工藝管線異地工廠化預制優(yōu)勢及應用

王占山

中石化第四建設(shè)有限公司 天津 300270

石油化工裝置工程建設(shè)項目一般具有規(guī)模大、涉及專業(yè)多、施工周期長等特點，在項目組織中，高效的項目管理機構(gòu)、優(yōu)化的項目管理和施工組織模式，以及計劃安排等是關(guān)系到項目能否優(yōu)質(zhì)、安全、高效建成的關(guān)鍵。在石化工程建設(shè)中管道專業(yè)是整個裝置施工組織的重中之重，直接關(guān)系到項目能否按期中交。近年來，隨著多個大型煉化一體化項目的開工建設(shè)，國內(nèi)進入石化施工的高峰期，出現(xiàn)了施工人員短缺，尤其是技術(shù)工種短缺嚴重的問題； 并且大部分裝置施工所在地自然環(huán)境較差，生產(chǎn)生活資源匱乏，新建預制廠投資較大。

針對以上情況，近年來，部分施工企業(yè)在通過提高工藝管道工廠化預制水平，提高預制深度和精度，減少現(xiàn)場施工量，加快工藝管道的施工進度等方面做文章，管道工廠化預制及管道異地工廠化預制模式應運而生。 目前，國內(nèi)管道工廠化預制模式已經(jīng)接近成熟，但管道異地工廠化預制模式還處于初期階段。 本文主要就管道異地工廠化預制的優(yōu)點、 實施方法和實施效果進行論述。

1 管道異地工廠化預制的優(yōu)點

工廠化預制是集中資源、統(tǒng)一配置，以效率高、質(zhì)量優(yōu)、成本低，向客戶移交滿意的產(chǎn)品，實行以“流水作業(yè)、工序分解、體系封閉、成品出廠”的施工組織模式，以“管理標準化、預制工廠化、作業(yè)流水化、下料機械化、焊接自動化、工序產(chǎn)品化、檢驗程序化”的模式開展的管道預制工作。

工廠化預制可實現(xiàn)的工作范圍有管道詳圖設(shè)計、管道施工管理及材料信息生成、 材料接報檢、 管道預制、管支架預制、熱處理、無損檢測、防腐、包裝、裝箱、運輸、資料等綜合一體化工作。

異地工廠化預制通過信息化、 智能化管理手段的運用， 開啟了異地同時互動的工程建設(shè)的全新管理模式。 充分發(fā)揮管理軟件的功能，實現(xiàn)了異地預制全過程“信息化、智能化”管理，形成產(chǎn)品化，實現(xiàn)了管道預制、安裝的空間分離， 形成工廠預制到異地安裝的流水作業(yè)。

異地工廠化預制采用成熟標準化預制廠，在人力、機械、設(shè)備、機具等資源方面具有較大優(yōu)勢，建成資源配置全面、齊全，設(shè)施數(shù)控化、自動化，作業(yè)流水化的“標準化工廠”。 異地工廠化預制可實行封閉式管理，以產(chǎn)品的形式出廠，確保了管道預制的進度和質(zhì)量，有力地保障了管道施工的工期及成本。

異地工廠化預制是工程管理模式上的創(chuàng)新， 改變了傳統(tǒng)施工組織模式， 實現(xiàn)了工程建設(shè)遠距離異地同時實施的新方式。 項目運行中可利用信息化的管理手段，實現(xiàn)各方全面掌控管道施工的過程信息，構(gòu)建了預制和現(xiàn)場安裝一體化管理信息系統(tǒng)。 預制管段以產(chǎn)品模式出廠，過程中采用產(chǎn)品二維碼技術(shù)，實現(xiàn)了預制產(chǎn)品一物一碼；通過二維碼對預制管道全程信息監(jiān)控，形成一套可靠、準確、高效的信息管理體系。 同時，成品打包技術(shù)與集中運輸方法的成熟，提高了物流效率，滿足了施工要求。

異地工廠化預制改變了傳統(tǒng)預制模式， 創(chuàng)新了管道預制的實施模式，擴大了預制實施界面及工作范圍，提高了預制比例，建立了高效流程，縮短了工期，降低了成本， 現(xiàn)場達到了裝配式安裝的效果。 具體優(yōu)勢如下：

（1） 預制廠預制比例確定為不低于55%；

（2） 預制規(guī)格區(qū)間涵蓋DN15mm 及以上所有管徑；

（3） 材質(zhì)覆蓋碳鋼、合金鋼、不銹鋼等各類材質(zhì)；

（4） 所有管段安裝端坡口加工完成， 所有管廊直管排料及坡口加工完成；

（5） 所有管道支吊架預制完成；

（6） 自動焊接比例最大化；

（7） 閥組實現(xiàn)整體預制；

（8） 管段上的護板、管托預制焊接完成；

（9） 管段及管支架出廠前防腐完成。

異地工廠化預制的管段在預制廠按“產(chǎn)品”的要求進行實施，管段的所有工作，包括材料檢驗、過程質(zhì)量檢驗、 最終尺寸及質(zhì)量驗收等在出廠前完成并驗收合格，管段附帶所有資料一同出廠。

2 管理和技術(shù)上的有效實施

2.1 信息化管理、異地聯(lián)網(wǎng)管控

在管道預制過程可應用“詳圖設(shè)計軟件”“管道施工過程管理軟件”以及業(yè)主方“，施工管理軟件”，通過軟件的數(shù)據(jù)信息連接和共享，實現(xiàn)預制廠、安裝現(xiàn)場、總包方及業(yè)主方共同進行技術(shù)管理、材料管理、進度管理、質(zhì)量管理、檢測管理、管段管理的實時管控。 軟件的應用使施工過程中各個工序間有效銜接， 減少人為的統(tǒng)計工作，保證信息流通與傳輸?shù)募皶r性、準確性、同步性，提高了管理效率，提升了管理水平。

利用管理軟件實現(xiàn)“大數(shù)據(jù)配菜”，準確地下達可預制管段清單， 并可達到同規(guī)格、 同材質(zhì)批量進行生產(chǎn)，可大幅度提升項目的技術(shù)管理的水平，使管道管理軟件的功能在“標準化預制廠”運行中更加得到了充分的運用，真正實現(xiàn)信息化管理的效率。

預制廠運行中使用管道施工過程管理軟件， 該軟件可實現(xiàn)數(shù)據(jù)全面、信息共享、即時查詢、管理統(tǒng)一，可進行管道施工過程的技術(shù)管理、質(zhì)量管理、探傷管理、材料管理、計劃統(tǒng)計管理、經(jīng)營管理等，可進行各種工作的即時查詢和統(tǒng)計。 各職能部門處于同一個信息管理系統(tǒng)上， 大幅度提升了項目的技術(shù)管理水平及管理效率。

2.2 流水作業(yè)，專業(yè)分工

管道工廠化預制表現(xiàn)為工段/工序特點鮮明，“工序流水式”生產(chǎn)運行，節(jié)奏順暢，使得工序生產(chǎn)更加專業(yè)。 整個流水線分6 個工段實施，即報驗工段、下料工段、組對工段、焊接工段、成品工段、防腐及包裝工段。確保各工段順暢高效運行是管道預制順利實施的關(guān)鍵。

2.3 下料機械化

準確而高效的下料切割是管線預制高效的基礎(chǔ)（圖1—圖3）。 利用軟件功能，調(diào)配出管段規(guī)格材質(zhì)尺寸的信息，采用集中下料和自動化、機械化下料的工作原理，提高工作效率、減少出錯率、減少勞動強度，從而加快工期進度。

2.4 焊接自動化

以中石化第四建設(shè)有限公司大型成熟預制廠為例，目前管道自動焊接工藝已經(jīng)成熟（圖4），其中管道活動口自動焊自2000 年開始推廣應用，焊接工藝覆蓋面廣， 焊接方法包括GTAW 、GMAW、FCAW、SAW等，覆蓋碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鈦材等材質(zhì)，實現(xiàn)了從根焊到填充蓋面的全自動焊接， 焊接厚度最厚為200mm，焊接管徑最大為DN2500mm。 2016 年開始推廣應用管道固定口自動焊接， 主要應用在了馬來西亞RAPID 項目和海南PX 項目。 自動焊特點表現(xiàn)為生產(chǎn)效率高、焊接速度快、焊接連續(xù)性強，生產(chǎn)效率比手工電弧焊提高5～10 倍；焊接質(zhì)量高、穩(wěn)定且外表成形美觀；操作簡單，降低勞動強度。

圖1 數(shù)控鋸床切割下料

圖2 坡口加工

圖3 管式車床

對已完工項目進行統(tǒng)計分析（表1），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自動焊生產(chǎn)效率明顯高于手工焊， 工廠化車間預制生產(chǎn)效率明顯高于現(xiàn)場新建預制廠。

圖4 管道自動焊接工藝圖例

3 異地工廠化預制效益

管線異地工廠化預制打破傳統(tǒng)的時間和空間的概念，可將管線組對、焊接、熱處理、NDT 檢驗、防腐等工作在異地預制廠內(nèi)完成。

3.1 質(zhì)量效益

（1） 工廠化預制將現(xiàn)場施工部分移至條件環(huán)境相對較好、固定的廠房內(nèi)進行制作，可實現(xiàn)工序化流水施工，便于自動化裝備的推廣使用，在質(zhì)量方面也能得到有效保證和提升。

（2） 將高空作業(yè)變成地面作業(yè)， 減少作業(yè)環(huán)境對施工的影響。 以焊接為例，工廠化預制將焊接仰焊、橫焊固定口位置變成地面可轉(zhuǎn)動平焊位置， 降低施焊難度，同時改善焊接施工條件和環(huán)境，消除了風雨天的不利因素，提高了施工質(zhì)量。 通過對以往項目的焊接數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析， 工廠化預制的焊接一次合格率比安裝焊接一次合格率高4%左右。

表1 自動焊與手工焊生產(chǎn)效率對比

（3） 利于自動化設(shè)備的使用， 降低人員素質(zhì)的要求。 工廠化預制能大規(guī)模采用自動焊、坡口機、切割機等設(shè)備，不但可降低對工人的技能要求，避免人員不穩(wěn)定狀態(tài)，同時能提高裝配精度，保證質(zhì)量，自動焊焊接一次合格率可達98%以上；坡口機切割坡口角度一致，表面光滑，為下一道工序提供了質(zhì)量保證。

（4） 便于信息化管理，實現(xiàn)精準工序管控。 工廠化預制易于管理服務器設(shè)置及信息化手段應用， 無論是掃碼報驗、無紙化報驗，還是實時監(jiān)控都容易實現(xiàn)，所以信息化管理平臺（如管道管理軟件）在預制廠使用效果較好。 工廠化預制一般按工序組織生產(chǎn)，不但能提高工人工序的熟練度，同時可減少管理層級。

3.2 安全效益

管道工廠化預制是從分散到集中， 從而大量地減少現(xiàn)場作業(yè)。

（1） 簡化現(xiàn)場安全文明生產(chǎn)管理， 現(xiàn)場生產(chǎn)僅有安裝工作，減少了現(xiàn)場安裝人員。 現(xiàn)場機械化安裝代替人工安裝，避免了多處設(shè)置生產(chǎn)區(qū)，減少現(xiàn)場不同專業(yè)間的交叉作業(yè)，減少了私拉亂接現(xiàn)象。

（2） 將高空作業(yè)變成地面作業(yè)， 減少施工作業(yè)環(huán)境不利造成現(xiàn)場安全風險的增加， 有效地避免現(xiàn)場天氣環(huán)境對施工的影響；將大部分工作在場內(nèi)完成，減少了現(xiàn)場安全管理壓力。

3.3 社會效益

管道具備施工條件時，留給管道安裝的工期短、任務重， 經(jīng)常出現(xiàn)趕工期現(xiàn)象， 這勢必造成現(xiàn)場人力增加，造成當?shù)氐挠霉?、環(huán)境和社會安全壓力增大。

而預制為工段式管理，將復雜的工序進行分解，每一工段（下料、組對、焊接、成品）以兩個軟件為管理核心，使得工作內(nèi)容簡單化，形成流水施工，極大地提高了工效，也降低了對高素質(zhì)技能操作人員的需求數(shù)量。管線異地工廠化預制設(shè)備先進、效率高，大大提高了勞動生產(chǎn)效率； 便于對人工、 材料機械實現(xiàn)集中統(tǒng)一管理，降低生產(chǎn)成本，提高效益；整個過程具有資源節(jié)約、環(huán)境良好的特點。

3.4 工期效益

管道預制不受現(xiàn)場條件的約束， 采取工業(yè)化施工方法可實現(xiàn)同時異地進行管道的預制施工。 管道預制可與土建、結(jié)構(gòu)、設(shè)備同步施工，最大限度地縮短了施工總工期。

異地成熟預制廠與項目現(xiàn)場新建預制廠綜合對比見表2。

表2 異地成熟預制廠與項目現(xiàn)場新建預制廠綜合對比

4 異地工廠化預制與現(xiàn)場預制投入對比

以一套國內(nèi)典型裝置80 萬t/a 乙烯工程管道預制為例，管道預制量為423000 寸。 分別就工廠化預制（在月產(chǎn)能10 萬寸的預制廠） 和項目安裝場地新建臨時預制廠預制（距離600km），進行費用測算和對比分析，詳見表3 和表4。

4.1 工廠化預制費用的優(yōu)勢

（1） 固定性施工人員費用比流動性施工人員費用低10%～20%。

（2） 工廠化預制機械、設(shè)備、機具等設(shè)施全面，工效高于現(xiàn)場新建預制廠。

（3） 工廠化預制不存在人員及設(shè)備調(diào)遣費。

（4） 工廠化預制廠屬一次投入，分攤折舊。

4.2 工廠化預制費用的劣勢

工廠化預制費用的主要劣勢為管段運輸費用增加。

4.3 測算結(jié)果

按上述測算對比， 異地工廠化預制成本為54.88元/ 寸， 現(xiàn)場預制為63.23 元/ 寸。 預制量按完成423000 寸測算，直接經(jīng)濟效益為353.21 萬元。 同等價位的原材料，選用較近的工廠化預制廠家，可減少運輸費用的投入，更能體現(xiàn)出異地工廠化預制的經(jīng)濟效益。

5 異地工廠化預制成功實例

公司參建馬來西亞RAPID 項目，采用國內(nèi)標準化預制廠進行管道預制，公司臨近的碼頭集港海運，國外工程現(xiàn)場裝配式安裝的管道工程組織模式，形成國內(nèi)、國外平行施工的管道施工建造模式。 其直接經(jīng)濟效益節(jié)約了千萬元。

表3 工廠化預制廠直接費用測算

受人工成本和施工環(huán)境的限制， 目前大型國際能源公司以采購產(chǎn)品的形式，在國內(nèi)進行管線預制工作，例如BASF 美國工廠、YAMAL LNG 項目即采用異地預制形式來解決現(xiàn)場施工的瓶頸。

6 結(jié)論

為適應當今工程建設(shè)市場和大型裝置施工的需求，異地工廠化預制將會被更多的施工企業(yè)采用，其相對于傳統(tǒng)管道預制在安全、質(zhì)量、效益、成本、工期和管理上更具優(yōu)勢。