長輸管道自動焊施工資源配置及經濟性分析

摘要：長輸管道自動焊具有焊接質量好、效率高和勞動強度低等多種優勢，較好地解決了高等級鋼焊接質量和管道運行安全問題。但對于管道施工單位而言，使用管道自動焊技術和工藝，人員、設備等資源投入巨大，施工成本顯著增加，而多數管道施工單位自動焊實際施工效率遠低于其理論施工效率，致使施工單位出現投入大、產出少的狀況，影響管道自動焊技術的推廣和使用。針對上述狀況，對自動焊施工資源配置、技術工藝、施工管理和經濟方面進行分析，以期找到降低自動焊施工成本的方法和途徑，獲得合理的施工利潤，提高施工單位的市場競爭能力，更好地推動管道自動焊技術和工藝的應用，促進管道自動焊的可持續發展。

關鍵詞：長輸管道;自動焊;資源配置;經濟分析

中圖分類號：TG457.6 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：1001-2003（2021）04-0095-06

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.04.19

0 ? ?前言

國家管網集團于2019年12月成立后[1]，在長輸管道項目施工標準《油氣管道工程線路焊接技術要求規定》 （DEC-NGP-G-WD-002-2020-1）和招標文件中明確提出：X70 及以上鋼級管道焊接應采用自動焊，這既是源于管道質量安全的考慮[2-4]，也是管道行業向數字化智能化轉變的需要[5-6]。對于X70及以上級別管道鋼，傳統的手工焊、自保護藥芯半自動焊工藝已難以滿足焊接質量的要求，特別是長輸管道施工中常用的自保護藥芯半自動焊工藝，存在焊縫金屬低溫沖擊韌性離散性大，部分不能滿足要求的問題[7-8];而管道自動焊接技術可保證環焊縫焊接接頭的強度、韌性等綜合性能優良，且可顯著降低勞動強度，提高管道運行可靠性[9-11]。近些年，管道自動焊工藝已成功應用于中俄東線、漠大管道、鄂安滄管道項目建設[12-14]，促進了國內管道項目業主單位推進自動焊應用的積極性，但對于大多數管道施工單位來說，自動焊機組人力和設備資源投入巨大，施工成本成倍增加，而單位自動焊實際施工效率遠低于理論施工效率，存在投入大、產出少的問題。為此文中對長輸管道自動焊施工資源配置及經濟性進行分析研究，以期降低自動焊施工成本，推進管道自動焊技術和工藝的應用，促進管道自動焊的可持續發展。

1 常用管道自動焊工藝

目前國內常用的管道自動焊工藝多種多樣，配置的設備、坡口形式、焊接參數、焊材也各不相同。常用的管道自動焊工藝大體可歸納為三類：第一類是管內自動根焊+外部自動填充蓋面焊工藝;第二類是半自動根焊+自動填充蓋面焊工藝;第三類是內部銅襯墊支撐+外部自動焊工藝[15-18]。

1.1 管內自動根焊+外部填充蓋面焊工藝

該類工藝采用管口組對和內部根焊一體機，在管道內部進行內根焊，典型設備有CRC內焊機、Noreast內焊機、熊谷內焊機和管道局CPP900等;外部填充、蓋面焊可采用單槍外焊機或雙槍外焊機，典型設備有CRC的P260、M300、P600和P625型外焊機，熊谷的A300、A610型外焊機，管道局CPP900-W1型外焊機等，典型焊接坡口形式如圖1所示。管道內焊機爬坡能力小于15°，該工藝適用于地勢平坦、起伏不大的區域施工。

1.2 半自動根焊+自動填充蓋面焊工藝

該工藝采用半自動熔化極氣體保護焊進行根焊，如STT根焊、RMD根焊等，為提高地形、地勢和環境的適應性，外焊多數采用單槍外焊機，典型坡口形式如圖2所示。該工藝適用范圍較為廣泛，既可用于主線路焊接，也可用于穿越段、山區段和連頭段焊接，適應性較強。

1.3 內部銅襯墊支撐+外部自動焊工藝

該工藝采用銅襯墊內對口器支撐管道環焊縫，外焊機從管道外部進行根焊、填充焊和蓋面焊。典型設備有法國Serimax Saturnax05系列外焊機，典型坡口形式如圖3所示。該工藝根焊速度慢于管內根焊，快于半自動根焊，由于有銅襯墊支撐，根焊縫成形容易，窄間隙坡口設計，焊接效率較高，適用范圍相對廣泛。

2 施工資源配置

因自動焊工藝、地形、地勢的不同，國內管道自動焊機組人員、設備等施工資源配置數量有所差異。結合上述三類常用管道自動焊工藝特點以及工程施工經驗，制定出管道自動焊作業標準化機組和特殊地段機組的配置標準，以更好地進行經濟性分析[19]。通過施工資源的優化，探索降低自動焊施工成本的路徑和方法。

2.1 標準化機組施工資源配置

2.1.1 標準化機組設備配置

標準化機組適用于地形平坦、坡度小于 15° 地區，開展流水化施工作業;設備配置采用“ 1站根焊機+N站外焊機 ”模式，此次按N=5考慮，設備配置如表 1所示。

2.1.2 標準化機組人員配置

結合上述標準化機組設備配置情況，以及管道自動焊施工要求，標準化機組人員配置情況如表2所示。

2.1.3 標準化機組施工成本情況

管道安裝工程費由人工費、材料費、設備機具使用費、企業管理費、利潤、規費和稅金組成[20]，對施工單位來說，管道自動焊機組施工成本（C）中人工費和設備機具使用費占主要部分，材料費、企業管理費、利潤、規費和稅金等占次要部分，次要部分設為M，為了經濟分析方便，管道自動焊機組施工成本費用公式可簡化為：

C=設備機具使用費+人工費+M ? ? ? ? ? ? （1）

如果是自購設備，設備折舊年限按10年計算，設備殘值率按5%考慮，結合表1、表2數據，則標準化機組每月施工成本C1（單位：萬元）為：

C1=27.29+42.25+M1=69.54+M1

如果是租賃設備，結合表1、表2數據，按式（1）計算，則標準化機組每月施工成本C2（單位：萬元）為：

C2=168.52+42.25+M2=210.77+M2

2.2 特殊地段機組施工資源配置

2.2.1 特殊地段機組設備配置

特殊地段機組適用于連頭、三穿和特殊地形施工;設備配置采用“ 根焊外焊+X 套單槍外焊機 ”模式，此次按 X=2考慮，如表3所示。

2.2.2 特殊地段機組人員配置

結合上述特殊地段機組設備配置情況，以及管道自動焊施工要求，特殊地段機組人員配置情況如表4所示。

2.2.3 特殊地段機組施工成本情況

特殊地段機組施工成本情況可使用式（1）進行計算。

如果是自購設備，設備折舊年限按10年計算，設備殘值按5%考慮，結合表3、表4數據，則特殊地段機組每月施工成本C3（單位：萬元）為：

C3=9.31+19.30+M3=28.61+M3

如果是租賃設備，結合表3、表4數據，則特殊地段機組每月施工成本C4（單位：萬元）為：

C4=56.26+19.30+M4=75.56+M4

3 自動焊施工成本經濟性分析

3.1 構建成本分析模型

根據管道施工實踐，一般一個標準化機組需要配置二個特殊地段機組進行管道焊接。參照各管道施工單位線路施工定額，管徑1 219 mm管道焊接施工定額一般為每公里50萬元～65萬元，本次分析取定額平均值57.5萬元。管道自動焊機組施工成本（C）中，材料費、企業管理費、利潤、規費和稅金，即為式（1）中的M，約占人工費和機械費用的35%～45%，本次分析取平均值40%。則管道施工成本費用變為：

C=1.4×（設備機具使用費+人工費） ? ? ? ? ? （2）

3.2 自購設備施工成本分析

如果自動焊設備為企業通過購置方式配置，根據式（1）、式（2），一個標準化機組和二個特殊地段機組每月的施工成本C自（單位：萬元）為

C自=C1+2C3

=1.4×69.54+2×1.4×28.61

=177.47

每公里管道焊接施工定額取57.5萬元，則每月應該焊接的管道長度L自為

L自= C自/57.5=3.09 km

長輸管道每公里焊口約為88道口，則每天完成的焊口數A自為

A自= （L自×88）/30≈9道口

由以上計算、分析可知，管道施工單位使用全自動焊工藝焊接管徑1 219 mm管道，投入一個標準化機組和二個特殊地段機組，設備為自購，平均每天至少需要完成9道口，每月至少焊接3.09 km管道才可以保證盈虧平衡或獲得盈利。

3.3 租賃設備施工成本分析

如果自動焊設備為施工單位通過租賃方式配置，根據式（1）、式（2），一個標準化機組和二個特殊地段機組每月的施工成本C租（單位：萬元）情況為

C租=C2+2×C4

=1.4×210.77+2×1.4×75.56

=506.65

每公里管道焊接施工定額取57.5萬元，則每月應該焊接的管道長度L租為

L租= C租/57.5=8.81 km

長輸管道每公里焊口約為88道口，則每天完成的焊口數A租為

A租= （L租×88）/30≈26道口

由以上計算、分析可知，管道施工單位使用全自動焊工藝焊接管徑1 219 mm管道，投入一個標準化機組和二個特殊地段機組，設備為租賃，平均每天至少需要完成26道口，每月至少焊接8.81 km管道才可保證盈虧平衡或獲得盈利。

4 自動焊施工成本降低措施

根據中俄東線北段數據統計，管徑1 219 mm管道自動焊施工，各管道施工單位一個自動焊機組每日焊接焊口平均為8道，每月完成焊口量為240道;長輸管道每公里焊口約為88道，每月完成管道長度2.73 km。如果按上述第2部分自動焊施工資源配置和投入，以及第3部分施工成本經濟分析情況，管道施工單位使用自動焊工藝多數會出現虧損，難以獲得合理利潤，如果該情況持續下去會影響管道施工單位使用自動焊的積極性，從而影響自動焊技術和工藝的推廣。為了促進管道自動焊技術和工藝在管道項目上的持續應用，建議從以下幾方面采取措施：

（1）提高管道自動焊施工效率。組建堅強有力的自動焊機組，對人員、設備、技術和工藝進行全面磨合，只有自動焊機組熟練掌握自動焊各項技能，才能穩步提高自動焊施工效率。

（2）優化施工資源配置。可根據管道項目的地形、地勢和環境特點，對人員、設備等資源進行動態調整和優化，減少施工資源投入數量和時間，有效降低施工成本。

（3）選用成熟的自動焊設備和工藝。成熟的自動焊設備和工藝將縮短焊工培訓和機組磨合時間，是提高焊接效率和合格率的保證。

（4）建立維修保障體系。自動焊機組設備配置眾多，如果關鍵設備出現故障或損壞，將會導致整個機組停待，損失較大，隨機組建立維修站，配置專業維修人員十分必要，可避免由于設備故障而引起的施工停待。

（5）提高施工管理水平。管理、協調好各類施工要素，保障施工工序緊密銜接;激發管理、技術和操作人員的積極性和主動性，打造執行力強的自動焊機組。

（6）統籌施工資源調配。自動焊機組多數為專用設備，如內焊機、外焊機、坡口機、吊管機等，如果管道市場項目不連續，會造成專用設備的階段性停待，增加施工企業負擔;做好施工資源統籌調配工作，則會盤活閑置設備，降低施工單位運營成本。

5 結論

（1）國家管網公司已在管道施工標準和招標文件中明確要求X70及以上鋼級管道應采用自動焊工藝，掌握管道自動焊技術和工藝已成為進入國家管網項目市場的必備條件，將極大推動管道自動焊在長輸管道項目中的應用。

（2）管道施工單位不僅要掌握管道自動焊技術和工藝，還要盡量降低自動焊施工成本支出，獲得合理施工利潤，以確保管道自動焊在項目中持續應用。

（3）管道施工單位需選用適合的自動焊工藝，配置合理施工資源，加強現場管理，不斷進行經濟性對比和分析，力爭以較小的施工資源投入獲得較大的產出。

（4）長輸管道施工由半自動焊技術向全自動焊技術的轉型發展已勢不可擋，技術替代加速推進，管道施工單位需不斷提高自動焊技術和工藝應用水平，降低自動焊施工成本，以提高在管道市場的競爭力。

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收稿日期：2020-10-15

作者簡介：孫 亮（1976—），男，碩士，高級工程師，主要從事石油工程建設項目的技術管理與研究。E-mail：hbyjsl@163.com。