南非選礦EPC項目中襯膠管道的應用

腰勝輝

（北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

1 引言

隨著我國走出去的戰略和一帶一路倡議的實施，非洲在我國海外礦山市場中占據了重要的地位。南非作為世界第五大礦業國，在世界礦業領域有著較大的影響力，是非洲礦山的高端市場。近年來，我國與南非的經貿關系和政治關系日益密切，在礦山領域具有廣闊的合作前景。

礦漿管道是礦山工程中主要工藝管道，負責各類漿液輸送。常見的礦漿管道有鋼管，襯膠鋼管，襯塑鋼管，襯陶瓷鋼管，雙金屬管，超高分子聚乙烯管（UHMWPE管），高密度聚乙烯管（HDPE管）等等。其中，襯膠鋼管具有技術成熟，耐磨效果好，抗機械沖擊能力強，使用壽命長等優勢，在南非的選礦廠中具有十分廣泛的應用。

在南非某銅浮選廠總承包項目中，襯膠礦漿管道得到了大量應用。根據該項目中襯膠管道的應用特點，總結了南非和國內的襯膠管道在制造、設計和安裝等階段的不同之處，為今后在南非開展類似工程提供一些參考。

2 襯膠管道的管材選擇

襯膠鋼管通常由外層鋼制管道基體和內層橡膠板粘接而成，外層的鋼制管道是常規的碳鋼管，通常為無縫鋼管或螺旋焊管，內層的橡膠層通常為3～12mm厚的硫化橡膠板。

南非具有比較完善的制造工業和相關標準體系，能夠自主生產襯膠管道，選礦廠生產所用襯膠管道大多采用當地制造。在EPC項目中，中國總承包方常通過在中國國內采購和加工的方式進行成本控制。對于襯膠管道，在國內進行采購和加工時，不易找到完全對應南非標準的管道材質，在業主同意的前提下，通常選擇不低于南非標準要求的國內管材代替。

2.1 鋼管選擇

南非應用最廣泛的鋼管標準為SANS 719［1］，該標準與國內的GB/T 3091《低壓流體輸送用低焊接管道》所規定的內容類似。SANS 719標準3.2節規定了三種可用材質，這三種管材的主要化學組分和物理特性列于表1中。

表1 SANS719標準中管材主要化學組分和物理特性

南非選礦廠中通常選用GRADE B材質，該材質適用于大部分工況中的礦漿管道。國內材質與之性能相近的管道材質為標準GB/T 699 “優質碳素結構鋼”［1］中的Q245。Q245和GRADE B的主要化學組分及物理特性對比詳見表2

表2 Q245和GRADE B的主要化學組分和物理材質特性對比表

當采用Q245管材替代GRADE B管材時，需要注意管材的水壓試驗需滿足南非標準要求。SANS 719 4.2.4節和GB/T 3091 5.6節［3］中都對管材提出了水壓試驗的要求。兩部標準規定的水壓試驗壓力計算公式均按可下式計算:

其中，α為系數；Y為材料屈服強度下限，MPa； t為管材壁厚，mm； D為管道外徑，mm。

SANS 719和GB 3091關于水壓試驗中的規定有兩處不同：（1）南非標準中系數α為1.5，而國內標準中規定α為1.2，國內標準規定的試驗壓力低于南非；（2）國內標準規定了最高試驗壓力為5MPa，而南非標準規定最高試驗壓力為7MPa，國內標準規定的最高試驗壓力也低于南非。因此，在EPC項目中，當業主要求管材進行水壓試驗時，需要注意按照南非標準執行。

2.2 橡膠選擇

襯膠層的橡膠材質選擇范圍較廣，常見的有天然橡膠，氯丁橡膠，丁腈橡膠，三元乙丙橡膠等等，南非常用的材質是天然橡膠和氯丁橡膠。南非依據美標ASTM 相關標準對襯膠性能進行檢驗，主要性能指標如表3所列。

表3 ASTM標準襯膠性能指標表

上表所列的性能指標與國內標準要求相差不大，國內襯膠管道生產廠家較多，部分廠家還擁有自己的橡膠混煉配方，生產出的襯膠制品具有很強的耐磨能力，能夠滿足南非要求。

3 襯膠管道制造的對比

3.1 襯膠管道制做工藝流程對比

襯膠鋼管的制作工序大致如圖1所示。

圖1 襯膠管道制做流程圖

南非和國內的襯膠管道大體都按此流程進行制造，只是襯膠基體的樣式有所不同。南非采用的襯膠基體為橡膠板，與鋼管粘接時，首先將膠板卷成圓筒，再將圓筒與鋼管進行粘接，生產出的襯膠內表面有一條沿管道軸向的搭接縫。采用橡膠板作為襯膠基體是襯膠工藝的傳統方法，國內仍用此法處理大型的襯膠槽罐，但在襯膠管道上的應用已逐漸被淘汰。目前國內的襯膠基體多采用一次擠壓成型的成品膠管，襯膠時直接將膠管與鋼管粘接，生產出的襯膠內表面光滑平整，沒有接縫。南非生產的襯膠管道由于內壁有一條搭接縫，經過長時間沖擊和磨蝕后，搭接縫容易脫開，襯膠層容易剝落。

3.2 法蘭襯膠面的對比

國內和南非生產的襯膠管道都采用全平面法蘭，不同的是南非習慣將法蘭面全部襯膠，而國內只采用部分襯膠，如圖2所示。

圖2 法蘭面襯膠方式對比

法蘭面上的襯膠起著類似于密封墊片的作用。采用全平面法蘭時，南非按照全平面法蘭尺寸制作翻面襯膠，國內則采用類似凸面法蘭墊片尺寸制作翻面襯膠。與國內做法相比，南非采用的襯膠面有密封面更大，泄漏通道更長的優點，不過也有密封面不易壓實以及螺栓預緊力分布不勻等不足。

實踐證明，兩種做法均可勝任絕大部分的選礦工況，但是南非業主有時仍不認可國內的襯膠翻面做法，因此在國內加工時，需要提前和業主及制造廠溝通確認法蘭面襯膠的形式，避免日后出現返工，造成費用和工期損失。

3.3 活套法蘭的應用

如圖3所示的活套法蘭在國內應用非常廣泛，主要用來調整管道轉向和調整螺栓孔位置。這種法蘭在南非卻并不常用，南非更習慣采用如圖4所示的“封閉管（CLOSURE PIPE）”來解決這些問題。

圖3 中國的活套法蘭

圖4 南非的封閉管

如圖4所示，“封閉管”一般會比實際設計的管段長度長100～200mm，超出設計長度的這部分端面的法蘭不固定，襯膠和鋼管不粘接，管段的另一端則正常焊接法蘭，粘接襯膠。當某一位置需要安裝時，現場根據實際所需長度對“封閉管”的活動端進行切割剪裁，并根據配對法蘭的實際螺栓孔位置在裁剪后的管道上配焊法蘭。法蘭焊接完成后，再由專業人員將襯膠重新粘貼，制成長度和螺栓孔都適合該位置的管道。這種做法雖然可以一次性的完成長度和螺栓孔方向的調整，但是卻需要大量的現場及場外加工和吊裝轉運工作。當管路走向較復雜，需要多處調整時，采用該方法會大大增加人工消耗，拖慢安裝進度，效率十分低下。活套法蘭使用方便，當管道系統復雜，工程量大時，尤其可以凸顯優勢。雖然南非不常使用活套法蘭，但向業主證明活套法蘭的設計載荷滿足要求后，業主一般也會同意使用活套法蘭。

表4 南非常用鋼管管徑

4 襯膠管道設計

4.1 管道管件規格對比

南非采用的鋼管的部分管徑規格如表4所列，這些管徑絕大部分與國內標準GB/T 17395中規定的系列1管徑相同。國內很容易采購到相關規格的鋼管。

選礦廠所用漿液管道彎頭的回轉半徑較大，常見的有2.5D(2.5倍直徑)，3D（3倍直徑），5D(5倍直徑)等。國內標準GB/T 12459［4］和南非標準SANS 62［5］及SANS 719均對3D彎頭的外形尺寸作了規定，其中90°彎頭部分數據如表5所列。

如表5所列，除了DN80～DN150彎頭中心至端面距離與國內規定差異較大以外，其他彎頭的尺寸大體相同。

其他三通，變徑管等常用管件的尺寸規格在SANS 62和SANS 719中都有具體規定，國內制造時，按照該標準規格進行加工即可。

4.2 法蘭規格對比

南非的法蘭標準SANS 1123［6］中給出了全平面法蘭、凸面法蘭等幾種法蘭面形式。其中，選礦廠的實際應用更傾向于使用板式平焊全平面法蘭。國內制造的設備接管口常用凸面法蘭，選購國內設備時需要注意法蘭面配對。

國內板式平焊法蘭標準為GB/T 9119［7］，與SANS 1123標準相比，兩者規定的法蘭內徑、法蘭外徑、螺栓孔中心圓直徑以及螺栓個數均相同，不同之處是法蘭厚度和螺栓規格。部分法蘭數據如表6所列。

表6 法蘭厚度和螺栓規格對比表

如表6所列，中國標準法蘭設計更加保守可靠，相同設計壓力下，厚度比南非法蘭厚4～11mm，部分法蘭所用的螺栓也比南非法蘭規格大一號。國內采購法蘭時可以直接應用中國標準法蘭，法蘭厚度和螺栓孔的差異不會對設計、安裝、使用維護階段造成顯著影響。當國內管道制造廠自己加工法蘭時，建議按照南非法蘭標準規格生產，可以節省材料成本。

5 結論

綜上所述，當國內工程公司總承包南非EPC工程項目時，對于襯膠管道的設計和使用可以參考以下經驗：

（1）國內可以生產滿足南非標準要求的襯膠管道。鋼管、法蘭和襯膠的材質，規格等均能達到南非標準要求，鋼管的水壓試驗需按照南非標準要求進行驗收。

（2）小于DN200的3D襯膠彎頭尺寸，國內和南非差別較大。大于DN200的彎頭尺寸，國內和南非差別雖然較小，但仍需按照南非彎頭尺寸設計和制造。

（3）在國內加工襯膠管道時，應按南非使用習慣，進行全法蘭面襯膠。

（4）為施工方便，在某條管路走向改變朝向處或多段直管連接處，應盡可能堅持使用活套法蘭，而不采用南非經常使用的“封閉管”做法，僅在管路安裝閉口前的最后一段管節處考慮使用“封閉管”做法。