海洋石油管線施工質(zhì)量控制及數(shù)字化

王朝，賈必玉，曾凡善，楊萬廣，徐景林 (海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

0 引言

海洋石油管線由于其輸送的流體具有易燃易爆等危險(xiǎn)性質(zhì)，所以管線施工是海洋石油平臺(tái)及FPSO建造的重點(diǎn)控制項(xiàng)目。本文結(jié)合目前國內(nèi)海洋石油平臺(tái)及FPSO[1]管線建造的特點(diǎn)，提出海洋石油管線質(zhì)量控制流程及控制要點(diǎn)，并引入數(shù)字化程序，實(shí)現(xiàn)海洋石油管線質(zhì)量控制的線上管理方式。

1 管線控制流程

管線控制流程如下：驗(yàn)貨—材料確認(rèn)—下料—組對(duì)檢驗(yàn)，材料追蹤—焊接監(jiān)控—外觀檢驗(yàn)—NDT(無損)檢驗(yàn)—管線釋放—現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控—現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)—現(xiàn)場(chǎng)外觀—現(xiàn)場(chǎng)NDT 檢驗(yàn)—試壓包準(zhǔn)備—查線—法蘭管理—關(guān)閉尾項(xiàng)—沖洗—試壓—干燥內(nèi)窺鏡檢驗(yàn)—恢復(fù)。

1.1 材料驗(yàn)貨

根據(jù)到貨清單、采辦要求、材料標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目規(guī)格書的要求，核對(duì)到貨材料外觀、尺寸、數(shù)量、壁厚、標(biāo)識(shí)。根據(jù)廠家證書核對(duì)材料元素含量、機(jī)械性能、檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目的完整性及證明文件齊全。目前很多國內(nèi)廠家出具的證書，未附有檢驗(yàn)項(xiàng)目的證明文件，只有檢驗(yàn)項(xiàng)目下的結(jié)果合格，這需要改正。管線的承壓件要滿足 ISO 10474 或者 EN 10204 要求，證書類型至少滿足 “TYPE 3.1”要求，即證書中取樣試驗(yàn)的材料必須是從到貨的這批材料中取樣。檢驗(yàn)材料標(biāo)識(shí)、物料號(hào)滿足采辦料單并且和到貨清單一致，不合格的出具不合格報(bào)告，并且把不合格品放置在特定的不合格區(qū)，防止不合格品未經(jīng)處理進(jìn)入項(xiàng)目建造過程中。尺寸、壁厚、偏差需要根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)核對(duì)，確定是否滿足材料標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 材料確認(rèn)

材料確認(rèn)是保證領(lǐng)入到車間中的材料是經(jīng)過驗(yàn)貨合格的該項(xiàng)目材料，核對(duì)材料標(biāo)識(shí)、物料號(hào)，進(jìn)行材料驗(yàn)貨數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)比對(duì)，保證追蹤的爐號(hào)和批號(hào)是材料數(shù)據(jù)中已驗(yàn)貨合格材料。同時(shí)可以給材料分配一個(gè)特定的材料追蹤號(hào)，這個(gè)號(hào)碼可以反映項(xiàng)目名稱、采辦方、材料名稱、等級(jí)、特殊要求等信息，方便項(xiàng)目后期的跟蹤。

1.3 下料

按照排版圖下料，過程中進(jìn)行材料標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)移，保證材料具有可追溯性，一般圖紙的材料表中都有材料的用量和材料信息，通過多途徑去核實(shí)所用材料的正確性。不同的下料區(qū)域也要分隔開，碳鋼區(qū)和不銹鋼下料區(qū)分隔開，防腐材料和非防腐材料區(qū)分開，防止材料混用。

1.4 管線組對(duì)和材料追蹤

根據(jù)圖紙及下料尺寸選擇正確管線管件，按照下料過程中轉(zhuǎn)移的材料信息進(jìn)行材料追蹤。檢驗(yàn)組對(duì)坡口間隙、鈍邊、錯(cuò)皮量、直線度、法蘭偏轉(zhuǎn)方向、圖紙陰影部分轉(zhuǎn)角，管線垂直度、平行度滿足要求。追蹤對(duì)象為焊口兩端材料。管線組對(duì)要保證焊接接頭型式滿足焊接工藝要求，坡口打磨距離至少為20 mm，保證焊接時(shí)污垢、鐵銹不會(huì)污染焊道，同時(shí)環(huán)焊縫需要一定距離，比如3 倍壁厚或者50 mm，防止應(yīng)力集中。組對(duì)不銹鋼的工具也要用專用工具，防止不銹鋼和碳鋼工具混用，導(dǎo)致污染使不銹鋼生銹。對(duì)于熱切割的焊口，要去掉氧化層，打磨出金屬光澤，保證母材材料的純凈性。一般要求內(nèi)錯(cuò)皮不大于1.5 mm，如果達(dá)不到要求?？梢圆捎媒?jīng)過批準(zhǔn)的堆焊去滿足內(nèi)錯(cuò)皮要求。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)加工的成品件，如把成品的45°彎頭切割成現(xiàn)場(chǎng)需要的30°彎頭，切口處需要做無損檢測(cè)，防止母材分層裂紋等缺陷。

1.5 焊接監(jiān)控

焊口預(yù)熱溫度滿足電流電壓熱輸入在焊接工藝指導(dǎo)書范圍內(nèi)。預(yù)熱溫度要均勻，要保證坡口100 mm范圍內(nèi)都是加熱面，在加熱源離開1 min 后，對(duì)母材進(jìn)行測(cè)試，保證溫度滿足焊接工藝要求。預(yù)熱過程中測(cè)量工具要經(jīng)過校驗(yàn)，并校驗(yàn)合格在有效期內(nèi)。一些項(xiàng)目只要求用接觸式測(cè)溫設(shè)備，這時(shí)非接觸式測(cè)溫槍就不能使用。對(duì)于精度要求嚴(yán)格的管線或者法蘭，焊接過程中用水平尺和角尺進(jìn)行控制，保證焊接完成后水平度、垂直度公差仍滿足項(xiàng)目的要求。對(duì)于插焊焊口至少焊接兩道。背部有保護(hù)氣的焊接工程，一定要焊接到壁厚的一定范圍，才能把保護(hù)氣撤離。如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，就需要采取擋風(fēng)措施。

1.6 外觀檢驗(yàn)

焊縫外觀飽滿，無咬邊、未焊滿、飛濺、氣孔等缺陷，焊縫內(nèi)外余高滿足要求，在焊口附近位置畫上焊接信息框，記錄焊工、焊接工藝信息。測(cè)量管線水平、法蘭垂直度滿足要求，焊接完成后總長度公差滿足要求。外觀檢驗(yàn)要具備相應(yīng)資質(zhì)，比如美國焊接協(xié)會(huì)注冊(cè)檢驗(yàn)員、歐標(biāo)國際焊接檢驗(yàn)員。這些要求應(yīng)在項(xiàng)目規(guī)格書中體現(xiàn)。

1.7 NDT(無損檢驗(yàn))抽檢

按照設(shè)計(jì)管線清單(linelist)，對(duì)焊口進(jìn)行射線、磁粉、滲透、硬度、鐵素體、合金元素分析等的NDT 抽檢，建立焊口批次，保證每個(gè)焊口批次抽檢比例，追加的焊口數(shù)量滿足要求，追加口具有可追蹤性。對(duì)于項(xiàng)目特殊要求，如比例覆蓋要同時(shí)滿足：管線系統(tǒng)、管線材料、管線等級(jí)、壁厚、尺寸、焊接工藝、焊工。對(duì)于生活樓附近30 m 內(nèi)管線，進(jìn)行100%NDT 抽檢。無損檢驗(yàn)可以統(tǒng)計(jì)焊工的合格率，找出不合格原因，為后期避免類似缺陷發(fā)生提供資料。當(dāng)然能力不合格焊工，連續(xù)達(dá)不到項(xiàng)目合格率焊工會(huì)被開除，或者停工培訓(xùn)，合格后才能再次進(jìn)入項(xiàng)目施工。

1.8 管線釋放

管線外觀檢驗(yàn)完成、NDT 比例抽檢完成、結(jié)果合格、管鞋等附件完成[2]，可以進(jìn)行管線釋放，進(jìn)入油漆環(huán)節(jié)。按照?qǐng)D紙測(cè)量管線長度，測(cè)量合格后進(jìn)行管端掛牌，保證油漆完成后管線的可追溯，分配二維碼[3]進(jìn)行跟蹤。管線釋放前要做焊口追蹤記錄表，把放行管線的焊口、材料、組對(duì)、外觀、NDT 信息、NDT 結(jié)果、抽檢比例覆蓋等都安排專人核實(shí)一遍，確保都已滿足項(xiàng)目要求，才能釋放。

1.9 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控包括管線組對(duì)、外觀、NDT 抽檢、安裝尺寸控制[4]等內(nèi)容，要參照車間預(yù)制的要求執(zhí)行。

1.10 試壓包準(zhǔn)備

試壓前要具備以下條件：批準(zhǔn)的試壓程序、試壓圖、安全閥能力及安裝、壓力表和檢驗(yàn)證書、P&ID 和三維圖、管線清單和焊口追蹤表、查線尾項(xiàng)清單、恢復(fù)尾項(xiàng)清單、法蘭管理報(bào)告、干燥方法、管匯試壓證書。設(shè)計(jì)部出完試壓包后下發(fā)給檢驗(yàn)人員和施工人員，檢驗(yàn)人員和施工人員根據(jù)試壓包中的P&ID 和三維圖進(jìn)行查線，記錄尾項(xiàng)。試壓包一般由設(shè)計(jì)部準(zhǔn)備，準(zhǔn)備過程中要把試壓包中的所有圖紙全部核查一遍，確保都是最新版次，并且把試壓包的試壓介質(zhì)、試驗(yàn)壓力、特殊檢驗(yàn)要求，如：內(nèi)窺鏡檢測(cè)等都要寫到試壓包封皮上，方便施工人員獲取上述信息。

1.11 法蘭管理

要對(duì)管線上的法蘭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行法蘭管理。法蘭管理操作人員要取得相應(yīng)資質(zhì)(可以是具有資質(zhì)的第三方培訓(xùn)頒發(fā)，或者公司內(nèi)部培訓(xùn)頒發(fā))，工機(jī)具校驗(yàn)合格并在校驗(yàn)期內(nèi)，螺栓墊片規(guī)格、材質(zhì)、型號(hào)和圖紙一致，扭矩順序滿足要求(一般為十字線法)，根據(jù)法蘭管理程序確定是否需要涂抹潤滑油。記錄30%、60%、100%扭矩扳手或者拉伸工具扭矩值，做完合格后掛上標(biāo)識(shí)牌或者鉛封。法蘭管理也需要建立跟蹤表，方便后期查找問題節(jié)點(diǎn)的施工人員和施工機(jī)具信息。

1.12 關(guān)閉尾項(xiàng)

對(duì)于管線修改或者動(dòng)火的尾項(xiàng)，需試壓前修改完成，避免重新試壓，同時(shí)施工方、檢驗(yàn)、業(yè)主三方簽字認(rèn)可。尾項(xiàng)要寫得清晰，如可采用圖紙?zhí)柣蛘吖芏翁?hào)去跟蹤尾項(xiàng)，方便后期現(xiàn)場(chǎng)處理尾項(xiàng)。

1.13 清潔

試壓前，需要按照清潔程序，進(jìn)行水沖洗，或者進(jìn)行高壓水沖洗，去除管線內(nèi)部雜質(zhì)、臟污。清潔工作貫穿整個(gè)施工工程中，在車間施工過程中要對(duì)管內(nèi)部雜物進(jìn)行清理，預(yù)制完成后進(jìn)行管帽防護(hù)，在管線現(xiàn)場(chǎng)安裝吊裝前要進(jìn)行清潔，保證管線內(nèi)部無雜質(zhì)，以保證后期現(xiàn)場(chǎng)焊接完成后進(jìn)行水沖洗或者高壓水沖洗時(shí)，較容易達(dá)到清潔標(biāo)準(zhǔn)。清潔過程中，需要把軟密封閥門移除，防止雜質(zhì)進(jìn)入到閥門中，對(duì)于球閥是否在線，根據(jù)廠家要求執(zhí)行。

1.14 試壓

試壓水質(zhì)須滿足要求，至少在管線高點(diǎn)和低點(diǎn)安裝壓力表，低進(jìn)高出，保證空氣排出。試壓按照試壓圖步驟進(jìn)行試壓，穩(wěn)壓時(shí)間滿足要求。用機(jī)械式或者電子式記錄儀進(jìn)行記錄，壓力降滿足要求，對(duì)于溫度低于5 ℃時(shí)，脆性材料需采取措施，對(duì)于管線尺寸較大的，核實(shí)是否需要支撐。試壓完成后，把水排放干凈。

1.15 干燥/內(nèi)窺鏡檢查

管線試壓完成后需把試壓水排放干凈，并用低于空氣露點(diǎn)的干燥空氣進(jìn)行吹掃，保證管內(nèi)水被吹干，并且露點(diǎn)滿足要求。吹掃順序先分支后主管，可以放置一塊白布在管端，白布上無吹掃出的雜質(zhì)為合格，對(duì)于關(guān)鍵性管線，需要進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，保證里面的焊縫，清潔度滿足要求，對(duì)于走向彎曲較多管線，從管線兩端進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查。

1.16 恢復(fù)

對(duì)于試壓或者干燥過程中移除的閥門、流量計(jì)進(jìn)行復(fù)位，去除管線兩端的臨時(shí)盲板，保證管線交工。

2 管線施工控制數(shù)字化

粗放的管線施工管理是建立一個(gè)數(shù)據(jù)表，把每次檢驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總。該做法無法保證數(shù)據(jù)的完整性，并造成耗費(fèi)人工成本高、出錯(cuò)率高等缺陷，不滿足項(xiàng)目日益嚴(yán)格的管理要求。引入軟件管理，把管線施工控制通過軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。以數(shù)據(jù)表為依據(jù)實(shí)現(xiàn)完整性檢查和邏輯性檢查，并通過施工進(jìn)度界面可視化實(shí)現(xiàn)管線施工和質(zhì)量控制。該軟件底層控制邏輯是材料表和焊口表聯(lián)接擴(kuò)充。

2.1 建立材料和焊口兩個(gè)數(shù)據(jù)表

材料驗(yàn)貨完成后，建立材料表，完善材料數(shù)據(jù)庫；以三維圖建立焊口數(shù)據(jù)表。這個(gè)兩個(gè)表的連接點(diǎn)為圖紙焊口號(hào)，通過材料追蹤檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)材料和焊口數(shù)據(jù)表聯(lián)系。以圖紙焊口號(hào)為唯一追蹤標(biāo)記把組對(duì)外 觀NDT 檢驗(yàn)等檢驗(yàn)項(xiàng)串聯(lián)形成數(shù)據(jù)總表。數(shù)據(jù)總表可實(shí)現(xiàn)管線釋放和批次管理等具體要求，也可以形成焊工合格率的周統(tǒng)計(jì)、月統(tǒng)計(jì)等報(bào)表。同時(shí)系統(tǒng)可直接提取信息生成驗(yàn)貨報(bào)告、材料追蹤報(bào)告、組對(duì)外觀報(bào)告，鐵素體、熱處理等檢驗(yàn)報(bào)告和施工進(jìn)度直方圖等。

管線施工過程對(duì)焊口管理越來越嚴(yán)格，ASME B 31.3 引入了焊口批次管理的概念對(duì)焊口進(jìn)行批次管理。批次管理可以縮短管線焊口釋放時(shí)間。如果不定義焊口批次，當(dāng)一個(gè)管線系統(tǒng)中后期施工中出現(xiàn)一道口返修，就需要追加焊口。該追加焊口極端情況是已經(jīng)油漆完成并釋放到安裝現(xiàn)場(chǎng)。這種情況需要去現(xiàn)場(chǎng)找到該管端并去除焊口油漆導(dǎo)致工作量成倍增加。焊口批次管理可以解決該問題，焊口批次定義為“一天所焊接完成焊口為一個(gè)批次”(也可以根據(jù)需要定制)，把這個(gè)周期內(nèi)的焊口分配批次，分批次檢驗(yàn)合格釋放。該軟件可實(shí)現(xiàn)批次管理功能。

2.2 在法蘭數(shù)據(jù)庫中建立法蘭管理節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表

法蘭管理檢驗(yàn)通過法蘭管理節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表去控制，數(shù)據(jù)表中以法蘭節(jié)點(diǎn)為追蹤項(xiàng)，上面有每個(gè)法蘭節(jié)點(diǎn)的法蘭材質(zhì)信息、所用螺栓材料信息、墊片信息、扭矩信息。法蘭數(shù)據(jù)庫里需要報(bào)檢填入的信息為：操作人員信息、力矩扳手、液壓工具信息、掛牌時(shí)間、有無重新打開、二次法蘭管理完成時(shí)間等。

2.3 建立試壓包清單跟蹤表

以試壓包清單去控制試壓環(huán)節(jié)中的查線、清潔、試壓、干燥、恢復(fù)等檢驗(yàn)項(xiàng)目。試壓表的管理?xiàng)l目，可以以試壓包號(hào)為單位，去管理尾項(xiàng)和試壓工序，記錄每個(gè)步驟的檢驗(yàn)時(shí)間，可以形成項(xiàng)目進(jìn)度的可視化管理。結(jié)合焊口追蹤記錄表，可以直接生成試壓包的焊口跟蹤表，這樣在整個(gè)項(xiàng)目施工的過程中，就自動(dòng)完成了文件類工作，減少文控人員的工作量，也減少人為出錯(cuò)的概率。

2.4 數(shù)據(jù)庫的配置

可以根據(jù)項(xiàng)目或者項(xiàng)目的組塊單個(gè)配置，以利于分項(xiàng)目、分組塊統(tǒng)計(jì)。單個(gè)項(xiàng)目可以導(dǎo)出總的報(bào)告列表，也可以導(dǎo)出分項(xiàng)的單個(gè)報(bào)告。比如射線委托，可以導(dǎo)出總的委托總表，也可以把單個(gè)委托的報(bào)告逐一導(dǎo)出。同時(shí)也可以按照項(xiàng)目報(bào)告格式配置報(bào)告，也可以按照自己喜歡的方式配置焊口信息追蹤表，供檢驗(yàn)人員、獨(dú)立審核的第三方使用，真正做到檢驗(yàn)項(xiàng)目都有記錄和跟蹤。

在每個(gè)控制邏輯下，建立相應(yīng)的報(bào)檢申請(qǐng)和檢驗(yàn)確認(rèn)，及出具報(bào)告，同時(shí)系統(tǒng)也可以設(shè)立焊工表、WPS 表，形成焊工有效期、資質(zhì)覆蓋、焊接工藝有效性等管理。

3 結(jié)語

海洋石油管線材料種類多樣，等級(jí)比較復(fù)雜，質(zhì)量控制流程也比較繁瑣，而且環(huán)環(huán)相扣，每一步都會(huì)影響下一步的工作。所以在管線質(zhì)量控制過程中，每一個(gè)步驟都必須充分重視，才能保證管線的質(zhì)量。通過把控管線控制重要環(huán)節(jié)，運(yùn)用數(shù)字化管理可以保證管線的施工質(zhì)量，同時(shí)提高工作效率。