18 m加長管在西氣東輸四線天然氣管道工程中的應(yīng)用*

劉 洋，楊建中，張 彥，李 超，李志奎，胡鈺杰

（1.國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司 建設(shè)項目管理分公司，河北 廊坊 065000；2.中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

0 前 言

油氣長輸管線用鋼管執(zhí)行GB/T 9711—2017《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》相關(guān)規(guī)定，鋼管長度的交貨狀態(tài)包括定尺和非定尺兩種。定尺鋼管交貨長度偏差應(yīng)控制在±500 mm（20 in）范圍內(nèi)，非定尺鋼管交貨的長度范圍應(yīng)執(zhí)行標準中表2.1-1 規(guī)定（表2.1-1 分別規(guī)定了6 m、9 m、12 m、15 m、18 m、24 m等組別的鋼管長度偏差范圍）。根據(jù)執(zhí)行標準，鋼管長度可選范圍較大。

由于國內(nèi)鋼管的運輸主要依靠鐵路，受鐵路運輸車廂的限制，目前油氣管道建設(shè)用鋼管長度通常為12 m[1]，各鋼管生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)線也以12 m管為主。調(diào)研國外鋼管主要生產(chǎn)廠家，如日本JFE Steel、俄羅斯CHELPIPE、美國Dura-Bond Pipe、歐洲EUROPIPE 等均可生產(chǎn)18 m 組別鋼管[2-3]。18 m 管在加拿大、澳大利亞、泰國等長輸管道工程中均有應(yīng)用[4]。18 m 加長管的應(yīng)用可以減少施工現(xiàn)場環(huán)焊縫數(shù)量，降低管道失效風險[5-6]，提高焊接效率，因此在西氣東輸四線長輸管道建設(shè)高峰期，突破生產(chǎn)和運輸瓶頸，推廣18 m加長管的應(yīng)用很有必要。

1 國內(nèi)外管道工程中加長管應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外已建管道工程加長管應(yīng)用情況

在油氣管道建設(shè)中，管道環(huán)焊是影響管道本質(zhì)安全和施工效率的關(guān)鍵因素。提高單管長度，最大限度減少環(huán)焊縫數(shù)量，不僅能夠降低環(huán)焊縫失效概率，提高現(xiàn)場施工效率，同時還能減少焊接、補口、檢測等環(huán)節(jié)的耗材應(yīng)用?；谏鲜鰞?yōu)勢，國內(nèi)外部分工程逐漸開始采用加長管。通過調(diào)研，收集到國內(nèi)外已建長輸管道工程加長管的應(yīng)用情況，統(tǒng)計結(jié)果見表1[7-8]。

表1 國內(nèi)外已建管道工程加長管應(yīng)用情況統(tǒng)計

國內(nèi)珠海天然氣管道、中俄東線南段、江蘇濱海LNG管線部分段均已使用了18 m加長管，京—石—邯管線項目使用了15 m 加長管。國外加長管應(yīng)用中，采用18 m 加長管方案較多，且應(yīng)用國家主要為加拿大。收集到的項目主要應(yīng)用于油砂輸送，應(yīng)用段普遍較短，無長距離應(yīng)用的案例。

1.2 國內(nèi)在建管道加長管應(yīng)用情況

與西氣東輸四線同期開工建設(shè)的古浪—河口天然氣聯(lián)絡(luò)管道、西氣東輸三線中段管道均布設(shè)了18 m 加長管應(yīng)用段，其中西氣東輸三線中段管道工程應(yīng)用長度為121.5 km，古浪—河口天然氣聯(lián)絡(luò)管道工程應(yīng)用長度為54.5 km，詳情見表2。

表2 國內(nèi)在建管道工程加長管應(yīng)用情況統(tǒng)計

2 西氣東輸四線加長管適用性分析

2.1 地形條件和道路依托

西氣東輸四線工程起自吐魯番聯(lián)絡(luò)站，止于中衛(wèi)聯(lián)絡(luò)站，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏3省區(qū)所轄17 個市（縣），管道全長1 745 km，沿線經(jīng)過地區(qū)大部分平坦開闊，地貌以戈壁荒漠為主。西氣東輸四線與西氣東輸一線、二線、三線及西部原油成品油管道處于同一廊帶，整體伴行G30連霍高速、G312 國道、蘭新鐵路敷設(shè)，沿線可利用已建管道伴行道路，交通條件較好。平坦的地形條件和良好的道路依托為加長管的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。西氣東輸四線新疆、甘肅境內(nèi)荒漠戈壁段以及甘肅境內(nèi)并行高等級公路段均適合加長管的運輸和施工，總計段落長度1 200 km。

2.2 18 m加長管供貨能力分析

西氣東輸四線加長管適用段落涉及Φ1 219 mm×18.4 mm 螺旋埋弧焊管和Φ1 219 mm×22 mm 直縫埋弧焊管這兩種規(guī)格。Φ1 219 mm×18.4 mm規(guī)格鋼管分布長度為992.1 km，約為54.6 萬t；Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格鋼管分布長度為266.5 km，約為17.5 萬t。

目前具備18 m 加長管生產(chǎn)能力的廠家主要包括寶雞鋼管寶世順鋼管有限公司和寶山鋼鐵股份有限公司，寶世順年產(chǎn)能為12 萬t，寶鋼年產(chǎn)能為50 萬t。除去2022 年同期開工建設(shè)的其他油氣管道工程18 m 加長管的使用需求，能夠為西氣東輸四線螺旋埋弧加長管供貨10.3 萬t、直縫埋弧加長管供貨17.5 萬t，該供貨能力不能滿足所有適用段，需根據(jù)加長管運輸能力進一步分析。

2.3 18 m加長管運輸能力分析

18 m加長管采用17.5 m半掛重型汽車公路運輸[9-11]，Φ1 219 mm×18.4 mm 規(guī)格每車裝載3 根，Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格每車裝載2根。

根據(jù)車輛保有情況的調(diào)研，寶世順每天最大發(fā)貨量為20 車，寶鋼每天最大發(fā)貨量為30 車，兩家合計最大發(fā)貨量為120根，每天每家公司最少發(fā)10 車，兩家最少發(fā)貨量為50 根。按照1年施工期計算，考慮天氣、交通管制等因素，按照每年250天有效運輸，可實現(xiàn)12 500～30 000根加長管的運輸，可敷設(shè)管道長度約225～540 km。由于加長管潛在生產(chǎn)廠家均位于我國東部地區(qū)，因此適用段落越靠近東部地區(qū)則運輸周期越短，運輸能力越能保證。

2.4 18 m加長管應(yīng)用方案

通過對沿線地形地貌、交通依托情況、供貨能力、運輸能力和經(jīng)濟性的對比分析，選取了甘肅東部6 個縣級行政區(qū)劃、14 個連續(xù)段落、共計296 km 管道進行了18 m 加長管的推廣應(yīng)用。其中，Φ1 219 mm×18.4 mm 螺旋埋弧焊管和Φ1 219 mm×22 mm直縫埋弧焊管分別為189 km和107 km，加長管應(yīng)用方案見表3。

表3 加長管應(yīng)用方案匯總表

3 加長管現(xiàn)場施工分析

3.1 現(xiàn)場施工工序影響分析

油氣長輸管道現(xiàn)場施工流程如圖1 所示[12]。從鋼管抵達臨時堆管場至管道焊接完成，加長管對施工流程的前期準備工作（包括交接樁、放線、掃線等）無影響，當管道連接成段后，其對無損檢測、補口、下溝、回填等流程也無影響。

圖1 油氣輸送管道現(xiàn)場施工流程圖

為分析18 m 加長管對施工的影響，對布管和焊接流程進行細化，可具體分為卸管、現(xiàn)場倒運、現(xiàn)場布管、組對和焊接5個工序[13]。

3.2 加長管卸管

卸管工序指鋼管通過汽車發(fā)運到臨時堆管場后，從貨車轉(zhuǎn)移至堆管場，并將其規(guī)則碼放的過程。臨時堆管場一般設(shè)置一臺吊車用于卸管，吊車型號除考慮鋼管單管質(zhì)量外，還應(yīng)考慮其甩管碼放的能力。Φ1 219 mm×18.4/22 mm 規(guī)格12 m鋼管和18m加長管單管質(zhì)量見表4。

表4 同規(guī)格不同長度鋼管單管質(zhì)量統(tǒng)計

載重越大的吊車，吊裝相同質(zhì)量鋼管時，其工作半徑越大，越利于鋼管的碼放。以吊裝12 m長Φ1 219 mm×18.4 mm 鋼管為例，50 t吊車工作半徑為12 m，35 t吊車工作半徑不足10 m。通過西氣東輸四線施工六、七、八標段及西氣東輸三線中一標段的現(xiàn)場驗證，滿足臨時堆管場卸管能力的設(shè)備配置為：①Φ1 219 mm×18.4 mm規(guī)格12 m 鋼管，卸車采用35 t 及以上汽車吊；②Φ1 219 mm×18.4 mm 規(guī)格18 m 鋼管，卸車采用50 t及以上汽車吊；③Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格18 m鋼管，卸車采用70 t及以上汽車吊。

目前，各施工單位都具備或者可租用相應(yīng)的設(shè)備，無需對成品設(shè)備進行改造。不同型號設(shè)備的租賃費用，會對施工成本有所影響，通常35 t吊車一個臺班租賃費用為2 400 元，50 t 吊車一個臺班租賃費用為3 000 元，70 t 吊車一個臺班租賃費用為5 000元。

3.3 加長管現(xiàn)場倒運

作業(yè)帶倒運設(shè)備的選用同作業(yè)帶地形和鋼管長度有密切關(guān)系，作業(yè)帶較為平坦、坡度較小時，采用平板車倒運；作業(yè)帶坡度大、平整度差，或者倒運數(shù)量少時，可采用六驅(qū)炮車，現(xiàn)場六驅(qū)炮車倒運如圖2所示。

圖2 六驅(qū)炮車倒運現(xiàn)場

作業(yè)帶較為平整時，運輸鋼管用的平板車無需改造。作業(yè)帶不具備平板車運輸條件時，采用炮車運輸18 m 加長管，需要對其進行改造以提高炮車的運輸安全性。改造內(nèi)容包括傳動軸加長加粗、輪胎加大加寬、車架整體擴大、動力增加等。

3.4 加長管現(xiàn)場布管

現(xiàn)場布管采用吊管機進行，吊管機選型主要考慮單管質(zhì)量，根據(jù)現(xiàn)場驗證情況，滿足加長管現(xiàn)場布管能力的設(shè)備配置為：①Φ1 219 mm×18.4 mm 規(guī)格12 m 鋼管，40 t 吊管機即可滿足要求；②Φ1 219 mm×18.4 mm 規(guī)格18 m 鋼管，需采用70 t吊管機；③Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格18 m鋼管，需采用90 t吊管機。

施工設(shè)備無需改造。雖然普通管可采用40 t吊管機，但是考慮現(xiàn)場吊管機還承擔著組對、吊裝下溝等任務(wù)，一般也配備70 t 及以上吊管機。因此，加長管布管工序適用設(shè)備與普通管一致，施工能力不受限制，對施工成本和效率的影響很小。

3.5 加長管組對

結(jié)合現(xiàn)場實際操作情況，組對采用的設(shè)備與管長無關(guān)，對于Φ1 219 mm管道工程，均采用2臺70 t以上吊管機。加長管組對難度增加，工效下降約20%。常規(guī)機組普通管組對20 根/天，加長管組對16 根/天。但是從單日焊接長度來說，12 m 管單日焊接量為240 m/天，18 m 加長管單日焊接量為288 m/天，施工效率更高。組對施工現(xiàn)場如圖3所示，施工設(shè)備無需改造。

圖3 18 m加長管組對施工現(xiàn)場

3.6 加長管焊接

18 m 加長管的管口預(yù)熱與其他長度管相同，通常采用的內(nèi)焊機施工時不受管長限制，一般來說內(nèi)焊機的控制線也能夠滿足不同管長的要求，但是需要進行簡單改造。主要是通過設(shè)置加長桿，使內(nèi)焊機的控制線（帶快速接頭）、混合氣管（帶快速接頭）、加長反饋線、空壓氣管（帶快速接頭）等順利對接。

加長管對單口的焊接效率無影響，無需考慮降效對費用的影響。

4 西氣東輸四線加長管應(yīng)用經(jīng)濟性分析

4.1 評價基礎(chǔ)

（1）用管規(guī)格：Φ1 219 mm×18.4mm 螺旋埋弧焊管和Φ1 219 mm×22 mm直縫埋弧焊管。

（2）應(yīng)用長度：296 km （螺旋埋弧焊管189 km，直縫埋弧焊管107 km）。

（3）質(zhì)量：16.7萬t（螺旋埋弧焊管10.3萬t，直縫埋弧焊管6.4萬t）。

（4）供貨廠家：寶雞鋼管寶世順鋼管有限公司（螺旋埋弧焊管），寶山鋼鐵股份有限公司（直縫埋弧焊管）。

（5）運輸方式：18 m 加長管采用公路運輸，12 m管采用鐵路+汽車運輸。

（6）交貨地點：12 m管交貨地點為甘肅景泰附近中轉(zhuǎn)站，18 m加長管交貨地點為施工作業(yè)帶。

4.2 經(jīng)濟性分析

（1）制造成本。Φ1 219 mm×18.4 mm 規(guī)格18 m 加長螺旋埋弧焊管相比12 m 焊管，單位制造成本無增加；Φ1 219 mm×22 mm 規(guī)格18 m 加長直縫埋弧焊管相比12 m 焊管，制造成本增加415 元/t。根據(jù)西氣東輸四線18 m 加長管應(yīng)用方案，制造成本共計增加2 656萬元。

（2）運輸成本。12 m焊管運輸通常采用鐵路+汽車聯(lián)運的方式，18 m加長管只能通過汽車運輸。經(jīng)測算，寶世順增加運輸費用為220元/t，寶鋼增加運輸費用為570 元/t。西氣東輸四線運輸成本共計增加5 944萬元。

（3）道路措施費用。根據(jù)西氣東輸四線施工單位反饋，為實現(xiàn)加長管的現(xiàn)場倒運，需要額外增加部分道路整修、彎道擴寬、碎石鋪墊等費用，合計成本增加261萬元。

（4）施工成本。與管長有關(guān)的施工費用主要包括焊接、檢測以及補口費用[14]，西氣東輸四線18 m加長管應(yīng)用段落，減少焊口數(shù)量33%，施工費用減少約6 300萬元。

（5）倉儲費用。12 m管采用鐵路運輸時，需設(shè)置中轉(zhuǎn)站[15]，而18 m加長管可直接運輸至作業(yè)帶，西氣東輸四線18 m 加長管的應(yīng)用可節(jié)省倉儲費用2 400萬元。

通過以上分析，西氣東輸四線18 m 加長管的應(yīng)用成本增加161萬元，加長管方案的應(yīng)用對工程總投資影響很小。

5 結(jié) 論

（1）18 m加長管的推廣應(yīng)用，可以提高現(xiàn)場鋼管組裝效率，降低因環(huán)焊縫失效導致的安全風險，尤其在地勢平坦、道路依托較好的工程條件下，可有效控制工程投資，應(yīng)用優(yōu)勢明顯。

（2）18 m加長管在西氣東輸四線現(xiàn)場施工中卸管、現(xiàn)場倒運、現(xiàn)場布管、組對和焊接等工序的應(yīng)用，對未來項目加長管的應(yīng)用具有指導意義。

（3）在西氣東輸四線18 m 加長管供貨過程中，廠家供貨量不足，側(cè)面反應(yīng)出國內(nèi)加長管生產(chǎn)能力有待提升；同時對于應(yīng)用方案的制定，應(yīng)提高設(shè)計、采購、施工一體化程度，以保證現(xiàn)場供管充足。