硫磺回收裝置中夾套管施工工藝探討

李籍，甘泉.中石油第二建設(shè)公司，甘肅蘭州730060.蘭州寰球工程公司，甘肅蘭州730060

硫磺回收裝置中夾套管施工工藝探討

李籍1，甘泉2
1.中石油第二建設(shè)公司，甘肅蘭州730060
2.蘭州寰球工程公司，甘肅蘭州730060

以廣西石化硫磺回收裝置中液硫線蒸汽夾套管道安裝為例，從夾套管預(yù)制、組裝、安裝以及焊接工藝角度詳細(xì)論述了內(nèi)管焊縫隱蔽型夾套管施工技術(shù)要點(diǎn)。結(jié)合施工中遇到的小直徑管道下?lián)献冃?、蒸汽夾套管內(nèi)管表面誤刷底漆、供汽管和疏水管出現(xiàn)多處折彎問(wèn)題進(jìn)行分析探討，提出簡(jiǎn)單有效的工藝措施以確保工程中夾套管安裝質(zhì)量，最終順利完成約4 700 m夾套管的安裝，為今后的同類工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

夾套管；預(yù)制；組裝；焊接；安裝；變形控制

1 項(xiàng)目背景

廣西石化硫磺回收裝置的液硫管道，采用內(nèi)管焊縫隱蔽型的夾套管，內(nèi)外管材質(zhì)均為20#鋼。直管段一般每隔6 m安裝一對(duì)法蘭，通過(guò)可拆卸跨接管連通；彎管處采用彎頭或三通（四通）并加設(shè)盲法蘭，如圖1所示。由于夾套管的結(jié)構(gòu)形式、安裝程序等比一般工藝管道復(fù)雜，通常采用的現(xiàn)場(chǎng)直接制作安裝方法工作效率低，焊接質(zhì)量難以保證。

圖1　蒸汽夾套管示意

2 夾套管施工流程

夾套管主要由內(nèi)管、外管及跨接管等相關(guān)附件組成。除跨接管外，夾套管的主體部分采用預(yù)制工藝，將夾套管分段編號(hào)，大部分管道組成件在專用場(chǎng)地預(yù)制和組焊。焊接采用轉(zhuǎn)動(dòng)焊接，減少了現(xiàn)場(chǎng)的固定焊口，既能有效保證焊接質(zhì)量，還能連續(xù)施工，提高了工效。

夾套管的工作量主要為內(nèi)、外管的焊接。為減少額外焊接量，內(nèi)外管組裝時(shí)應(yīng)盡量減少外管剖切，因此一般將內(nèi)管套入到外管后共同安裝，外管比內(nèi)管短200 mm，以留出調(diào)節(jié)余量，待內(nèi)管焊縫經(jīng)100％射線檢測(cè)且試壓合格后，方可進(jìn)行隱蔽作業(yè)。

綜上所述，制訂了夾套管施工流程：內(nèi)、外管預(yù)制（含外管、整體管件的套入）→內(nèi)管組對(duì)焊接→內(nèi)管射線檢測(cè)→內(nèi)管試壓→外管焊接（剖開(kāi)段直縫、環(huán)縫）→外管無(wú)損檢測(cè)→夾套管安裝→跨接管安裝→外管試壓。

3 夾套管制作及安裝

3.1夾套管預(yù)制

夾套管預(yù)制前應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙各部分尺寸、技術(shù)要求、選用材料、配件、儀表接口進(jìn)行認(rèn)真校核，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)繪數(shù)據(jù)，以焊縫少、方便檢查、安裝可行為原則，合理分段并編號(hào)。

內(nèi)管預(yù)制包括下料切割、坡口加工、彎管制作等工序，另外還要進(jìn)行直管段上定位板的安裝。定位板材質(zhì)為Q235B，厚度δ=6或10mm，長(zhǎng)度l=40mm，三塊定位板成120°焊在內(nèi)管外壁上，要求定位板與外管內(nèi)壁間隙b=1～1.5 mm，同時(shí)要保證定位板間距合適，定位板布置如圖2所示。

圖2　定位板布置示意

定位板間距見(jiàn)表1。定位板間距過(guò)大，外管剛性不足，容易引起整體下?lián)?；定位板間距過(guò)小，起不到定位支撐的作用，不利于后續(xù)套管組裝焊接。定位板與內(nèi)管的角焊縫應(yīng)滿焊，焊腳高度不低于定位板厚度。定位板焊接完成后，全部進(jìn)行PT檢測(cè)。夾套管預(yù)制完成后，內(nèi)管除定位板以外焊縫都應(yīng)外露或移動(dòng)外管后都可看到。

表1　定位板間距

在內(nèi)管預(yù)制完成后正式組對(duì)焊接前開(kāi)始進(jìn)行外管的預(yù)制，外管預(yù)制比內(nèi)管預(yù)制增加了儀表接口制作和調(diào)整段留設(shè)加工兩個(gè)工序。儀表口制作采用機(jī)械開(kāi)口加工，避免氣割氧化皮殘留；調(diào)整段加工應(yīng)考慮后續(xù)組裝工藝，留設(shè)長(zhǎng)度和位置應(yīng)使焊接量和焊接變形盡可能小。

夾套管預(yù)制完成后，將內(nèi)管套入到外管，并保證內(nèi)管除定位板以外的焊縫都應(yīng)外露或移動(dòng)外管后都可看到。為了避免和減少現(xiàn)場(chǎng)不利位置的外管調(diào)整段組裝焊接，待內(nèi)管100％射線檢測(cè)及試壓完成后，地面上即刻進(jìn)行夾套外管組裝，盡可能在預(yù)制場(chǎng)完成大部分的焊接工作量。每節(jié)夾套管的長(zhǎng)度取決于管道布置，一般不超過(guò)6 m。

3.2夾套管組裝

夾套管的組裝以內(nèi)管為基準(zhǔn)，一般是先主管后支管，并盡可能減少外管焊縫，少加調(diào)整段，減小焊接變形。因此在施工過(guò)程中，根據(jù)夾套管連接特點(diǎn)，盡量避免在鋼制對(duì)焊夾套法蘭處產(chǎn)生大的應(yīng)力集中。

（1）當(dāng)使用剖切三通、四通作為封閉管時(shí)，調(diào)整段宜留在與三通、四通連接的管段上。即先將已套入的夾套外管與法蘭焊接，調(diào)整段與剖切管件相連，如圖3所示。當(dāng)調(diào)整段兩端直接連接法蘭與剖切管件時(shí)，應(yīng)先焊接法蘭一端，調(diào)整段最后一道環(huán)縫為管段與剖切管件焊接縫。

圖3　夾套管組裝示意

采用這種組裝順序的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)調(diào)整組對(duì)間隙，將最后的焊接工作留至三通或四通位置，避免了最終的組對(duì)累積誤差留給法蘭一端，否則強(qiáng)力組對(duì)焊接，將產(chǎn)生較大的應(yīng)力，無(wú)法保證法蘭密封面的平面度，而最終影響安裝時(shí)成對(duì)法蘭的連接質(zhì)量。

（2）當(dāng)夾套管段上存在有儀表管口時(shí)，內(nèi)、外管不易組裝，外管可采用剖分組焊的形式，其連接型式如圖4所示。外管在內(nèi)管開(kāi)孔處預(yù)留一段，預(yù)留長(zhǎng)度一般大于支管管徑約200 mm，并應(yīng)保證其復(fù)原焊接質(zhì)量。

若主管（內(nèi)管）管徑小或者儀表管口與主管接近，相當(dāng)于支管與主管連接處開(kāi)三通。焊接時(shí)，如不進(jìn)行控制，往往會(huì)出現(xiàn)較大的焊接變形，不能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，并且給夾套外管安裝帶來(lái)不利。除采用小的焊接規(guī)范外，可選用槽鋼在支管兩側(cè)各加一U型卡固定主管來(lái)減小焊接變形，如圖5所示。

圖4　焊縫隱蔽型管口連接

圖5　焊接卡具示意

總之，要嚴(yán)格控制每一道工序的誤差及變形。在封閉外管前，全面測(cè)量核對(duì)，對(duì)不符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范之處，及時(shí)處理或通過(guò)調(diào)整段予以調(diào)整。同時(shí)應(yīng)避免在進(jìn)行儀表孔開(kāi)口時(shí)氧化皮和外界雜物掉入夾套內(nèi)無(wú)法清除，保證管內(nèi)清潔度。外管焊接完成后，選取環(huán)縫接頭數(shù)量的5％和剖分縱縫焊縫總長(zhǎng)的5％進(jìn)行超聲波檢測(cè)。

3.3夾套管及跨接管的安裝

3.3.1夾套管安裝

夾套管安裝前，先確認(rèn)管段編號(hào)、儀表等組成件無(wú)誤，并對(duì)管內(nèi)清潔度檢查合格后，將管道組成件與預(yù)制管段組裝成安裝管段，開(kāi)始進(jìn)行安裝就位和封閉連接。夾套外管縱向焊縫應(yīng)置于易檢修部位，環(huán)向焊縫距管支架不應(yīng)小于100 mm。

夾套管安裝時(shí)，要盡可能避免潛在的凍結(jié)點(diǎn)和死端，故對(duì)蒸汽的引入及跨接管口、導(dǎo)淋口引出位置距管端存在最小距離要求?？紤]到焊縫間距，本裝置統(tǒng)一定義為50 mm。為保證伴熱效果并利于疏水，液硫管道的蒸汽夾套有坡度要求，套管內(nèi)蒸汽流向與坡降方向一致，從給汽至排凝采用“步步低”安裝方式，調(diào)整坡度的墊板加在管托底板下面。

隨著夾套管長(zhǎng)度的增加，蒸汽的沿程阻力導(dǎo)致壓力損失增大，夾套管內(nèi)流速下降，內(nèi)外管層之間的傳熱效果也會(huì)隨之下降。為此增設(shè)鋼板環(huán)，如圖6所示。將較大的夾套管系統(tǒng)分隔為幾個(gè)伴熱單元，分別供汽和排凝，對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生最佳的熱效應(yīng)。

圖6　鋼板環(huán)前后管道安裝示意

3.3.2跨接管安裝

夾套管安裝結(jié)束后進(jìn)行跨接管的安裝，每節(jié)夾套管之間的外管采用可拆卸法蘭式跨接管進(jìn)行串接。跨接管彎管處采用煨彎彎頭，根據(jù)蒸汽方向高進(jìn)低出。無(wú)論水平安裝還是垂直安裝的夾套管道的蒸汽伴管給汽點(diǎn)一定要安裝在管系的最高點(diǎn)，排汽（排凝）點(diǎn)必須在管系的最低點(diǎn)；管系的中間跨接管應(yīng)從管底引出，從下一單元的上、中部引入，依次施工蒸汽伴管。夾套閥水平或垂直安裝時(shí)，要保證其夾套蒸汽由閥門中、上部引入，在閥門底部引出，如圖7所示。

圖7　水平管夾套閥跨接管安裝示意

4 夾套管焊接工藝

夾套管外管焊接順序：先縱縫后環(huán)縫；先焊收縮量大的焊縫，后焊收縮量小的焊縫。

為控制線能量，避免產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，以達(dá)到減小焊接變形的目的，夾套外管焊接采用氬電聯(lián)焊（GTAW+SMAW）的方法，采用氬弧打底的同時(shí)，也較好地保證了夾套管內(nèi)部清潔度。

夾套管定位板與內(nèi)管連接處的角焊縫，采用小電流、快焊速的焊接工藝，即雙面氬弧焊，防止熔穿內(nèi)管壁。焊接工藝如表2所示。

為控制焊接變形，宜采取的焊接工藝措施有：

表2　夾套管焊接工藝參數(shù)

（1）定位焊采用多點(diǎn)均勻點(diǎn)固焊，根據(jù)縱縫和環(huán)縫長(zhǎng)度，適當(dāng)增加定位焊點(diǎn)數(shù)和定位焊縫長(zhǎng)度，并采用臨時(shí)卡具或點(diǎn)焊卡板保證焊縫間隙的均勻。

（2）嚴(yán)格按照焊接工藝卡中的坡口角度及對(duì)口間隙進(jìn)行組對(duì)，防止過(guò)多增加焊縫金屬填充量。

（3）小電流快速焊，使線能量保持在低值。

（4）焊道采用多層多道焊，層間接頭相互錯(cuò)開(kāi)。

（5）用小直徑焊條代替大直徑焊條，采用快速不擺動(dòng)的操作法。

5 出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

5.1小直徑管道下?lián)献冃维F(xiàn)場(chǎng)有小直徑的夾套管段出現(xiàn)下?lián)献冃?，這種變形使安裝坡度無(wú)法保證，造成內(nèi)管返工，影響了施工質(zhì)量和進(jìn)度。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)變形管段主要出現(xiàn)在液硫儲(chǔ)罐與尾氣處理管廊間，該部分管道過(guò)長(zhǎng)（約12 m）且中間部位未設(shè)置支架，由于自身重量或外界因素的影響，引起內(nèi)管變形。因外管已經(jīng)套入，內(nèi)管變形后難以校直，只好對(duì)變形嚴(yán)重的管段割口返工。因此對(duì)于管徑較小而長(zhǎng)度較長(zhǎng)的管段或閥組，在夾套管安裝時(shí)應(yīng)綜合考慮，可加上必要的臨時(shí)支架或者增設(shè)支吊架。

5.2蒸汽夾套管內(nèi)管表面誤刷底漆

由于管材到貨驗(yàn)收后直接送至防腐廠進(jìn)行防腐，導(dǎo)致少量夾套內(nèi)管表面被誤刷涂防銹底漆，若外管封閉前不及時(shí)清除，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)工運(yùn)行，油漆脫落阻塞跨接管口，可能會(huì)造成蒸汽夾套管系阻塞。因此對(duì)管道短節(jié)的漆膜采用脫漆劑浸泡去除，對(duì)于多根完整管道采用二次拋丸的方法予以去除。夾套管預(yù)制、組裝時(shí)需嚴(yán)格檢查清潔度，漆膜可以通過(guò)火焰清除，若同時(shí)存在其他砂石灰塵等，可采用棒擊法和吹除法予以清除。

5.3供汽管和疏水管存在多處折彎

由于來(lái)自分配站或疏水站的一部分供汽管或疏水管一般靠近夾套管布設(shè)，并一同被包在保溫巖棉內(nèi)，刻意緊貼外管，在接入/引出位置和跨越法蘭時(shí)，形成折彎，可能會(huì)導(dǎo)致供汽管阻塞或疏水管積液。將形成多處折彎的小管割除，以45°熱煨彎形式在跨越法蘭等位置圓滑過(guò)渡。小管徑的供汽、疏水管道布置時(shí)避免形成U形彎。

6 結(jié)束語(yǔ)

廣西石化26萬(wàn)t/a硫磺回收裝置中夾套管施工工作量大、焊接難度大，嚴(yán)格按照以上施工工藝共計(jì)安裝夾套管約4 700 m，保證了安裝質(zhì)量并順利通過(guò)驗(yàn)收。通過(guò)此項(xiàng)工程施工，在夾套管的安裝工藝上，為今后的同類工程施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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Construction Technique ofJacket Piping in Sulfur RecoveryUnit

LIJi1，GAN Quan2
1.CNPC Second Construction Corporation，Lanzhou 730060，China
2.China HuanQiu Contracting＆Engineering Corporation Lanzhou Company，Lanzhou 730060，China

Taking the steam jacket piping installation of a liquid sulfur pipeline at the sulfur recovery unit in Guangxi Petrochemical Co.for example，this paper briefly introduces construction technical points of the jacket piping whose inner pipe welds are concealed from a perspective of the jacket piping manufacture，assembly，installation and welding procedures. It discusses the problems encountered in construction，including downwarping deformation of small diameter piping，wrong painting on the inner wall of steam jacket piping，and several bends existing at steam supply piping and drainage piping，then puts forward simple but effective process measures to guarantee jacket piping installation quality.Finally，about 4 700 m long jacket piping is successfully installed and valuable experience is accumulated.

jacket piping；prefabrication；assembly；welding；installation；deformation control

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.011

李籍（1989-），男，河南商丘人，助理工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）材料成型與控制工程專業(yè)，現(xiàn)在從事油田建設(shè)等安裝工作。Email：290864560@qq.com

2015-12-09；

2016-05-06