管道工廠化預(yù)制技術(shù)在石化裝置機(jī)電安裝中的應(yīng)用

楊明君

（中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，福建 廈門 361000）

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，越來越多的跨國(guó)公司開始在國(guó)內(nèi)進(jìn)行建設(shè)和投資，我國(guó)石油化工業(yè)發(fā)展迅速，這也對(duì)其提出了更高的發(fā)展要求，提高了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此提高管道工程建設(shè)水平至關(guān)重要。因?yàn)樵谑b置中管道工程的任務(wù)量最大，施工周期較長(zhǎng)，通常情況需要使用大后壁高壓管，對(duì)安裝水平及焊接的要求較高，所以強(qiáng)化施工組織設(shè)計(jì)工作，高效地完成施工任務(wù)，對(duì)保證石化裝置按期完成起到了重要的作用。

1 管道預(yù)制

管道預(yù)制的主要組成部分包括預(yù)制場(chǎng)預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制。不管是哪一種預(yù)制，其加工場(chǎng)地的要求均是相同的。整體要求包括4 點(diǎn)：1）施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境需要與施工方案或者技術(shù)交底的要求相符。主要施工條件包括安全條件和氣象條件。安全條件的主要內(nèi)容為操作防護(hù)、防火以及防毒等，氣象條件的主要內(nèi)容為溫度、濕度、風(fēng)速和防雨雪等。2）應(yīng)對(duì)材料、半成品以及產(chǎn)品堆放區(qū)域進(jìn)行合理分配，對(duì)其質(zhì)量情況以及產(chǎn)品類型進(jìn)行明確標(biāo)識(shí)。3）應(yīng)確保施工設(shè)備滿足施工方案以及施工交底的要求，主要為設(shè)備的質(zhì)量性能、安全情況滿足要求，設(shè)備的附屬計(jì)量?jī)x表完整可靠。4）配備工具需要滿足施工方案或者技術(shù)交底要求。在大型石化裝置管道施工過程中，各個(gè)大型建設(shè)單位都開始廣泛地應(yīng)用管道工廠化預(yù)制焊接技術(shù)。工廠化預(yù)制系統(tǒng)通常由不銹鋼預(yù)制生產(chǎn)線及碳鋼、低合金鋼預(yù)制生產(chǎn)線組成，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)不銹鋼和碳鋼、合金鋼管道的預(yù)制焊接。常用的焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊接和埋弧焊接，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同壁厚要求的滿足，實(shí)現(xiàn)不同管徑的管道焊接，對(duì)于后壁大管徑管道的焊接來說十分實(shí)用。真正意義上實(shí)現(xiàn)了管和管，管和彎頭、管和法蘭、管和三通等多種形式的組對(duì)以及焊接，通過組合管段的方式完成焊接連接。為了進(jìn)一步提高焊接的效率，使用了效率極高的坡口機(jī)加工技術(shù)對(duì)坡口進(jìn)行加工，通過磁吸式管道火焰口切割機(jī)、滾床式火焰等離子坡口切割機(jī)，對(duì)普通壁厚碳鋼、低合金鋼管道坡口進(jìn)行有效加工，通過帶鋸床和端面坡口機(jī)完成厚壁碳鋼、低溫鋼的加工，通過高校切斷坡口機(jī)完成不銹鋼管道切割機(jī)坡口的加工。坡口的形式通過加工可產(chǎn)生較為復(fù)雜的“V”形、“U”形和“X”形。經(jīng)過加工處理后的管道坡口表面平整，尺寸十分規(guī)范，打磨的工作量較少，能夠有效確保組焊間隙，進(jìn)而提高了焊接的整體質(zhì)量和施工效率。除了硬件的改善外，軟件也得到了改善。管道預(yù)制焊接環(huán)節(jié)使用管道預(yù)制設(shè)計(jì)系統(tǒng)和安裝管理系統(tǒng)，通過電腦進(jìn)行控制，基于管道數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)管道的自動(dòng)建模，形成單線圖和管段圖。

2 管道工廠化預(yù)制

隨著石油化工裝置大型化、集成化發(fā)展，并且工藝管道日益復(fù)雜、分布高度密集，管道的施工量越來越大。為了保證發(fā)展效率，管道工廠化預(yù)制具有十分重要的作用，具體包括5 點(diǎn)：1）管道運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備為汽車、運(yùn)輸車、液壓運(yùn)輸車、鏟車等，或者使用人工抬杠等方法，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的運(yùn)輸方法，有效完成運(yùn)輸。其中需要注意，不能使用地面拖拉等運(yùn)輸方法，尤其是通過表面探傷的管道，嚴(yán)禁在地面上直接進(jìn)行拖拉運(yùn)輸。通過加工處理的高壓絲扣，在實(shí)際運(yùn)輸?shù)倪^程中需要使用絲扣法蘭等管道構(gòu)件加以保護(hù)。因?yàn)楣艿赖谋诤褫^厚，通過車制的“U”形等坡口，推薦使用硬質(zhì)材料套上，對(duì)坡口形成有效防護(hù)。2）高壓管道需要對(duì)管道表面進(jìn)行檢查，檢查方式為磁粉探查檢查，應(yīng)該保證管道表面無任何損傷。如果檢查的過程中發(fā)現(xiàn)管道表面存在損傷，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行修磨處理，但是完成修磨后，管道壁厚不能小于90%的公稱壁厚。3）應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，科學(xué)、合理地選擇封閉管道。通過現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人員對(duì)封閉管道進(jìn)行繪制，確保管道加工單線圖的可靠性，預(yù)制過程中進(jìn)行封閉管道的加工處理。4）切管方法及要求。在切割管道的過程中應(yīng)結(jié)合管道的口徑、壁厚以及材料明確管道的切割方法，最優(yōu)選擇為機(jī)械切割方法，主要使用砂輪切割機(jī)、管鋸床、便攜式電動(dòng)鋸管機(jī)、手工鋸管等方法。5）焊接坡口加工。應(yīng)該結(jié)合焊接工藝以及管道的口徑、材質(zhì)等明確管道坡口的具體加工方法。常用的加工方法包括大口徑管道切坡口機(jī)、空氣等離子切割機(jī)等。在預(yù)制過程中應(yīng)該嚴(yán)格遵守焊接工藝要求。加工坡口需要選擇機(jī)械加工的方法，這樣才能保證加工的有效性。

3 石化裝置的預(yù)制管道組合件施工及優(yōu)勢(shì)

為了運(yùn)輸和起吊作業(yè)的方便，通常情況下要使管道組合件少于12m×4m。組合件需要進(jìn)行下述3 項(xiàng)：1） 疏通水路、旁路熱工儀表測(cè)點(diǎn)鉆孔。2）焊接管座、復(fù)板及彎頭等，并進(jìn)行熱處理，除此之外還包括管端坡口施工作業(yè)。3）對(duì)管道內(nèi)部和外部的清理作業(yè)。管口密封處理，施工過程中全線管道組合件運(yùn)輸至廠房，確保一次就位，架空部分管道使用鏈條葫蘆吊在相應(yīng)位置，然后根據(jù)圖紙完成全線對(duì)口。如果管道口涂有防銹漆，完成對(duì)口處理后，需要進(jìn)行焊接處理。通過熱處理使其符合設(shè)計(jì)要求，完成工作任務(wù)。

通過實(shí)踐研究可知，預(yù)制管道組合件的優(yōu)勢(shì)包括下述9 點(diǎn)：1）能夠減少人力的投入，不需要安排較多的施工人員，有效縮短工期。例如，某企業(yè)進(jìn)行30 萬kW 機(jī)組安裝，管道工包括5 組，但是電廠僅有3 組。由于電廠組合件焊口占全部焊口2/5，因此焊工也需要減少2/5 左右。施工所需材料也會(huì)相應(yīng)減少，工期也會(huì)隨之縮短。2）管工和焊工能夠分別根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行工作，大大提高了工作效率。3）因?yàn)楣艿澜M合件一次就位，懸吊于空中，現(xiàn)場(chǎng)通道通暢，符合文明施工準(zhǔn)則。4）不需要使用管道組合場(chǎng)，節(jié)約了施工成本。5）工廠加工過程可使用效率較高的專用機(jī)械，提高工作效率。6）工廠工作條件良好，有助于改善工作質(zhì)量。7）不易受到外界環(huán)境因素影響，能夠保證工程按期完成。8）工廠根據(jù)分段圖制定工藝卡片交工，主要形式為流水作業(yè)，工種劃分十分細(xì)致，有助于培養(yǎng)專業(yè)人才。9）能夠?qū)崿F(xiàn)多管道同時(shí)加工，尤其是規(guī)格相同的機(jī)組，節(jié)約了材料成本[1]。

4 工藝管道工廠化預(yù)制生產(chǎn)線實(shí)施

首先要具備工廠化預(yù)制基本平臺(tái)，這是工藝管道工廠化預(yù)制生產(chǎn)線實(shí)施的重要前提。其次需要有效聯(lián)系和組織各項(xiàng)工作，例如切割、坡口、焊接及組對(duì)等。工作人員需要使用先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備及高效、穩(wěn)定的自動(dòng)焊機(jī)，有效提高生產(chǎn)效率及質(zhì)量。

暢通物流的應(yīng)用十分重要。如果僅使用專業(yè)設(shè)備但不使用暢通物流設(shè)備。雖然能夠感覺工作效率有所提高，但是其實(shí)需要花費(fèi)30 min 左右才能完成一根管子。但是如果使用暢通物流設(shè)備，其生產(chǎn)效率則會(huì)提高3 倍。

4.1 工藝管道工廠化預(yù)制生產(chǎn)線流程

圖1 為生長(zhǎng)線流程圖。該流程可劃分為兩大部分，第一部分可概述為焊接準(zhǔn)備系統(tǒng)，第二部分可概述為組對(duì)、焊接工區(qū)。兩部分均需要使用物流輥道實(shí)現(xiàn)連接。

該流程的主要特點(diǎn)包括4 個(gè)：1）適用范圍較廣，得到了單品種大批量以及多品種大批量模式的廣泛應(yīng)用。2）全部生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)合理、布局穩(wěn)定、過程具有持續(xù)性。3）具有極高的程序控制自動(dòng)化程度。4）使用成本較低，具有較高的工作效率，質(zhì)量具有穩(wěn)定性。

4.1.1 切割/坡口焊前準(zhǔn)備系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要作用為將原材料管子下料切割以及開坡口，因此需要保證工程的連續(xù)性，全部工序如上線、送進(jìn)、測(cè)量及切割等都需要一次完成，主要內(nèi)容包括5 條：1）上線。使用滾架和專用機(jī)械手進(jìn)行管子的自動(dòng)化上線傳遞。2）送進(jìn)。使用“V”型動(dòng)力輥道能夠確保單根管道的持續(xù)性推移。3）測(cè)量。測(cè)量工作主要依靠具有伺服電機(jī)的移動(dòng)小車完成。4）切割和開坡口。該工序需要借助帶鋸切割機(jī)，自動(dòng)化切割線上管子，使用專門的高效坡口機(jī)用來提高、旋轉(zhuǎn)和對(duì)中機(jī)構(gòu)，確保對(duì)管子兩側(cè)自動(dòng)開坡口工作的順利進(jìn)行。5）下線。將完成開坡的管子使用滾架和機(jī)械手，確保其下線和傳送的順利進(jìn)行[2]。

4.1.2 機(jī)械化組對(duì)和自動(dòng)化焊接系統(tǒng)

同上述切割/坡口焊前準(zhǔn)備系統(tǒng)具有一定的類似性，組對(duì)和焊接工區(qū)的工作也具有一定的連續(xù)性，這樣才能保證全部生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)性和高效性。

通過對(duì)過往施工經(jīng)驗(yàn)的分析，其中工作量最大的部分為工藝管線中的短管部分，其長(zhǎng)度在400 mm～1 300 mm，通常情況下每通過1 m 便能看到一個(gè)焊接接頭；其次是中長(zhǎng)管，其長(zhǎng)度為1 300 mm～6 000 mm，通常情況下每通過6 m 便能夠看到一個(gè)焊接接頭；工作量第三的是腸管，其長(zhǎng)度為6 000 mm～12 000 mm。上述部分都需要和不同的管件接頭焊接，因此其預(yù)制量也存在一定的差異。因此可以通過科學(xué)合理的方式對(duì)組對(duì)和焊接的工作區(qū)進(jìn)行統(tǒng)籌劃分，將管段長(zhǎng)度是唯一標(biāo)準(zhǔn)作為其主要原則，為輸送輥道的自動(dòng)分揀提供便利。之后保證不同工作區(qū)的組對(duì)和焊接使用不同的接頭方法、薄厚，每個(gè)工作區(qū)不僅要獨(dú)立，而且要互補(bǔ)。圖2 為焊接示意圖。

5 管道生產(chǎn)質(zhì)量控制措施

管道工廠化的主要目標(biāo)便是進(jìn)行分段管段組合件設(shè)計(jì)工作，主要內(nèi)容包括材料的選購(gòu)、訂貨、加工、檢驗(yàn)，確保達(dá)標(biāo)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品出廠。根據(jù)相應(yīng)流程，確保流水作業(yè)的穩(wěn)定性、有序性，提高工作的質(zhì)量和效率，下面該文對(duì)其中存在的問題展開分析。

5.1 材料訂貨

圖1 工藝管道工廠化預(yù)制生產(chǎn)線流程圖

工廠首次按照材料總需求量的70%～80%訂貨，直到分段圖結(jié)束后，再進(jìn)行后續(xù)其他的訂貨。通常情況下，交貨時(shí)間為3 個(gè)月，并且應(yīng)堅(jiān)持長(zhǎng)度訂貨原則，主要為了避免大量浪費(fèi)現(xiàn)象出現(xiàn)。在初步設(shè)計(jì)階段完成訂貨。為了進(jìn)一步節(jié)省材料，在鋼管到貨后，按照到貨的具體尺寸，認(rèn)真完成配料工作，然后明確管道組合件分段的實(shí)際尺寸，這樣會(huì)導(dǎo)致加工時(shí)間延長(zhǎng)，不利于工程按期完成。

5.2 組合件設(shè)計(jì)需求

工廠設(shè)計(jì)圖紙的主要內(nèi)容包括2 點(diǎn)內(nèi)容：1）同預(yù)制組合件對(duì)應(yīng)的全線管理圖，這是按照設(shè)計(jì)部門圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)的，也是管道施工人員現(xiàn)場(chǎng)施工的重要依據(jù)。通常情況下，該圖紙通過單線圖的形式體現(xiàn)，局部位置需要補(bǔ)充詳細(xì)圖。圖紙上應(yīng)具備下述內(nèi)容：組合件對(duì)應(yīng)編號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)焊口的實(shí)際位置、不同規(guī)格管道分界位置以及管子的規(guī)格。2）組合件圖。這是工廠內(nèi)部加工需要使用的圖紙，通常情況下需要通過全線管路圖進(jìn)行核實(shí)，例如多種開孔的具體位置、大小、管座的具體型號(hào)以及焊接支吊架復(fù)板和導(dǎo)向架等，并在圖紙上標(biāo)注好其具體方位[3]。

圖2 焊接示意圖

圖3 清理現(xiàn)場(chǎng)

5.3 管件的驗(yàn)收及檢查

一般情況下，組合件工廠使用的管件部分為外購(gòu)件，部分為自主加工，但是組合前需要詳細(xì)檢查組合尺寸，并做好記錄工作，為組合過程中調(diào)整誤差提供便利，例如對(duì)彎頭角度的詳細(xì)檢查，對(duì)三通偏斜程度的核實(shí)，對(duì)直管彎曲程度的檢查，對(duì)大頭、小頭同心度以及兩側(cè)面平行度的檢驗(yàn)、閥門兩側(cè)的長(zhǎng)度和平行度等。只有全面了解上述情況，在組合的過程中才能夠有效調(diào)整誤差，確保組合件的穩(wěn)定性。除此之外，還需要加大對(duì)鋼材型號(hào)、機(jī)械性能以及化學(xué)成分等常規(guī)項(xiàng)目的檢驗(yàn)力度。

5.4 清理和包裝

與傳統(tǒng)模式下現(xiàn)場(chǎng)安裝水平相比，管道組合件生產(chǎn)的特點(diǎn)集中體現(xiàn)在管道內(nèi)部和外部的清洗工作方面，該項(xiàng)工作需要通過一個(gè)車間完成。通常情況下，需要使用酸洗的方式進(jìn)行清洗，完成清洗后還需要將防銹漆均勻涂在管道外側(cè)，將吸潮劑放置在管道內(nèi)部，并密封管端，旨在防止潮氣進(jìn)入，同時(shí)加大對(duì)管端坡口的保護(hù)力度。塑料罩或者鐵皮罩都可以作為密封罩使用，密封性能良好。為了避免管材在運(yùn)輸時(shí)發(fā)生變形，還需要進(jìn)行包裝處理，通常情況下選擇木制托架將其包裝。圖3 為清理現(xiàn)場(chǎng)圖。

6 結(jié)語

在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中，預(yù)制管道組合件能否對(duì)口，管道具體位置及坡度是否符合設(shè)計(jì)要求，都是需要仔細(xì)考慮的問題。通常情況下會(huì)選擇三次元管道作為石化安裝管道，其管線較長(zhǎng)，并且工作量非常大。因此在進(jìn)行管道組合件工廠化時(shí)需要從該管道開始，選擇合理的位置留置焊接接口，并合理延長(zhǎng)預(yù)留管段。如果條件允許，其他管道也可以實(shí)施。

總的來說，提高管道施工工藝水平，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的研究力度，降低施工成本，確保工程質(zhì)量，施工部門需要加大資金投入力度，提高工廠化預(yù)制水平，進(jìn)而有效解決問題。