氧氣管道的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量管理

王繼鐸（本鋼板材股份有限公司氧氣廠，遼寧本溪　117000）

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氧氣管道的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量管理

王繼鐸
（本鋼板材股份有限公司氧氣廠，遼寧本溪117000）

【摘要】從設(shè)計(jì)、資材采購(gòu)驗(yàn)收、施工管理、試驗(yàn)驗(yàn)收四個(gè)方面針對(duì)如何提高氧氣管道施工質(zhì)量進(jìn)行總結(jié)，提出了一些行之有效的措施、方法。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)；雙向密封；分段吹掃

1　引言

在冶金企業(yè)中，氧氣生產(chǎn)有著極為重要的作用，氧氣產(chǎn)品的穩(wěn)定供應(yīng)直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。做好氧氣保供工作包含兩方面內(nèi)容，生產(chǎn)和輸送。生產(chǎn)方面，一般制氧廠都設(shè)置液體儲(chǔ)槽和汽化輸送裝置，有比較可靠的保證措施；輸送方面，通常氧氣輸送管道不設(shè)置備用管路。顯而易見(jiàn)，如若管網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，將直接影響到煉鋼煉鐵生產(chǎn)。氧氣管道的穩(wěn)定運(yùn)行既依靠嚴(yán)格的運(yùn)行管理和維護(hù)，更依靠可靠的施工質(zhì)量以及規(guī)范合理的設(shè)計(jì)。

本溪鋼鐵公司2013年投資建設(shè)一條氧氣管道，從設(shè)計(jì)、資材采購(gòu)驗(yàn)收、施工管理、試驗(yàn)驗(yàn)收各方面多措并舉，確保施工質(zhì)量和投產(chǎn)后穩(wěn)定運(yùn)行。

2　嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范并結(jié)合實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1合理選擇管徑

根據(jù)GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣和相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》的要求，當(dāng)管線工作壓力在1.0 MPa～3.0 MPa之間時(shí)，管線最高運(yùn)行流速不超過(guò)15 m/s。根據(jù)終端用戶需要，該管道最大流量達(dá)到100000 m3/h，工作壓力1.2 MPa，按最大流速計(jì)算管徑：100000÷12÷3600=×r2×15，經(jīng)計(jì)算r=0. 22 m，為確保氧氣的流速不超過(guò)規(guī)定值，取整確定管線公稱直徑為DN500。

2.2合理設(shè)置管道膨脹節(jié)

根據(jù)以往氧氣管道施工和使用經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)者將此管路中所有膨脹節(jié)由豎直方向改為水平方向設(shè)置，減少了氣流沖擊，避免管道吹掃不凈，積存雜質(zhì)，有利于安全運(yùn)行。

2.3設(shè)置單獨(dú)吹掃閥門

為保證吹掃效果，設(shè)計(jì)者在每一處管道低點(diǎn)均設(shè)置了吹掃閥門，管道全線共設(shè)置了7只吹掃閥門，吹掃管道和閥門口徑為DN100。依據(jù)規(guī)范，吹掃管道選用不銹鋼材質(zhì)，閥門選用銅基合金閥門。為謹(jǐn)慎起見(jiàn)，此吹掃閥門僅限于惰性氣體吹掃管線之用，非應(yīng)急情況下，不做為氧氣管道卸壓用途，管道卸壓另行設(shè)置單獨(dú)閥組以滿足規(guī)范要求。

2.4選用性能可靠的雙向密封閥門

公司以往氧氣管道閥門均采用單方向密封銅材質(zhì)截止閥，實(shí)際在管線停送氣和施工過(guò)程中，要求閥門正反方向均能達(dá)到密閉關(guān)嚴(yán)的效果。因此，本工程設(shè)計(jì)單位依據(jù)公司意見(jiàn)，更新氧氣管道閥門選型，改型為平衡式雙向密封氧氣截止閥，通過(guò)與供貨方簽訂技術(shù)協(xié)議，詳細(xì)約定了閥門的各項(xiàng)參數(shù)，保證閥門可靠性。

2.5閥門前后按規(guī)范設(shè)置不銹鋼管段

按照GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣和相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》要求，閥后5倍外徑并不小于1.5 m范圍內(nèi)，為“撞擊場(chǎng)合”，在工作壓力大于0.6 MPa時(shí)，不允許選用碳鋼管道，本工程設(shè)計(jì)嚴(yán)格執(zhí)行了此規(guī)定，選用不銹鋼無(wú)縫鋼管。因彎曲半徑小于1.5倍管徑彎頭屬于“撞擊場(chǎng)合”，本管線彎頭全部選用長(zhǎng)半徑（1.5倍管道半徑）彎頭。

2.6調(diào)壓站系統(tǒng)安全改造

本工程利舊原有調(diào)壓站進(jìn)行管路改造，對(duì)高壓氧氣進(jìn)行調(diào)壓處理。為提高安全性，將調(diào)節(jié)閥閥芯、管道過(guò)濾器濾網(wǎng)更換為蒙乃爾材質(zhì)，將4只單向氧氣銅截止閥門改為雙向密封閥門，所有調(diào)壓站內(nèi)更換的設(shè)備均與相關(guān)廠家簽訂了技術(shù)協(xié)議，嚴(yán)格約定了質(zhì)量要求。

2.7設(shè)置氧氣/氮?dú)饴?lián)通管路和放散閥組

氧氣管道上施焊等動(dòng)火作業(yè)必須進(jìn)行惰性氣體置換，才能保證作業(yè)安全，本工程設(shè)計(jì)了氧氣/氮?dú)饴?lián)通管路，如圖1所示，采用DN125管道，分別于氧氣/氮?dú)饽腹芨吭O(shè)置分支管道加裝閥門，兩只閥門之間設(shè)置4只DN40放空閥門。由于氧氣放散流速快，故聯(lián)通管路采用不銹鋼管材制作。平時(shí)不用時(shí)，靠氧氣/氮?dú)庵鞴芨y關(guān)閉，放空閥打開(kāi)，避免兩種介質(zhì)串氣。

圖1　氧氣/氮?dú)饴?lián)通示意圖

3　嚴(yán)格檢驗(yàn)程序，選用質(zhì)量可靠的管道資材

根據(jù)以往管道工程資材常出現(xiàn)的問(wèn)題，本工程各種管材管件訂貨前均與供貨單位簽訂技術(shù)協(xié)議，并嚴(yán)格執(zhí)行物資到廠驗(yàn)收程序，保證了施工資材的質(zhì)量可靠。

3.1管件軋制殘存氧化層的處理

由于制造廠家對(duì)管材的實(shí)際用途不夠了解，導(dǎo)致采購(gòu)入廠的碳鋼無(wú)縫鋼管和碳鋼彎頭均存在軋制過(guò)程中遺留的氧化皮，這層氧化皮與管道內(nèi)壁緊密粘連在一起，通過(guò)酸洗不能去除，通過(guò)機(jī)械打磨可以去除。考慮到管道運(yùn)行過(guò)程中，高純高壓氧氣不斷摩擦管件內(nèi)壁，一定會(huì)導(dǎo)致內(nèi)壁粘附的氧化層脫落，與管壁產(chǎn)生摩擦，就會(huì)產(chǎn)生激發(fā)能源，高純氧條件下，脫落的氧化皮甚至管材本體都是可燃物，具備燃燒爆炸的三要素，有極大危險(xiǎn)性。按項(xiàng)目部要求，已進(jìn)入廠區(qū)管材、彎頭均返回廠家重新處理，徹底打磨去除氧氣層，經(jīng)項(xiàng)目部驗(yàn)收后，二次交付使用。

3.2閥門現(xiàn)場(chǎng)試壓，確保嚴(yán)密后再行安裝

以往我們對(duì)工程采購(gòu)閥門驗(yàn)收采用派人員到制造廠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督試壓，現(xiàn)場(chǎng)直接安裝的方式進(jìn)行，本次由于工期緊張，僅對(duì)部分閥門到制造廠進(jìn)行了試壓監(jiān)督，而在現(xiàn)場(chǎng)由施工單位對(duì)全部閥門進(jìn)行了打壓試驗(yàn)，并對(duì)閥門填料進(jìn)行了預(yù)緊固。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)閥門試壓發(fā)現(xiàn)了個(gè)別閥門存在密封不嚴(yán)的問(wèn)題，制造商解釋原因?yàn)檫\(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)等原因造成的，從中我們總結(jié)出制造廠內(nèi)進(jìn)行的閥門試驗(yàn)不能完全取代現(xiàn)場(chǎng)試壓，而GB50235-2010《工業(yè)金屬管道施工規(guī)范》也要求安裝單位在閥門安裝前必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓力試驗(yàn)。

4　強(qiáng)化施工管理，保障施工質(zhì)量

4.1精選施工隊(duì)伍

在建廠非常重視工程的施工管理，抽調(diào)富有經(jīng)驗(yàn)的同志組成項(xiàng)目部，組織技術(shù)人員編制了詳細(xì)的《施工質(zhì)量技術(shù)要求》，提供給施工單位，作為整個(gè)工程的施工管理指導(dǎo)文件。該文件從管理方面對(duì)施工單位資質(zhì)、人員配置、工作態(tài)度等方面提出硬性要求，從技術(shù)方面，依照規(guī)范、氧氣管道特性和以往施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)資材驗(yàn)收、資材預(yù)處理、配管、焊接、支吊架安裝、吹掃試壓、無(wú)損檢測(cè)、吊裝、氣密性試驗(yàn)和壓力試驗(yàn)、涂漆防腐各施工環(huán)節(jié)，尤其是焊接環(huán)節(jié)提出了明確的質(zhì)量要求。

在選擇施工單位時(shí)，從技術(shù)能力和管理能力2個(gè)角度考核實(shí)際能力；要求施工單位具備資質(zhì)和完備的質(zhì)量管理控制體系，各級(jí)質(zhì)量管理人員能夠?qū)嶋H到崗，切實(shí)發(fā)揮作用。

4.2精選施工人員，把握好施工質(zhì)量第一要素——人

焊接環(huán)節(jié)是氧氣管道工程施工的最關(guān)鍵的一環(huán)，為保證施工焊接質(zhì)量，工程開(kāi)工前，項(xiàng)目部成員和施工單位技術(shù)人員共同對(duì)參加施工的焊工進(jìn)行了選拔考試。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊接試件，進(jìn)行外觀檢測(cè)和理化檢驗(yàn)2種手段對(duì)參賽焊工進(jìn)行考評(píng)，從6名焊工中選拔出4人為合格焊工，為工程提供了可靠的人力保證。

4.3選拔精干工程管理人員，做好全程質(zhì)量監(jiān)控

在施工單位建立起質(zhì)量管理體系的前提條件下，依據(jù)對(duì)等原則項(xiàng)目部全廠范圍內(nèi)抽調(diào)精干技術(shù)人員，組成各層級(jí)現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)督組，隨施工單位同步出勤，與施工方技術(shù)質(zhì)量管理人員一道全程監(jiān)管工程施工的每一細(xì)節(jié)。

4.4嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，保證質(zhì)量受控

施工過(guò)程中項(xiàng)目部現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管組依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求、公司規(guī)定，對(duì)坡口打磨、配管、焊接、吊裝各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)存在的問(wèn)題及時(shí)提出整改要求并監(jiān)督整改完成，對(duì)隱蔽工程和階段性施工進(jìn)行檢查確認(rèn)。

焊接環(huán)節(jié)是氧氣管道施工質(zhì)量的關(guān)鍵控制點(diǎn)，直接關(guān)系到管道日后能否穩(wěn)定運(yùn)行。工程監(jiān)督組嚴(yán)密跟蹤管道焊接前、中、后的每一步施工環(huán)節(jié)，管道在焊接開(kāi)始前對(duì)每條管道的橢圓度、坡口加工后的端面平直度進(jìn)行測(cè)量、對(duì)管道組對(duì)后焊縫間隙大小進(jìn)行測(cè)量，施焊后的每條焊縫都經(jīng)過(guò)項(xiàng)目部和施工方聯(lián)合監(jiān)督組成員的檢查，對(duì)于不符合標(biāo)準(zhǔn)的，第一時(shí)間重新修磨焊接，使焊縫的合格率達(dá)到100%。

脫脂檢驗(yàn)采用溶劑分析法，要求油脂含量必須達(dá)到100 mg/m2以下為合格，凡是經(jīng)過(guò)脫脂處理的待安裝管件必須做好現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施，用干凈的塑料布牢固包扎，避免灰塵雜質(zhì)進(jìn)入，造成二次污染。

碳鋼管道坡口打磨一律采用坡口機(jī)機(jī)械加工，不準(zhǔn)使用火焰切割等熱加工方法，保證加工精度，提高施工效率。不銹鋼管道采用等離子切割，作業(yè)中產(chǎn)生的濺渣粘附于管壁，很難清除，施工單位采取了在管道作業(yè)前內(nèi)壁涂刷石灰水，將濺渣與不銹鋼管道內(nèi)壁有效隔離，切割結(jié)束后，只需輕輕擦除石灰水涂層即可徹底清掉濺渣，省時(shí)省力。

為檢查方便，要求所有預(yù)制管道不超過(guò)12 m，以便于現(xiàn)場(chǎng)人員檢查。

4.5工程組織緊湊，進(jìn)度安排科學(xué)合理

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，本工程沒(méi)有向施工單位提出強(qiáng)制性的工期要求，進(jìn)度上僅要求施工單位杜絕非質(zhì)量/安全原因?qū)е碌氖┕ぱ诱`。項(xiàng)目部成員緊密跟蹤施工進(jìn)展，第一時(shí)間解決施工遇到的問(wèn)題，有力地促進(jìn)了工程施工的順利開(kāi)展。從正式鋪管至吹掃，總計(jì)112天（未扣除雨天停工20余天），整體進(jìn)度緊湊合理。

5　做好試驗(yàn)驗(yàn)收，考核施工質(zhì)量

5.1按規(guī)范做好檢測(cè)工作

本管道采用氣壓試驗(yàn)，設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa。依據(jù)GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣和相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》的要求，壓力等級(jí)在0.6 MPa～4.0 MPa之間，采用氣壓試驗(yàn)的，應(yīng)100%射線探傷檢測(cè)，焊縫質(zhì)量等級(jí)不低于2級(jí)，本工程嚴(yán)格執(zhí)行了此規(guī)定。除在剛開(kāi)始時(shí)個(gè)別焊縫出現(xiàn)了二次返工的現(xiàn)象，整個(gè)工程施工中后期焊接質(zhì)量穩(wěn)定，均達(dá)到了2級(jí)質(zhì)量要求。在進(jìn)行射線檢測(cè)時(shí)嚴(yán)格做好現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)，避免人員進(jìn)入輻射區(qū)域，射線檢測(cè)多數(shù)安排在夜間進(jìn)行。管道同步施工的法蘭跨接電阻和靜電接地電阻通過(guò)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)符合規(guī)范要求。

5.2壓力試驗(yàn)、氣密性檢查

本工程按照“低壓送氣試漏、強(qiáng)度試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、全線吹掃”的次序組織工程后期試驗(yàn)驗(yàn)收工作。首先通入0.5 MPa氮?dú)猓€宏觀觀看、監(jiān)聽(tīng)有無(wú)泄漏，重點(diǎn)對(duì)閥門法蘭密封進(jìn)行檢查，低壓送氣試漏的目的在于排除大的泄漏點(diǎn)，保證后續(xù)試驗(yàn)?zāi)苷＿M(jìn)行。然后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，本管道設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa，采取氣壓試驗(yàn)為1.15倍設(shè)計(jì)壓力，為1.84 MPa。強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)規(guī)范進(jìn)行，緩慢升壓，升至試驗(yàn)壓力保壓30 min，以保證有足夠時(shí)間對(duì)管道變形等情況進(jìn)行檢查。強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)束后，壓力降至設(shè)計(jì)壓力，進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，依據(jù)GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣和相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》要求，保壓24 h，計(jì)算小時(shí)泄漏率小于0.3%，符合規(guī)范中室外管道泄漏率不大于0.5%的要求；同時(shí)因?yàn)楣芫€容積較大，雖滿足了泄漏率要求，但有可能個(gè)別位置存在微小泄漏，對(duì)于氧氣介質(zhì)也是有很大危險(xiǎn)的，不允許的，因此項(xiàng)目部組織人員與施工方人員一道全線進(jìn)行肥皂水查漏，用一天時(shí)間逐道焊縫檢查，排查泄漏點(diǎn)。

5.3采取分段開(kāi)放式吹掃，保證吹掃效果

由于高純高壓氧的強(qiáng)助燃性，氧氣管道內(nèi)不得有任何雜質(zhì)，因此吹掃環(huán)節(jié)是將來(lái)管線能否穩(wěn)定運(yùn)行的重中之重。

由于管線長(zhǎng)，管徑粗，容積較大，考慮到吹掃氣源充足，為提高吹掃效果，經(jīng)公司同意，從高壓氮?dú)夤芫W(wǎng)（工作壓力2.0 MPa）接出DN125管道，與新建氧氣管道連接，采取逐段開(kāi)放式吹掃（見(jiàn)圖2），取得良好效果。

首先，將所有放散吹掃閥門全部開(kāi)啟，尾端閥門開(kāi)啟1/3，吹掃開(kāi)始后，由于氣走短路原因，靠近始端的放散閥門大量排出吹掃氮?dú)猓党覊m雜質(zhì)，靠近尾端幾乎無(wú)氣流排除，通過(guò)目視可見(jiàn)大量灰塵排出約持續(xù)5 min，肉眼不見(jiàn)灰塵排出后（為確保安全，吹掃過(guò)程中閥門操作人員均在地面觀看），通知始端關(guān)閉氧氣/氮?dú)獯祾呗?lián)通閥門，壓力降至0時(shí)，關(guān)閉此處吹掃閥門，同時(shí)將尾端閥門適度開(kāi)大。通知始端再次打開(kāi)氧氣/氮?dú)獯祾呗?lián)通閥門，由第二只吹掃閥門進(jìn)行吹掃，依照此方式，逐個(gè)放空閥門吹掃，最后進(jìn)行全管線從始端到終端的徹底吹掃。整個(gè)吹掃過(guò)程持續(xù)2天。吹掃的最后階段，采取小壓力吹掃，在每個(gè)放散口逐個(gè)用白色靶板檢查，持續(xù)觀察5 min，靶板無(wú)雜質(zhì)為合格。

圖2　管線吹掃示意圖

如果吹掃氣源不足，以往工程通常采用管端頭和放散口加爆破板，爆破吹掃，效果也比較好。

完成管道全線吹掃后，結(jié)合公司檢修，工程項(xiàng)目部組織了管道的對(duì)接作業(yè)。對(duì)接點(diǎn)在閥門調(diào)節(jié)閥組的中間管段上接三通，為保證施工安全可靠，將管段與兩側(cè)閥門徹底斷開(kāi)，內(nèi)部充分通風(fēng)置換后與新管道對(duì)接，由于對(duì)接管道很短且吹掃困難，要求施工過(guò)程必須保證管道內(nèi)部清潔。

6　結(jié)束語(yǔ)

氧氣具有強(qiáng)氧化性、助燃性，且純度越高，壓力越高，危險(xiǎn)性越大，只有切實(shí)從設(shè)計(jì)、施工管理和運(yùn)行管理多方面做好工作，才能保證氧氣管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

熱電

A Discussion on the Quality Management of Design and Construction of Oxygen Pipeline

WANG Jiduo
(Oxygen Generation Plant of Benxi Steel Plate & Sheet Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117000, China）

【Abstract】Improvement of oxygen pipeline construction quality is discussed from the four aspects of design, materials procurement, construction management and acceptance test. Some effective measures and methods are also put forward.

【Keywords】design; bidirectional sealing; sectional blow sweeping

作者簡(jiǎn)介：王繼鐸（1979－），男，2002年畢業(yè)于鞍山科技大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事設(shè)備管理工作。

收稿日期：2015－07－01

【中圖分類號(hào)】TQ116.14

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)10-0025-03