管道工廠化預(yù)制技術(shù)在LNG 接收站碼頭安裝中應(yīng)用

趙云龍

中石化天津液化天然氣有限公司 天津 300457

管道工廠化預(yù)制是指通過詳圖設(shè)計(jì)軟件對管線進(jìn)行排料和分段軸測圖設(shè)計(jì)[1]。管道是能源、石化領(lǐng)域建設(shè)完成項(xiàng)目目標(biāo)的關(guān)鍵步驟。管道工廠化預(yù)制可以提供各種需求的制作，可按照GB、SH、ASME/ ASTM、PED、JIS、GB、TS 等各種材料和制造標(biāo)準(zhǔn)完成制作工作。管道工廠化預(yù)制可涉及材料采購、切割、裝模、焊接、涂裝、內(nèi)襯及涂裝等全方位工作。預(yù)制廠一般配備有高技能焊工，能從事高強(qiáng)鋼、合金鋼和各種不銹鋼等的加工。

1 LNG接收站碼頭管道工程特點(diǎn)

1.1 LNG接卸

這個(gè)系統(tǒng)通過特殊類型的不銹鋼管道將LNG 碼頭和儲(chǔ)罐連接，在極低溫度（- 160℃）下將LNG 貨船上的LNG 通過碼頭輸送至儲(chǔ)罐。由于LNG 貨船吃水較深，LNG 碼頭設(shè)置在離岸較遠(yuǎn)地帶，LNG 碼頭從海岸邊向海里延伸能達(dá)到數(shù)公里之多。

1.2 LNG罐內(nèi)儲(chǔ)存

所有從LNG 貨船上來的液化天然氣都將儲(chǔ)存在LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)。LNG 儲(chǔ)罐為專門為儲(chǔ)存極低溫度（- 160℃）介質(zhì)設(shè)計(jì)的低溫儲(chǔ)罐，采用了兩層罐體加絕熱層，通過防止LNG 沸騰，使其維持在液態(tài)。儲(chǔ)罐的外墻采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土或鋼制，以達(dá)到LNG 的最佳保溫效果。盡管有如此高的絕熱性，LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)仍會(huì)發(fā)生微小蒸發(fā)。LNG儲(chǔ)存系統(tǒng)一般配備壓縮機(jī)和再冷凝系統(tǒng)用來收集這種氣體，并將其液化。

1.3 LNG增壓和氣化

增壓氣化是將LNG 提供壓力后從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的過程。LNG 從儲(chǔ)罐中抽出后增壓到70～100bar 后通過換熱器氣化。一般來說，海水用于氣化的熱源，高壓泵用于增壓LNG。還有一些LNG 接收站配備有燃燒式汽化器，通過燃燒天然氣來加熱LNG，使其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。

1.4 氣體外輸

一旦回到氣態(tài)，天然氣在輸送到天然氣輸送系統(tǒng)之前，要經(jīng)過計(jì)量、氣味化、分析等過程。由于天然氣沒有氣味，故需要通過往天然氣中加入四氫噻吩（THT）等氣味劑，以檢測最輕微的泄漏。

碼頭對于一個(gè)LNG 接收站至關(guān)重要,LNG 接收站很大一部分管道都分布在碼頭上。由于碼頭延伸海里較長、運(yùn)輸?shù)缆藩M窄且管道工程量大，因此碼頭管道施工也是整個(gè)LNG 工程的一個(gè)重難點(diǎn),下面介紹通過管道工廠化預(yù)制技術(shù)在某LNG 接收站碼頭安裝中應(yīng)用。

某LNG 接收站碼頭安裝工程包含工藝管48km,給排水管道共28km。碼頭管道分布在2 層棧橋管廊上,棧橋管廊第一層設(shè)置有管徑從DN10500～DN200 的四條LNG 工藝管線,此外還有一條DN600 的消防水管線。第二層設(shè)置有DN100 和DN50 的管線, 分別輸送氮?dú)夂蛢x表風(fēng)介質(zhì)。

這些管道涉及的材質(zhì)有4 種, 分別為GB/ T816320 GALV、GB/ T816320、A312TP304/ 304LCL1500- 96℃ 、A358GR304/ 304LCL1500- 196℃。這些不同類型的管道施工所涉及的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范較多,技術(shù)性強(qiáng)、質(zhì)量要求高。特別是整條管道安裝為臨海作業(yè),常年處在海風(fēng)環(huán)境中，作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大,焊接環(huán)境差,給焊接質(zhì)量帶來很大的挑戰(zhàn)。特別是碼頭上的大口徑DN1050 不銹鋼管線,此管線位于棧橋管廊一層,跨越整個(gè)碼頭，該條管道的安裝是LNG 接收站碼頭施工的重點(diǎn)和難點(diǎn), 在施工前根據(jù)現(xiàn)有施工車輛性能、碼頭承載能力及道路條件,合理規(guī)劃作業(yè)流水，提前預(yù)制管道。

2 管道工廠化預(yù)制的特點(diǎn)

管道工廠化預(yù)制一般可分為兩種管道預(yù)制方式，一種方式是固定式管道預(yù)制方式，另一種方式則是移動(dòng)式管道預(yù)制方式，這兩種方式分別適用不同的工作環(huán)境中。所謂固定式管道預(yù)制方式為設(shè)置固定的管道加工預(yù)制廠區(qū)，雖然其占地面積較大，但設(shè)施齊全、生產(chǎn)能力大，能夠允許多條管道預(yù)制流水線同時(shí)作業(yè)、集中加工，一般適用管道安裝量大、需求集中且穩(wěn)定的情況。相較于固定式管道預(yù)制方式，移動(dòng)式管道預(yù)制方式?jīng)]有固定的生產(chǎn)預(yù)制廠區(qū)，而是將“切割/ 坡口”“組對”“自動(dòng)焊接”都分別集成在便于布置較快、移動(dòng)方便的集裝箱內(nèi)。這種方式一般服務(wù)于施工周期較短項(xiàng)目，每個(gè)集裝箱就是一個(gè)模塊化單元，設(shè)置靈活，不受場地限制，可以方便地隨著項(xiàng)目變化而靈活調(diào)整。各個(gè)集裝箱單元之間還可以通過合理組織物料流動(dòng)搭接實(shí)現(xiàn)更有效的作業(yè)銜接，提升整體預(yù)制效率。這種方式既可以滿足管道預(yù)制需求又能節(jié)省施工成本，具有極高的性價(jià)比。管道工廠化預(yù)制方式選擇需要根據(jù)現(xiàn)場布局、管道特點(diǎn)、工藝要求、焊接工作量等實(shí)際情況來確定。相對于傳統(tǒng)的管道工程施工方式，工廠化預(yù)制優(yōu)勢明顯，主要有以下幾方面:

（1）管道在工廠化預(yù)制處理將下料、坡口加工、組對、焊接、標(biāo)識(shí)、檢驗(yàn)、封閉等各個(gè)工序組合在一起,形成流水作業(yè)。

（2）管道預(yù)制廠內(nèi)的作業(yè),可以最大可能地應(yīng)用新技術(shù)、新工藝,可以更有效使用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和機(jī)加工工具，如等離子切割機(jī)、叉式起重機(jī)、龍門吊等。

（3）可大幅度加強(qiáng)預(yù)制的深度與規(guī)模，利用預(yù)制工作臺(tái)上先進(jìn)的設(shè)備,進(jìn)行各類形狀復(fù)雜不規(guī)則管道部件或工藝閥組等焊縫集中部件制作,整個(gè)焊接質(zhì)量控制更能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，保證了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（4）能加快施工進(jìn)度，管道工廠化預(yù)制不受施工現(xiàn)場空間限制允許多個(gè)作業(yè)班組在預(yù)制工作臺(tái)上進(jìn)行制作,減少管道作業(yè)時(shí)間，同時(shí)不受土建作業(yè)條件的限制，可以實(shí)現(xiàn)安裝作業(yè)與土建作業(yè)同時(shí)施工，縮短工期。

（5）減少了某些工序中工時(shí)的浪費(fèi)現(xiàn)象，減少了作業(yè)過程中人員、設(shè)備的移動(dòng)。

（6）施工環(huán)境不受外部或外界天氣氣候的影響,大幅度改善作業(yè)環(huán)境，勞動(dòng)效率高，同時(shí)降低人員由于暴露在外造成的損傷。

（7）節(jié)省管材和消材料，這是由于預(yù)制廠區(qū)內(nèi)有幾個(gè)作業(yè)班組一起施工，剩余材料和消耗材料可以充分利用，降低施工損耗，減少浪費(fèi)。

（8）由于機(jī)械設(shè)備和機(jī)加工工具集中在一個(gè)地方，便于施工機(jī)械維護(hù)保養(yǎng)管理。

3 管道預(yù)制加工工作流程

圖紙審核：審查設(shè)計(jì)單位給出施工圖文件、管道平面布置圖、工藝流程圖、材料清單表、設(shè)計(jì)說明及其他設(shè)計(jì)規(guī)定等，理解設(shè)計(jì)意圖并對設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)合。

設(shè)計(jì)深化：根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖對單線圖實(shí)施分段劃分，達(dá)到直接施工深度，按作業(yè)習(xí)慣、工藝選用節(jié)點(diǎn)，繪制預(yù)制用管段圖。

材料檢驗(yàn)：檢查管道組成件質(zhì)量證明書上涉及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)文件和訂貨合同中規(guī)定的各項(xiàng)內(nèi)容和檢驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果。檢驗(yàn)合格后的管材、配件按相關(guān)規(guī)定做標(biāo)記，使其能被作業(yè)人員識(shí)別出來，防止與未檢驗(yàn)材料或檢驗(yàn)不合格材料混用。管道組成件在使用前應(yīng)按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%外觀檢驗(yàn)。

下料：應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際誤差判斷下料尺寸。或在便于施工的合適位置預(yù)留調(diào)節(jié)段。

坡口加工：對于GB/ T 8163 20 GALV、GB/ T 8163 20 這些碳鋼材質(zhì)管線，采用氧乙煥焰或等離子切割加工；高溫切割碳鋼管線會(huì)在熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)滲碳層，需要在坡口打磨時(shí)將其打磨處理掉，并修整出所要求的坡口。對于 A312TP304/ 304LCL150- 196℃、A358GR304/ 304L CL150- 196℃不銹鋼材質(zhì)管道采用等離子或機(jī)械切割，切割前確認(rèn)采用的砂輪機(jī)切割片為規(guī)定允許的切割不銹鋼的砂輪片，避免不銹鋼管道鐵離子污染發(fā)生。每個(gè)坡口加工完后進(jìn)行尺寸檢查和加工精度檢查，坡口表面不得有裂紋、縮孔、重皮等缺陷。不銹鋼管道開孔使用等離子或機(jī)械開孔、碳鋼管線開孔采用氧乙煥焰或機(jī)械開孔。

焊口組隊(duì)：焊口組對前用角向磨光機(jī)和棒式砂輪機(jī)將坡口及兩側(cè)內(nèi)外各20mm 范圍內(nèi)的母材表面打磨光亮。焊接接頭不得采用強(qiáng)力組對。組對時(shí)要內(nèi)壁平齊，其錯(cuò)邊量不應(yīng)超過壁厚的10%。應(yīng)用可靈活調(diào)節(jié)高度和翻轉(zhuǎn)的電動(dòng)工作臺(tái)，開展管與管頭、彎頭及法蘭等配件的組對作業(yè)[2]。

定位點(diǎn)焊：采用銳弧焊，定位焊縫長度10～20mm,高度2～4mm，沿焊縫均布，并根據(jù)管徑情況增加定位焊點(diǎn)和定位焊縫長度。焊件組對需使用卡具時(shí)，卡具材質(zhì)應(yīng)與母材材質(zhì)相同。焊接卡具應(yīng)采用合格的焊接工藝。焊接在管道上的組對卡具不得用敲打或掰扭的方法拆除。采用火焰切割時(shí)，應(yīng)在離管道表面2～3mm 處切割修磨。

焊接：除采用定型彎頭外,管道焊縫的中心與彎管起彎點(diǎn)的距離不應(yīng)小于管子外徑,且不小于100mm。需要熱處理的焊縫,外側(cè)距支、吊架邊緣的凈距離宜大于焊縫寬度的5 倍,且不小于100mm；直管段上兩條對接焊縫間的距離,不應(yīng)小于3 倍焊件的厚度,需焊后熱處理時(shí),不應(yīng)小于6 倍焊件的厚度。

外觀檢驗(yàn)：施焊完畢后，經(jīng)現(xiàn)場焊接工程師外觀合格后，在規(guī)定的位置寫上焊口號(hào)、焊工號(hào)、管線號(hào)等焊接標(biāo)記，填寫焊接記錄上報(bào)質(zhì)檢員，通知無損檢測人員檢測。

無損檢測：管段預(yù)制完成后，要及時(shí)收集焊口信息，錄入焊接控制系統(tǒng)，及時(shí)確定無損檢測焊口，并現(xiàn)場標(biāo)識(shí)，進(jìn)行無損檢測[3]。

4 管道預(yù)制質(zhì)量保證措施

LNG 接收站對碼頭工藝管道要求嚴(yán)格遵守《石油化工有毒、可燃介質(zhì)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（SH 3501—2002），對于其他介質(zhì)的管道施工安裝遵守《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工期驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50236—98）和《石油化工金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50517—2010）。特別是對于口徑大于DN200 的氣動(dòng)控制閥通常帶袖管，管道預(yù)制時(shí)需注意閥門袖管的軸向焊縫和預(yù)制連接管軸向焊縫的相對位置，避免形成十字縫。奧氏體不銹鋼管道焊接時(shí)禁止使用可溶紙。LNG 接收站對工藝管道焊接質(zhì)量合格率有特別要求，尤其是碼頭LNG 管道焊接一次合格率98%以上。

（1）在施工前需要完成工藝評定，確保工藝評定覆蓋率為100%, 由焊接工程師根據(jù)設(shè)計(jì)對管材要求具體確定焊接工程所需工藝評定參數(shù)，并逐層上報(bào)審批。焊接前，焊接責(zé)任工程師向施工人員進(jìn)行交底。

（2）焊接質(zhì)檢員審查焊工資格證，并提前做好特殊工種施工人員資質(zhì)審查，將合格證復(fù)印件留存?zhèn)浒?，做好焊工崗前培?xùn)及考試工作。

（3）材料控制：材料工程師做好焊接材料的驗(yàn)收、保管工作。要嚴(yán)格按照合同相關(guān)文件，對質(zhì)量證明書檢查，并與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)文件中規(guī)定的內(nèi)容一一核對，對檢驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果有異議的可以請第三方檢測單位現(xiàn)場檢測，驗(yàn)證檢驗(yàn)結(jié)果。加強(qiáng)對合金閥門、關(guān)鍵等配件的質(zhì)量抽查，堅(jiān)決剔除不合格的材料，排除質(zhì)量安全隱患[4]。驗(yàn)收后的管材、配件按相關(guān)規(guī)定做標(biāo)記。

（4）嚴(yán)格對焊材烘干、發(fā)放、回收進(jìn)行管理，現(xiàn)場焊材庫配備溫濕度儀，建立焊材領(lǐng)用、保管、烘烤、發(fā)放、回收制度，并做好記錄。

（5）工藝管線施工應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)圖紙，專業(yè)施工員負(fù)責(zé)管線標(biāo)識(shí)，并隨時(shí)填寫施工記錄。向質(zhì)檢員報(bào)焊接日檢日報(bào)單，質(zhì)檢員負(fù)責(zé)對外觀進(jìn)行檢驗(yàn)，并根據(jù)專業(yè)施工員下達(dá)的“工藝管線無損檢測委托”進(jìn)行點(diǎn)口，通知探傷進(jìn)行無損檢測，按設(shè)計(jì)說明書提出的規(guī)范要求執(zhí)行檢測制度。

（6）焊接過程中，質(zhì)檢員要隨時(shí)抽查焊材使用情況，以確保焊材使用正確，避免出現(xiàn)用錯(cuò)焊材的情況。同時(shí)，嚴(yán)格監(jiān)督焊工執(zhí)行工藝紀(jì)律，檢查焊工的實(shí)際操作水平，對焊縫返修部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)督。

（7）潮濕天氣作業(yè)要采取防護(hù)措施，使用火焰烘烤焊件表面，去除濕氣水汽。

（8）組對點(diǎn)焊或施焊時(shí)，零線要接在被焊件上，鉗口接線可靠，防止電弧燒傷施焊件。電焊引弧宜采用引弧板，不得在管件坡口外母材上直接引弧。

（9）工藝管線施工應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)圖紙，專業(yè)施工員負(fù)責(zé)管線標(biāo)識(shí)檢查，并隨時(shí)填寫施工記錄。向?qū)Ｂ氋|(zhì)檢員報(bào)焊接日檢日報(bào)單，專職質(zhì)檢員負(fù)責(zé)對外觀進(jìn)行檢驗(yàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，管道工廠化預(yù)制能滿足切割、裝模、焊接、涂裝、內(nèi)襯及涂裝等一整套加工需求，能夠形成流水作業(yè)，應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，加強(qiáng)預(yù)制的深度與規(guī)模，保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定，加快施工進(jìn)度，減少工時(shí)浪費(fèi)，節(jié)省管材和消材料，優(yōu)勢獨(dú)特。對于LNG 接收站碼頭工程，采用管道工廠化預(yù)制技術(shù)，合理劃分預(yù)制管段，選擇合適工廠化預(yù)制系統(tǒng)，合理規(guī)劃管道預(yù)制加工的流程，嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)制質(zhì)量保證措施，可以在進(jìn)度、安全、質(zhì)量方面提高建設(shè)管理水平，大幅度改進(jìn)LNG 接收站建設(shè)施工方式，利于達(dá)成LNG接收站工程建設(shè)目標(biāo)。