管道工厂化预制及其应用实例

祝俊斐 张静芬

（浙江工业大学化工设备有限公司，杭州311112）

长期以来，受限于技术的发展，我国在化工、石化等行业中管道施工一直采用传统的管道制作方式。传统的管道制作方式主要以现场制作为主，其对管件的所有处理工作，诸如划线、切割、坡口加工、组对、焊接等，都是在安装现场完成的。传统的管道现场制作方法受到现场条件的限制，存在着质量难以控制的致命弱点，同时，它还存在生产效率底、劳动强度大的缺点。

近几年，随着我国经济的迅猛发展，管道工厂化预制方式在我国悄然兴起，并得到了很好的发展。2014年3月1日正式实施的HG/T 21641—2013详细规定了化工、石化行业的管道工厂化预制的技术要求，包括设计、预制、检验及产品交付条件等，有效推动了管道工厂化预制的进展，极大地提高了管道设计水平，并且很好地保证了管道安装质量[1]。在行业竞争日益激烈的今天，管道工厂化预制在保证工期、缩短建设周期和保障管道装置的质量等方面取得十分突出的成果。

1 管道工厂化预制的内涵

1.1 定义

HG/T 21641—2013中对“管道工厂化预制”的定义是：“将一个或数个管段在工厂（车间）完成组装、焊接，形成一个整体的过程。”

对该定义展开讲，管道工厂化预制就是施工企业在项目所在地或异地建起工厂或预制场地、按照工业产品制造作业方式，配备管道预制所需的全部机械装备，在工厂或预制场地内完成大部分管道的加工制造、检验和试验、防护和包装等工作，预制好的管段送往现场各个单元或装置区进行现场组装、焊接。

1.2 流程及注意事项

结合多年的生产实践经验和HG/T 21641—2013的有关规定，对管道工厂化预制的流程加以概括（参见图1），并就生产中各个过程中应该注意的事项进行了总结和梳理，以供业界参考和借鉴。1)设计：依据相关要求，完成工厂化预制的管道的设计文件，包括管道轴测图和设计说明等。

图1 管道工厂化预制流程Fig 1 The prefabrication process of pipe factory

HG/T 21641—2013中对管道轴测图和设计说明做了详细的规范说明。管道轴测图应表示以下内容：①管段端点坐标、标高；②管子、管件（含弯管）、法兰、阀门、特殊件的名称、规格、几何尺寸、材质、端部型式、压力等级、标准、数量；③管段的操作参数、设计参数及绝热厚度；④介质流向和安装坡度；⑤支吊架安装位置；⑥需要冷紧的冷紧口位置及冷紧值；⑦管道等级分界点。设计说明应包含对管道工厂化预制的各项常规技术要求和特殊技术要求，预制的公差要求，焊接、热处理要求，试验和检验要求，防腐要求，包装运输要求。

2)原材料准备：依据设计文件的规定，购置相应材质、规格、型号的管道预制材料。如果需要使用替代材料，必须征得委托方或设计方的同意和书面确认。同时，管道预制所用的材料、管道组成件等应有制造厂的质量证明书，其质量不得低于国家现行标准和设计文件的规定。

3)加工制造：对原材料经过下料、弯制、机加工、焊接、热处理、化学清洗和缺陷处置等操作，制造出符合设计文件标准的管道组成件或管段。在加工制造的过程中，所有的成品都必须符合HG/T 21641—2013中成品偏差的规定，这些偏差包括长度偏差、凸台和接管座偏差以及法兰偏差。

4)检验和试验：质检人员依据规定对管道组成件进行各项检验和试验。这些检验和试验应该包括（但不限于）：外观检测、无损检测、硬度检查、金相检验和压力试验。对管道组成件的外观检查、结构尺寸、焊缝、螺纹及螺纹连接组件、两端坡口尺寸和弯管内表面的清理检查应逐个进行；要求热处理的焊缝和弯管，在热处理后应进行硬度检验；对输送毒性程度为极度危害流体或设计压力大于等于10 MPa的弯管制作后，应对弯部逐一进行100%表面无损检测。如有必要还应增加弯管外侧超声波探伤，以排除弯管外侧内部弯制过程受拉应力而形成的缺陷。对于铬钼合金钢、含镍低温钢和不锈钢材料的管道弯制检测合格后，应对材质进行复验确认并记录，提供无损检测数据报告和看谱报告。

5)防护和包装：对管段的内外表面应采用适当的方法清理后，进行必要的标记，然后施以油漆与防护，并对管段进行适当的包装，防止储存和运输中互相碰撞和变形。

6)交付验收：验收包括工厂验收和现场验收。工厂验收是指预制单位按工厂化预制技术协议规定的范围完成全部管段预制后，其组织的对每一段出厂管道及其组成件进行严格检验，按相应的交付文件的检查纪录对照是否符合设计文件及HG/T 21641—2013的要求。现场验收则指业主（订货单位）或受业主委托的现场施工单位对到货的预制管段进行的检查、验收。

2 管道工厂化预制的优势

根据上文介绍，传统的管道预制工作是在现场进行施工的，这样就会存在一些不足，工作环境艰苦、功效低，对专业性较强工种的个人技能要求较高，施工质量不稳定，管理难度较大等[3]。而管道工厂化预制的实施，可以很好的解决这些问题。因此，结合生产实践经验，笔者从质量、效率、成本和管理等4个方面，对管道工厂化预制的优势进行论述。

2.1 质量优势

化工、石化等行业都是大工程，以油、气为原料的300 kt/a合成氨装置，工艺管道约70 km；以煤为原料的300 kt/a合成氨装置，工艺管道约100 km[2]。管道质量的好坏不仅关系到工程的适用性和经济性，而且也与人民生命财产密切相关。

人，是保证质量的第1要素。人机工程学的研究告诉我们，人可以在不同的温度和气候条件下进行工作，但恶劣的气候和温度条件会对人的工作带来不利影响。环境条件会影响到生理表现，例如，寒冷条件会使得手指麻木，降低工作人员的工作能力，而强风能够使人分心。恶劣的环境条件也能导致生理和心理疲劳。管道工厂化预制的实施过程中，可以避免高温、严寒、强风、暴雨等恶劣天气对施工中的人的影响。

设备，是保证质量的另一重要因素。工业管道安装和土建施工、工艺设备安装关系紧密，而施工现场客观因素较多，传统的管道预制工作是现场制作、安装，必然与土建、设备安装施工交叉并互相影响，甚至根本就不具备管道作业条件，一些工艺设备的无法使用不仅影响工作效率，更严重的是会对管道的质量产生不良影响。管道工厂化预制实现了异地预制，可以做到不受土建和设备安装条件的限制，这也保证了管道工厂化预制的质量提升。

还有更重要的一点是，管道工厂化预制有完善的质量管理体系。对于一些工艺比较复杂的管线，对其焊接时，需要进行之前的预热，等到焊接完成后，需要进行后热、X射线拍片以及热处理流程，这些过程，在工厂进行时都可以做到严格的质量控制。在管道出厂前，要先经过工厂验收，到达现场还要进行现场验收。因此，工厂化管道预制中，很容易实现其质量控制，可以让质量得到相应的安全保障。

2.2 效率优势

工作效率一般指工作投入与产出之比，通俗地讲就是在进行某任务时，取得的成绩与所用时间、精力、金钱等的比。产出大于投入，就是正效率；产出小于投入，就是负效率。效率的高低直接影响到企业的利润。

大型项目的施工一般都是总承包模式的，工艺设备及主要附件（如阀门）等一般由业主采购供应，在这个过程中，任何一个环节出现脱节，就会影响下一个环节的顺利进行，各个环节互相制约、影响，往往不同程度滞后，工程项目整体效率大大降低[4]。而管道工厂化预制都在工厂内完成，可以完全不受工艺设备、附件等到货滞后的影响，这样可以大大提高工作效率。

工厂化的管道预制拥有着先进的机械设备，而且工作效率很高，快速增加了劳动的生产效率。正常的流水作业，可以连接所有的工序，使工序正常运营，这样就能实现集中化，大量减少临时电缆施工，提高施工效率。

另一方面，管道工厂化预制可以做到提前预制。管道工厂化预制是在专门的工厂进行生产，即使在施工现场没有管道开工，在工厂内同样可以进行管道的预制，这样可以有效地缩短施工工期，大大提高工程项目的效率。

2.3 成本优势

化工、石化等行业中管道施工的成本主要包括原材料成本、机加工成本、吊装成本、人工成本和管理成本等[5-6]。相对于传统的管道预制施工，管道工厂化预制的成本优势则主要体现在施工成本、吊装成本、人工成本和管理成本的大大降低。

1)运用管道工厂化预制技术，有利于施工集中管理，合理配置、有效平衡施工场地、劳动力及施工机械各种资源。提高资源利用率，有效降低施工成本。

2)预制场地机械设备齐全、作业场地宽敞，无高空作业，易形成流水施工，并能实现提前预制，有利于降低劳动强度、降低吊装成本。

3)管道工厂预制对专业性较强的工种，如管道工、焊工的个人技能要求没有传统的管道预制的要求那么高，所以人力资源投入成本可以大大降低。

4)设备、生产和人员的管理难度降低，可以降低管理的成本。

2.4 管理优势

化工、石化等行业中管道施工是一个系统工程，有效的工程管理是保证一切工作顺利进行的基础。

在工厂化预制中，解决了传统管道预制分散管理的难题，可以对设备、生产线和施工人员进行有效地集中统一管理，不仅节约了人力和物力，在财力方面也有相应的节约，大大提高了经济效益。

同时，集中统一管理有助于提升技术水平及管理水平。运用管道工厂化预制技术，借助先进的计算机辅助管理。有利于新技术、新工艺、新机具、新材料的推广应用，提升技术水平，推动企业技术进步。

3 应用实例

某公司φ1 800 mm醇烃/烷化合成氨项目，投资2 200多万元，其中加工管子、弯头、阀门、法兰、变径管等部件，合同期要求在90 d内完成产品30%交付任务，230 d内完成全部交付任务。该项目高压管最大规格首次使用φ355.6mm×55mm的口径（相对来说比较难弯制），其他规格还有φ273 mm×40 mm，φ219mm×35mm，φ127mm×21mm等。

在设计图纸中，有些管道要绕过障碍物需要特殊角度弯曲，有的要跨越沟渠需要弯曲成立体弯，还有的要按规定路线走暗道需要弯成U型弯或者是S型弯，如果前期不把能预制的先制作好，就去解决这些特殊弯头，需消耗大量精力与时间去解决这些难题。还有些设备口弯头的直边比较短，而往往这些部位要与设备口需要螺纹法兰连接，这就需要弯头在弯制后进行镗螺纹和密封面，因为要是先车好螺纹再弯制，因此螺纹口往往容易变形，易导致安装后试压密封面泄露事故，造成不必要的损失，也对工程质量造成一定的安全隐患。还有些管道的铺设路程比较长，有的超过60 m，这需要在按图纸要求对管子进行锯下，车坡口、开孔等再进行施焊，把管段焊接起来检测合格后运抵现场。

通过图纸的比对，可以提前预制一些管道焊缝，避免在较难焊接的位置进行焊接工作，厂内焊接也相对容易保证质量，以上这些完完全全可以在工厂化预制期间得到解决，按照图纸要求提前安排好各道工序，按企业标准的要求完成好各段预制管段加工工作（包括下料-车加工-弯制-焊接-热处理-检验-包装），把通过验收合格的产品交付客户手中。

这些管道的加工工作要是按现场安装到哪制作到哪的普通加工制造模式的话不但效率低下，而且管道产品来回运输的成本费用也不低。同时还要花费大量额外的人力物力，比如说机弯弯头，同一规格的管子可以按顺序弯制无需更换模具，统一弯制也大大缩短工期，要是经常更换弯制规格，这要更换模具需要人来操作就需要增加企业的加工成本还浪费了时间。再如，镗螺纹与密封面来讲，在工厂内预制可以按流水线工作，把可以加工的管子集中吊装一起加工，只要2个工人足已应付，而且有航车配合吊装，可以节省不少时间，加工周期短工时费用也少，要是按现场施工进度再来加工螺纹口，这就使得整体工序有点拖拉，工人空闲下来还得额外开代工费。再如，管线的组合焊接，可以按照现在公路允许运输的长宽高比例，把能焊接的管段在工厂内焊接，并通过X光拍片合格，验收合格后运抵现场，预留少数焊接口在现场焊。要是现场焊接的焊缝多了，有的还要架子工搭施工架子，更有的还要配合吊机高空焊接。焊工的劳动强度就加大，而且有些部位施焊难度实在太大，难以保证焊缝质量。

现场各类检测费用开销也大，一个工程项目下来有一笔不小的开支费用，这样总体下来就与投标来的成本盈亏不成比例，导致公司财务运转紧张，还不能按期完成合同生产任务。

正是通过工厂化预制技术，工程交付期限提前了42 d，节约资金260多万元。按图纸提前预制加工了各类规格高压弯管、直管、变径管130多件，焊缝40多道口。为客户提前安装设备投产并产生效益提供了有效保障，得到客户单位的好评。

4 结束语

为了适应生产发展的需要，解决传统管线制作中存在的问题，提高管线制作质量，保证安全生产，管道工厂化预制思想应运而生。建立工厂化的管道制作场所，实现管道制作的“三化”，即机械化、自动化、流水线化，以保证质量。如今，经过多年的付诸实施，并且伴随HG/T 21641—2013的正式实施，管道工厂化预制现己成为一项非常成熟的技术。

运用管道工厂化预制技术，采用预制现场、施工现场管理与工期、质量、技术、安全、成本、信息管理等多方位、多空间、纵时点的综合管理，有效推动了管道工厂化预制的进展，极大地提高了管道设计水平，并且很好地保证了管道安装质量，使得管道工厂化预制相对于传统的管道预制方式在质量、效率、成本和管理4个方面的优势尤为突出。

[1]HG/T 21641—2013管道工厂化预制技术规范[S].

[2]杨守全.管道预制工厂化现状及发展趋势[J].石油化工建设,2007,29(1):13-16.

[3]武思进,池志超.工业管道安装工厂化预制技术的应用[J].安装,2014(9):36-38.

[4]李春芬.工厂化预制技术的应用[J].化工管理,2014(32):128.

[5]刘军旺.管道工厂化预制技术在吐哈油田工程中的应用[J].化工管理,2014(20):114.

[6]李运亮.石油化工管道的工厂化预制[J].中国新技术新产品,2010(6):146-147.