)要求和特殊技術(shù)要求，預制的公差要求，焊接、熱處理要求，試驗和檢驗要求，防腐要求，包裝運輸要求。

2)原材料準備：依據(jù)設(shè)計文件的規(guī)定，購置相應(yīng)材質(zhì)、規(guī)格、型號的管道預制材料。如果需要使用替代材料，必須征得委托方或設(shè)計方的同意和書面確認。同時，管道預制所用的材料、管道組成件等應(yīng)有制造廠的質(zhì)量證明書，其質(zhì)量不得低于國家現(xiàn)行標準和設(shè)計文件的規(guī)定。

3)加工制造：對原材料經(jīng)過下料、彎制、機加工、焊接、熱處理、化學清洗和缺陷處置等操作，制造出符合設(shè)計文件標準的管道組成件或管段。在加工制造的過程中，所有的成品都必須符合HG/T 21641—2013中成品偏差的規(guī)定，這些偏差包括長度偏差、凸臺和接管座偏差以及法蘭偏差。

4)檢驗和試驗：質(zhì)檢人員依據(jù)規(guī)定對管道組成件進行各項檢驗和試驗。這些檢驗和試驗應(yīng)該包括（但不限于）：外觀檢測、無損檢測、硬度檢查、金相檢驗和壓力試驗。對管道組成件的外觀檢查、結(jié)構(gòu)尺寸、焊縫、螺紋及螺紋連接組件、兩端坡口尺寸和彎管內(nèi)表面的清理檢查應(yīng)逐個進行；要求熱處理的焊縫和彎管，在熱處理后應(yīng)進行硬度檢驗；對輸送毒性程度為極度危害流體或設(shè)計壓力大于等于10 MPa的彎管制作后，應(yīng)對彎部逐一進行100%表面無損檢測。如有必要還應(yīng)增加彎管外側(cè)超聲波探傷，以排除彎管外側(cè)內(nèi)部彎制過程受拉應(yīng)力而形成的缺陷。對于鉻鉬合金鋼、含鎳低溫鋼和不銹鋼材料的管道彎制檢測合格后，應(yīng)對材質(zhì)進行復驗確認并記錄，提供無損檢測數(shù)據(jù)報告和看譜報告。

5)防護和包裝：對管段的內(nèi)外表面應(yīng)采用適當?shù)姆椒ㄇ謇砗?，進行必要的標記，然后施以油漆與防護，并對管段進行適當?shù)陌b，防止儲存和運輸中互相碰撞和變形。

6)交付驗收：驗收包括工廠驗收和現(xiàn)場驗收。工廠驗收是指預制單位按工廠化預制技術(shù)協(xié)議規(guī)定的范圍完成全部管段預制后，其組織的對每一段出廠管道及其組成件進行嚴格檢驗，按相應(yīng)的交付文件的檢查紀錄對照是否符合設(shè)計文件及HG/T 21641—2013的要求?，F(xiàn)場驗收則指業(yè)主（訂貨單位）或受業(yè)主委托的現(xiàn)場施工單位對到貨的預制管段進行的檢查、驗收。

2 管道工廠化預制的優(yōu)勢

根據(jù)上文介紹，傳統(tǒng)的管道預制工作是在現(xiàn)場進行施工的，這樣就會存在一些不足，工作環(huán)境艱苦、功效低，對專業(yè)性較強工種的個人技能要求較高，施工質(zhì)量不穩(wěn)定，管理難度較大等[3]。而管道工廠化預制的實施，可以很好的解決這些問題。因此，結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，筆者從質(zhì)量、效率、成本和管理等4個方面，對管道工廠化預制的優(yōu)勢進行論述。

2.1 質(zhì)量優(yōu)勢

化工、石化等行業(yè)都是大工程，以油、氣為原料的300 kt/a合成氨裝置，工藝管道約70 km；以煤為原料的300 kt/a合成氨裝置，工藝管道約100 km[2]。管道質(zhì)量的好壞不僅關(guān)系到工程的適用性和經(jīng)濟性，而且也與人民生命財產(chǎn)密切相關(guān)。

人，是保證質(zhì)量的第1要素。人機工程學的研究告訴我們，人可以在不同的溫度和氣候條件下進行工作，但惡劣的氣候和溫度條件會對人的工作帶來不利影響。環(huán)境條件會影響到生理表現(xiàn)，例如，寒冷條件會使得手指麻木，降低工作人員的工作能力，而強風能夠使人分心。惡劣的環(huán)境條件也能導致生理和心理疲勞。管道工廠化預制的實施過程中，可以避免高溫、嚴寒、強風、暴雨等惡劣天氣對施工中的人的影響。

設(shè)備，是保證質(zhì)量的另一重要因素。工業(yè)管道安裝和土建施工、工藝設(shè)備安裝關(guān)系緊密，而施工現(xiàn)場客觀因素較多，傳統(tǒng)的管道預制工作是現(xiàn)場制作、安裝，必然與土建、設(shè)備安裝施工交叉并互相影響，甚至根本就不具備管道作業(yè)條件，一些工藝設(shè)備的無法使用不僅影響工作效率，更嚴重的是會對管道的質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。管道工廠化預制實現(xiàn)了異地預制，可以做到不受土建和設(shè)備安裝條件的限制，這也保證了管道工廠化預制的質(zhì)量提升。

還有更重要的一點是，管道工廠化預制有完善的質(zhì)量管理體系。對于一些工藝比較復雜的管線，對其焊接時，需要進行之前的預熱，等到焊接完成后，需要進行后熱、X射線拍片以及熱處理流程，這些過程，在工廠進行時都可以做到嚴格的質(zhì)量控制。在管道出廠前，要先經(jīng)過工廠驗收，到達現(xiàn)場還要進行現(xiàn)場驗收。因此，工廠化管道預制中，很容易實現(xiàn)其質(zhì)量控制，可以讓質(zhì)量得到相應(yīng)的安全保障。

2.2 效率優(yōu)勢

工作效率一般指工作投入與產(chǎn)出之比，通俗地講就是在進行某任務(wù)時，取得的成績與所用時間、精力、金錢等的比。產(chǎn)出大于投入，就是正效率；產(chǎn)出小于投入，就是負效率。效率的高低直接影響到企業(yè)的利潤。

大型項目的施工一般都是總承包模式的，工藝設(shè)備及主要附件（如閥門）等一般由業(yè)主采購供應(yīng)，在這個過程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)脫節(jié)，就會影響下一個環(huán)節(jié)的順利進行，各個環(huán)節(jié)互相制約、影響，往往不同程度滯后，工程項目整體效率大大降低[4]。而管道工廠化預制都在工廠內(nèi)完成，可以完全不受工藝設(shè)備、附件等到貨滯后的影響，這樣可以大大提高工作效率。

工廠化的管道預制擁有著先進的機械設(shè)備，而且工作效率很高，快速增加了勞動的生產(chǎn)效率。正常的流水作業(yè)，可以連接所有的工序，使工序正常運營，這樣就能實現(xiàn)集中化，大量減少臨時電纜施工，提高施工效率。

另一方面，管道工廠化預制可以做到提前預制。管道工廠化預制是在專門的工廠進行生產(chǎn)，即使在施工現(xiàn)場沒有管道開工，在工廠內(nèi)同樣可以進行管道的預制，這樣可以有效地縮短施工工期，大大提高工程項目的效率。

2.3 成本優(yōu)勢

化工、石化等行業(yè)中管道施工的成本主要包括原材料成本、機加工成本、吊裝成本、人工成本和管理成本等[5-6]。相對于傳統(tǒng)的管道預制施工，管道工廠化預制的成本優(yōu)勢則主要體現(xiàn)在施工成本、吊裝成本、人工成本和管理成本的大大降低。

1)運用管道工廠化預制技術(shù)，有利于施工集中管理，合理配置、有效平衡施工場地、勞動力及施工機械各種資源。提高資源利用率，有效降低施工成本。

2)預制場地機械設(shè)備齊全、作業(yè)場地寬敞，無高空作業(yè)，易形成流水施工，并能實現(xiàn)提前預制，有利于降低勞動強度、降低吊裝成本。

3)管道工廠預制對專業(yè)性較強的工種，如管道工、焊工的個人技能要求沒有傳統(tǒng)的管道預制的要求那么高，所以人力資源投入成本可以大大降低。

4)設(shè)備、生產(chǎn)和人員的管理難度降低，可以降低管理的成本。

2.4 管理優(yōu)勢

化工、石化等行業(yè)中管道施工是一個系統(tǒng)工程，有效的工程管理是保證一切工作順利進行的基礎(chǔ)。

在工廠化預制中，解決了傳統(tǒng)管道預制分散管理的難題，可以對設(shè)備、生產(chǎn)線和施工人員進行有效地集中統(tǒng)一管理，不僅節(jié)約了人力和物力，在財力方面也有相應(yīng)的節(jié)約，大大提高了經(jīng)濟效益。

同時，集中統(tǒng)一管理有助于提升技術(shù)水平及管理水平。運用管道工廠化預制技術(shù)，借助先進的計算機輔助管理。有利于新技術(shù)、新工藝、新機具、新材料的推廣應(yīng)用，提升技術(shù)水平，推動企業(yè)技術(shù)進步。

3 應(yīng)用實例

某公司φ1 800 mm醇烴/烷化合成氨項目，投資2 200多萬元，其中加工管子、彎頭、閥門、法蘭、變徑管等部件，合同期要求在90 d內(nèi)完成產(chǎn)品30%交付任務(wù)，230 d內(nèi)完成全部交付任務(wù)。該項目高壓管最大規(guī)格首次使用φ355.6mm×55mm的口徑（相對來說比較難彎制），其他規(guī)格還有φ273 mm×40 mm，φ219mm×35mm，φ127mm×21mm等。

在設(shè)計圖紙中，有些管道要繞過障礙物需要特殊角度彎曲，有的要跨越溝渠需要彎曲成立體彎，還有的要按規(guī)定路線走暗道需要彎成U型彎或者是S型彎，如果前期不把能預制的先制作好，就去解決這些特殊彎頭，需消耗大量精力與時間去解決這些難題。還有些設(shè)備口彎頭的直邊比較短，而往往這些部位要與設(shè)備口需要螺紋法蘭連接，這就需要彎頭在彎制后進行鏜螺紋和密封面，因為要是先車好螺紋再彎制，因此螺紋口往往容易變形，易導致安裝后試壓密封面泄露事故，造成不必要的損失，也對工程質(zhì)量造成一定的安全隱患。還有些管道的鋪設(shè)路程比較長，有的超過60 m，這需要在按圖紙要求對管子進行鋸下，車坡口、開孔等再進行施焊，把管段焊接起來檢測合格后運抵現(xiàn)場。

通過圖紙的比對，可以提前預制一些管道焊縫，避免在較難焊接的位置進行焊接工作，廠內(nèi)焊接也相對容易保證質(zhì)量，以上這些完完全全可以在工廠化預制期間得到解決，按照圖紙要求提前安排好各道工序，按企業(yè)標準的要求完成好各段預制管段加工工作（包括下料-車加工-彎制-焊接-熱處理-檢驗-包裝），把通過驗收合格的產(chǎn)品交付客戶手中。

這些管道的加工工作要是按現(xiàn)場安裝到哪制作到哪的普通加工制造模式的話不但效率低下，而且管道產(chǎn)品來回運輸?shù)某杀举M用也不低。同時還要花費大量額外的人力物力，比如說機彎彎頭，同一規(guī)格的管子可以按順序彎制無需更換模具，統(tǒng)一彎制也大大縮短工期，要是經(jīng)常更換彎制規(guī)格，這要更換模具需要人來操作就需要增加企業(yè)的加工成本還浪費了時間。再如，鏜螺紋與密封面來講，在工廠內(nèi)預制可以按流水線工作，把可以加工的管子集中吊裝一起加工，只要2個工人足已應(yīng)付，而且有航車配合吊裝，可以節(jié)省不少時間，加工周期短工時費用也少，要是按現(xiàn)場施工進度再來加工螺紋口，這就使得整體工序有點拖拉，工人空閑下來還得額外開代工費。再如，管線的組合焊接，可以按照現(xiàn)在公路允許運輸?shù)拈L寬高比例，把能焊接的管段在工廠內(nèi)焊接，并通過X光拍片合格，驗收合格后運抵現(xiàn)場，預留少數(shù)焊接口在現(xiàn)場焊。要是現(xiàn)場焊接的焊縫多了，有的還要架子工搭施工架子，更有的還要配合吊機高空焊接。焊工的勞動強度就加大，而且有些部位施焊難度實在太大，難以保證焊縫質(zhì)量。

現(xiàn)場各類檢測費用開銷也大，一個工程項目下來有一筆不小的開支費用，這樣總體下來就與投標來的成本盈虧不成比例，導致公司財務(wù)運轉(zhuǎn)緊張，還不能按期完成合同生產(chǎn)任務(wù)。

正是通過工廠化預制技術(shù)，工程交付期限提前了42 d，節(jié)約資金260多萬元。按圖紙?zhí)崆邦A制加工了各類規(guī)格高壓彎管、直管、變徑管130多件，焊縫40多道口。為客戶提前安裝設(shè)備投產(chǎn)并產(chǎn)生效益提供了有效保障，得到客戶單位的好評。

4 結(jié)束語

為了適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，解決傳統(tǒng)管線制作中存在的問題，提高管線制作質(zhì)量，保證安全生產(chǎn)，管道工廠化預制思想應(yīng)運而生。建立工廠化的管道制作場所，實現(xiàn)管道制作的“三化”，即機械化、自動化、流水線化，以保證質(zhì)量。如今，經(jīng)過多年的付諸實施，并且伴隨HG/T 21641—2013的正式實施，管道工廠化預制現(xiàn)己成為一項非常成熟的技術(shù)。

運用管道工廠化預制技術(shù)，采用預制現(xiàn)場、施工現(xiàn)場管理與工期、質(zhì)量、技術(shù)、安全、成本、信息管理等多方位、多空間、縱時點的綜合管理，有效推動了管道工廠化預制的進展，極大地提高了管道設(shè)計水平，并且很好地保證了管道安裝質(zhì)量，使得管道工廠化預制相對于傳統(tǒng)的管道預制方式在質(zhì)量、效率、成本和管理4個方面的優(yōu)勢尤為突出。

[1]HG/T 21641—2013管道工廠化預制技術(shù)規(guī)范[S].

[2]楊守全.管道預制工廠化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油化工建設(shè),2007,29(1):13-16.

[3]武思進,池志超.工業(yè)管道安裝工廠化預制技術(shù)的應(yīng)用[J].安裝,2014(9):36-38.

[4]李春芬.工廠化預制技術(shù)的應(yīng)用[J].化工管理,2014(32):128.

[5]劉軍旺.管道工廠化預制技術(shù)在吐哈油田工程中的應(yīng)用[J].化工管理,2014(20):114.

[6]李運亮.石油化工管道的工廠化預制[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010(6):146-147.