工藝管道機械化深度預制的技術與分析

盧鐵夫(中國石油天然氣第七建設有限公司，山東 青島 266300)

1 管道工廠機械化深度預制的優勢

在石油化工裝置管道施工作業中，通常依照初始設計要求對將用以拼裝的管道進行前期的加工和預制，待其成型后再運至施工現場，以方便后續管道拼裝作業的順利完成[1]。此舉避免了施工現場分散混亂、預制空間及場地不足、施工工期緊張等客觀問題，對管道施工保質保量、按期交付起到重要作用。

相較于一般的管道預制方式，工廠集中化的管道機械化深度預制更有優勢：

(1)將管道集中在同一個固定的工廠并利用專業的機械設備對其展開深度預制，可在保障管道質量的基礎上大批量完成管道預制，減少現場施工作業量。

(2)工藝管道拼裝中，焊接連接占據主導地位，利于機械化自動焊接設備的使用，可大量減少現場焊工的使用，緩解當前用工環境下高水平焊工嚴重不足以及焊工薪酬過高造成的成本壓力。

(3)主要工作在廠房內進行，不受自然條件的影響，管道下料、倒運、焊接等機械化施工效率高、質量效果好，工作量便于統計，可切實保障施工進度目標的實現。

(4)除此之外，進行工廠機械化深度預制可充分利用軟件進行系統性分析與管理，減少和降低施工材料的浪費現象，合理規劃預制深度和預制進度，精確控制質量要求，保證管道預制在規模化的背景下展開機械化流水作業，達到縮短工期、提高效益的良好效果。

(5)充分利用技術進步的成果。隨著技術的不斷進步，新工藝、新設備、新的管理軟件不斷出現，合理使用相關技術，享受技術進步帶來的質量、效率、效益、信息優勢。

當然，進行工廠化深度預制需要增加一定的資源投入，而產量越大有利于收回成本。因此，綜合比較投入與產出的對比，找出實現收益的臨界值，還要綜合考慮工期目標、企業形象等因素，最大限度保障項目目標的實現。

2 工藝管道機械化預制流程

工藝管道機械化深度預制都在工廠內完成，具體作業流程為：(1)建立囊括材料、施工進度安排、工藝選擇以及質量管理等信息的管道預制數據庫；(2)利用單線圖實施分段，繪制預制用管段圖；(3)嚴格按照預制用管段圖實施預制施工，完成管道切割、坡口加工焊接；(4)組裝加工好預制管段和閥門，并對成品展開質量檢驗，確定質量達標后即可模塊化出廠；(5)轉運到施工現場完成預制管段拼裝作業。

控制系統管理軟件作為一個科學先進的管理軟件，在工藝管道預制全過程中應用控制系統管理軟件，不僅便利了材料、技術選擇以及質量安全管理，而且促進了管道施工機械化水平的提高，采用數控機械的方式完成管道切割、坡口加工等施工作業，提高半成品組裝效率。

3 與傳統施工工藝比較的技術特點

(1)廠房利用率高。在工廠內開展工藝管道預制作業，為施工人員提供了一個穩定安全的工作環境，防止露天作業時溫度異常和出現臺風、暴雪等惡劣天氣對預制作業的影響，保證預制環境尤其是焊接環境清潔適宜。同時，使用可拆卸、能重復使用的廠房綠色環保，有利于實現經濟效益和環保效益[2]。

(2)切割加工效率高。相較于傳統的切割加工方式，采用數控機械設備完成鉻鉬耐熱鋼、碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼以及高壓碳鋼管道的切割加工作業，可以提升加工速度，保證加工質量。

(3)降低管工勞動力強度。工藝管道機械化深度預制技術應用了對口器，并將其與工作臺組對，組對好的工作臺可靈活轉動，調節高度和自由翻轉，減輕了管工負擔，在保證組對質量的前提下控制工程造價。

(4)焊接效率高。工藝管道機械化深度預制技術根據程序設定自動開展焊接作業，適合于多種鋼材管道的焊接作業，焊接效果好且精度高。針對組裝好的預制段管道應安排手工焊接。

(5)安裝電動葫蘆和行車，便利管線、配件以及組裝好的半成品的運輸傳遞作業，同時在廠房外安裝塔吊設備配合吊裝作業，提高作業效率，降低安全風險。

(6)深度預制的焊接量應達到50%～60%，將模塊化組裝好的預制段轉運到施工現場完成拼裝作業。

(7)管道預制數據庫的建立、繪制預制用管段圖、預制施工方案的確定以及質量安全管理均可采用項目進度控制系統管理軟件。

4 操作要點

4.1 廠房的設計及規劃

廠房采用模塊化設計，可自行設計制造或根據需求定制可拆卸重復使用的螺栓連接的輕鋼廠房。此外，廠房應盡可能靠近施工現場，提升轉運預制成品的效率和安全性，廠房規劃內容主要包括兩項：(1)根據施工現場實際情況和按照施工工序布設功能區，具體的功能區包括：原材料區、下料區、機加工區、組對區、焊接區、熱處理區、無損檢測區、成品區等；按工序進行布置，確保物流的合理和通暢。(2)科學規劃廠房道路及安全通道、布置排水設施、緊急集合點，安裝水電設施，為工藝管道預制作業提供一個供水供電穩定安全、廠房內行車便利通暢的工作環境，保證預制作業有序開展。

4.2 起重設備的選用及管理

在廠房內布置起重設備，便利各類材料的裝卸和轉運預制段。根據廠房強度、空間大小、使用周期、投資額度等綜合考慮使用門式起重機或橋式起重機，以操作方便、安全可靠為宜。

科學布置起重設備，除設置起重機外，選擇在自動焊接集裝箱位置增設電動葫蘆，便于自動焊機的焊接作業。嚴格按照特種設備使用規范安裝使用起重機，申請使用許可證，進行日常運維和檢驗，安排已獲得起重機行車操作證明的操作手實施作業，無證人員不得上崗。

4.3 管道切割及坡口加工設備

在集裝箱內安裝管道切割及坡口加工高速數控機械，這種高速數控機械設備優勢較為突出，性能和作業范圍較傳統手工氧氣乙炔火焰切割及坡口加工技術優越，適應于多種鋼材的切割加工作業。如果出現管道條件不符合高速數控機械加工的情況，選擇半自動軌道切割小車，采用人工修正的方式完成碳鋼及鉻鉬鋼管道切割、打磨及加工作業。針對不銹鋼管道，選擇內、外卡式管道切割及坡口加工一體機器。

4.4 管道組對系統

根據管道組對的具體需要(如管徑)選擇形式恰當、動力穩定的管道對口器。應用可靈活調節高度和翻轉的電動工作臺，開展管與管頭、彎頭及法蘭等配件的組對作業。

4.5 自動焊

隨著技術進步和焊機生產廠家的設備升級，針對不同焊接工藝要求且高效的自動焊設備不斷出現。管道自動焊機的選用和安裝應根據所需預制的具體管道類型和尺寸、數量、費效比等條件確定。小型焊機可直接安裝在標準集裝箱內，中大型焊機則可安裝在廠房內。根據管壁厚度選擇焊接方式，管壁厚度＜12 mm時選擇氣保焊作為焊接方式；管壁厚度≥12 mm時優先選擇埋弧焊作為焊接方式。預制管段二次組對焊接過程中要嚴格控制焊縫數量，以自動焊為主，盡可能減少手工焊。

4.6 預制段的深度預制

廠房內應設置熱處理區及無損檢測區，在完成管道預制后立即開展熱處理和無損檢測，未出現損壞的管段即可進入下一步組裝，再完成閥門及支吊架的安裝作業，驗收預制質量。預制管段模塊化出廠，轉運到施工現場，在轉運過程中注意采取保護措施，避免管段模塊出現變形，方便現場拼裝預制管段。

4.7 使用項目進度控制系統管理軟件進行項目管理

工藝管道機械化深度預制施工全過程應用到控制系統管理軟件，包括前期管道預制數據庫的建立和管道用管段圖的繪制、材料配比檢查、后期的焊機類型和焊接工藝的選擇、熱處理、無損檢測探傷、返修、出廠及項目管理。

4.8 驗收與交接

工藝管道機械化深度預制驗收與交接工作是整個管道預制作業的重要組成部分，驗收工作應嚴格遵循工廠化預制技術協議和設計文件，交付管段范圍內容，提供各類資料和文件，驗收合格后才能開展實物及資料的交接工作，同時核對實物是否符合設計方案，管徑、材質等是否與資料一致。此外，開展資料交接工作時應交接電子版的管道預制數據庫，以便直觀、快速地查詢管線管徑、材質等基礎信息、焊機類型及焊接方式等焊接信息以及熱處理、無損檢測等信息。

5 預制工廠的全過程管理工作

在管道工廠進行機械化深度預制是一個系統工程，需要從工廠建設到產品出廠的全過程管理提前做好策劃。在工廠的選址和設計方面，首先要考慮材料及成品的運輸道路是否暢通，親赴現場進行專業評測，檢驗其空間布置是否適合管道預制各項順利展開的要求，確保有足夠的材料擺放、設備布置和工序銜接空間。工廠化生產同樣需要一套完整高效的管道預制管理流程，包括生產流程、材料管理、設備管理、人員管理、工藝要求、質量管理等各個方面，保證下料、組對、焊接、倒運及安裝等各個工序的無縫銜接，盡量一次成型，避免出現材料浪費以及返工等現象；還要建立健全HSE體系，做到安全生產；工廠生產需結合項目的實際情況，立足環境保護和杜絕擾民現象，做到文明施工；最后要具備應對突發事件的應急處置能力，做好應急預案。

6 結語

采用工藝管道機械化深度預制技術，進行工廠模塊化預制能夠保證預制質量，大幅減少管道現場預制及施工工作量，縮短工期，獲得穩定可靠的質量保證，可在石油化工、天然氣項目中大力推廣工藝管道機械化深度預制技術。