管道工廠化預制技術在LNG 接收站碼頭安裝中應用

趙云龍

中石化天津液化天然氣有限公司 天津 300457

管道工廠化預制是指通過詳圖設計軟件對管線進行排料和分段軸測圖設計[1]。管道是能源、石化領域建設完成項目目標的關鍵步驟。管道工廠化預制可以提供各種需求的制作，可按照GB、SH、ASME/ ASTM、PED、JIS、GB、TS 等各種材料和制造標準完成制作工作。管道工廠化預制可涉及材料采購、切割、裝模、焊接、涂裝、內襯及涂裝等全方位工作。預制廠一般配備有高技能焊工，能從事高強鋼、合金鋼和各種不銹鋼等的加工。

1 LNG接收站碼頭管道工程特點

1.1 LNG接卸

這個系統通過特殊類型的不銹鋼管道將LNG 碼頭和儲罐連接，在極低溫度（- 160℃）下將LNG 貨船上的LNG 通過碼頭輸送至儲罐。由于LNG 貨船吃水較深，LNG 碼頭設置在離岸較遠地帶，LNG 碼頭從海岸邊向海里延伸能達到數公里之多。

1.2 LNG罐內儲存

所有從LNG 貨船上來的液化天然氣都將儲存在LNG 儲罐內。LNG 儲罐為專門為儲存極低溫度（- 160℃）介質設計的低溫儲罐，采用了兩層罐體加絕熱層，通過防止LNG 沸騰，使其維持在液態。儲罐的外墻采用預應力鋼筋混凝土或鋼制，以達到LNG 的最佳保溫效果。盡管有如此高的絕熱性，LNG 儲罐內仍會發生微小蒸發。LNG儲存系統一般配備壓縮機和再冷凝系統用來收集這種氣體，并將其液化。

1.3 LNG增壓和氣化

增壓氣化是將LNG 提供壓力后從液態轉化為氣態的過程。LNG 從儲罐中抽出后增壓到70～100bar 后通過換熱器氣化。一般來說，海水用于氣化的熱源，高壓泵用于增壓LNG。還有一些LNG 接收站配備有燃燒式汽化器，通過燃燒天然氣來加熱LNG，使其轉化為氣態。

1.4 氣體外輸

一旦回到氣態，天然氣在輸送到天然氣輸送系統之前，要經過計量、氣味化、分析等過程。由于天然氣沒有氣味，故需要通過往天然氣中加入四氫噻吩（THT）等氣味劑，以檢測最輕微的泄漏。

碼頭對于一個LNG 接收站至關重要,LNG 接收站很大一部分管道都分布在碼頭上。由于碼頭延伸海里較長、運輸道路狹窄且管道工程量大，因此碼頭管道施工也是整個LNG 工程的一個重難點,下面介紹通過管道工廠化預制技術在某LNG 接收站碼頭安裝中應用。

某LNG 接收站碼頭安裝工程包含工藝管48km,給排水管道共28km。碼頭管道分布在2 層棧橋管廊上,棧橋管廊第一層設置有管徑從DN10500～DN200 的四條LNG 工藝管線,此外還有一條DN600 的消防水管線。第二層設置有DN100 和DN50 的管線, 分別輸送氮氣和儀表風介質。

這些管道涉及的材質有4 種, 分別為GB/ T816320 GALV、GB/ T816320、A312TP304/ 304LCL1500- 96℃ 、A358GR304/ 304LCL1500- 196℃。這些不同類型的管道施工所涉及的技術標準、規范較多,技術性強、質量要求高。特別是整條管道安裝為臨海作業,常年處在海風環境中，作業安全風險大,焊接環境差,給焊接質量帶來很大的挑戰。特別是碼頭上的大口徑DN1050 不銹鋼管線,此管線位于棧橋管廊一層,跨越整個碼頭，該條管道的安裝是LNG 接收站碼頭施工的重點和難點, 在施工前根據現有施工車輛性能、碼頭承載能力及道路條件,合理規劃作業流水，提前預制管道。

2 管道工廠化預制的特點

管道工廠化預制一般可分為兩種管道預制方式，一種方式是固定式管道預制方式，另一種方式則是移動式管道預制方式，這兩種方式分別適用不同的工作環境中。所謂固定式管道預制方式為設置固定的管道加工預制廠區，雖然其占地面積較大，但設施齊全、生產能力大，能夠允許多條管道預制流水線同時作業、集中加工，一般適用管道安裝量大、需求集中且穩定的情況。相較于固定式管道預制方式，移動式管道預制方式沒有固定的生產預制廠區，而是將“切割/ 坡口”“組對”“自動焊接”都分別集成在便于布置較快、移動方便的集裝箱內。這種方式一般服務于施工周期較短項目，每個集裝箱就是一個模塊化單元，設置靈活，不受場地限制，可以方便地隨著項目變化而靈活調整。各個集裝箱單元之間還可以通過合理組織物料流動搭接實現更有效的作業銜接，提升整體預制效率。這種方式既可以滿足管道預制需求又能節省施工成本，具有極高的性價比。管道工廠化預制方式選擇需要根據現場布局、管道特點、工藝要求、焊接工作量等實際情況來確定。相對于傳統的管道工程施工方式，工廠化預制優勢明顯，主要有以下幾方面:

（1）管道在工廠化預制處理將下料、坡口加工、組對、焊接、標識、檢驗、封閉等各個工序組合在一起,形成流水作業。

（2）管道預制廠內的作業,可以最大可能地應用新技術、新工藝,可以更有效使用先進的機械設備和機加工工具，如等離子切割機、叉式起重機、龍門吊等。

（3）可大幅度加強預制的深度與規模，利用預制工作臺上先進的設備,進行各類形狀復雜不規則管道部件或工藝閥組等焊縫集中部件制作,整個焊接質量控制更能達到標準要求，保證了焊接質量的穩定性。

（4）能加快施工進度，管道工廠化預制不受施工現場空間限制允許多個作業班組在預制工作臺上進行制作,減少管道作業時間，同時不受土建作業條件的限制，可以實現安裝作業與土建作業同時施工，縮短工期。

（5）減少了某些工序中工時的浪費現象，減少了作業過程中人員、設備的移動。

（6）施工環境不受外部或外界天氣氣候的影響,大幅度改善作業環境，勞動效率高，同時降低人員由于暴露在外造成的損傷。

（7）節省管材和消材料，這是由于預制廠區內有幾個作業班組一起施工，剩余材料和消耗材料可以充分利用，降低施工損耗，減少浪費。

（8）由于機械設備和機加工工具集中在一個地方，便于施工機械維護保養管理。

3 管道預制加工工作流程

圖紙審核：審查設計單位給出施工圖文件、管道平面布置圖、工藝流程圖、材料清單表、設計說明及其他設計規定等，理解設計意圖并對設計內容進行現場復合。

設計深化：根據設計藍圖對單線圖實施分段劃分，達到直接施工深度，按作業習慣、工藝選用節點，繪制預制用管段圖。

材料檢驗：檢查管道組成件質量證明書上涉及產品標準、設計文件和訂貨合同中規定的各項內容和檢驗、試驗結果。檢驗合格后的管材、配件按相關規定做標記，使其能被作業人員識別出來，防止與未檢驗材料或檢驗不合格材料混用。管道組成件在使用前應按國家現行標準進行100%外觀檢驗。

下料：應根據現場實際誤差判斷下料尺寸。或在便于施工的合適位置預留調節段。

坡口加工：對于GB/ T 8163 20 GALV、GB/ T 8163 20 這些碳鋼材質管線，采用氧乙煥焰或等離子切割加工；高溫切割碳鋼管線會在熱影響區內出現滲碳層，需要在坡口打磨時將其打磨處理掉，并修整出所要求的坡口。對于 A312TP304/ 304LCL150- 196℃、A358GR304/ 304L CL150- 196℃不銹鋼材質管道采用等離子或機械切割，切割前確認采用的砂輪機切割片為規定允許的切割不銹鋼的砂輪片，避免不銹鋼管道鐵離子污染發生。每個坡口加工完后進行尺寸檢查和加工精度檢查，坡口表面不得有裂紋、縮孔、重皮等缺陷。不銹鋼管道開孔使用等離子或機械開孔、碳鋼管線開孔采用氧乙煥焰或機械開孔。

焊口組隊：焊口組對前用角向磨光機和棒式砂輪機將坡口及兩側內外各20mm 范圍內的母材表面打磨光亮。焊接接頭不得采用強力組對。組對時要內壁平齊，其錯邊量不應超過壁厚的10%。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[2]。

定位點焊：采用銳弧焊，定位焊縫長度10～20mm,高度2～4mm，沿焊縫均布，并根據管徑情況增加定位焊點和定位焊縫長度。焊件組對需使用卡具時，卡具材質應與母材材質相同。焊接卡具應采用合格的焊接工藝。焊接在管道上的組對卡具不得用敲打或掰扭的方法拆除。采用火焰切割時，應在離管道表面2～3mm 處切割修磨。

焊接：除采用定型彎頭外,管道焊縫的中心與彎管起彎點的距離不應小于管子外徑,且不小于100mm。需要熱處理的焊縫,外側距支、吊架邊緣的凈距離宜大于焊縫寬度的5 倍,且不小于100mm；直管段上兩條對接焊縫間的距離,不應小于3 倍焊件的厚度,需焊后熱處理時,不應小于6 倍焊件的厚度。

外觀檢驗：施焊完畢后，經現場焊接工程師外觀合格后，在規定的位置寫上焊口號、焊工號、管線號等焊接標記，填寫焊接記錄上報質檢員，通知無損檢測人員檢測。

無損檢測：管段預制完成后，要及時收集焊口信息，錄入焊接控制系統，及時確定無損檢測焊口，并現場標識，進行無損檢測[3]。

4 管道預制質量保證措施

LNG 接收站對碼頭工藝管道要求嚴格遵守《石油化工有毒、可燃介質管道工程施工及驗收規范》（SH 3501—2002），對于其他介質的管道施工安裝遵守《現場設備、工業管道焊接工程施工期驗收規范》（GB 50236—98）和《石油化工金屬管道工程施工質量驗收規范》（GB 50517—2010）。特別是對于口徑大于DN200 的氣動控制閥通常帶袖管，管道預制時需注意閥門袖管的軸向焊縫和預制連接管軸向焊縫的相對位置，避免形成十字縫。奧氏體不銹鋼管道焊接時禁止使用可溶紙。LNG 接收站對工藝管道焊接質量合格率有特別要求，尤其是碼頭LNG 管道焊接一次合格率98%以上。

（1）在施工前需要完成工藝評定，確保工藝評定覆蓋率為100%, 由焊接工程師根據設計對管材要求具體確定焊接工程所需工藝評定參數，并逐層上報審批。焊接前，焊接責任工程師向施工人員進行交底。

（2）焊接質檢員審查焊工資格證，并提前做好特殊工種施工人員資質審查，將合格證復印件留存備案，做好焊工崗前培訓及考試工作。

（3）材料控制：材料工程師做好焊接材料的驗收、保管工作。要嚴格按照合同相關文件，對質量證明書檢查，并與產品標準、設計文件中規定的內容一一核對，對檢驗、試驗結果有異議的可以請第三方檢測單位現場檢測，驗證檢驗結果。加強對合金閥門、關鍵等配件的質量抽查，堅決剔除不合格的材料，排除質量安全隱患[4]。驗收后的管材、配件按相關規定做標記。

（4）嚴格對焊材烘干、發放、回收進行管理，現場焊材庫配備溫濕度儀，建立焊材領用、保管、烘烤、發放、回收制度，并做好記錄。

（5）工藝管線施工應嚴格依據圖紙，專業施工員負責管線標識，并隨時填寫施工記錄。向質檢員報焊接日檢日報單，質檢員負責對外觀進行檢驗，并根據專業施工員下達的“工藝管線無損檢測委托”進行點口，通知探傷進行無損檢測，按設計說明書提出的規范要求執行檢測制度。

（6）焊接過程中，質檢員要隨時抽查焊材使用情況，以確保焊材使用正確，避免出現用錯焊材的情況。同時，嚴格監督焊工執行工藝紀律，檢查焊工的實際操作水平，對焊縫返修部位進行重點監督。

（7）潮濕天氣作業要采取防護措施，使用火焰烘烤焊件表面，去除濕氣水汽。

（8）組對點焊或施焊時，零線要接在被焊件上，鉗口接線可靠，防止電弧燒傷施焊件。電焊引弧宜采用引弧板，不得在管件坡口外母材上直接引弧。

（9）工藝管線施工應嚴格依據圖紙，專業施工員負責管線標識檢查，并隨時填寫施工記錄。向專職質檢員報焊接日檢日報單，專職質檢員負責對外觀進行檢驗。

5 結語

綜上所述，管道工廠化預制能滿足切割、裝模、焊接、涂裝、內襯及涂裝等一整套加工需求，能夠形成流水作業，應用新技術、新工藝，加強預制的深度與規模，保證焊接質量穩定，加快施工進度，減少工時浪費，節省管材和消材料，優勢獨特。對于LNG 接收站碼頭工程，采用管道工廠化預制技術，合理劃分預制管段，選擇合適工廠化預制系統，合理規劃管道預制加工的流程，嚴格執行預制質量保證措施，可以在進度、安全、質量方面提高建設管理水平，大幅度改進LNG 接收站建設施工方式，利于達成LNG接收站工程建設目標。