長輸管道自動焊施工資源配置及經(jīng)濟(jì)性分析

摘要：長輸管道自動焊具有焊接質(zhì)量好、效率高和勞動強(qiáng)度低等多種優(yōu)勢，較好地解決了高等級鋼焊接質(zhì)量和管道運(yùn)行安全問題。但對于管道施工單位而言，使用管道自動焊技術(shù)和工藝，人員、設(shè)備等資源投入巨大，施工成本顯著增加，而多數(shù)管道施工單位自動焊實(shí)際施工效率遠(yuǎn)低于其理論施工效率，致使施工單位出現(xiàn)投入大、產(chǎn)出少的狀況，影響管道自動焊技術(shù)的推廣和使用。針對上述狀況，對自動焊施工資源配置、技術(shù)工藝、施工管理和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行分析，以期找到降低自動焊施工成本的方法和途徑，獲得合理的施工利潤，提高施工單位的市場競爭能力，更好地推動管道自動焊技術(shù)和工藝的應(yīng)用，促進(jìn)管道自動焊的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：長輸管道;自動焊;資源配置;經(jīng)濟(jì)分析

中圖分類號：TG457.6 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：1001-2003（2021）04-0095-06

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.04.19

0 ? ?前言

國家管網(wǎng)集團(tuán)于2019年12月成立后[1]，在長輸管道項(xiàng)目施工標(biāo)準(zhǔn)《油氣管道工程線路焊接技術(shù)要求規(guī)定》 （DEC-NGP-G-WD-002-2020-1）和招標(biāo)文件中明確提出：X70 及以上鋼級管道焊接應(yīng)采用自動焊，這既是源于管道質(zhì)量安全的考慮[2-4]，也是管道行業(yè)向數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)變的需要[5-6]。對于X70及以上級別管道鋼，傳統(tǒng)的手工焊、自保護(hù)藥芯半自動焊工藝已難以滿足焊接質(zhì)量的要求，特別是長輸管道施工中常用的自保護(hù)藥芯半自動焊工藝，存在焊縫金屬低溫沖擊韌性離散性大，部分不能滿足要求的問題[7-8];而管道自動焊接技術(shù)可保證環(huán)焊縫焊接接頭的強(qiáng)度、韌性等綜合性能優(yōu)良，且可顯著降低勞動強(qiáng)度，提高管道運(yùn)行可靠性[9-11]。近些年，管道自動焊工藝已成功應(yīng)用于中俄東線、漠大管道、鄂安滄管道項(xiàng)目建設(shè)[12-14]，促進(jìn)了國內(nèi)管道項(xiàng)目業(yè)主單位推進(jìn)自動焊應(yīng)用的積極性，但對于大多數(shù)管道施工單位來說，自動焊機(jī)組人力和設(shè)備資源投入巨大，施工成本成倍增加，而單位自動焊實(shí)際施工效率遠(yuǎn)低于理論施工效率，存在投入大、產(chǎn)出少的問題。為此文中對長輸管道自動焊施工資源配置及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析研究，以期降低自動焊施工成本，推進(jìn)管道自動焊技術(shù)和工藝的應(yīng)用，促進(jìn)管道自動焊的可持續(xù)發(fā)展。

1 常用管道自動焊工藝

目前國內(nèi)常用的管道自動焊工藝多種多樣，配置的設(shè)備、坡口形式、焊接參數(shù)、焊材也各不相同。常用的管道自動焊工藝大體可歸納為三類：第一類是管內(nèi)自動根焊+外部自動填充蓋面焊工藝;第二類是半自動根焊+自動填充蓋面焊工藝;第三類是內(nèi)部銅襯墊支撐+外部自動焊工藝[15-18]。

1.1 管內(nèi)自動根焊+外部填充蓋面焊工藝

該類工藝采用管口組對和內(nèi)部根焊一體機(jī)，在管道內(nèi)部進(jìn)行內(nèi)根焊，典型設(shè)備有CRC內(nèi)焊機(jī)、Noreast內(nèi)焊機(jī)、熊谷內(nèi)焊機(jī)和管道局CPP900等;外部填充、蓋面焊可采用單槍外焊機(jī)或雙槍外焊機(jī)，典型設(shè)備有CRC的P260、M300、P600和P625型外焊機(jī)，熊谷的A300、A610型外焊機(jī)，管道局CPP900-W1型外焊機(jī)等，典型焊接坡口形式如圖1所示。管道內(nèi)焊機(jī)爬坡能力小于15°，該工藝適用于地勢平坦、起伏不大的區(qū)域施工。

1.2 半自動根焊+自動填充蓋面焊工藝

該工藝采用半自動熔化極氣體保護(hù)焊進(jìn)行根焊，如STT根焊、RMD根焊等，為提高地形、地勢和環(huán)境的適應(yīng)性，外焊多數(shù)采用單槍外焊機(jī)，典型坡口形式如圖2所示。該工藝適用范圍較為廣泛，既可用于主線路焊接，也可用于穿越段、山區(qū)段和連頭段焊接，適應(yīng)性較強(qiáng)。

1.3 內(nèi)部銅襯墊支撐+外部自動焊工藝

該工藝采用銅襯墊內(nèi)對口器支撐管道環(huán)焊縫，外焊機(jī)從管道外部進(jìn)行根焊、填充焊和蓋面焊。典型設(shè)備有法國Serimax Saturnax05系列外焊機(jī)，典型坡口形式如圖3所示。該工藝根焊速度慢于管內(nèi)根焊，快于半自動根焊，由于有銅襯墊支撐，根焊縫成形容易，窄間隙坡口設(shè)計(jì)，焊接效率較高，適用范圍相對廣泛。

2 施工資源配置

因自動焊工藝、地形、地勢的不同，國內(nèi)管道自動焊機(jī)組人員、設(shè)備等施工資源配置數(shù)量有所差異。結(jié)合上述三類常用管道自動焊工藝特點(diǎn)以及工程施工經(jīng)驗(yàn)，制定出管道自動焊作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組和特殊地段機(jī)組的配置標(biāo)準(zhǔn)，以更好地進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析[19]。通過施工資源的優(yōu)化，探索降低自動焊施工成本的路徑和方法。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組施工資源配置

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組設(shè)備配置

標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組適用于地形平坦、坡度小于 15° 地區(qū)，開展流水化施工作業(yè);設(shè)備配置采用“ 1站根焊機(jī)+N站外焊機(jī) ”模式，此次按N=5考慮，設(shè)備配置如表 1所示。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組人員配置

結(jié)合上述標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組設(shè)備配置情況，以及管道自動焊施工要求，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組人員配置情況如表2所示。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組施工成本情況

管道安裝工程費(fèi)由人工費(fèi)、材料費(fèi)、設(shè)備機(jī)具使用費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)、利潤、規(guī)費(fèi)和稅金組成[20]，對施工單位來說，管道自動焊機(jī)組施工成本（C）中人工費(fèi)和設(shè)備機(jī)具使用費(fèi)占主要部分，材料費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)、利潤、規(guī)費(fèi)和稅金等占次要部分，次要部分設(shè)為M，為了經(jīng)濟(jì)分析方便，管道自動焊機(jī)組施工成本費(fèi)用公式可簡化為：

C=設(shè)備機(jī)具使用費(fèi)+人工費(fèi)+M ? ? ? ? ? ? （1）

如果是自購設(shè)備，設(shè)備折舊年限按10年計(jì)算，設(shè)備殘值率按5%考慮，結(jié)合表1、表2數(shù)據(jù)，則標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組每月施工成本C1（單位：萬元）為：

C1=27.29+42.25+M1=69.54+M1

如果是租賃設(shè)備，結(jié)合表1、表2數(shù)據(jù)，按式（1）計(jì)算，則標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組每月施工成本C2（單位：萬元）為：

C2=168.52+42.25+M2=210.77+M2

2.2 特殊地段機(jī)組施工資源配置

2.2.1 特殊地段機(jī)組設(shè)備配置

特殊地段機(jī)組適用于連頭、三穿和特殊地形施工;設(shè)備配置采用“ 根焊外焊+X 套單槍外焊機(jī) ”模式，此次按 X=2考慮，如表3所示。

2.2.2 特殊地段機(jī)組人員配置

結(jié)合上述特殊地段機(jī)組設(shè)備配置情況，以及管道自動焊施工要求，特殊地段機(jī)組人員配置情況如表4所示。

2.2.3 特殊地段機(jī)組施工成本情況

特殊地段機(jī)組施工成本情況可使用式（1）進(jìn)行計(jì)算。

如果是自購設(shè)備，設(shè)備折舊年限按10年計(jì)算，設(shè)備殘值按5%考慮，結(jié)合表3、表4數(shù)據(jù)，則特殊地段機(jī)組每月施工成本C3（單位：萬元）為：

C3=9.31+19.30+M3=28.61+M3

如果是租賃設(shè)備，結(jié)合表3、表4數(shù)據(jù)，則特殊地段機(jī)組每月施工成本C4（單位：萬元）為：

C4=56.26+19.30+M4=75.56+M4

3 自動焊施工成本經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 構(gòu)建成本分析模型

根據(jù)管道施工實(shí)踐，一般一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組需要配置二個(gè)特殊地段機(jī)組進(jìn)行管道焊接。參照各管道施工單位線路施工定額，管徑1 219 mm管道焊接施工定額一般為每公里50萬元～65萬元，本次分析取定額平均值57.5萬元。管道自動焊機(jī)組施工成本（C）中，材料費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)、利潤、規(guī)費(fèi)和稅金，即為式（1）中的M，約占人工費(fèi)和機(jī)械費(fèi)用的35%～45%，本次分析取平均值40%。則管道施工成本費(fèi)用變?yōu)椋?/p>

C=1.4×（設(shè)備機(jī)具使用費(fèi)+人工費(fèi)） ? ? ? ? ? （2）

3.2 自購設(shè)備施工成本分析

如果自動焊設(shè)備為企業(yè)通過購置方式配置，根據(jù)式（1）、式（2），一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組和二個(gè)特殊地段機(jī)組每月的施工成本C自（單位：萬元）為

C自=C1+2C3

=1.4×69.54+2×1.4×28.61

=177.47

每公里管道焊接施工定額取57.5萬元，則每月應(yīng)該焊接的管道長度L自為

L自= C自/57.5=3.09 km

長輸管道每公里焊口約為88道口，則每天完成的焊口數(shù)A自為

A自= （L自×88）/30≈9道口

由以上計(jì)算、分析可知，管道施工單位使用全自動焊工藝焊接管徑1 219 mm管道，投入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組和二個(gè)特殊地段機(jī)組，設(shè)備為自購，平均每天至少需要完成9道口，每月至少焊接3.09 km管道才可以保證盈虧平衡或獲得盈利。

3.3 租賃設(shè)備施工成本分析

如果自動焊設(shè)備為施工單位通過租賃方式配置，根據(jù)式（1）、式（2），一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組和二個(gè)特殊地段機(jī)組每月的施工成本C租（單位：萬元）情況為

C租=C2+2×C4

=1.4×210.77+2×1.4×75.56

=506.65

每公里管道焊接施工定額取57.5萬元，則每月應(yīng)該焊接的管道長度L租為

L租= C租/57.5=8.81 km

長輸管道每公里焊口約為88道口，則每天完成的焊口數(shù)A租為

A租= （L租×88）/30≈26道口

由以上計(jì)算、分析可知，管道施工單位使用全自動焊工藝焊接管徑1 219 mm管道，投入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組和二個(gè)特殊地段機(jī)組，設(shè)備為租賃，平均每天至少需要完成26道口，每月至少焊接8.81 km管道才可保證盈虧平衡或獲得盈利。

4 自動焊施工成本降低措施

根據(jù)中俄東線北段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，管徑1 219 mm管道自動焊施工，各管道施工單位一個(gè)自動焊機(jī)組每日焊接焊口平均為8道，每月完成焊口量為240道;長輸管道每公里焊口約為88道，每月完成管道長度2.73 km。如果按上述第2部分自動焊施工資源配置和投入，以及第3部分施工成本經(jīng)濟(jì)分析情況，管道施工單位使用自動焊工藝多數(shù)會出現(xiàn)虧損，難以獲得合理利潤，如果該情況持續(xù)下去會影響管道施工單位使用自動焊的積極性，從而影響自動焊技術(shù)和工藝的推廣。為了促進(jìn)管道自動焊技術(shù)和工藝在管道項(xiàng)目上的持續(xù)應(yīng)用，建議從以下幾方面采取措施：

（1）提高管道自動焊施工效率。組建堅(jiān)強(qiáng)有力的自動焊機(jī)組，對人員、設(shè)備、技術(shù)和工藝進(jìn)行全面磨合，只有自動焊機(jī)組熟練掌握自動焊各項(xiàng)技能，才能穩(wěn)步提高自動焊施工效率。

（2）優(yōu)化施工資源配置。可根據(jù)管道項(xiàng)目的地形、地勢和環(huán)境特點(diǎn)，對人員、設(shè)備等資源進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，減少施工資源投入數(shù)量和時(shí)間，有效降低施工成本。

（3）選用成熟的自動焊設(shè)備和工藝。成熟的自動焊設(shè)備和工藝將縮短焊工培訓(xùn)和機(jī)組磨合時(shí)間，是提高焊接效率和合格率的保證。

（4）建立維修保障體系。自動焊機(jī)組設(shè)備配置眾多，如果關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)故障或損壞，將會導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組停待，損失較大，隨機(jī)組建立維修站，配置專業(yè)維修人員十分必要，可避免由于設(shè)備故障而引起的施工停待。

（5）提高施工管理水平。管理、協(xié)調(diào)好各類施工要素，保障施工工序緊密銜接;激發(fā)管理、技術(shù)和操作人員的積極性和主動性，打造執(zhí)行力強(qiáng)的自動焊機(jī)組。

（6）統(tǒng)籌施工資源調(diào)配。自動焊機(jī)組多數(shù)為專用設(shè)備，如內(nèi)焊機(jī)、外焊機(jī)、坡口機(jī)、吊管機(jī)等，如果管道市場項(xiàng)目不連續(xù)，會造成專用設(shè)備的階段性停待，增加施工企業(yè)負(fù)擔(dān);做好施工資源統(tǒng)籌調(diào)配工作，則會盤活閑置設(shè)備，降低施工單位運(yùn)營成本。

5 結(jié)論

（1）國家管網(wǎng)公司已在管道施工標(biāo)準(zhǔn)和招標(biāo)文件中明確要求X70及以上鋼級管道應(yīng)采用自動焊工藝，掌握管道自動焊技術(shù)和工藝已成為進(jìn)入國家管網(wǎng)項(xiàng)目市場的必備條件，將極大推動管道自動焊在長輸管道項(xiàng)目中的應(yīng)用。

（2）管道施工單位不僅要掌握管道自動焊技術(shù)和工藝，還要盡量降低自動焊施工成本支出，獲得合理施工利潤，以確保管道自動焊在項(xiàng)目中持續(xù)應(yīng)用。

（3）管道施工單位需選用適合的自動焊工藝，配置合理施工資源，加強(qiáng)現(xiàn)場管理，不斷進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比和分析，力爭以較小的施工資源投入獲得較大的產(chǎn)出。

（4）長輸管道施工由半自動焊技術(shù)向全自動焊技術(shù)的轉(zhuǎn)型發(fā)展已勢不可擋，技術(shù)替代加速推進(jìn)，管道施工單位需不斷提高自動焊技術(shù)和工藝應(yīng)用水平，降低自動焊施工成本，以提高在管道市場的競爭力。

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收稿日期：2020-10-15

作者簡介：孫 亮（1976—），男，碩士，高級工程師，主要從事石油工程建設(shè)項(xiàng)目的技術(shù)管理與研究。E-mail：hbyjsl@163.com。