長輸管道機械化施工裝備研究與應用

解相國

摘 要：在目前長輸管道施工中，很多工序仍舊沿用傳統的施工方法，機械化程度不高，施工效率低;同時受各種新材料、新工藝和特殊環境的影響，傳統施工方法無法滿足施工技術要求，因此需要采用先進的管道機械化施工技術和裝備，以提高施工效率和降低施工成本。

關鍵詞：管道施工;機械化設備;使用原理;應用

1 管道施工現狀

目前，在長輸管道施工中，許多工序仍沿用傳統的施工方法，機械化程度低，施工效率低，往往造成各工序連接時間不緊，嚴重影響施工進度。施工效率和施工成本。同時，由于受各種新材料、新技術和特殊環境的影響，傳統的施工方法已不能滿足施工工藝的要求，因此必須采用先進高效的機械化施工技術和設備，實現預期目標。

2 長輸管道機械化施工研究建議

2.1 管口測量機械化施工

管口組對前，施工人員一般采用大型游標卡尺、內徑千分尺、量規等工具手工測量直徑，采用鋼卷尺測量管口周長，以掌握和控制管口的變形量，做好標記，及時對管材做出調整。這種做法工效低，精度差，一般只測量管口某幾個方向的直徑，而且在測量大口徑管道周長時需要兩人配合。管口參數測量儀的研制和投入使用，實現了管口參數測量機械化。主要工作原理是通過電子感應和數字顯示模塊，測量管口周長，并測量直徑的最大值、最小值。當兩管口周長一致，直徑的兩個最值均不超出內對口器的撐脹能力時，即可進行組對，這樣可以提高管道的組對精度，進而提高整體施工質量。該裝置小巧輕便，一人即可完成D1422mm管口組對參數的快速測量，在中俄原油管道二期、中俄原油管道東線試驗段應用中，通過焊口記錄數據統計得出，錯邊量數值普遍降低30%，機組焊接合格率提高1.2%，機組平均每天增效2道口。測量儀自動存儲管口的直徑和周長信息，為以后管口質量分析提供數據。從大數據中可分析總結出合格率的趨勢，為數字化和智能化管道建設提供基礎，對機組的提質、增效起到了積極的促進作用。

2.2 管口組對機械化施工

在管道群對接焊接施工中，目前使用的內對應物不能在各種彎頭內行走，影響了順序施工。復雜地區管道固位體較多，制約了管道焊接質量和施工的綜合進度。它借鑒氣動內對口器的部分原理，汲取氣動內對口器的優點，利用電-液壓為動力，各工作單元柔性聯接，采用PLC自控技術，無線遙控操作，可在彎管中行走，最大爬行角度達58°。經現場測驗，使用外對口器組對時間為11min，使用電-液內對口器僅需2min，且無需修磨焊接接頭，可實現山區施工管道組對流水作業，填補了山區管道溝下焊組對設備空白，提高了施工質量和工效，節省了施工成本，經濟效益明顯。

2.3 管道預熱機械化施工

如何在短時間內將低溫管道預熱到工藝規定的溫度，在管端建立足夠的蓄熱段，降低焊道的冷卻速度，從而保證焊接接頭的整體力學性能，是瓶頸問題在管道施工中遇到。人工預熱已不能滿足管道焊接的需要和工藝要求，管道預熱機械化是發展的必然趨勢。耐低溫焊接預熱裝置是一種采用感應效應對焊前管道進行預熱的裝置，主要采用大功率柴油機為動力源，由與之相連的主發電機產生中頻交流電，并將中頻交流電直接輸入感應加熱線圈，加熱焊口，通過自帶預熱系統、保溫系統，滿足焊接機組在低溫環境下施工的要求，在-30℃的環境溫度下，裝置預熱時間≤20min，并在5min內成功啟動。使用該裝置對D813mm×14mm的管端400mm寬的范圍進行加熱時，管材升溫速度≥40℃/min。耐低溫焊接預熱裝置的預熱時間比常規逆變中頻機組的預熱時間短，這種快速預熱和全自動的高效施工相匹配，可充分發揮全自動焊接施工優勢，徹底解決焊前預熱這一瓶頸問題，綜合效益可觀。

2.4 管道防腐機械化施工

在管道防腐施工中，管道防腐修復是保證管道防腐完整性的一項重要技術。一旦修復失敗，很容易造成修復現場的腐蝕，甚至發生嚴重的事故。管道防腐涂料已從瀝青和冷包膠帶發展到高科技聚合物防腐涂料。管道防腐修復大多采用手動和半自動操作。如何改進修復工藝，研制自動防腐修復施工設備，提高修復質量和效率是防腐修復研究的關鍵內容。機械化維修工作站是管道建設從以人為本向技術創新轉變的必然選擇。集管道防腐系統、機械系統、檢測系統、自動控制系統于一體，實現了現場管道防腐修復的全自動化，全面提高了修復的質量和效率。中國石油在西氣東輸三線開展了機械噴涂液體聚氨酯補口、中頻加熱輔助熱收縮帶安裝工業規模應用和BK-1型機械化補口工作站試驗，這些新技術有效保證了補口防腐層的一致性和可靠性，填補了我國管道建設領域的空白。隨著科學技術的發展，管道防腐連接技術的自動化程度將越來越高。

2.5 溝底平整機械化施工

溝底平整機的研制對提高管道安裝質量、提高溝底平整施工的速度、降低施工安全風險有重要意義。主要工作原理為自帶刨銑鼓和推土鏟裝置，刨銑鼓具有自動調平功能，可按照既定的平面實現溝底土層的銑削平整。推土鏟配置可上下調節的U型鏟板裝置，具有可將設備行進方向的土進行切削、平整的功能，最大可切削厚度為10cm的凍土。設備作業能力：單次銑削寬度為1400mm，平整范圍內溝底基層起伏不大于70mm，單次最大銑削深度300mm;在強度為0.6MPa的凍土溝底，按最大的銑削深度作業時，作業速度不小于5m/min;可通過更換刨銑頭進行強風化巖地段的作業。通過采用刨銑的形式，對成型管溝的溝底進行精細化處理，將溝底的局部隆起、鼓包等可能導致管材變形的部位進行刨銑，避免溝底堅硬的挖掘機斗齒刮痕、局部凍土突起等對管道3PE防腐層的破壞。溝底平整機還能刨銑出300mm的細土，減少了高寒地區冬季管道施工無細土回填的困難，節約了細土回填成本。

結束語

機械化施工正走在從引進到吸收再到創新的道路上，在今后的施工中，在消化、吸收國內外先進管道施工技術的基礎上，還將不斷地進行技術創新，探索、綜合考慮施工效率和施工成本，從而研究出一套適應國情的機械化施工方法、工藝和模式。

參考文獻

[1]陶志剛，王龍，趙建國.油氣管道外防腐補口技術研究進展[J].油氣儲運，2014，33（7）：692-695.

[2]張壘，王進，牛志勇.長輸管道機械化施工裝備研究與應用[J].石油工程建設，2018，44（S1）：130-133.