工藝管道工廠化預(yù)制在集輸工程的應(yīng)用與提高

王小平，孟獻(xiàn)強(qiáng)，張文江，侯 昊，孟 寧

1中國(guó)石油管道局工程有限公司第二工程有限公司，江蘇 徐州

2中國(guó)石油管道局工程有限公司國(guó)際事業(yè)部，河北 廊坊

3中油管道機(jī)械制造有限責(zé)任公司，河北 廊坊

1. 項(xiàng)目開展背景

沙特哈拉德及哈維亞地區(qū)北部壓氣站管道項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱NGCP)，位于沙特哈拉德–哈維亞天然氣田區(qū)域，該項(xiàng)目隸屬于沙特阿美公司，是哈拉德–哈維亞能源增產(chǎn)提效工程的重要組成部分。由于阿美公司有著嚴(yán)苛的質(zhì)量管理體系，以往國(guó)內(nèi)的“標(biāo)準(zhǔn)化工廠預(yù)制 + 現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易平臺(tái)預(yù)制”工作模式，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的管道“二接一”預(yù)制，已經(jīng)無法滿足項(xiàng)目需求，只有大力推進(jìn)“二次設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、模塊化組裝施工、數(shù)字化管理”的施工模式、才能完成場(chǎng)站工藝、閥組、標(biāo)準(zhǔn)化井口工藝、撬裝工藝預(yù)制。

2. 管道工廠化預(yù)制的優(yōu)勢(shì)

以往的工藝管道預(yù)制一般都在各個(gè)場(chǎng)站施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，搭建標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制廠房的成本高、可利用周期短，只能搭建臨時(shí)的預(yù)制車間，預(yù)制車間容易受到施工作業(yè)環(huán)境影響大(風(fēng)、雨等)等影響，焊接質(zhì)量難以保證。管道焊接一般采用手工焊的方式，不但焊材利用率低，而且勞動(dòng)效率低。管道預(yù)制實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制工廠化后，有以下優(yōu)勢(shì)：

1) 作業(yè)條件好，減少了材料倒運(yùn)、工裝器具的拆裝等工作，能夠保證工藝管道預(yù)制施工的可持續(xù)性，不受自然條件因素的影響，可以有效提高焊接合格率；同時(shí)，即便是現(xiàn)場(chǎng)不具備管道施工條件，也可實(shí)現(xiàn)管道預(yù)制與土建基礎(chǔ)平行施工，縮短了施工工期，最大程度減少了現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量[1]。

2) 流水化生產(chǎn)，充分發(fā)揮自動(dòng)切割設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，即是不同場(chǎng)站的管道預(yù)制任務(wù)都可以在管道工廠化預(yù)制車間進(jìn)行批量下料，流水作業(yè)，集中預(yù)制，設(shè)備利用率高。大大的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

3) 實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了人力、物力、生產(chǎn)成本，最大化提高了創(chuàng)效能力。

3. 管道工廠化預(yù)制的實(shí)施

3.1. 確定預(yù)制方案

根據(jù)阿美公司對(duì)管道施工的質(zhì)量要求及工藝復(fù)雜程度，針對(duì)Remote header 與OPTF 工藝管線預(yù)制，各種施工材料種類繁多，尤其是管材規(guī)格多、材質(zhì)種類多、相對(duì)應(yīng)的焊接工藝復(fù)雜。通過與設(shè)計(jì)聯(lián)合辦公，并提供現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，建立場(chǎng)站3D 模型圖，同時(shí)高度結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸與ISO 圖紙，同時(shí)建立項(xiàng)目材料數(shù)據(jù)庫，使用ISO 圖紙進(jìn)行匹配，計(jì)算出每個(gè)焊口的準(zhǔn)確下料尺寸，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量OPTF 與Remote Header 的Tie-in 點(diǎn)坐標(biāo)，并結(jié)合Spool 管的具體尺寸，可以完成得到工藝管線的精確尺寸，使工藝管線預(yù)制比例可以提升至70%。大大減少現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，加快現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度。

3.2. 優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行二次設(shè)計(jì)

由于NGCP 項(xiàng)目的設(shè)計(jì)由業(yè)主完成，但經(jīng)過技術(shù)人員圖紙會(huì)審，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙長(zhǎng)度標(biāo)注錯(cuò)誤、阿美預(yù)制管段與圖紙尺寸不符，各專業(yè)圖紙數(shù)據(jù)沖突等各類錯(cuò)誤，而且業(yè)主設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常升版圖紙，造成預(yù)制施工無法順利進(jìn)行。為了保證工藝管道工廠化預(yù)制快速、高效的進(jìn)行，項(xiàng)目施工團(tuán)隊(duì)結(jié)合場(chǎng)站3D 模型圖與項(xiàng)目材料數(shù)據(jù)庫，使用ISO 圖紙進(jìn)行匹配，優(yōu)化圖紙，準(zhǔn)確計(jì)算出每個(gè)管段的下料尺寸，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量Remote Header 的Tie-in 點(diǎn)坐標(biāo)，并結(jié)合阿美預(yù)制管段的具體尺寸，得到工藝管線的精確尺寸，進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，從而使工藝管線預(yù)制比例提升至70%。

考慮到各專業(yè)圖紙偏差和結(jié)構(gòu)專業(yè)施工修改引起的偏差，要做到工藝管道預(yù)制加工尺寸和現(xiàn)場(chǎng)需要尺寸相匹配，就需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行實(shí)測(cè)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比3D 模型圖，對(duì)各種管道的管段、管件、焊口進(jìn)行定位、編號(hào)，統(tǒng)計(jì)出各種材料的規(guī)格數(shù)量及施工要求，并對(duì)管段、配件、編號(hào)、口徑尺寸逐一標(biāo)注，進(jìn)行施工圖紙的二次設(shè)計(jì)，重新標(biāo)注管道單線圖尺寸，出具加工圖并存檔。

3.3. 預(yù)制工藝流程

預(yù)制工藝流程如下：原料儲(chǔ)存→管道下料→管道加工→連接配件→檢驗(yàn)、涂裝→標(biāo)識(shí)編號(hào)→管段釋放→成品儲(chǔ)運(yùn)。

3.4. 預(yù)制過程控制

管道預(yù)制工作在車間內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)分成機(jī)械加工下料、組對(duì)焊接、檢驗(yàn)等工序，按工序進(jìn)行施工資源的匹配，每道工序作業(yè)人員作為一個(gè)臺(tái)班，按照二次設(shè)計(jì)的施工圖紙進(jìn)行預(yù)制工作，各工序間進(jìn)行流水化施工。

3.4.1. 預(yù)制精度控制

采用管材冷切割技術(shù)，提高坡口加工精度，確保組對(duì)間隙偏差；使用專用組對(duì)胎具、防變形卡具及合理的焊接順序，控制焊接幾何變形，減少人為因素對(duì)預(yù)制精確度的影響[2]。尤其對(duì)于CLAD 管，應(yīng)該實(shí)行計(jì)算機(jī)配料，合理套裁，減少材料浪費(fèi)。加強(qiáng)成品管段幾何尺寸測(cè)量，確保預(yù)制精度符合設(shè)計(jì)要求。

針對(duì)NGCP 項(xiàng)目中，CLAD 鋼管(內(nèi)襯復(fù)合管)與Alloy 管無法使用熱切割進(jìn)行。鑒于CLAD 管價(jià)格昂貴，可焊性差，為減少滲碳層對(duì)焊接質(zhì)量的影響，采用PHBM-12 管道高效坡口機(jī)進(jìn)行切割，每道焊口不僅坡口角度規(guī)則，而且切割損耗量只有2～3 mm，在減少切割損耗量的同時(shí)，保證了預(yù)制精度。冷切割技術(shù)不僅可以應(yīng)用于CLAD 鋼管切割，還可以應(yīng)用于其他材質(zhì)鋼管切割，應(yīng)用范圍廣，切割效率高，坡口可以一次切割成型，省去了二次打磨與PT 檢測(cè)的工作量，可以進(jìn)行流水化施工。

3.4.2. 預(yù)制管段劃分

預(yù)制管段必須滿足倒運(yùn)、吊裝、現(xiàn)場(chǎng)安裝的要求。管道預(yù)制深度劃分應(yīng)結(jié)合倒運(yùn)路線和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備環(huán)境因素考慮后制定，一般為二維結(jié)構(gòu)。相關(guān)焊接管件與主管焊接為一體，盡量減少分支管的焊接。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)等安裝偏差未定情況下，預(yù)留安裝調(diào)節(jié)段或調(diào)節(jié)余量，在安裝時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)后在現(xiàn)場(chǎng)精確下料[3]。當(dāng)材質(zhì)特殊或現(xiàn)場(chǎng)無法加工時(shí)，選擇預(yù)留安裝調(diào)節(jié)段的方法，一般普通材質(zhì)管段預(yù)留50 mm 安裝余量，CLAD 鋼管(內(nèi)襯復(fù)合管)與Alloy 管預(yù)留20 mm 安裝余量。

3.5. 現(xiàn)場(chǎng)模塊化施工

按照施工現(xiàn)場(chǎng)管段需求，做好各工序銜接工作，分批次進(jìn)行預(yù)制管道的倒運(yùn)工作，應(yīng)避免預(yù)制管段在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行存儲(chǔ)，最好將預(yù)制管段直接吊裝就位，減少現(xiàn)場(chǎng)二次倒運(yùn)對(duì)預(yù)制件可能造成的幾何變形或防腐層損毀。對(duì)于大型預(yù)制件(超寬、超長(zhǎng)件)，應(yīng)提前進(jìn)行吊裝、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并制定詳細(xì)的吊裝、運(yùn)輸方案，在確保各項(xiàng)安全措施完全到位的前提下，方可開始現(xiàn)場(chǎng)施工，從而保證預(yù)制管段模塊化施工順利進(jìn)行[4]。

3.6. 數(shù)字化管理

3.6.1. 預(yù)制過程數(shù)字化管理

在管道預(yù)制前，使用ACCESS 軟件將ISO 圖中材料、焊口、開孔、凸臺(tái)、預(yù)制管段等所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一錄入數(shù)據(jù)庫，與材料供應(yīng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，建立統(tǒng)一的材料供應(yīng)數(shù)據(jù)庫，實(shí)行計(jì)算機(jī)材料管理，及時(shí)準(zhǔn)確掌握各項(xiàng)材料需求信息，定期分析材料需求信息，制定預(yù)制材料需求計(jì)劃，同時(shí)可根據(jù)此計(jì)劃計(jì)算工藝管道的預(yù)制焊接量，為制定管道預(yù)制計(jì)劃提供依據(jù)。焊口、工藝材料使用的錄入，為整個(gè)預(yù)制過程工程量統(tǒng)計(jì)和質(zhì)量檢查工作莫定基礎(chǔ)[5]。

3.6.2. 焊口數(shù)字化管理

對(duì)于預(yù)制焊口，使用ACCESS 軟件建立材料發(fā)放→下料→焊接→無損檢測(cè)→檢驗(yàn)、噴涂→管段試壓→成品儲(chǔ)運(yùn)的焊接數(shù)據(jù)庫，確保整個(gè)預(yù)制過程的可追溯性，以此來提升工藝管道工廠化預(yù)制的品控。同時(shí)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算各種規(guī)格管道單口焊材消耗量用量，再根據(jù)預(yù)制總量計(jì)算焊材需求量，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控焊材消耗量，控制焊接材料的消耗。

3.6.3. 預(yù)制管段數(shù)字化管理

根據(jù)ACCESS 軟件的自動(dòng)匯總、查詢功能可以對(duì)不同區(qū)域、不同時(shí)間段、不同作業(yè)單位的焊接工作完成情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息跟蹤，同時(shí)對(duì)已完成管段的名稱、數(shù)量、存放區(qū)城具備查詢功能，以便掌握，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝需求，及時(shí)組織發(fā)運(yùn)，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求，對(duì)預(yù)制過程實(shí)行全方位監(jiān)控[6]。

4. 結(jié)論

通過在NGCP 項(xiàng)目深化應(yīng)用工藝管道工廠化預(yù)制，總結(jié)出一套非常實(shí)用的工藝管道模塊劃分辦法、預(yù)制操作規(guī)程，在NGCP 項(xiàng)目實(shí)踐中取得良好效果。該項(xiàng)目DN15～DN900 的所有工藝管道全部在預(yù)制廠進(jìn)行，預(yù)制焊口共：140,722 寸徑，單日最高完成1205 寸徑/天，焊口一次合格率達(dá)到98%以上；以上數(shù)據(jù)充分說明采用工藝管道工廠化預(yù)制，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益顯著，不僅實(shí)現(xiàn)工藝管道預(yù)制與土建工程平行施工，大大縮短工程建設(shè)工期，同時(shí)避免了自然因素與人為因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，大大提高了工程質(zhì)量及施工效率，充分證明工藝管道工廠化預(yù)制是解決油氣集輸工程場(chǎng)站產(chǎn)能建設(shè)工程建設(shè)周期長(zhǎng)、施工資源投入高、過程控制復(fù)雜的有效途徑。