史兆納
(山西省安裝集團(tuán)股份有限公司,山西 太原 030025)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)活動中對管道的需求也隨之增多,工業(yè)管道可以分為高壓管道和低壓管道兩大類,其中低壓管道是指輸送介質(zhì)為空氣、氮氣、氧氣、壓縮空氣或其他氣體時使用的管道,高壓管道是指輸送介質(zhì)為高壓液體或氣體時使用的管道。在工業(yè)生產(chǎn)中,常采用金屬管和非金屬管兩種類型。金屬管具有較好的耐壓性能,但由于金屬材料本身質(zhì)量不穩(wěn)定,容易造成腐蝕,同時設(shè)備部件壽命短,維修費用高。非金屬管具有良好的耐腐蝕性能和較好的耐老化性能以及操作方便等特點,其主要由鋼管、橡膠套管、管件和法蘭等組成,這兩種管材在施工中也有許多不同之處,需要結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)活動要求,對管道的材質(zhì)和規(guī)格進(jìn)行合理選擇,滿足工業(yè)生產(chǎn)活動的安全性要求。
工業(yè)管道工程施工包括以下幾個環(huán)節(jié),即施工前的準(zhǔn)備工作、預(yù)處理、管件安裝、焊接和水壓試驗,管道防腐蝕和保溫處理等,石油化工工業(yè)是國家重要行業(yè),其生產(chǎn)裝置直接影響著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民生活質(zhì)量。從20世紀(jì)80年代開始,我國相繼出現(xiàn)了多套千萬噸級煉油工程及一批百萬噸級乙烯工程,煉油裝置中使用的管道種類繁多、材質(zhì)各異、數(shù)量龐大,生產(chǎn)裝置中使用的管道包括低壓管網(wǎng)、中壓管網(wǎng)及高壓管網(wǎng),裝置內(nèi)所使用的設(shè)備包括壓縮機組、泵類及熱煤爐等設(shè)備,而以石油化工工藝過程所需要設(shè)置的工藝管道包括各種原料管線、中間介質(zhì)管線及產(chǎn)品輸送管線等。為保證石油化工工藝過程安全可靠運行,必須對其進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控,對影響安全性和經(jīng)濟(jì)性的問題及時進(jìn)行處理或修復(fù),否則容易發(fā)生事故導(dǎo)致無法挽回的損失,因此在石油化工工業(yè)生產(chǎn)中,對其生產(chǎn)設(shè)備以及裝置內(nèi)部管道進(jìn)行設(shè)計、加工及安裝等就顯得尤為重要[1]。
目前工業(yè)管道通常是以鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為主,按材質(zhì)可分為壓力管道和普通管道兩大類,由于石油化工行業(yè)是一種危險行業(yè),所以要求施工人員在安裝之前,必須嚴(yán)格進(jìn)行施工工藝及質(zhì)量控制,確保不發(fā)生質(zhì)量事故,因此需要設(shè)計人員具有較高的專業(yè)水平,同時設(shè)計人員在進(jìn)行工程設(shè)計時應(yīng)充分考慮到各種可能發(fā)生的情況及特殊要求,尤其是對管線系統(tǒng)壓力及溫度變化較大或輸送介質(zhì)易燃易爆、有毒有害物質(zhì)等情況,要進(jìn)行必要的分析和計算,以確保工程安全可靠。在石油化工工業(yè)中,不同種類的管道有著各自不同的特點,在實際應(yīng)用中也會有所不同,低壓管一般采用碳鋼材質(zhì),中壓管一般采用合金鋼材質(zhì)或不銹鋼材質(zhì)等;高壓管一般采用碳素鋼或低合金鋼;工藝管道則以不銹鋼為主[2]。
隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)水平和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,工業(yè)管道施工技術(shù)也在不斷地發(fā)展與完善中,工業(yè)管道工程在建設(shè)過程中不同于其它工程類建筑,它更注重于防腐性、安全性以及使用壽命等方面的要求。工業(yè)管道施工技術(shù)涉及工藝設(shè)計、材料選擇及施工工藝等諸多方面內(nèi)容是一個系統(tǒng)工程,不同類型、規(guī)格、直徑和材質(zhì)的工業(yè)管件或設(shè)備也需要應(yīng)用不同材質(zhì)和型號,同時加工過程中對每一個環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格要求。此外,在安裝過程中還必須遵守相關(guān)規(guī)定,其中控制點包括材料質(zhì)量控制點和安裝質(zhì)量控制點兩方面內(nèi)容,材料質(zhì)量控制點指原材料檢驗,主要是從采購原料時就應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格控制以確保產(chǎn)品質(zhì)量符合要求,采購后要對原材料進(jìn)行相應(yīng)檢測確認(rèn)其合格性,安裝質(zhì)量控制點指在施工過程中應(yīng)該按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定來執(zhí)行,工藝技術(shù)要求包括管件制作、焊接設(shè)備及工藝參數(shù)等相關(guān)內(nèi)容。另外,要注意區(qū)分不同直徑和材質(zhì)的管件產(chǎn)品,以確保選擇合適型號或規(guī)格的焊機和焊接工藝參數(shù)及工藝方法來對其進(jìn)行有效安裝,還要對加工后的管件進(jìn)行探傷檢查以確保其符合標(biāo)準(zhǔn)要求,同時要在施工過程中嚴(yán)格按照工程技術(shù)要求來執(zhí)行相關(guān)規(guī)定,并嚴(yán)格把控安裝過程中各個環(huán)節(jié)質(zhì)量,在出現(xiàn)質(zhì)量缺陷問題時需要及時進(jìn)行解決。
我國現(xiàn)階段的工業(yè)管道施工技術(shù)雖然已經(jīng)有了一定程度的發(fā)展,但仍然存在許多問題,例如我國管道施工技術(shù)起步較晚,與發(fā)達(dá)國家相比仍存在差距。對于一些施工人員來講,由于對管道施工技術(shù)的認(rèn)識不深或思想意識的落后,導(dǎo)致了對管道設(shè)計、加工、安裝等環(huán)節(jié)中出現(xiàn)諸多問題。另外,在工業(yè)管道安裝中,由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)或行業(yè)規(guī)范而造成了混亂,導(dǎo)致一些小廠家開始生產(chǎn)不符合要求或質(zhì)量低劣的工業(yè)管道產(chǎn)品,還有一些企業(yè)為了節(jié)約成本而將不符合規(guī)定的產(chǎn)品,通過制造后以低價賣出獲取利潤,這一問題會擾亂市場秩序并且嚴(yán)重侵害了消費者合法權(quán)益[3]。隨著科技不斷發(fā)展和社會進(jìn)步,工業(yè)管道施工技術(shù)也逐漸得到了極大地提升,目前我國大多數(shù)企業(yè)都配備了專業(yè)的工程管理人員以及相關(guān)工作人員,通過加強管理規(guī)范施工過程以提高工業(yè)管道安裝質(zhì)量?,F(xiàn)階段,工業(yè)管道施工中對于管材和管件等原材料質(zhì)量檢測和驗收方法,主要有目視檢測、射線探傷以及超聲波探傷等方法,其中目視檢測是通過肉眼對管材表面進(jìn)行檢查,射線探傷是通過使用射線裝置對管材進(jìn)行檢驗,超聲波探傷是利用聲波在金屬內(nèi)部所產(chǎn)生的反射及干涉作用檢查管道內(nèi)表面缺陷,通過這些檢測方法可以發(fā)現(xiàn)工業(yè)管道施工中存在的問題并及時解決。但是在現(xiàn)實發(fā)展過程中,由于受到市場利潤驅(qū)使,很多小廠家為了降低成本往往會用廢舊管,或質(zhì)量差的鋼管替代符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求和規(guī)定的工業(yè)管道材料進(jìn)行生產(chǎn)。目前我國大多數(shù)企業(yè)由于受管理水平、資金投入等因素影響而達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致其產(chǎn)品質(zhì)量較差從而嚴(yán)重影響了工業(yè)管道安裝施工質(zhì)量及工業(yè)發(fā)展水平。另外,小廠家在生產(chǎn)過程中往往存在偷工減料、以次充好等不合理行為,會給行業(yè)發(fā)展帶來不利影響,并且一旦發(fā)生質(zhì)量問題會造成非常惡劣的社會影響及經(jīng)濟(jì)損失。
1)管道安裝前應(yīng)認(rèn)真審查施工圖紙,了解設(shè)計意圖及要求,熟悉施工工藝標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)技術(shù)文件。在正式進(jìn)行管道安裝前,應(yīng)將所有的圖紙和有關(guān)文件送質(zhì)量監(jiān)督部門進(jìn)行技術(shù)審核;2)管道安裝應(yīng)以焊接為主,射線或超聲波探傷檢測作為最后一道工序,對無焊縫的管段可采用無損探傷檢測,對有焊縫的管段應(yīng)進(jìn)行100%射線或超聲波探傷檢測。當(dāng)采用無損檢測方法時,有一處或多處缺陷時不能進(jìn)行射線探傷,當(dāng)采用射線探傷不能確定缺陷位置時,應(yīng)優(yōu)先選用超聲波探測方法;3)管道安裝后應(yīng)進(jìn)行強度試驗和嚴(yán)密性試驗。管道的強度試驗壓力按設(shè)計壓力的1.5倍計算,管道安裝中當(dāng)工作介質(zhì)為蒸汽或熱水等低溫介質(zhì)時,其低溫試驗壓力應(yīng)提高一級并做好記錄。當(dāng)工作介質(zhì)為氣體時,其低溫試驗壓力應(yīng)提高一級并做好記錄,工作介質(zhì)為氣體、蒸汽和高、低溫液體時,其溫度每升高10℃、工作壓力增加0.1Mpa;4)在管道安裝過程中,管口處理必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行操作,所使用的焊接材料、坡口型式及填充金屬等必須與設(shè)計相符[4]。
1)在正式開始施工之前需要熟悉圖紙,確定施工方案,施工前應(yīng)對管道系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的勘察,并將工程實際情況與設(shè)計圖紙相對比,確定設(shè)計是否滿足要求。如有疑問可請設(shè)計院有關(guān)人員或請設(shè)計單位專業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo),以確保管道系統(tǒng)的正常運行和施工質(zhì)量;2)施工現(xiàn)場勘察。對管網(wǎng)的位置、走向、管徑大小、彎頭數(shù)量等進(jìn)行調(diào)查并根據(jù)實際情況選擇出合理的方法進(jìn)行放樣和開挖溝槽。對地下管線情況如:管道的走向、管徑、連接方式等進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查,并做好相應(yīng)資料以備檢查。測量管網(wǎng)中心線及各管段底標(biāo)高,以確定各管段位置坐標(biāo)(在管線上設(shè)點)及標(biāo)高(在管道上設(shè)點),并按圖進(jìn)行放樣。對于地下管線或穿越道路的管線,要提前了解并做好標(biāo)志。將管線及地下設(shè)施的坐標(biāo)等資料張貼于明顯處或編制標(biāo)識牌一并放置于顯著位置,使施工人員易于觀察和辨認(rèn)。對于隱蔽工程還要做好相應(yīng)的標(biāo)識。管道焊接前要做好保護(hù)工作,嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場,施工中遇有下雨等惡劣天氣時要停止焊接工作,高空作業(yè)時也要做好安全防護(hù)措施或采取安全措施方可施工,在已完工管道上進(jìn)行焊接作業(yè)時,也要做好相關(guān)保護(hù)工作,所有操作人員都要穿戴安全防護(hù)用品才能進(jìn)行焊接作業(yè)[5]。
檢測材料質(zhì)量是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵,首先要保證進(jìn)場材料質(zhì)量合格,在入廠檢驗過程中應(yīng)按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計規(guī)定的要求進(jìn)行驗收。首先對各種原材料、外購件、中間產(chǎn)品及半成品等進(jìn)行必要的復(fù)驗,對于不符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的材料不得使用,在施工中發(fā)現(xiàn)不合格材料時要及時提出并采取措施進(jìn)行處理。其次要做好管材的表面質(zhì)量檢驗工作,通常情況下應(yīng)對鋼管表面進(jìn)行X射線檢查,對于壁厚小于4 mm的鋼管則應(yīng)采用超聲波檢查,在外觀檢查中如發(fā)現(xiàn)有異常情況或存在缺陷,應(yīng)根據(jù)情況采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。在施工中,對管道材質(zhì)及焊口質(zhì)量的檢測尤為重要,為了防止焊接過程中出現(xiàn)脫焊、錯焊以及焊縫強度不合格等缺陷,應(yīng)在焊接前對母材和焊口進(jìn)行無損檢測或100%射線檢測,在焊接后應(yīng)采用超聲波探傷來檢驗焊縫內(nèi)部質(zhì)量、100%射線探傷來檢驗?zāi)覆膬?nèi)部質(zhì)量。通過對管材表面質(zhì)量及焊口質(zhì)量等方面的檢測,可以有效地保證管道材料本身質(zhì)量是合格產(chǎn)品。
安裝支架時,應(yīng)注意以下事項:1)支架上的吊桿與管道中心線應(yīng)保持垂直,安裝后的吊桿要平整、不垂直,防止產(chǎn)生應(yīng)力;2)支架上應(yīng)標(biāo)明管號、序號和彎頭、三通等附加設(shè)備的標(biāo)高;3)安裝在管上的支架,應(yīng)按設(shè)計規(guī)定調(diào)整好管段軸線位置,使管口中心線與支吊架中心線對齊;4)在直線上和轉(zhuǎn)角45°范圍內(nèi)有建筑物時,支架可利用建筑物柱子或其他固定件作為支撐點。無建筑物時,可利用基礎(chǔ)柱作為支撐點;5)管道支撐點間距:剛性固定件不超過1.5m;柔性固定件不超過2m;水平支吊架不超過1.5m。當(dāng)采用彈簧支座時,吊架間距可取無彈簧支座情況下2~3倍的設(shè)計值;6)管道支架間距:當(dāng)熱力管道無熱位移時,支、吊架間距按相鄰兩個熱位移值的最大值確定。當(dāng)有熱位移時,支、吊架間距應(yīng)按各熱位移值的半倍左右確定。直線上無熱位移或位移較小時(小于0.1 mm)。
管道焊接安裝是整個施工環(huán)節(jié)中的重要一環(huán),必須要掌握這一環(huán)節(jié)的技術(shù)要點,確保管道焊接的質(zhì)量。首先,應(yīng)該了解所采用焊接工藝方法與管材、管件生產(chǎn)廠家提供的材料、性能指標(biāo)等有關(guān)資料,然后在設(shè)計要求和施工規(guī)范允許的范圍內(nèi)確定焊接方法。具體如下:1)管材有專用焊接方法和焊接材料,必須按規(guī)定選用;2)選擇焊縫坡口形式。根據(jù)所焊管道的寬度選擇合適坡口形式;3)預(yù)熱是確保焊縫成型均勻一致的重要措施,預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)母材和管件材料性能確定;4)合理選用熱輸入值,不得過高或過低;5)正確選擇焊條型號、規(guī)格和焊接工藝參數(shù)。采用氬弧焊時,應(yīng)合理選用焊條或焊絲,并采取適當(dāng)措施防止咬邊及熔合區(qū)過熱;6)必須做好焊縫檢測工作。焊接完成后進(jìn)行檢查、驗收和記錄,對焊縫要進(jìn)行外觀檢查、射線探傷和超聲波探傷檢測。焊縫及熱影響區(qū)母材不得有裂紋、未熔合、折疊和夾渣等缺陷。不合格部位應(yīng)及時修整或重焊[6]。
法蘭安裝前應(yīng)進(jìn)行外觀檢查,包括表面的清潔度、有無銹蝕和機械損傷等,并進(jìn)行外觀檢查標(biāo)記。法蘭安裝時,螺栓要對稱地均勻擰緊;兩法蘭墊片間要用密封墊片填充密實,密封面應(yīng)垂直于管道軸線。閥門安裝時,法蘭的中心線與管道中心線要對中;閥門與管道軸線應(yīng)平行;閥體內(nèi)腔用膨脹節(jié)(或膨脹套管)填實。閥門應(yīng)垂直于閥桿中心進(jìn)行安裝,前應(yīng)使閥門的手柄處于垂直位置。螺栓孔處應(yīng)用專用墊圈墊牢,并在其頂部露出部分涂以黃油或石棉布;同時還必須注意法蘭密封面的平整光滑。法蘭螺栓緊固時應(yīng)均勻?qū)ΨQ地擰緊。如果扭矩過大將會造成法蘭脫開或泄漏;扭矩過小則會造成法蘭被拉斷或者未完全擰緊。
管道試壓前必須進(jìn)行水壓試驗,檢驗合格后方可試壓,根據(jù)工程經(jīng)驗低壓管道在安裝完成后都要進(jìn)行一次水壓試驗。首先,用空載試壓方式進(jìn)行升壓,再用標(biāo)準(zhǔn)試驗壓力穩(wěn)壓12h后降壓至試驗壓力然后進(jìn)行沖洗,直到內(nèi)表面沒有滲漏現(xiàn)象為止。對于連接的不同接口,其試壓方法和要求也有所不同,金屬管道系統(tǒng)一般采用靜壓方法或升壓法試壓法進(jìn)行壓力試驗,對于焊接結(jié)構(gòu)的管道系統(tǒng)試壓宜采用內(nèi)外坡口無損探傷檢驗法,對于球閥、旋塞閥等彈性元件連接的管件,應(yīng)先將管接頭處封閉后再進(jìn)行升壓法試壓,低壓管道系統(tǒng)在試壓時內(nèi)徑尺寸允許偏差為±1%。在進(jìn)行低壓管道系統(tǒng)試壓時應(yīng)注意其精度和焊接質(zhì)量[7]。
工業(yè)管道由于其使用環(huán)境的特殊性,在長時間的使用過程中經(jīng)常需要運輸一些具有強烈腐蝕性的物質(zhì),因此需要對工業(yè)管道實施必要的防腐蝕處理,避免管道材料受到嚴(yán)重的腐蝕破壞而形成巨大的安全隱患。聚氨酯直埋保溫管自30年代聚氨酯合成材料誕生以來,一直作為一種優(yōu)良的絕熱、防潮、防腐材料而得到迅速發(fā)展,其應(yīng)用范圍也越來越廣泛,更由于其施工簡便、節(jié)能防腐效果顯著而被大量地用于各種供熱、制冷、輸油、輸氣等多種管道。如何設(shè)計和制作保溫管是一個技術(shù)活,需要設(shè)計人員和施工人員具有較高的技術(shù)水平。保溫管道的材質(zhì)有很多,常用的有鋼質(zhì)聚氨酯保溫管、鋼質(zhì)架空聚氨酯保溫管、鋼木復(fù)合保溫管以及不銹鋼預(yù)制保溫管等[8]。鋼管表面處理方法:1)脫脂:采用化學(xué)酸洗和高溫?zé)峤聪嘟Y(jié)合的方法去除表面油污;2)拋丸除銹:采用拋丸除銹設(shè)備對鋼管表面進(jìn)行拋丸除銹,使鋼管表面達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn);3)噴砂除銹:采用噴砂設(shè)備對鋼管表面進(jìn)行噴砂處理,形成良好的粗糙面;4)靜電噴涂法:采用靜電噴涂設(shè)備對鋼管表面進(jìn)行靜電噴涂環(huán)氧粉末。其特點是將環(huán)氧樹脂和聚乙烯所共有的耐候性及耐磨性等性能融為一體形成優(yōu)異的復(fù)合材料,適用于石油天然氣化工熱力電力化工供水等行業(yè),輸送腐蝕性介質(zhì)的工藝管道和特種設(shè)備。該產(chǎn)品由底漆和面漆組成,由環(huán)氧樹脂、煤焦油瀝青、顏料及填充料等組成;5)環(huán)氧樹脂固化體系中含有活性極大的環(huán)氧基團(tuán),賦予環(huán)氧固化物特殊的性能及較高強度,適用于中低壓煤化輸送管道工程造價低,該產(chǎn)品有良好的機械性能和絕熱性能、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能好,因此在工業(yè)管道的防護(hù)處理工作中應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯。
從目前的應(yīng)用來看,管道連接方式主要有三種:現(xiàn)場安裝、現(xiàn)場焊接和管件連接。不管采用哪種方式,都需要用到閥門,特別是球閥和蝶閥,其功能都是起到關(guān)閉嚴(yán)密、釋放壓力的作用。在閥門和管道的連接中,管件連接方式主要有兩種:焊接連接和法蘭連接。隨著工業(yè)發(fā)展以及制造工藝要求,工業(yè)管道也越來越多采用管件連接。不過,在很多情況下需要焊接連接?,F(xiàn)場安裝指的是先要把管件的端口找好,再把對應(yīng)的閥門、法蘭以及固定用的夾具安裝到位,目前除了化工管道外,大部分管道都采用現(xiàn)場安裝方式,因為這種安裝方式需要專業(yè)人士來完成,同時還需要安裝單位提供專業(yè)的服務(wù)保障。管道內(nèi)防腐工藝分為兩種:物理防腐和化學(xué)防腐,其中以化學(xué)防腐為主[9]。在制造工藝中,焊接接頭是管道內(nèi)防腐工藝中一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。工業(yè)管道一般不會出現(xiàn)泄漏問題,但是如果出現(xiàn)泄漏后果也比較嚴(yán)重,所以一般都會采用應(yīng)急處理方式解決泄漏問題。目前很多企業(yè)已經(jīng)使用管道內(nèi)腐蝕檢測儀來檢測工業(yè)管道是否存在內(nèi)腐蝕問題,管件連接時也有一些細(xì)節(jié)要注意,比如在現(xiàn)場施工時要根據(jù)實際情況確定使用管件類型,避免不同廠家生產(chǎn)不同類型產(chǎn)品,在施工前要先檢查外觀是否完好,如發(fā)現(xiàn)有損壞或變形必須及時修理并重新焊接,需要采取必要措施防止應(yīng)力集中出現(xiàn)裂紋等缺陷,保證工業(yè)管道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,防止出現(xiàn)管道嚴(yán)重破裂或者其他的安全隱患問題。
工業(yè)管道工程施工是我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中非常重要的組成部分,通過上述分析可以看出工業(yè)管道的使用環(huán)境比較復(fù)雜,經(jīng)常需要運輸一些易燃易爆、強腐蝕性和有毒性物質(zhì),因此對于管道施工的密閉性、抗腐蝕性和安全性要求標(biāo)準(zhǔn)相對較高,要求工程施工單位需要結(jié)合實際施工情況,對工業(yè)管道施工中的注意事項以及關(guān)鍵性的施工技術(shù)要點進(jìn)行全面把控,保證工業(yè)管道工程施工順利完成,并且達(dá)到預(yù)期的工作目標(biāo),實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的更高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。