工藝管道機(jī)械化深度預(yù)制的技術(shù)與分析

盧鐵夫(中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東 青島 266300)

1 管道工廠機(jī)械化深度預(yù)制的優(yōu)勢(shì)

在石油化工裝置管道施工作業(yè)中，通常依照初始設(shè)計(jì)要求對(duì)將用以拼裝的管道進(jìn)行前期的加工和預(yù)制，待其成型后再運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，以方便后續(xù)管道拼裝作業(yè)的順利完成[1]。此舉避免了施工現(xiàn)場(chǎng)分散混亂、預(yù)制空間及場(chǎng)地不足、施工工期緊張等客觀問題，對(duì)管道施工保質(zhì)保量、按期交付起到重要作用。

相較于一般的管道預(yù)制方式，工廠集中化的管道機(jī)械化深度預(yù)制更有優(yōu)勢(shì)：

(1)將管道集中在同一個(gè)固定的工廠并利用專業(yè)的機(jī)械設(shè)備對(duì)其展開深度預(yù)制，可在保障管道質(zhì)量的基礎(chǔ)上大批量完成管道預(yù)制，減少現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量。

(2)工藝管道拼裝中，焊接連接占據(jù)主導(dǎo)地位，利于機(jī)械化自動(dòng)焊接設(shè)備的使用，可大量減少現(xiàn)場(chǎng)焊工的使用，緩解當(dāng)前用工環(huán)境下高水平焊工嚴(yán)重不足以及焊工薪酬過高造成的成本壓力。

(3)主要工作在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行，不受自然條件的影響，管道下料、倒運(yùn)、焊接等機(jī)械化施工效率高、質(zhì)量效果好，工作量便于統(tǒng)計(jì)，可切實(shí)保障施工進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

(4)除此之外，進(jìn)行工廠機(jī)械化深度預(yù)制可充分利用軟件進(jìn)行系統(tǒng)性分析與管理，減少和降低施工材料的浪費(fèi)現(xiàn)象，合理規(guī)劃預(yù)制深度和預(yù)制進(jìn)度，精確控制質(zhì)量要求，保證管道預(yù)制在規(guī)?；谋尘跋抡归_機(jī)械化流水作業(yè)，達(dá)到縮短工期、提高效益的良好效果。

(5)充分利用技術(shù)進(jìn)步的成果。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新工藝、新設(shè)備、新的管理軟件不斷出現(xiàn)，合理使用相關(guān)技術(shù)，享受技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的質(zhì)量、效率、效益、信息優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，進(jìn)行工廠化深度預(yù)制需要增加一定的資源投入，而產(chǎn)量越大有利于收回成本。因此，綜合比較投入與產(chǎn)出的對(duì)比，找出實(shí)現(xiàn)收益的臨界值，還要綜合考慮工期目標(biāo)、企業(yè)形象等因素，最大限度保障項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2 工藝管道機(jī)械化預(yù)制流程

工藝管道機(jī)械化深度預(yù)制都在工廠內(nèi)完成，具體作業(yè)流程為：(1)建立囊括材料、施工進(jìn)度安排、工藝選擇以及質(zhì)量管理等信息的管道預(yù)制數(shù)據(jù)庫(kù)；(2)利用單線圖實(shí)施分段，繪制預(yù)制用管段圖；(3)嚴(yán)格按照預(yù)制用管段圖實(shí)施預(yù)制施工，完成管道切割、坡口加工焊接；(4)組裝加工好預(yù)制管段和閥門，并對(duì)成品展開質(zhì)量檢驗(yàn)，確定質(zhì)量達(dá)標(biāo)后即可模塊化出廠；(5)轉(zhuǎn)運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)完成預(yù)制管段拼裝作業(yè)。

控制系統(tǒng)管理軟件作為一個(gè)科學(xué)先進(jìn)的管理軟件，在工藝管道預(yù)制全過程中應(yīng)用控制系統(tǒng)管理軟件，不僅便利了材料、技術(shù)選擇以及質(zhì)量安全管理，而且促進(jìn)了管道施工機(jī)械化水平的提高，采用數(shù)控機(jī)械的方式完成管道切割、坡口加工等施工作業(yè)，提高半成品組裝效率。

3 與傳統(tǒng)施工工藝比較的技術(shù)特點(diǎn)

(1)廠房利用率高。在工廠內(nèi)開展工藝管道預(yù)制作業(yè)，為施工人員提供了一個(gè)穩(wěn)定安全的工作環(huán)境，防止露天作業(yè)時(shí)溫度異常和出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)、暴雪等惡劣天氣對(duì)預(yù)制作業(yè)的影響，保證預(yù)制環(huán)境尤其是焊接環(huán)境清潔適宜。同時(shí)，使用可拆卸、能重復(fù)使用的廠房綠色環(huán)保，有利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益[2]。

(2)切割加工效率高。相較于傳統(tǒng)的切割加工方式，采用數(shù)控機(jī)械設(shè)備完成鉻鉬耐熱鋼、碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼以及高壓碳鋼管道的切割加工作業(yè)，可以提升加工速度，保證加工質(zhì)量。

(3)降低管工勞動(dòng)力強(qiáng)度。工藝管道機(jī)械化深度預(yù)制技術(shù)應(yīng)用了對(duì)口器，并將其與工作臺(tái)組對(duì)，組對(duì)好的工作臺(tái)可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)高度和自由翻轉(zhuǎn)，減輕了管工負(fù)擔(dān)，在保證組對(duì)質(zhì)量的前提下控制工程造價(jià)。

(4)焊接效率高。工藝管道機(jī)械化深度預(yù)制技術(shù)根據(jù)程序設(shè)定自動(dòng)開展焊接作業(yè)，適合于多種鋼材管道的焊接作業(yè)，焊接效果好且精度高。針對(duì)組裝好的預(yù)制段管道應(yīng)安排手工焊接。

(5)安裝電動(dòng)葫蘆和行車，便利管線、配件以及組裝好的半成品的運(yùn)輸傳遞作業(yè)，同時(shí)在廠房外安裝塔吊設(shè)備配合吊裝作業(yè)，提高作業(yè)效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

(6)深度預(yù)制的焊接量應(yīng)達(dá)到50%～60%，將模塊化組裝好的預(yù)制段轉(zhuǎn)運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)完成拼裝作業(yè)。

(7)管道預(yù)制數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、繪制預(yù)制用管段圖、預(yù)制施工方案的確定以及質(zhì)量安全管理均可采用項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)管理軟件。

4 操作要點(diǎn)

4.1 廠房的設(shè)計(jì)及規(guī)劃

廠房采用模塊化設(shè)計(jì)，可自行設(shè)計(jì)制造或根據(jù)需求定制可拆卸重復(fù)使用的螺栓連接的輕鋼廠房。此外，廠房應(yīng)盡可能靠近施工現(xiàn)場(chǎng)，提升轉(zhuǎn)運(yùn)預(yù)制成品的效率和安全性，廠房規(guī)劃內(nèi)容主要包括兩項(xiàng)：(1)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和按照施工工序布設(shè)功能區(qū)，具體的功能區(qū)包括：原材料區(qū)、下料區(qū)、機(jī)加工區(qū)、組對(duì)區(qū)、焊接區(qū)、熱處理區(qū)、無(wú)損檢測(cè)區(qū)、成品區(qū)等；按工序進(jìn)行布置，確保物流的合理和通暢。(2)科學(xué)規(guī)劃廠房道路及安全通道、布置排水設(shè)施、緊急集合點(diǎn)，安裝水電設(shè)施，為工藝管道預(yù)制作業(yè)提供一個(gè)供水供電穩(wěn)定安全、廠房?jī)?nèi)行車便利通暢的工作環(huán)境，保證預(yù)制作業(yè)有序開展。

4.2 起重設(shè)備的選用及管理

在廠房?jī)?nèi)布置起重設(shè)備，便利各類材料的裝卸和轉(zhuǎn)運(yùn)預(yù)制段。根據(jù)廠房強(qiáng)度、空間大小、使用周期、投資額度等綜合考慮使用門式起重機(jī)或橋式起重機(jī)，以操作方便、安全可靠為宜。

科學(xué)布置起重設(shè)備，除設(shè)置起重機(jī)外，選擇在自動(dòng)焊接集裝箱位置增設(shè)電動(dòng)葫蘆，便于自動(dòng)焊機(jī)的焊接作業(yè)。嚴(yán)格按照特種設(shè)備使用規(guī)范安裝使用起重機(jī)，申請(qǐng)使用許可證，進(jìn)行日常運(yùn)維和檢驗(yàn)，安排已獲得起重機(jī)行車操作證明的操作手實(shí)施作業(yè)，無(wú)證人員不得上崗。

4.3 管道切割及坡口加工設(shè)備

在集裝箱內(nèi)安裝管道切割及坡口加工高速數(shù)控機(jī)械，這種高速數(shù)控機(jī)械設(shè)備優(yōu)勢(shì)較為突出，性能和作業(yè)范圍較傳統(tǒng)手工氧氣乙炔火焰切割及坡口加工技術(shù)優(yōu)越，適應(yīng)于多種鋼材的切割加工作業(yè)。如果出現(xiàn)管道條件不符合高速數(shù)控機(jī)械加工的情況，選擇半自動(dòng)軌道切割小車，采用人工修正的方式完成碳鋼及鉻鉬鋼管道切割、打磨及加工作業(yè)。針對(duì)不銹鋼管道，選擇內(nèi)、外卡式管道切割及坡口加工一體機(jī)器。

4.4 管道組對(duì)系統(tǒng)

根據(jù)管道組對(duì)的具體需要(如管徑)選擇形式恰當(dāng)、動(dòng)力穩(wěn)定的管道對(duì)口器。應(yīng)用可靈活調(diào)節(jié)高度和翻轉(zhuǎn)的電動(dòng)工作臺(tái)，開展管與管頭、彎頭及法蘭等配件的組對(duì)作業(yè)。

4.5 自動(dòng)焊

隨著技術(shù)進(jìn)步和焊機(jī)生產(chǎn)廠家的設(shè)備升級(jí)，針對(duì)不同焊接工藝要求且高效的自動(dòng)焊設(shè)備不斷出現(xiàn)。管道自動(dòng)焊機(jī)的選用和安裝應(yīng)根據(jù)所需預(yù)制的具體管道類型和尺寸、數(shù)量、費(fèi)效比等條件確定。小型焊機(jī)可直接安裝在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，中大型焊機(jī)則可安裝在廠房?jī)?nèi)。根據(jù)管壁厚度選擇焊接方式，管壁厚度＜12 mm時(shí)選擇氣保焊作為焊接方式；管壁厚度≥12 mm時(shí)優(yōu)先選擇埋弧焊作為焊接方式。預(yù)制管段二次組對(duì)焊接過程中要嚴(yán)格控制焊縫數(shù)量，以自動(dòng)焊為主，盡可能減少手工焊。

4.6 預(yù)制段的深度預(yù)制

廠房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)置熱處理區(qū)及無(wú)損檢測(cè)區(qū)，在完成管道預(yù)制后立即開展熱處理和無(wú)損檢測(cè)，未出現(xiàn)損壞的管段即可進(jìn)入下一步組裝，再完成閥門及支吊架的安裝作業(yè)，驗(yàn)收預(yù)制質(zhì)量。預(yù)制管段模塊化出廠，轉(zhuǎn)運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中注意采取保護(hù)措施，避免管段模塊出現(xiàn)變形，方便現(xiàn)場(chǎng)拼裝預(yù)制管段。

4.7 使用項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)管理軟件進(jìn)行項(xiàng)目管理

工藝管道機(jī)械化深度預(yù)制施工全過程應(yīng)用到控制系統(tǒng)管理軟件，包括前期管道預(yù)制數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和管道用管段圖的繪制、材料配比檢查、后期的焊機(jī)類型和焊接工藝的選擇、熱處理、無(wú)損檢測(cè)探傷、返修、出廠及項(xiàng)目管理。

4.8 驗(yàn)收與交接

工藝管道機(jī)械化深度預(yù)制驗(yàn)收與交接工作是整個(gè)管道預(yù)制作業(yè)的重要組成部分，驗(yàn)收工作應(yīng)嚴(yán)格遵循工廠化預(yù)制技術(shù)協(xié)議和設(shè)計(jì)文件，交付管段范圍內(nèi)容，提供各類資料和文件，驗(yàn)收合格后才能開展實(shí)物及資料的交接工作，同時(shí)核對(duì)實(shí)物是否符合設(shè)計(jì)方案，管徑、材質(zhì)等是否與資料一致。此外，開展資料交接工作時(shí)應(yīng)交接電子版的管道預(yù)制數(shù)據(jù)庫(kù)，以便直觀、快速地查詢管線管徑、材質(zhì)等基礎(chǔ)信息、焊機(jī)類型及焊接方式等焊接信息以及熱處理、無(wú)損檢測(cè)等信息。

5 預(yù)制工廠的全過程管理工作

在管道工廠進(jìn)行機(jī)械化深度預(yù)制是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要從工廠建設(shè)到產(chǎn)品出廠的全過程管理提前做好策劃。在工廠的選址和設(shè)計(jì)方面，首先要考慮材料及成品的運(yùn)輸?shù)缆肥欠駮惩?，親赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行專業(yè)評(píng)測(cè)，檢驗(yàn)其空間布置是否適合管道預(yù)制各項(xiàng)順利展開的要求，確保有足夠的材料擺放、設(shè)備布置和工序銜接空間。工廠化生產(chǎn)同樣需要一套完整高效的管道預(yù)制管理流程，包括生產(chǎn)流程、材料管理、設(shè)備管理、人員管理、工藝要求、質(zhì)量管理等各個(gè)方面，保證下料、組對(duì)、焊接、倒運(yùn)及安裝等各個(gè)工序的無(wú)縫銜接，盡量一次成型，避免出現(xiàn)材料浪費(fèi)以及返工等現(xiàn)象；還要建立健全HSE體系，做到安全生產(chǎn)；工廠生產(chǎn)需結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，立足環(huán)境保護(hù)和杜絕擾民現(xiàn)象，做到文明施工；最后要具備應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處置能力，做好應(yīng)急預(yù)案。

6 結(jié)語(yǔ)

采用工藝管道機(jī)械化深度預(yù)制技術(shù)，進(jìn)行工廠模塊化預(yù)制能夠保證預(yù)制質(zhì)量，大幅減少管道現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制及施工工作量，縮短工期，獲得穩(wěn)定可靠的質(zhì)量保證，可在石油化工、天然氣項(xiàng)目中大力推廣工藝管道機(jī)械化深度預(yù)制技術(shù)。