淺析狹窄空間大直徑工業(yè)管道更換施工工藝

郭紅林

（山西省安裝集團(tuán)股份有限公司，山西太原 030000）

0 引言

山西省安裝集團(tuán)股份有限公司曾承建的某鋼廠高爐大修工程西區(qū)熱風(fēng)爐、煤氣系統(tǒng)等設(shè)施施工，制粉噴煤車(chē)間需要更換2 趟氣粉混合物管道（管徑φ1620×10，材質(zhì)Q355B），大直徑煙氣管道φ3320×10 管道，更換部位從磨煤機(jī)出口（標(biāo)高5m）起垂直穿越十層鋼結(jié)構(gòu)框架至收集器進(jìn)口，高度約60m。在管道安裝過(guò)程中，為了減少施工周期，提高施工質(zhì)量，施工人員采用了狹窄空間內(nèi)大直徑氣氛混合物管道更換施工方法。

1 工藝的原理

該管線位于廠房?jī)?nèi)部且施工空間特別狹窄，無(wú)法使用汽車(chē)吊施工。經(jīng)技術(shù)考慮分析，采用門(mén)型架配合卷?yè)P(yáng)進(jìn)行拆除，具體工藝為：用置于最頂層鋼平臺(tái)的門(mén)型架配合地面放置的卷?yè)P(yáng)機(jī)將氣粉混合物管線分段拆除后，利用拆除后的空車(chē)間，按照從下向上的方法，將直管段部分管線逐層下降，降落一層拆除一層，拆除后的管道吊運(yùn)至地面后，進(jìn)行清理交廢處理。然后安裝時(shí)使用“剪刀”提升工具配合卷?yè)P(yáng)機(jī)利用原有的孔洞空間將管件、管材逐層提升至每層平臺(tái)，每提升一段（4.5m），組對(duì)焊接一段，實(shí)現(xiàn)管道從上向下施工。

2 主要施工工藝

2.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→原材料檢驗(yàn)→排版、下料→鋼板卷制→管道防腐→預(yù)制管段組對(duì)、驗(yàn)收→吊裝工裝設(shè)置→舊管道拆除→更新后管道組裝、焊接→管道焊縫檢驗(yàn)→管道試壓及吹掃→管道保溫→竣工驗(yàn)收

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 管道拆除

拆除工序：拆除前施工準(zhǔn)備→拆除裝置的組合→收集器進(jìn)口管道及磨煤機(jī)出口管道拆除→從下向上直管段逐層拆除→吊運(yùn)地面清理。

2.2.2 拆除前準(zhǔn)備工作

拆除前，項(xiàng)目編制了管道拆除專(zhuān)項(xiàng)施工方案，方案中經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，確定在制粉噴煤車(chē)間最頂層鋼平臺(tái)處設(shè)置1 臺(tái)門(mén)型架，地面放置1 臺(tái)5t 的卷?yè)P(yáng)機(jī)，以此來(lái)確保管道在既有的空車(chē)間內(nèi)安全、高效拆除。

2.2.3 門(mén)型架預(yù)制及拆除裝置組合

門(mén)型架采用φ108×9 無(wú)縫管預(yù)制，將預(yù)制合格的門(mén)型架承重部位放置在制粉噴煤車(chē)間氣粉混合物管道的頂層鋼平臺(tái)兩側(cè)的鋼制輔梁上，并在門(mén)型架中心位置固定1 個(gè)定滑輪，隨后將需要拆除的管道（內(nèi)側(cè)）在水平方向180°分別焊接兩個(gè)吊耳，吊耳采用δ10mm 鋼板加工而成，最后將φ16-6×19 鋼絲繩一端與需要拆除的管道吊耳連接，然后通過(guò)門(mén)型架固定的定滑輪，另一端與卷?yè)P(yáng)機(jī)連接，管道拆除如圖1 所示。

圖1 管道拆除

2.2.4 收集器進(jìn)口管道及磨煤機(jī)出口管道拆除

由于該管線最頂層收集器進(jìn)口處原有天圓地方管徑大（φ1620mm/1800×1300mm），重量重（單個(gè)重約4.2t），高度高；且最底層磨煤機(jī)出口處為90°耐磨彎頭，重約2t，高度約5m，不利于垂直拆除，為了確保拆除工作高效、快捷，首先要在最頂層平臺(tái)上搭設(shè)活動(dòng)腳手架，將收集器的進(jìn)口管道拆除，隨后在最底層平臺(tái)上直接拆除磨煤機(jī)出口管道。

2.2.5 直管段拆除

最頂層收集器進(jìn)口處及最底層磨煤機(jī)出口處兩段管段拆除后，之后從收集器的進(jìn)口向磨煤機(jī)的出口進(jìn)行逆向拆除，采用門(mén)型架配合卷?yè)P(yáng)機(jī)方法進(jìn)行，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩通過(guò)定滑輪對(duì)需要拆除的管道內(nèi)側(cè)吊耳連接，開(kāi)始分段切割，每段長(zhǎng)度不超過(guò)4.5m 且拆除的每段重量不超過(guò)2.7t，該段切割完畢后，啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，拆除的直管段隨著鋼絲繩逐層下降，按照降落一層拆除一層方式，拆除后的管道吊運(yùn)至地面后，進(jìn)行清理堆放交廢處理。以此循環(huán)進(jìn)行第二段、第三段……拆除，直至該系列直管段管線全部拆除完畢。

2.2.6 補(bǔ)償器安裝

安裝工序：補(bǔ)償器（天圓地方）預(yù)制→補(bǔ)償器運(yùn)輸→補(bǔ)償器安裝（補(bǔ)償器更換工具）→補(bǔ)償器組對(duì)、焊接→補(bǔ)償器焊縫檢驗(yàn)→管道系統(tǒng)試壓及吹掃。

管道補(bǔ)償器拆換工具主要由底板1、萬(wàn)向輪2、套筒3、支撐桿4、液壓桿5、支撐板6、蓋板7、固定槽8、防滑墊9、把手10、固定板11、固定桿12、卡槽13、連接桿14、握把15、壓縮彈簧16 組成。補(bǔ)償器拆換工作原理為：將載有新的補(bǔ)償器的更換裝置通過(guò)萬(wàn)向輪移動(dòng)至需要更換的波紋補(bǔ)償器的下方，將固定槽對(duì)準(zhǔn)需要更換的波紋補(bǔ)償器，啟動(dòng)液壓桿，將支撐板升起，將固定槽托在波紋補(bǔ)償器的下方，蓋上蓋板，將固定桿重新插入卡槽中，將固定波紋補(bǔ)償器的螺栓擰下，將波紋補(bǔ)償器取下。然后，將新的波紋補(bǔ)償器推到需要安裝的位置，用螺栓將新的波紋補(bǔ)償器安裝上。該裝置的應(yīng)用能夠免去人員搬運(yùn)和拆卸補(bǔ)償器的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)快速更換。另外通過(guò)該裝置自身通過(guò)壓縮彈簧緩沖補(bǔ)償器下落重力的作用，還可以通過(guò)固定槽和防滑墊的配合設(shè)置，防止波紋補(bǔ)償器掉落，補(bǔ)償器拆換工具如圖2 所示。

2.2.7 管道預(yù)制

（1）為了便于材料運(yùn)輸，鋼板為定尺板（1.5m×10.2m）共計(jì)80 張鋼板。

（2）卷管的周長(zhǎng)、圓度允許偏差應(yīng)符合表1 的規(guī)定。

（3）管端端面與中心線的垂直偏差不得大于管子外徑的1%，且不大于3mm。平直度偏差不得大于1mm/m[1]。

圖2 補(bǔ)償器拆換工具

表1 周長(zhǎng)（邊長(zhǎng)）及圓度（對(duì)角線）允許偏差 單位：mm

（4）在卷管加工過(guò)程中，應(yīng)防止板材表面損傷。對(duì)有嚴(yán)重傷痕的部位必須進(jìn)行修磨，使其圓滑過(guò)度，且修補(bǔ)處的壁厚不得小于設(shè)計(jì)壁厚。

（5）卷管的內(nèi)壁錯(cuò)邊量不得大于管壁厚度的10%，且不大于2mm[2]。

氣粉混合物管線由于管徑大（φ1620×10），采用卷管預(yù)制，為了保證卷制后管子截面的幾何尺寸，在距每段管的兩端200mm 處設(shè)置一道支撐，如圖3 所示。

圖3 管道支撐

2.2.8 管道運(yùn)輸

由于車(chē)間內(nèi)空間狹窄，預(yù)制好的管道及附件無(wú)法在車(chē)間內(nèi)采用吊車(chē)等機(jī)械直接運(yùn)輸至車(chē)間磨煤機(jī)出口（標(biāo)高約5m），而是采用在車(chē)間外將預(yù)制好的管道吊運(yùn)至制粉噴煤車(chē)間4 層平臺(tái)處，將車(chē)間的設(shè)備備件進(jìn)出口作為運(yùn)輸通道，通過(guò)臨時(shí)倒料平臺(tái)，將管道倒至該層平臺(tái)管道拆除洞口處，最后通過(guò)提升裝置組合，將各管道分別運(yùn)輸提升。

2.2.9 管道安裝

管道提升工具“剪刀”或“夾子”的吊裝提升卡具裝置用于管道的垂直提升過(guò)程，該提升卡具主要由卡鉗件1、卡鉗件2、軸銷(xiāo)3、U 形環(huán)4、牽引繩5、防滑防脫落齒5、前端防滑齒6、卡鉗凹部7、卡鉗凸部8 組成。詳見(jiàn)圖4、圖5。此裝置提升時(shí)對(duì)U 形環(huán)形成拉力，對(duì)管道管壁形成剪力、固定緊力，從而達(dá)到管道直線提升時(shí)，起重卡具的垂直提升作用。

圖4 提升工具組成

圖5 提升工具大樣圖細(xì)部構(gòu)造

利用拆除使用的門(mén)型架結(jié)合提升工具“剪刀”組合裝置配合卷?yè)P(yáng)機(jī)分段向上提升。安裝時(shí)，卷?yè)P(yáng)機(jī)一端通過(guò)門(mén)型架定滑輪與“剪刀”提升工具牽引繩5 相連接，“剪刀”提升工具另一端夾緊管道前端進(jìn)行拖拽，管道后端用3t 倒鏈固定，隨后啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，管道沿著拆除后的孔洞空間緩緩上升，過(guò)程中若遇到阻力，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，按照逐層提升至每層平臺(tái)，每提升一段，則焊接一段，實(shí)現(xiàn)管道從上向下施工。

2.2.10 平臺(tái)上管道組對(duì)、焊接

所有管道提升到各層平臺(tái)后，在平臺(tái)上進(jìn)行組對(duì)、焊接，需注意以下4 點(diǎn)。

（1）卷管對(duì)接焊縫組對(duì)時(shí)，采用氣焊、電焊立焊時(shí)，錯(cuò)變量不應(yīng)大于母材厚度的10%，且不大于3mm[3]。

（2）鋼管卷管的筒節(jié)與筒節(jié)、筒節(jié)與封頭組對(duì)時(shí)，相鄰兩節(jié)車(chē)間縱向焊縫車(chē)間距應(yīng)大于壁厚的3 倍，且不應(yīng)小于100mm，同一筒節(jié)上兩相鄰縱縫車(chē)間距車(chē)間距離不應(yīng)小于200mm。

（3）管道同一直管段上兩對(duì)接焊縫中心車(chē)間距離，當(dāng)工程尺寸大于或等于150mm，不應(yīng)小于150mm。

（4）卷管彎頭先焊彎頭兩側(cè)的焊縫，再焊外背和內(nèi)側(cè)的焊縫。

3 質(zhì)量控制措施

3.1 提升工裝裝置操作中質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）施工過(guò)程重點(diǎn)控制管道提升過(guò)程中，提升運(yùn)動(dòng)的形變。

（2）操作前應(yīng)將設(shè)置在管道外壁的吊耳全部去除，并用角向磨光機(jī)打磨干凈光滑。

（3）提升工裝裝置操作時(shí)為了防止管道橫向位移，應(yīng)按照要提升速度要求進(jìn)行提升。同時(shí)注意提升過(guò)程保證管道受力情況。

3.2 管道安裝控制要點(diǎn)

（1）管道的坐標(biāo)、標(biāo)高、間距等安裝尺寸必須符合設(shè)計(jì)規(guī)范，其偏差不允許超過(guò)規(guī)定。

（2）管道的焊口應(yīng)盡量選在遠(yuǎn)離設(shè)備的部位，以防設(shè)備受到焊接應(yīng)力的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

采用本工藝施工，工序完整、流程緊湊，可以縮短施工工期，提高工作效率，節(jié)省人力物力資源，從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約成本114000 元，管道質(zhì)量得以保證，為提前使用創(chuàng)造了條件，得到了監(jiān)理及業(yè)主的一致好評(píng)，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。