王小平，孟獻(xiàn)強(qiáng)，張文江，侯 昊，孟 寧

1中國石油管道局工程有限公司第二工程有限公司，江蘇 徐州

2中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

3中油管道機(jī)械制造有限責(zé)任公司，河北 廊坊

1. 項目開展背景

沙特哈拉德及哈維亞地區(qū)北部壓氣站管道項目(以下簡稱NGCP)，位于沙特哈拉德–哈維亞天然氣田區(qū)域，該項目隸屬于沙特阿美公司，是哈拉德–哈維亞能源增產(chǎn)提效工程的重要組成部分。由于阿美公司有著嚴(yán)苛的質(zhì)量管理體系，以往國內(nèi)的“標(biāo)準(zhǔn)化工廠預(yù)制 + 現(xiàn)場簡易平臺預(yù)制”工作模式，只能進(jìn)行簡單的管道“二接一”預(yù)制，已經(jīng)無法滿足項目需求，只有大力推進(jìn)“二次設(shè)計、工廠化預(yù)制、模塊化組裝施工、數(shù)字化管理”的施工模式、才能完成場站工藝、閥組、標(biāo)準(zhǔn)化井口工藝、撬裝工藝預(yù)制。

2. 管道工廠化預(yù)制的優(yōu)勢

以往的工藝管道預(yù)制一般都在各個場站施工現(xiàn)場進(jìn)行，由于現(xiàn)場條件限制，搭建標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制廠房的成本高、可利用周期短，只能搭建臨時的預(yù)制車間，預(yù)制車間容易受到施工作業(yè)環(huán)境影響大(風(fēng)、雨等)等影響，焊接質(zhì)量難以保證。管道焊接一般采用手工焊的方式，不但焊材利用率低，而且勞動效率低。管道預(yù)制實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制工廠化后，有以下優(yōu)勢：

1) 作業(yè)條件好，減少了材料倒運、工裝器具的拆裝等工作，能夠保證工藝管道預(yù)制施工的可持續(xù)性，不受自然條件因素的影響，可以有效提高焊接合格率；同時，即便是現(xiàn)場不具備管道施工條件，也可實現(xiàn)管道預(yù)制與土建基礎(chǔ)平行施工，縮短了施工工期，最大程度減少了現(xiàn)場焊接工作量[1]。

2) 流水化生產(chǎn)，充分發(fā)揮自動切割設(shè)備的優(yōu)勢，即是不同場站的管道預(yù)制任務(wù)都可以在管道工廠化預(yù)制車間進(jìn)行批量下料，流水作業(yè)，集中預(yù)制，設(shè)備利用率高。大大的提高了勞動生產(chǎn)效率。

3) 實現(xiàn)了統(tǒng)一管理，降低安全風(fēng)險，節(jié)約了人力、物力、生產(chǎn)成本，最大化提高了創(chuàng)效能力。

3. 管道工廠化預(yù)制的實施

3.1. 確定預(yù)制方案

根據(jù)阿美公司對管道施工的質(zhì)量要求及工藝復(fù)雜程度，針對Remote header 與OPTF 工藝管線預(yù)制，各種施工材料種類繁多，尤其是管材規(guī)格多、材質(zhì)種類多、相對應(yīng)的焊接工藝復(fù)雜。通過與設(shè)計聯(lián)合辦公，并提供現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)，建立場站3D 模型圖，同時高度結(jié)合現(xiàn)場實際尺寸與ISO 圖紙，同時建立項目材料數(shù)據(jù)庫，使用ISO 圖紙進(jìn)行匹配，計算出每個焊口的準(zhǔn)確下料尺寸，再經(jīng)過現(xiàn)場測量OPTF 與Remote Header 的Tie-in 點坐標(biāo)，并結(jié)合Spool 管的具體尺寸，可以完成得到工藝管線的精確尺寸，使工藝管線預(yù)制比例可以提升至70%。大大減少現(xiàn)場焊接工作量，加快現(xiàn)場進(jìn)度。

3.2. 優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)行二次設(shè)計

由于NGCP 項目的設(shè)計由業(yè)主完成，但經(jīng)過技術(shù)人員圖紙會審，發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙長度標(biāo)注錯誤、阿美預(yù)制管段與圖紙尺寸不符，各專業(yè)圖紙數(shù)據(jù)沖突等各類錯誤，而且業(yè)主設(shè)計團(tuán)隊經(jīng)常升版圖紙，造成預(yù)制施工無法順利進(jìn)行。為了保證工藝管道工廠化預(yù)制快速、高效的進(jìn)行，項目施工團(tuán)隊結(jié)合場站3D 模型圖與項目材料數(shù)據(jù)庫，使用ISO 圖紙進(jìn)行匹配，優(yōu)化圖紙，準(zhǔn)確計算出每個管段的下料尺寸，再經(jīng)過現(xiàn)場測量Remote Header 的Tie-in 點坐標(biāo)，并結(jié)合阿美預(yù)制管段的具體尺寸，得到工藝管線的精確尺寸，進(jìn)行二次設(shè)計，從而使工藝管線預(yù)制比例提升至70%。

考慮到各專業(yè)圖紙偏差和結(jié)構(gòu)專業(yè)施工修改引起的偏差，要做到工藝管道預(yù)制加工尺寸和現(xiàn)場需要尺寸相匹配，就需要對現(xiàn)場結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行實測，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，對比3D 模型圖，對各種管道的管段、管件、焊口進(jìn)行定位、編號，統(tǒng)計出各種材料的規(guī)格數(shù)量及施工要求，并對管段、配件、編號、口徑尺寸逐一標(biāo)注，進(jìn)行施工圖紙的二次設(shè)計，重新標(biāo)注管道單線圖尺寸，出具加工圖并存檔。

3.3. 預(yù)制工藝流程

預(yù)制工藝流程如下：原料儲存→管道下料→管道加工→連接配件→檢驗、涂裝→標(biāo)識編號→管段釋放→成品儲運。

3.4. 預(yù)制過程控制

管道預(yù)制工作在車間內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)分成機(jī)械加工下料、組對焊接、檢驗等工序，按工序進(jìn)行施工資源的匹配，每道工序作業(yè)人員作為一個臺班，按照二次設(shè)計的施工圖紙進(jìn)行預(yù)制工作，各工序間進(jìn)行流水化施工。

3.4.1. 預(yù)制精度控制

采用管材冷切割技術(shù)，提高坡口加工精度，確保組對間隙偏差；使用專用組對胎具、防變形卡具及合理的焊接順序，控制焊接幾何變形，減少人為因素對預(yù)制精確度的影響[2]。尤其對于CLAD 管，應(yīng)該實行計算機(jī)配料，合理套裁，減少材料浪費。加強(qiáng)成品管段幾何尺寸測量，確保預(yù)制精度符合設(shè)計要求。

針對NGCP 項目中，CLAD 鋼管(內(nèi)襯復(fù)合管)與Alloy 管無法使用熱切割進(jìn)行。鑒于CLAD 管價格昂貴，可焊性差，為減少滲碳層對焊接質(zhì)量的影響，采用PHBM-12 管道高效坡口機(jī)進(jìn)行切割，每道焊口不僅坡口角度規(guī)則，而且切割損耗量只有2～3 mm，在減少切割損耗量的同時，保證了預(yù)制精度。冷切割技術(shù)不僅可以應(yīng)用于CLAD 鋼管切割，還可以應(yīng)用于其他材質(zhì)鋼管切割，應(yīng)用范圍廣，切割效率高，坡口可以一次切割成型，省去了二次打磨與PT 檢測的工作量，可以進(jìn)行流水化施工。

3.4.2. 預(yù)制管段劃分

預(yù)制管段必須滿足倒運、吊裝、現(xiàn)場安裝的要求。管道預(yù)制深度劃分應(yīng)結(jié)合倒運路線和現(xiàn)場設(shè)備環(huán)境因素考慮后制定，一般為二維結(jié)構(gòu)。相關(guān)焊接管件與主管焊接為一體，盡量減少分支管的焊接。在現(xiàn)場設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)等安裝偏差未定情況下，預(yù)留安裝調(diào)節(jié)段或調(diào)節(jié)余量，在安裝時現(xiàn)場實測后在現(xiàn)場精確下料[3]。當(dāng)材質(zhì)特殊或現(xiàn)場無法加工時，選擇預(yù)留安裝調(diào)節(jié)段的方法，一般普通材質(zhì)管段預(yù)留50 mm 安裝余量，CLAD 鋼管(內(nèi)襯復(fù)合管)與Alloy 管預(yù)留20 mm 安裝余量。

3.5. 現(xiàn)場模塊化施工

按照施工現(xiàn)場管段需求，做好各工序銜接工作，分批次進(jìn)行預(yù)制管道的倒運工作，應(yīng)避免預(yù)制管段在現(xiàn)場進(jìn)行存儲，最好將預(yù)制管段直接吊裝就位，減少現(xiàn)場二次倒運對預(yù)制件可能造成的幾何變形或防腐層損毀。對于大型預(yù)制件(超寬、超長件)，應(yīng)提前進(jìn)行吊裝、運輸風(fēng)險識別，并制定詳細(xì)的吊裝、運輸方案，在確保各項安全措施完全到位的前提下，方可開始現(xiàn)場施工，從而保證預(yù)制管段模塊化施工順利進(jìn)行[4]。

3.6. 數(shù)字化管理

3.6.1. 預(yù)制過程數(shù)字化管理

在管道預(yù)制前，使用ACCESS 軟件將ISO 圖中材料、焊口、開孔、凸臺、預(yù)制管段等所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一錄入數(shù)據(jù)庫，與材料供應(yīng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，建立統(tǒng)一的材料供應(yīng)數(shù)據(jù)庫，實行計算機(jī)材料管理，及時準(zhǔn)確掌握各項材料需求信息，定期分析材料需求信息，制定預(yù)制材料需求計劃，同時可根據(jù)此計劃計算工藝管道的預(yù)制焊接量，為制定管道預(yù)制計劃提供依據(jù)。焊口、工藝材料使用的錄入，為整個預(yù)制過程工程量統(tǒng)計和質(zhì)量檢查工作莫定基礎(chǔ)[5]。

3.6.2. 焊口數(shù)字化管理

對于預(yù)制焊口，使用ACCESS 軟件建立材料發(fā)放→下料→焊接→無損檢測→檢驗、噴涂→管段試壓→成品儲運的焊接數(shù)據(jù)庫，確保整個預(yù)制過程的可追溯性，以此來提升工藝管道工廠化預(yù)制的品控。同時，由計算機(jī)自動計算各種規(guī)格管道單口焊材消耗量用量，再根據(jù)預(yù)制總量計算焊材需求量，同時可以實時監(jiān)控焊材消耗量，控制焊接材料的消耗。

3.6.3. 預(yù)制管段數(shù)字化管理

根據(jù)ACCESS 軟件的自動匯總、查詢功能可以對不同區(qū)域、不同時間段、不同作業(yè)單位的焊接工作完成情況進(jìn)行動態(tài)信息跟蹤，同時對已完成管段的名稱、數(shù)量、存放區(qū)城具備查詢功能，以便掌握，根據(jù)現(xiàn)場安裝需求，及時組織發(fā)運，滿足現(xiàn)場施工需求，對預(yù)制過程實行全方位監(jiān)控[6]。

4. 結(jié)論

通過在NGCP 項目深化應(yīng)用工藝管道工廠化預(yù)制，總結(jié)出一套非常實用的工藝管道模塊劃分辦法、預(yù)制操作規(guī)程，在NGCP 項目實踐中取得良好效果。該項目DN15～DN900 的所有工藝管道全部在預(yù)制廠進(jìn)行，預(yù)制焊口共：140,722 寸徑，單日最高完成1205 寸徑/天，焊口一次合格率達(dá)到98%以上；以上數(shù)據(jù)充分說明采用工藝管道工廠化預(yù)制，經(jīng)濟(jì)效益與社會效益顯著，不僅實現(xiàn)工藝管道預(yù)制與土建工程平行施工，大大縮短工程建設(shè)工期，同時避免了自然因素與人為因素對焊接質(zhì)量的影響，大大提高了工程質(zhì)量及施工效率，充分證明工藝管道工廠化預(yù)制是解決油氣集輸工程場站產(chǎn)能建設(shè)工程建設(shè)周期長、施工資源投入高、過程控制復(fù)雜的有效途徑。