甲醇制汽油裝置工藝管道安裝方案

鄭端陽

（河南化工技師學院機械工程系）

某化工企業(yè)年產(chǎn)10 萬噸甲醇制汽油（MTG）裝置由合成油、油品分離和重油處理3 個工段組成，其中有長達37 135m 的工藝管道（包含管件20 800 個和閥門3 898 只）， 這些工藝管道包括以下特點： 主要集中在裝置主框架與管廊框架上，布局雖然緊湊，但安裝時上下交叉作業(yè)頻繁；管 道 材 料 有20#、20G、L245B、Q235B、12Cr2Mo、15CrMoG、15CrMo、304、304L、316 和316L， 種類達11 種，而且管徑分布范圍廣，焊接要求嚴格；裝置內含有GC1 類壓力管道， 必須確保施工質量；工期正逢夏季，氣溫高且有大風天氣。 針對這些特點，該裝置工藝管道的安裝方案應依據(jù)施工所涉及的標準規(guī)范［1～7］，制定施工順序、質量控制點和預控措施，保證整個裝置工藝管道安裝施工的質量和安全。

1 管道安裝施工順序

MTG 裝置工藝管道安裝方案中，涉及的工作內容主要包括管道的預制和安裝 （含管道支架、靜電接地）， 由此制定了有針對性且具有可操作性的施工順序（圖1）。

圖1 工藝管道安裝施工順序

2 施工準備

工藝管道安裝施工前的技術準備需完成以下各項內容：

a. 所有的圖紙、施工、驗收的規(guī)范及標準等資料齊全， 施工方案上報業(yè)主和監(jiān)理并通過審批，會同設計、業(yè)主代表和監(jiān)理對圖紙會審完畢；

b. 技術人員應重點對施工方案、 施工內容、工程量、關鍵工序、工序交接要求、質量標準及風險控制措施等向施工作業(yè)人員進行技術交底；

c. 管道的各種材料、 管件及閥門等已到貨，并通過驗收；

d. 包括各種焊機、切割機及氣焊工具等施工機具和材料已備齊，并處于完好狀態(tài)；

e. 管理人員、作業(yè)人員須有相應的崗位與資質證書，電焊工、電工和起重工須持有效證件上崗；

f. 各種材料管道焊接工藝評定已經(jīng)審定批準，指導焊工操作的焊接工藝規(guī)程已編制完畢。所有施工機具按表1 所列準備。

表1 施工所需的機具

3 施工方法

3.1 材料的驗收與管理

管材和管件到貨后，物資管理部門應組織相關人員（質管、施工及監(jiān)理等部門）依據(jù)規(guī)范和標準進行驗收，主要是查看外觀、檢查幾何尺寸及查驗質量證明書（對于中壓焊接管件應核對合格證）等項目；閥門的檢驗按SH 3518—2013《石油化工閥門檢驗與管理規(guī)范》進行（需要現(xiàn)場試壓的閥門直接運至試壓場地，試壓合格的閥門應進行狀態(tài)標識，并利用塑料封蓋或塑料布加膠帶的方法封口）。 驗收合格后，共同面簽辦理材料到貨驗收單和入庫手續(xù)，入庫后的管材按指定位置分類擺放，管件上貨架并分類擺放（法蘭件應對密封面加以保護）， 同時均應以標牌形式標注其材料、規(guī)格和檢驗狀態(tài)。

焊接材料到貨后，應按設計文件和有關標準規(guī)定進行檢驗，并應符合GB 50683—2011《現(xiàn)場設備、 工業(yè)管道焊接工程施工質量驗收規(guī)范》的有關規(guī)定。 焊接材料管理人員應做好焊材入庫保管、發(fā)放出庫、領用、烘烤及回收等環(huán)節(jié)的管理，并應符合現(xiàn)行行業(yè)標準JB/T 3223—1996《焊接材料質量管理規(guī)程》的規(guī)定。

凡驗收不合格或存在質量缺陷的材料和元件應辦理缺陷確認單，按照施工單位質量管理體系的相關程序上報處理。

3.2 管子切割

管子切割工序及其注意事項為：

a. 下料前，應核對管子的標記，無誤后方可開始切割下料，隨時做好標記的移植；

b. 切割與坡口加工時，普通碳鋼、低合金鋼管道采用氣焊切割，管子壁厚δ≤12mm 且公稱直徑不大于200mm 的不銹鋼管采用機械切割，其余則采用等離子切割（用等離子切割后需用砂輪機（專用砂輪片）修磨掉熱影響區(qū)的淬硬層）；

c. 奧氏體不銹鋼與合金鋼管需使用不易褪色的記號筆進行劃線下料；

d. 不銹鋼管采用等離子切割時，管道內外壁均應進行防護，管道內部可用彩鋼板卷成圓筒緊貼在內壁， 外壁則在切口兩側各不小于100mm范圍內鋪設保護，切割后及時清除加工過程中管道內外壁附著的熔渣和飛濺物。

3.3 管子組對

管道焊縫接頭坡口制備形式、尺寸和不等厚對接焊件組對時的加工修整按GB 50683—2011《現(xiàn)場設備、 工業(yè)管道焊接工程施工質量驗收規(guī)范》的技術要求進行。 焊件組對前，應對坡口及其內外側表面不小于10mm 范圍內的油、 漆、 垢、銹、 毛刺清除干凈且不得有夾層及裂紋等缺陷。組對用卡具的材料應與管材相同。 用機械方法或砂輪片切割拆除不銹鋼管材組對卡具時，應把殘留物清除干凈。

3.4 管子預制

預制管子時出現(xiàn)的焊縫應避開梁、管托和支架位置，且固定焊口應留在易焊接、易吊裝組對的位置。 為了使預制好的管段長時間存放，管段兩端可采用塑料布扎封以防臟物和有油物質進入，技術人員和焊工應隨時把管線號、焊口號和焊工號標示在預制好的管段上。 另外，不得使用鐵質器械來預制不銹鋼管道。

3.5 管道焊接

按已批準的焊接工藝評定編制指導現(xiàn)場施工的焊接作業(yè)指導書。 焊工考試、焊前準備、焊接環(huán)境控制、定位焊、壓力（合金鋼厚壁）管道的焊接、焊接檢驗（包括無損檢測）以及不銹鋼的酸洗鈍化等按GB 50683—2011《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工質量驗收規(guī)范》的技術要求進行。

按照規(guī)范和設計文件，綜合考慮此安裝施工中針對各種材料的管道所選用的焊條和焊絲（表2）。

表2 管道材料對應的焊條和焊絲

施工中所涉及的各種材料管道的焊接方法如下：

a. 公稱直徑大于50mm 且壁厚δ≥4mm 的所有材料管道均采用手工鎢極氬弧焊打底、手工電弧焊填充蓋面的焊接工藝（GTAW+SMAW 簡稱氬電聯(lián)焊）；

b. 公稱直徑小于50mm 且壁厚δ＜4mm 的所有材料管道均采用手工鎢極氬弧焊；

c. 所有不銹鋼管焊接必須采用氬弧焊打底、電焊蓋面且管道內部充氬氣保護；

d. 合金鋼管需采用氬弧焊打底， 對于壁厚δ≥13mm 的管道必須進行預熱和后熱，預熱溫度最低不低于150℃， 焊后后熱溫度為200～250℃，對于預熱、后熱必須采用電加熱形式，預熱區(qū)域應以焊縫中心為基準，每側100mm；

e. 鉻鉬鋼和高壓碳鋼管道發(fā)生意外中斷焊接時，必須采取防止裂紋產(chǎn)生的措施。

熱處理的基本要求按規(guī)范中的技術要求進行，MTG 裝置內不同壁厚的碳鋼和鉻鉬鋼管道對應的熱處理工藝列于表3。

3.6 管道安裝

管道安裝前應具備的條件如下：

表3 不同壁厚的碳鋼、鉻鉬鋼管對應的熱處理工藝

a. 與配管有關的土建和鋼結構均已驗收合格，達到安裝要求；相連的單元設備安裝、找正和固定均已合格；交付管道安裝的交接手續(xù)已辦理完。

b. 預制件已完工并檢驗合格，在地面上進行的其他工作盡可能的完成；閥門、管件及預制件等內部已清理干凈無雜物。

管道安裝的技術要求為：

a. 管道安裝以管道平面布置圖為準，標高作為重點加以控制 （應核對實際標高與圖紙的差異，這需在預制時提前考慮），其他如介質流向、預拉值、支吊架型式（包括位置）、閥門的安裝方向和坡度值按圖紙要求進行。

b. 安裝管道時，不宜采用臨時支吊架，更不得用鐵絲、麻繩或石塊等作為臨時支吊架，應盡早安裝正式支吊架；管架的型式與規(guī)格應嚴格按照設計圖紙制作，不得隨意更改圖紙，遇到與現(xiàn)場位置有沖突的情況，應經(jīng)設計單位書面同意再加以后更改。

c. 可采用卡具進行固定接縫的組對，但不得采用諸如加置偏墊、多層墊片或加熱管子的方法強力組對來消除固定接縫端面的偏差；若有錯口及不同心等缺陷時應進行返修和矯正。

d. 法蘭密封面和密封用的墊片不得有銹斑及劃痕等缺陷存在； 開孔應在安裝前預先完成，若在安裝后開孔，應把開孔處和管內的雜物清理干凈；儀表一次元件的開孔與焊接也應在安裝前進行，減少仰焊。

e. 系統(tǒng)氣密試壓前，各種閥門、設備接口和其他儀表件連接法蘭處可先用石棉墊代替，待系統(tǒng)氣密試壓時再更換成正式的纏繞墊和金屬墊；各種墊片按圖紙要求使用，不可混用。

f. 安裝之前，應先復查設備管口方位、附屬鋼結構尺寸及預制管段尺寸等與設計圖紙的符合情況。

g. 為了保證動設備接口無應力安裝，管道應先從設備接口一側向外配管，安裝時應參考設備隨機安裝說明書；固定焊口也應遠離動設備。

h. 氧氣管道閥門下方不可直接安裝彎頭和三通分岔頭，至少留有不小于管外徑5 倍的直管段。

i. 奧氏體不銹鋼管道安裝時應特別注意直接與碳鋼材料接觸，如碳鋼支架墊低氯石棉墊與不銹鋼管隔離、吊裝用鋼絲繩等機索具用布包好或者使用布質吊帶吊裝等。

j. 管道安裝允許偏差、 檢驗數(shù)量和檢驗方法應符合GB 50184—2011《工業(yè)金屬管道工程施工質量驗收規(guī)范》的規(guī)定。

閥門安裝時，應遵循的條件為：

a. 閥門安裝前，應按GB 50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》中的規(guī)定進行壓力和氣密性試驗；

b. 安裝或搬運閥門時，起吊點均不得設置在手輪上；

c. 按單線圖（管路圖）和閥體上的流向標記進行安裝，必須保證與實際介質流向一致；

d. 按單線圖（管路圖）上的要求選擇相應的支架用于閥門的支撐安裝；

e. 除蝶閥微開和球閥全開狀態(tài)下安裝外，其他閥門一般都在關閉狀態(tài)下安裝；

f. 閥門安裝的位置設計無特別要求外， 以方便操作、維修和檢查為原則，但手輪不要朝下；

g. 閥門的安裝與管道對接一樣，不得強行或承受外加負荷進行安裝，而應自然連接。

管道支（吊）架的制作與安裝過程中的要點為：

a. 嚴格按圖紙要求的材料和型式制作支（吊）架，并對每一支（吊）架做標記便于安裝；

b. 每個支架的焊縫都要進行外觀檢查，不得有漏焊、欠焊及咬肉等缺陷；

c. 采用電弧連續(xù)焊進行管架的焊接，角焊縫高度按較薄焊件的厚度且不小于6mm 的規(guī)定執(zhí)行， 其余未注明尺寸的焊縫按GB/T 324—1988和GB/T 985—1988 規(guī)定執(zhí)行；

d. 管道支（吊）架焊縫不得有欠焊、漏焊及咬肉等缺陷，產(chǎn)生的焊接變形應校正；

e. 固定支架的安裝要牢固，滑動支架的滑動面要求干凈且平整；

f. 配合管道的安裝， 應及時固定和調整支（吊） 架， 管道安裝后， 對照管架圖逐個核對支（吊）架的材料、型式和位置是否有誤，逐個檢查焊接強度；

g. 臨時支（吊）架不要忘記拆除，并更換為正式支（吊）架；

h. 彈簧支（吊）架應按設計文件規(guī)定安裝標高與彈簧工作荷載，調整彈簧至冷態(tài)值，并做記錄；

i. 不銹鋼管道與碳鋼支架之間的石棉墊氯離子含量不得超過50×10-6。

最后，MTG 裝置屬于易燃易爆范疇， 對管道的靜電接地安裝要求較高， 其靜電接地安裝按GB 50235—2010 《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》的規(guī)定進行。

4 施工質量保證措施

管道安裝工程施工中， 無論是材料的管理、管道的預制還是支吊架的制作等工序，由于工作的疏忽或一些細小問題， 都會造成物料的浪費、能源損失，甚至影響工程的質量，因此應對各環(huán)節(jié)施工的質量通病進行歸納，從而制定出防止質量通病的預控措施（表4）。

表4 質量通病與預控措施

在管道安裝施工過程中，除了以上預控措施之外，還應建立質量檢測程序，設置三級質量控制點，嚴格執(zhí)行三檢制，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。 設置的質量控制點見表5。

表5 管道安裝質量控制點

5 施工風險控制與環(huán)境保護措施

為了實現(xiàn)該MTG 裝置工藝管道安裝施工達到零事故的管理目標，結合本工程的施工性質和特點，對施工過程中的危害因素進行辨識，并制定本裝置管道安裝工程風險評價控制措施，具體見表6。

表6 管道安裝工程危險辨識、風險評價和控制措施

與此同時，施工現(xiàn)場應遵守國家有關環(huán)境保護的法律法規(guī)，施工前應對現(xiàn)場的有害環(huán)境因素進行辨識，并采取有效措施，控制現(xiàn)場的各種揚塵、廢物以及噪聲等對環(huán)境的污染和危害，制定本裝置管道安裝工程環(huán)境評價控制措施，具體見表7。

表7 管道安裝工程環(huán)境因素辨識、風險評價和控制措施

6 結束語

筆者介紹的工藝管道施工方案是依據(jù)甲醇制清潔燃料項目MTG 裝置的工藝管道安裝特點而制定的。 在確定施工方法及其技術措施時充分考慮到管道材料種類多、 含有GC1 類壓力管道、高空作業(yè)多且吊裝難度大等因素，合理確定焊接方法和熱處理工藝，優(yōu)化管道切割組對和安裝順序，分析確定管道安裝質量控制點及其采取的質量控制手段。 另外，針對施工現(xiàn)場存在的各種危險因素進行逐一辨識和評價，進而提高各級管理人員和施工一線員工的安全意識，最終使本裝置的管道安裝項目得以圓滿完成。