大口徑管道直管段制作技術(shù)應(yīng)用

劉光年,張 賀

（1.合肥水泥研究設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230051；2.合肥固泰自動化有限公司，安徽 合肥 230051；3.中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司，上海 200540）

0 前言

大口徑管道由于其存在施工周期長，施工難度大，工程成本高等問題，再加上現(xiàn)場施工條件復(fù)雜多變，導(dǎo)致大口徑管道采取工廠化預(yù)制再在現(xiàn)場安裝很難進(jìn)行，同時(shí)大口徑管道的長距離運(yùn)輸也是一個(gè)比較棘手的難題。針對此難題，一般大口徑工藝管道采取在項(xiàng)目現(xiàn)場附近預(yù)制場進(jìn)行預(yù)制，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行安裝。因此，大口徑管道制作是后續(xù)管道安裝能否順利完成的保證，也是整個(gè)項(xiàng)目能否順利完成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文針對大口徑管道制作存在工程量大、管徑大、規(guī)格多、材質(zhì)多樣化等特點(diǎn)，提出一種新型優(yōu)化管段分段技術(shù)和管段組對方案，重點(diǎn)論述大口徑管道直管段制作的技術(shù)。

1 項(xiàng)目特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）本項(xiàng)目大口徑管道約510 m，本工程中對大口徑管道定義為管道公稱直徑≥1000 mm的管道），表1為本項(xiàng)目大口徑管道數(shù)據(jù)。

（2）本項(xiàng)目大口徑管道有以下特點(diǎn)：①管徑較大，其中最大規(guī)格管子管徑為3520mm；②管徑規(guī)格多，管徑范圍DN1000～DN3500；③管道壁厚不統(tǒng)一，管道壁厚最薄的只有4 mm，最厚的有12 mm；④管道材質(zhì)多樣，主要由Q345B、316L、15CrMoG組成。上述四個(gè)特點(diǎn)決定了大口徑管道制作難度較普通常規(guī)管道大很多。

表1 大口徑管道數(shù)據(jù)一覽表

（3）本項(xiàng)目大口徑管道中直管段工程量較大，其焊接量占本項(xiàng)目大口徑管道焊接工程量的80%，采購及運(yùn)輸困難（一般成品大口徑管道管徑為DN700～1 200 mm，而且工廠化生產(chǎn)及運(yùn)輸都比較容易）；制作缺少相關(guān)技術(shù)資料和經(jīng)驗(yàn)。

（4）怎樣保證大口徑管道直管段的制作質(zhì)量，如何保證大口徑管道直管段制作控制在允許偏差范圍內(nèi)，這些都是急需解決的技術(shù)問題，也是本文論述的重點(diǎn)。

（5）由于大口徑管道管徑較大，在安裝過程中變形也會較大，所以對管件組對技術(shù)措施要求較高，對管道安裝進(jìn)度及焊接質(zhì)量控制影響較大。

2 技術(shù)措施

（1）優(yōu)化管段分段方案。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對大口徑管道施工圖進(jìn)行深化，對每趟管線的管段尺寸進(jìn)行分解,優(yōu)化管段分段制作方案，提高工廠化預(yù)制率。

（2）提高組對效率。本項(xiàng)目大口徑管道管壁較薄，直管段在重力作用下很容易變形，造成管口橢圓度超標(biāo)，因此在管道施工時(shí)，焊件組對焊縫間隙及錯(cuò)邊量很難控制（錯(cuò)邊量加大，焊縫容易出現(xiàn)未熔合缺陷），嚴(yán)重影響組對效率和焊接質(zhì)量。

（3）可調(diào)式固定支撐法。為提高組對焊接的效率，結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，提出一種可調(diào)式固定支撐法，即先采取制作固定支撐，防止管道由于放置時(shí)間較長，在重力作用下變形量大，從而確保其形位公差符合標(biāo)準(zhǔn)；其次采用可調(diào)支撐（見圖1），方便焊件組對時(shí)糾正變形；針對焊縫間隙及錯(cuò)邊量的控制，依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，制作簡單適用的管道焊口組對器（見圖2）來控制焊件間徑向間隙及軸向間隙。

圖1 管道可調(diào)支撐圖

圖2 管道焊口組對器

3 項(xiàng)目實(shí)施情況簡介

（1）管段排版。為了減少材料損耗，在編制鋼板采購計(jì)劃時(shí)，要根據(jù)管段排版情況，確定合適的供貨鋼板規(guī)格。以管線AC-10001-128-K24為例：該管線管道直徑為3 220 mm，經(jīng)核算其周長為100111 mm，三段直管段長度分別為1 100，2 390，10040 mm，為了減少損耗，采購了5 500 mm×10200 mm、5500mm×2500 mm、5500mm×1100mm三種規(guī)格的鋼板各兩塊，共六塊鋼板；管道進(jìn)行排版后再放樣下料，以保證管道的外形尺寸達(dá)到規(guī)范要求。號料和坡口的切割，采用半自動切割機(jī)及等離子切割機(jī)（圖3）。

圖3 半自動切割機(jī)下料

（2）優(yōu)化的卷管技術(shù)。由于本項(xiàng)目大口徑管道存在管徑大、管壁薄的特點(diǎn)，為了避免鋼板在卷制過程中發(fā)生較大變形，因此對原卷管機(jī)進(jìn)行了改造,采用三輥卷板機(jī)，其過程是利用卷板機(jī)對板料進(jìn)行連續(xù)三點(diǎn)彎曲。設(shè)備在進(jìn)行卷板時(shí)，將板料放在上、下工作輥之間。上輥垂直升降，兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動且相對于上輥軸水平移動。上輥下降時(shí)，板材在上下工作輥之間發(fā)生塑性變形而彎曲。下輥連續(xù)旋轉(zhuǎn)通過板與輥之間的摩擦力帶動鋼板進(jìn)、退，完成卷制。重點(diǎn)對管道縱縫接頭部位，反復(fù)輥壓，采用專用管道靠尺進(jìn)行檢查，以保證管道橢圓度達(dá)到規(guī)范要求，具體過程如下：

①預(yù)彎：卷板時(shí)平板兩端各有一段長度由于接觸不到上輥而不發(fā)生彎曲，稱為剩余直邊，工藝上將平板開始彎曲的最小力臂叫做理論剩余直邊，其大小與設(shè)備結(jié)構(gòu)及其彎曲形式（對稱彎曲，不對稱彎曲）有關(guān)。

②對中：對中的目的是使工件母線與輥筒軸平行，防止產(chǎn)生扭斜。

③卷圓：卷圓是產(chǎn)品成形的主過程，由于本項(xiàng)目管子管壁比較薄，因此采取一次進(jìn)給的方式，以避免鋼板卷制次數(shù)多導(dǎo)致鋼板變形過大。

④矯圓：矯圓的目的是盡可能使整圓曲率均勻一致，保證產(chǎn)品質(zhì)量。一般矯圓工序分三步：加載，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或計(jì)算將工作輥調(diào)到所需的最大矯正曲率的位置；滾圓，將輥筒在矯正曲率下滾卷1～2圈，使整卷曲率均勻一致；卸載，逐漸卸除載荷，使工件在逐漸減少的矯正載荷下多次滾卷。

制作部分胎架，以便將預(yù)制完的鋼板按照不同規(guī)格、位置編號擺放在胎架上，防止預(yù)制好的管壁板發(fā)生變形。

（2）“米”型支撐固定法。大口徑管道直管段的組對就是將卷制好帶有一定弧度的鋼板通過相關(guān)步驟組對成一段直管段，具體步驟如下：

①在預(yù)制場內(nèi)用混凝土澆筑10 000 mm×100000mm×50mm的預(yù)制平臺，然后在預(yù)制平臺上面鋪設(shè)50000mm×5 000mm×8 mm的鋼板，鋼板平臺的表面一定要水平，表面水平誤差不超過5 mm；將鋼板周圍進(jìn)行固定，防止縱橫向發(fā)生位移；在組裝平臺上依據(jù)管道直徑制作槽鋼胎具，胎具上表面用水平儀找平，相鄰兩個(gè)的高差≤1 mm，其余高差≤2 mm。畫出管道外徑圓周線，焊好定位板。

②管道組對前，對管口周圍15mm范圍內(nèi)的內(nèi)外表面油漆、銹、毛刺等污物清理干凈，并按規(guī)范或設(shè)計(jì)要求制作坡口，然后打磨坡口及坡口周圍150mm范圍，使其露出金屬光澤。環(huán)焊縫距支架凈距要大于200mm。

③按排版圖分別利用吊車吊裝各單片，利用夾具固定，利用加減頂絲調(diào)整錯(cuò)邊量，測量直徑、周長、橢圓度、上口水平度，滿足要求點(diǎn)焊固定,在內(nèi)口上下利用鋼管打好“米”型支撐固定，見圖4。

圖4 米字型支撐布置圖

④每一條立縫內(nèi)側(cè)，焊接4～5塊防變形弧板。

⑤管壁采用組對夾具，避免或減少點(diǎn)焊臨時(shí)卡具。管壁兩端應(yīng)平齊，錯(cuò)邊量≤1.5mm；用大錘敲打找圓時(shí)，必須加墊板，錘痕深度≤0.5mm。

（3）管段的組對。為了減少安裝的工程量，更好的保證施工質(zhì)量，在管段預(yù)制完成后，根據(jù)具體情況，將合適的直管段與直管段或者直管段與管件進(jìn)行組對，具體步驟如下：

①組對時(shí)，在上內(nèi)或外側(cè)約每隔500mm焊接一塊定位板，再將上面直管段吊放上去，見圖5，在對口處每隔500mm放一塊間隙板，間隙板的厚度應(yīng)以保證對口間隙為原則，同時(shí)上、下兩圈直管段的四條方位母線必須對正，其偏差不得大于5 mm；

②用調(diào)節(jié)絲杠調(diào)整間隙，用卡子、銷子調(diào)整對口錯(cuò)邊量，使其沿圓周均勻分布，防止局部超標(biāo)，符合要求后進(jìn)行定位焊；

③筒節(jié)組對后內(nèi)部要加支撐，增加剛性、防止變形。

圖5 現(xiàn)場組隊(duì)圖

4 結(jié)語

通過對大口徑直管段管道制作過程中技術(shù)研究，同時(shí)在施工方面進(jìn)行合理規(guī)劃，保證管壁組對完成后使單個(gè)直管段的橢圓度達(dá)到規(guī)范要求，偏差控制在2～3mm內(nèi)；同時(shí)本項(xiàng)目的大口徑管道預(yù)制焊接質(zhì)量檢驗(yàn)采用超聲波探傷，一級為合格，現(xiàn)場安裝為射線拍片；由于在預(yù)制階段很好的控制住了橢圓度，使安裝對口質(zhì)量也控制在范圍內(nèi)，焊接質(zhì)量也得到了保證。

該工程比合同工期提前15天完成。經(jīng)過在該項(xiàng)目的實(shí)踐，為后續(xù)大口徑管道制作、安裝積累了一套經(jīng)濟(jì)有效、可操作性強(qiáng)的工藝方法。同時(shí)該方法具有創(chuàng)新性、實(shí)用性、可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在工程建設(shè)的許多領(lǐng)域，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。