油氣長輸管道安裝技術(shù)關(guān)鍵點研究

周勇(中石化河南油建工程有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

油氣長輸管道安裝技術(shù)研究持續(xù)深化，是完善國家能源輸送模式，夯實輸送基礎(chǔ)的必然選擇。油氣長輸管道的應(yīng)用，不僅減少了能源輸送成本，刪除冗余操作環(huán)節(jié)，同時有效控制能源損耗，對國家能源輸送工作開展具有現(xiàn)實意義。正因為如此，必須加大對油氣長輸管道安裝技術(shù)關(guān)鍵點研究的力度，結(jié)合我國能源輸送特點，克服地域空間大、輸送環(huán)境復(fù)雜、運輸困難等不利條件，梳理安裝技術(shù)關(guān)鍵點去保證油氣長輸管道安裝質(zhì)量，提高油氣長輸管道應(yīng)用安全性，為國家能源輸送系統(tǒng)拓展與升級積累經(jīng)驗。

1 油氣長輸管道安裝技術(shù)關(guān)鍵點研究的必要性

在我國，油氣管道的建設(shè)發(fā)展，對我國的能源安全和國民經(jīng)濟發(fā)展起到了積極的作用。目前，我國的油氣管道建設(shè)已有3 000 多公里，遍及全國。長輸管線輸送天然氣、原油、成品油等占總輸送量的40%以上，長輸管線輸送石油、煤炭、金屬礦石等資源占總輸送量的20%左右。油氣長輸管道的主要功能是將石油、天然氣輸送到用戶手中，是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施[1]。油氣長輸管道工程建設(shè)不僅需要強大的資金實力，更需要先進的技術(shù)和管理手段。由于管道施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，在建設(shè)過程中容易出現(xiàn)管道腐蝕，加上長輸管道沿線長、跨度大，管道焊接難度大，所以不可避免會出現(xiàn)焊接問題。因此，應(yīng)該做好防腐工作，提高焊接水平等，處理好管道安裝技術(shù)關(guān)鍵點，以保證管道正常運行。

2 油氣長輸管道安裝項目概況

此次研究的管道項目所在地位于黑龍江省黑河市，地理位置優(yōu)越，東臨黑龍江，南臨黑河，西靠穆棱，北臨撫遠。施工區(qū)域的地形條件相對理想，大部分為平原地形，地勢比較平坦，整體以西高東低為主。管道一期工程起點位于穆棱市站前區(qū)站房附近(K035+749.7)，終點位于穆棱市站前區(qū)站房附近(K036+589.7)。管道全長約319.4 km，管徑1 016 mm、1 219 mm、1 350 mm、1 530 mm 等多種規(guī)格。一期工程設(shè)計壓力為10 MPa(81.8 MPa)。截至2022 年5 月31 日，已累計使用鋼材102 673.3 t。管道施工主要選擇槽車作為主要運輸工具，并搭配吊車在施工現(xiàn)場靈活運輸。為方便施工材料應(yīng)用，將材料堆放區(qū)域設(shè)定在施工現(xiàn)場。堆放場地占地面積約為7 706 m2，其中主要材料堆場占地面積約為4 448 m2。

3 油氣長輸管道安裝技術(shù)要點

3.1 三相分離器安裝技術(shù)要點

油氣管道在長距離、高壓力和高溫環(huán)境下運行，會對管道內(nèi)的介質(zhì)產(chǎn)生高溫、高壓作用，因此需要在管道內(nèi)加裝一定的設(shè)備來保障油氣穩(wěn)定輸送。此次管道安裝施工項目中，結(jié)合油氣長輸管道中三相分離器的作用及重要性，對其安裝技術(shù)要點進行研究[2]。在安裝過程中要重點關(guān)注設(shè)備的材質(zhì)和規(guī)格尺寸以及設(shè)備在安裝過程中的保護措施。三相分離器可以使液體介質(zhì)形成三相流，避免油、水、氣等三相介質(zhì)對管道造成腐蝕，從而達到提高油氣輸送效率的目的。

3.1.1 設(shè)備材質(zhì)

油氣長輸管道三相分離器的主要材質(zhì)為不銹鋼和碳鋼，其中不銹鋼材質(zhì)為Q235-A，碳鋼材質(zhì)為Q345-A。在實際生產(chǎn)中，除特殊介質(zhì)外，一般均采用不銹鋼材質(zhì)。在油氣長輸管道中三相分離器多用于清管作業(yè)，其材質(zhì)要求為304 或316 L[3]。

3.1.2 三相分離器規(guī)格

(1) 三相分離器的規(guī)格主要有兩種：一種是直徑≥φ600 mm；另一種是直徑≤φ600 mm。其中直徑≤φ 600 mm 的設(shè)備一般選用內(nèi)徑為φ 1 000 mm 或φ 1 200 mm 的三相分離器。

(2)三相分離器規(guī)格型號由規(guī)格尺寸和公稱通徑兩部分組成。規(guī)格尺寸主要包括設(shè)備尺寸、殼體尺寸、法蘭尺寸等，公稱通徑指設(shè)備外徑與管內(nèi)徑之比，常用的公稱通徑為3-4/6-5/10-12/20-25 等。

3.1.3 安裝注意事項

三相分離器主要包括三個元件，其一是油水界面調(diào)節(jié)器；其二是捕霧器；其三是筒體。置換分離是三相分離器中筒體關(guān)鍵功能，組建期間筒體的安裝必須遵循水平控制原則。筒體固定后安裝鞍座，其間檢查介質(zhì)整體度，并保證排污池、排污管線之間連接到位。捕霧器的安裝，根據(jù)其濾網(wǎng)檢查功能，重點集中在管道口、管線操作方面，將其與氣液分離器連接牢固，使其能夠充分發(fā)揮出凝的作用[4]。油水界面調(diào)節(jié)器主要功能為油水出口調(diào)整，需要對油水濃度進行科學(xué)設(shè)定，以提高廢水中的石油含量，確保出油的水分含量均達到了設(shè)計要求。此外觀察液位計，隨時確定液位高度。最常用的是磁性翻柱式水平儀和翻柱式水平儀兩種，具體使用中要保證其和凸緣管道的連接是牢固的。

3.2 管道焊接技術(shù)要點

此次研究將對長輸管道安裝中遇到的問題進行分析，并提出解決方法，以提高管道安裝質(zhì)量，延長管道壽命。

3.2.1 焊接材料的選擇

焊條的組成包含多種元素，如：硅、碳等，焊條的基體為黑色粉末狀，施工中所應(yīng)用的焊條均通過加水、干燥等調(diào)制而成。焊條包括常用、特殊兩種型號，焊條型號的選擇根據(jù)安裝焊接要求決定。焊條運輸之前必須按照要求包裝處理，并在施工之前對焊條進行清水浸泡，時間設(shè)定為30 min，隨后再次烘干[5]。

3.2.2 下管關(guān)鍵點

下管前必須用丙酮擦拭管子表面，然后用刷子刷凈焊道表面的氧化物和鐵銹等。下管前對焊道進行了除銹處理。下管時，焊工應(yīng)該站在下管架上操作。焊工必須在管架上立著工作，不得站在地上進行下管工作。先將管道的管件連接好，然后用鐵絲捆扎起來放在下管架上；每根管子必須由兩個人操作，兩人都要站在管道的下面；兩人要抬起管子的一頭并在另一頭上放好。操作人員在放管子時應(yīng)站成直角方向，并且要用手扶著管子一端；當管子放好后，操作人員應(yīng)馬上把管子放下，然后將下管的鐵絲捆扎好再放下；同時下管時還要注意防止鐵絲將管件纏住；當下管架上的鐵絲被纏住時，要用力拉下來[6]。

3.2.3 焊接護理

在進行長距離輸送管線的焊接時，所有焊接操作必須符合規(guī)范，以保證焊縫的施工技術(shù)達到設(shè)計要求。焊接施工質(zhì)量受多種因素影響，如：焊接材料的選擇、焊接施工環(huán)境、焊接工具的應(yīng)用、技術(shù)人員技術(shù)專業(yè)性等，所以在焊接施工過程后，要有專門的人員進行仔細地檢測，同時要有監(jiān)理人員參與，隨時掌握施工現(xiàn)場具體情況，同步檢測焊接質(zhì)量[7]。

3.3 泵機、閥門安裝技術(shù)要點

以下分別提煉了泵機、閥門安裝的技術(shù)要點，為規(guī)避安裝問題，提高安裝質(zhì)量提供參考。

3.3.1 泵機安裝要點

(1)泵及設(shè)備因為功能特殊，并且影響因素復(fù)雜，所以必須全方面檢查，保證型號與油氣長輸管道施工匹配，設(shè)備功能正常。尤其是冬季施工期間，溫度比較低，泵機若未及時防凍功能會受到影響。部分泵機處于長期停用狀態(tài)，需仔細檢修并保證正常運行情況下安裝[8]。

(2)泵機主要以吊運的方式運輸至施工現(xiàn)場，由專業(yè)機械輔助完成吊裝，就位操作。

(3)對于在水平管道上進行泵機和閥門安裝時，應(yīng)考慮泵與閥組的相對位置(當泵組置于閥組之上時，則應(yīng)將泵組置于閥組之下)；對于在豎直管道上進行泵機和閥門安裝時，應(yīng)考慮泵的豎直位置(當泵置于閥組之上時，則應(yīng)將泵組置于閥組之下)。

(4)安裝過程中，應(yīng)注意控制好泵機的位置，確保其與管道保持垂直，并采取可靠的保溫措施。此外，在安裝過程中要注意確保泵機與管道之間沒有任何干涉和摩擦。泵機組在管道上的安裝位置應(yīng)符合設(shè)計要求，且便于操作和維護[9]。此外，為了防止泵機組受到水錘等機械損傷，在管道上還應(yīng)該設(shè)置有支托、吊架或安全拉索。泵機組與管道的連接處應(yīng)焊接牢固，并采取可靠的保溫措施。此外，在安裝過程中還應(yīng)該注意檢查閥門是否可以靈活關(guān)閉，確保無泄漏。

(5) 泵機安裝現(xiàn)場要求必須有專業(yè)隊伍組織測量與監(jiān)督工作，實時測量與記錄泵機壓力、流量、功能運行等信息。還應(yīng)注意確保各儀表設(shè)備的安裝位置準確、固定牢靠、調(diào)節(jié)靈活等問題[10]。泵類設(shè)備的安裝過程中，根據(jù)實際情況設(shè)置相應(yīng)的安全防護措施，如有必要還可以設(shè)置相應(yīng)的報警裝置等。泵類設(shè)備安裝施工中應(yīng)注意安全防火問題，同時還應(yīng)設(shè)置消防設(shè)施和應(yīng)急預(yù)案等。

(6)提前對泵機、閥組與管道連接材質(zhì)進行分析，如果選擇法蘭，則選擇的重點集中在法蘭材料本身即可；如果選擇螺紋，則選擇中還需要對閥門密封墊綜合考慮；如果選擇直接焊接，則選擇的重點集中于焊接材料。泵和閥門之間連接管道在布置時必須考慮介質(zhì)流動方向。對于在水平管道上進行泵機和閥門安裝時，有液體介質(zhì)流向要求的部位(如放空閥)應(yīng)設(shè)置在管道上部。

3.3.2 閥門安裝要點

(1)閥門在現(xiàn)場進行組裝前，必須進行檢查、校正和試壓，其允許偏差應(yīng)符合相關(guān)標準要求。閥門安裝方法靈活多變，可根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇整點吊裝、支架法等，還可以多個方法搭配完成，如：支撐架支撐法-吊點式吊裝-支架法。

(2)待閥門安裝完畢，組織設(shè)計充水試驗。充水試驗初次壓力設(shè)置為工作壓力值×1.5，要求時間必須≥30 min。試壓過程中，注意對閥桿、閥體間隙進行控制，要求必須≤10 mm。及時拆除臨時支撐和固定設(shè)施，并對閥門進行清洗和除銹。待所有試壓測試達到標準，才能夠進入到正式投產(chǎn)階段。

3.4 長輸管道防腐保溫技術(shù)要點

3.4.1 防腐技術(shù)要點

(1)分析腐蝕問題出現(xiàn)的原因

其一，設(shè)計方面管道本身強度設(shè)計不足、管材選取不當、連接方式不合理、焊接缺陷、外部因素影響。

其二，防腐處理方面防腐層防腐能力不足、防腐層質(zhì)量不合格。

其三，長輸管道運行方面沒有嚴格按照標準進行管理，設(shè)計、施工、監(jiān)理等環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致防腐處理不到位。

其四，長輸管道維護方面維修保養(yǎng)工作不到位、管線設(shè)計沒有考慮防腐要求。

其五，防腐工藝不合理與其他因素影響。

(2)防腐技術(shù)優(yōu)化與關(guān)鍵點處理

防腐主要通過各種方法對管道進行處理，以防止腐蝕和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

①面防腐

主要用于油氣長輸管道外部環(huán)境較差區(qū)域，如：土壤腐蝕性強、濕度較大、環(huán)境溫度變化較大等環(huán)境條件下的施工作業(yè)。主要方法有涂敷各種涂料、噴涂或熱噴涂油漆、涂敷金屬表面涂層和在金屬表面涂刷各種涂料等。具體包括針對腐蝕性氣體的防護涂料，另一種是針對腐蝕性液體的防護涂料。在我國，防腐涂層分為兩種類型：一種是環(huán)氧粉末噴涂或纏繞在鋼管表面，另一種是聚乙烯粉末噴涂或纏繞在鋼管表面。石油天然氣管道防腐涂層主要采用環(huán)氧粉末噴涂和聚乙烯粉末噴涂兩種方式。此次工程項目應(yīng)用環(huán)氧粉末的應(yīng)用，主要采取加熱固化方法，在長輸管道的表層打造環(huán)氧涂層。聚乙烯涂料則省略加熱固化過程，直接在管道表面噴涂。

因為油氣長輸管道實際應(yīng)用中，長期接觸腐蝕產(chǎn)物，一旦沉積過多必然會增加管道腐蝕風險，所以除管道內(nèi)壁表面防腐之外，還需要針對防腐產(chǎn)物沉積打造防腐層。通常有兩種類型的防腐層：一是環(huán)氧煤瀝青防腐涂料；二是聚乙烯防腐涂料。油氣長輸管道以流體與煙氣輸送為主，因此兩種防腐層均具有突出應(yīng)用優(yōu)勢。此外防腐處理中涂料的選擇，主要以環(huán)氧煤瀝青涂料為主，還會應(yīng)用到環(huán)氧樹脂，合理搭配固化劑，去優(yōu)化涂料性能。

②涂敷工藝

目前長輸管道安裝中，防腐涂層以現(xiàn)場加工為主，部分區(qū)域因為現(xiàn)場條件復(fù)雜，所以選擇工廠預(yù)制。防腐涂層主要包括內(nèi)外兩層。防腐涂層的基體應(yīng)用環(huán)氧樹脂材料，并搭配外膠層，借此強化防腐涂層綜合性能。當管道外防腐層為聚乙烯、環(huán)氧或聚丙烯時，可以采用單層或多層粉末涂裝，也可以采用靜電噴涂。

3.4.2 保溫技術(shù)要點

(1)保溫材料的選擇

保溫材料的選擇應(yīng)根據(jù)管道的施工條件，合理選擇，并根據(jù)設(shè)計要求和工程特點，確定材料的性質(zhì)、尺寸和性能。對于設(shè)計要求溫度較低或所需保溫溫度較高的管道，應(yīng)采用導(dǎo)熱系數(shù)較低、吸水率低、密度較大的保溫材料；對于設(shè)計要求溫度較高或所需保溫溫度不高的管道，應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率小、密度適中的保溫材料。

(2)保溫層及保護層施工

保溫層施工前，先清除管道表面油污和雜物，然后進行水泥砂漿找平或基層找平，使管道表面平整。結(jié)合工程實況與圖紙設(shè)計，全面檢查防腐層，一旦發(fā)現(xiàn)已損壞或存在損壞隱患的情況，必須及時維護更換。根據(jù)保溫材料對防腐層的敷設(shè)與保溫方法進行選擇，此次工程中包括三種敷設(shè)方式，其一為架空敷設(shè)，該方法應(yīng)用期間，需注意控制保溫層、管道距離；其二為直埋敷設(shè)，施工期間注意點依然為保溫層、管道距離控制；其三為地溝敷設(shè)，施工中注意點為保溫層、地溝間距離的控制。

3.5 長輸管道回填施工要點

油氣長輸管道安裝施工，還涉及到下溝、回填處理。下溝與回填施工中，需應(yīng)用到專用吊具，并保證管道兩端在下溝施工之前完全封死?；靥钍┕げ僮髦?，觀察施工區(qū)域地下水情況，因為回填工期處于春季，降水量相對較少，所以工程采取回填與人工降水協(xié)同施工。期間注意，回填與降水需從兩端進行。施工中包含多個穿跨越環(huán)節(jié)，不可避免會進行溝下連頭施工處理，需積極克服溝下連頭施工困難，靈活完善施工方案。首先需要對溝下連頭兩端進行處理，特別是直管段區(qū)域，要求直線施工必須≥50 m，若情況極為特殊無法形成直線，則控制直管段施工角度，必須≤3°。工作坑施工設(shè)計中，檢查坑內(nèi)積水情況，并設(shè)置集水坑，及時將工作坑積水抽干。連頭下料施工階段，因為管道本身受周圍環(huán)境影響存在熱脹冷縮現(xiàn)象，所以下料與焊接的時間必須科學(xué)控制。實時檢測管道溫度，跟隨溫度變化調(diào)整管道長度。完全控干管道水分，隨即進入焊接環(huán)節(jié)，這是縮短施工周期的重要措施。為保證施工質(zhì)量，需在溝下連頭位置設(shè)置高水壩，測量管口、管道內(nèi)距，要求在40 cm 位置設(shè)置擋水壩，并迅速將其烤干，待達到施工標準后對其進行焊接。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對長輸管道安裝技術(shù)關(guān)鍵點的梳理，認識到長輸管道安裝技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，并汲取管道安裝經(jīng)驗。長輸管道對能源輸送發(fā)展意義重大，為達到提高能源運輸效率、保證能源運輸安全等目的，必須保證所有管道安裝技術(shù)關(guān)鍵點施工落實到位，科學(xué)排除管道安裝隱患，尤其是常見的防腐、焊接、設(shè)備運行等質(zhì)量通病，從多方面提高油氣長輸管道應(yīng)用安全性，科學(xué)選擇施工材料，幫助油氣長輸管道節(jié)能降耗，保證管道安裝質(zhì)量的同時，延長管道使用壽命，充分發(fā)揮其經(jīng)濟與社會價值。