油氣長輸管線施工技術(shù)研究

展 博 耿盼濤 邢 智 楊起家 朱永飛 霍佳佳

（中建七局安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

當(dāng)前，我國油氣管道建設(shè)已取得了長足發(fā)展，全國范圍內(nèi)分布眾多長輸管線，基本實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)化，隨著油氣運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展壯大，我國長輸管線工程項(xiàng)目逐漸向大口徑、高壓力的管道方向發(fā)展。然而，我國長輸管線大部分埋設(shè)于地下，有著隱秘、封閉等特點(diǎn)，在管道服役期間易受復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，時常發(fā)生沉降等現(xiàn)象，不僅增加了油氣損耗，而且一定程度上污染著管線周圍環(huán)境。為解決油氣運(yùn)輸工程項(xiàng)目中普遍存在的這一問題，針對長輸管線施工技術(shù)展開研究，望有助于提升油氣運(yùn)輸工程效益。

1 長輸管線施工技術(shù)設(shè)計(jì)及要點(diǎn)控制

1.1 油氣管道施工參數(shù)確定

長輸管線主要指輸送水、石油、天然氣等物質(zhì)的輸送距離超過48km 的線路工程，與其他工程項(xiàng)目相比，長輸管線有著線路長、跨度大、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，因此，在進(jìn)行長輸管線施工前，需要確定施工參數(shù)，以此保障施工的安全性[1]。在確定油氣管道施工參數(shù)時，首先根據(jù)管道實(shí)際輸送物質(zhì)以及管線的輸送壓力、管材、管徑等數(shù)據(jù)，確定管線的敷設(shè)方式，根據(jù)管道安全、減少環(huán)境污染、低管道維護(hù)成本等主旨，選擇地下敷設(shè)線路的方式，即在地表之下有著一定覆土深度的位置進(jìn)行油氣管道的敷設(shè)，可減少管道被損壞的風(fēng)險(xiǎn)，并且可減少管道泄漏對環(huán)境的影響等。

在長輸管線施工中，不僅需要確定管道的敷設(shè)方式，還需獲取油氣管道的埋設(shè)深度、鋪設(shè)凈距等參數(shù)，其中埋設(shè)深度根據(jù)管線埋設(shè)地區(qū)天氣來確定，一般在我國寒冷地區(qū)，為避免油氣管道受冰凍影響，采用深埋敷設(shè)，而在我國南方氣候較為溫暖的地區(qū)，則采用淺埋敷設(shè)。在布置地下管線時，還需顧及管線周圍工程對管線的影響。油氣管道的敷設(shè)凈距要求見表1所示。

表1 油氣管道的最小敷設(shè)凈距

為避免長輸管線在服役期間因人為、自然等因素出現(xiàn)滲漏等問題，需要滿足表1 所示的數(shù)據(jù)，控制油氣管道與周圍構(gòu)筑物之間的凈距。在長輸管線施工中，首先確定油氣管道的管材、管徑等數(shù)據(jù)，結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)條件，準(zhǔn)確獲取油氣管道的敷設(shè)方式、埋設(shè)深度、鋪設(shè)凈距等施工參數(shù)，保障長輸管線的施工質(zhì)量。

1.2 管道敷設(shè)

油氣管道敷設(shè)主要包括管道運(yùn)輸與布管兩個步驟，首先采用運(yùn)輸車將油氣管道逐根運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，運(yùn)輸過程中做好管道保護(hù)工作，避免管道發(fā)生破損等問題，影響后續(xù)工作性能[2]。然后進(jìn)行油氣管道的布管與組裝，在油氣管道的布管時，根據(jù)長輸管線具有線路長、跨度大等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)懸纜索布管方案，借助卷揚(yáng)機(jī)、地錨等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)油氣管道的快速布管。懸纜索布管示意圖如圖1所示。

圖1 懸纜索布管示意圖

從圖1 可知，懸纜索布管方法不僅使用設(shè)備簡單，而且可以彌補(bǔ)施工現(xiàn)場道路條件差的缺點(diǎn)，準(zhǔn)確定位管道敷設(shè)位置，并迅速布管[3]。按照圖1 所示方法將油氣管道逐根吊裝至管溝設(shè)計(jì)位置，人工輔助管道定位，并進(jìn)行管道的拼裝施工，在管道拼裝結(jié)束后，對管道敷設(shè)順序進(jìn)行檢查，檢查合格后進(jìn)入下道工序。

1.3 管道焊接

在油氣管道組裝完成并檢查無誤后，需對各節(jié)管道的接口處進(jìn)行焊接處理[4]，以此保障管道的密閉性，降低油氣泄漏的概率。油氣長輸管線主要采用鋼制管材，為滿足鋼管的焊接要求，引入熔敷金屬控制技術(shù)，通過該技術(shù)焊接管道。這是一種單面焊但雙面成型的焊接工藝，可以在油氣管道根部產(chǎn)生高質(zhì)量的熔深，并且熔敷金屬控制技術(shù)在焊接過程中可以自動化、集成化操作，可以大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。管道焊接時首先對油氣管道的連接管口進(jìn)行處理，將管口內(nèi)側(cè)100mm 范圍內(nèi)的積水、泥土、浮銹等異物清除干凈。然后選擇擴(kuò)散氫含量較低的金屬作為焊接材料，在兩節(jié)相鄰管道的管口組對完成后進(jìn)行焊接，焊接之前需采用中頻加熱器對管道進(jìn)行預(yù)熱，將管口溫度控制在150℃左右，溫度均勻時開始根焊，為避免根焊過程中管道內(nèi)部過堂風(fēng)影響焊接效果，需采用圖2 所示的封堵器將管道焊接的另一個端口封堵上。

圖2 油氣管道封堵器

油氣管道根焊過程中，需采用點(diǎn)溫儀及時測量焊口與層間的溫度，如果管道焊口的溫度在層間溫度之下，需將焊口重新加熱，直至層間溫度滿足施工需求才可以繼續(xù)焊接。同時，為確保油氣管道焊口表面厚度均勻，需在管道外表面1.5mm 位置進(jìn)行焊道填充，并根據(jù)實(shí)際填充情況來解決焊縫厚度不均勻的問題。每一個焊口盡量在一天之內(nèi)完成焊接任務(wù)，如果無法在當(dāng)天完成整個焊口的焊接工作，第二天再次焊接時需將焊口進(jìn)行預(yù)熱才能繼續(xù)焊接。在油氣管道焊接過程中，至少均勻完成70%的根焊后才可以將管道的對口器拆除，最后對焊縫進(jìn)行填充，焊縫表面成型且外觀合格后，由專業(yè)人員對焊層厚度進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)無誤后，將焊縫表面飛濺物、煙塵等雜物清理干凈，并對焊口進(jìn)行相應(yīng)的保溫措施，避免焊縫處出現(xiàn)冷裂紋，影響長輸管線施工質(zhì)量。

1.4 管道防腐

在長輸管線中的各節(jié)油氣管道焊接時，油氣管道表面會受到高溫影響，導(dǎo)致涂層材料的燒毀或損壞，從而影響防腐效果，因此，為保障管線運(yùn)營安全并提升管道使用壽命，在管道焊接后，通過防腐技術(shù)對管道焊口做防腐處理[5]。

（1）需要選擇防腐材料，綜合考慮油氣管道的實(shí)際運(yùn)輸情況以及運(yùn)營環(huán)境，選擇環(huán)氧樹脂作為管道焊口的防腐材料，并采用多層涂刷的方式進(jìn)行防腐層施工。涂刷防腐材料之前，對管道焊口表面做噴砂除銹處理，該過程采用的設(shè)備是鋼噴砂機(jī)與石英砂，通過該設(shè)備處理管道焊口表面，直至焊口表面打磨至粗糙狀態(tài)后，根據(jù)熱收縮防腐材料的性能，將管道焊縫補(bǔ)口部位進(jìn)行預(yù)熱，并進(jìn)行補(bǔ)口施工。

（2）在油氣管道焊口處涂刷一層無溶劑環(huán)氧樹脂底漆，涂刷防腐材料時主要采用人工方式進(jìn)行施工，這樣可以更好地控制管道防腐施工質(zhì)量，當(dāng)管道焊口處第一層底漆風(fēng)干之后，同樣采用人工方式于底漆表面涂刷第二層的環(huán)氧樹脂。

（3）在環(huán)氧樹脂干燥后，在管道焊口頂部涂刷一層防熱收縮的聚乙烯，進(jìn)而完成了油氣管道焊口表面的三層防腐結(jié)構(gòu)。

直至油氣管道焊口的防腐層符合施工要求后，將管溝回填，主要采用管溝原土進(jìn)行回填施工，如果遇到河床，可采用混凝土澆筑的方式進(jìn)行管溝封頂。

2 長輸管線施工實(shí)例分析

2.1 工程概況

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的長輸管線施工技術(shù)的有效性，選擇某地區(qū)的天然氣長輸管線項(xiàng)目作為工程實(shí)例，該工程跨越3 個城市，為西氣東輸一線項(xiàng)目，管線設(shè)計(jì)長度高達(dá)381km，設(shè)計(jì)為125 億m3/a 的輸氣規(guī)模，截取第八標(biāo)段的主要工程量，見表2。

表2 長輸管線第八標(biāo)段主要工程量

該工程項(xiàng)目施工共包含了18 道工序，如測量放線、管道運(yùn)輸、管道敷設(shè)、管道焊接、管道連頭、管道檢測、管道防腐、管溝回填等。在進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)時通常只能對正常施工條件進(jìn)行預(yù)測與預(yù)估，然而在實(shí)際施工過程中存在眾多影響因素，為保障長輸管線的施工質(zhì)量，在施工過程中需進(jìn)行嚴(yán)密的現(xiàn)場監(jiān)測工作。

2.2 管線沉降控制結(jié)果分析

由前文可知，長輸管線施工中最為薄弱的環(huán)節(jié)就是管道的豎向位移控制。故本次施工重點(diǎn)對管線沉降進(jìn)行監(jiān)測，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析。監(jiān)測方案見表3所示。選取1#、2#、3#、4#這4 個代表性監(jiān)測點(diǎn)的管線沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖3 長輸管線沉降監(jiān)測結(jié)果

表3 長輸管線監(jiān)測方案

由圖3 可知，本次施工的長輸管線各監(jiān)測點(diǎn)所得沉降數(shù)據(jù)的曲線走勢基本一致，隨著工期的增加，長輸管線沉降值不斷增大，且沉降率呈逐漸減小的狀態(tài)。該工程中長輸管線所對應(yīng)的沉降量最大值出現(xiàn)在監(jiān)測點(diǎn)4#，為37.5mm，小于施工要求最大管線沉降值42mm，說明本次長輸管線的施工是成功的，同時驗(yàn)證了所研究的施工技術(shù)的有效性。

3 結(jié)束語

本文針對油氣長輸管線的線路長、地下管道多等工程特點(diǎn)，通過理論分析與案例實(shí)踐等手段，對長輸管線施工技術(shù)進(jìn)行研究，重點(diǎn)對油氣管道施工參數(shù)確定、管道敷設(shè)、管道焊接、管道防腐等長輸管線施工的主要工序做了詳細(xì)分析。并依托某實(shí)際項(xiàng)目，驗(yàn)證了所研究的施工技術(shù)的正確性。在長輸管線實(shí)際施工過程中，常常會出現(xiàn)地下水深流影響管線穩(wěn)定性的現(xiàn)象，所以未來需對長輸管線施工影響因素做更多的考慮，以充分保證后期運(yùn)營的穩(wěn)定性與安全性。