管道工厂化预制技术在建筑机电安装中的具体应用

张杰淳

1 管道工厂化预制的准备工作

1.1 建设完善的管道工厂化预制场地

机电设备管道结构形式多样，既可现场制作又可工厂化预制。其中，工厂化预制作业需建设专门的工作场地并形成完善的功能分区，以便于各项工序的顺利开展。预制工厂内包括以下几个分区。

（1）管材存放区。堆放管材的场地应平整、坚实、不易积水、无地下电缆，并且场地周边区域内无酸性、碱性物质。同时，为了防止场地内积水，还需设置排水沟。管材摆放前需在场地内设置支垫，如槽钢支架、枕木等，避免管材直接与地面接触，从而达到防潮、防锈蚀的效果。管材采用梯形、三角形或者压缝式码放，确保足够的稳定性，并按照材质、规格等分类，做好场地内的材料标识。

（2）下料区。管材多为4 m ～6 m，加工时需根据实际需求进行下料操作，切割出需要的长度。下料区专门为管材下料切割服务，常用切割方式包括氧乙炔气割、电动砂轮切割等，具体切割方式的选择取决于管道材质和直径等因素。

（3）组对焊接区。在预制工厂组对焊接功能区内安装有多功能组对机头、移动式滚轮支撑小车以及行走式悬臂焊接小车等设备。组对焊接区适用于具有多道焊缝的长管段的组对焊接，在各种可移动设备的支持下实现连续组对与焊接作业[1]。

（4）无损检测区。完成焊接的管道需对焊缝开展无损检测，目的是排除气孔、夹渣、未焊透以及裂纹等焊接质量缺陷，因此在预制场地内要设置无损检测功能分区。管道无损检测主要采用射线探伤技术，因为射线具有强烈的辐射作用，所以要加强无损检测功能分区的安全管理，在检测期间做好防护工作。

（5）热处理区。管道预制中的组对焊接工序易产生残余应力，对焊接管道的结构稳定性和安全性造成了较大威胁，因此在预制管道时需采用热处理工艺，在预制场地内设置热处理区。热处理的主要作用是消除管道残余应力，改善其机械性能。

（6）成品管道存放区。这一功能分区主要用于暂时存放焊接加工完成的成品预制管道。在成品管道装车运输前要做好保护工作，主要采取管道两端封口、防雨、防潮、防锈蚀等措施，并对成品管道逐一编号，防止混淆。

1.2 关键技术准备

（1）设计交底和图纸会审。设计交底和图纸会审是管道工厂化预制的重要技术环节，其目的在于促进预制厂技术人员正确理解机电设备工艺管道的设计意图，熟悉相关设计规范，并根据图纸掌握管道预制加工的质量控制要点[2]。另外，预制厂技术人员在图纸会审阶段要检查管道设计方案的合理性，一旦发现设计缺陷，应向业主方说明相关情况，推进设计变更，消除设计缺陷。

（2）预制管段划分。预制厂内焊接加工管道时必须考虑后续运输和安装的便捷性，因此预制管段的长度不宜过大，如果管段上设计有分支结构，那么应在运输到安装现场后再组对焊接。合理划分预制管段是预制施工中的重要环节，其目的是控制预制管段的长度和结构形态，使预制完成的成品管段便于吊装、运输与安装，降低作业过程中的安全风险。总体而言，预制管段划分应提高管段的规则性、对称性，避免出现异形结构。在具体实施过程中可借助建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术构造管段的三维可视化模型，以更好地完成管段划分工作[3]。

（3）编制作业指导书。管段二次设计过程中要同步编制指导作业书，尤其要对管段的基础数据做出详细说明，如管段的长度、管径、弯头的弯曲度、管段材质、安装区域、具体编号以及连接工艺等。预制场地的工作人员要根据这些参数开展作业，编制完成后要进行严格的审核，不能出现任何差错，否则将影响后期的管道制作。

（4）焊接及无损检查人员资质报验。管道工厂化预制过程中涉及管道吊装、焊接等作业内容，而且焊接后还需开展无损检测[4]。由于这些工作属于特种作业范畴，因此要求从业者具备相应的资质证书，且证书的有效期必须符合规定，严禁特种作业人员无证上岗。管道预制工厂要对焊接、吊装以及无损检测人员的资质开展严格的审核与报验，涉及特种作业的设备也要严格执行报验程序，如起重吊车。

1.3 施工材料准备

管道预制工厂以管材和各种管配件（阀门、垫片、法兰、螺栓等）为基础材料，所有材料在进场验收、存储以及使用过程中都要进行必要的质量检查，防止将不合格的管材和配件用于管件预制。

（1）进场验收。供应商提供的管材到厂后需检查其质量证明资料、出厂日期以及出厂合格证书等，同时还要检测管道的外观质量，观察其是否存在变形、凹陷、气孔、裂纹等缺陷。通过抽样检查的方式检测管道的壁厚、管径以及防腐效果等是否满足质量要求，检测时要使用合格的工具，防止因工具存在误差而影响检测效果。

（2）存储管理。管道进场后要合理存储，应将其架设在支架或者木方上，避免直接堆放于地面。管道长期存储的情况下应暂时密封其两个端口，防止潮气或者动物活动污染、锈蚀管道内壁。另外，在存储管道时还要做出明确标记，记录材质、规格与编号等基本信息。

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2 建筑机电安装中的管道工厂化预制流程和技术要点

机电安装中的管道工厂化预制工序繁多，总体可分为下料、焊接、成品保护3 个核心工段，每个工段内又可细分出多个工序。以下将工段作为管道工厂化预制的管理维度，详细介绍每一个工段内的技术要点。

2.1 下料工段

（1）原料划线。根据待预制管件的长度，在管材上划线，并使用专业的测量工具提高精度。尽可能提高管道利用率，如果一节管道的长度满足多个管件的下料需求，那么应多次划线和下料。由于管道在下料过程中会产生一定的长度损失，因此划线时要考虑损失量，预留足够的余量。同时，在原料划线过程中还要同步做好管道的规格、材质等参数标识，所有管段都具有明确的位置要求，不可出现混淆。

（2）切割机加工。管道划线完成后即可开展切割作业，不同材质和管径的管道在切割方式上存在差异。例如，碳钢管道的直径和壁厚较大，主要采用气割方式切割下料，而不锈钢管道通常直径较小，按照规范要求可采用机械方式切割，如角磨机、电动砂轮机等。气割下料的精确度较差，机械切割有利于控制下料精度，因此在条件适宜的情况下优先采用机械切割。下料作业还包括在大口径管道上开孔，有些管道设计方案中需将小口径管道焊接在大口径管道上，形成主干和支路的结构形式，此时要在大口径管道上开孔，并以气割方式为主。开孔结束后还要处理切割处的坡口，使其形成有效的坡度。工程实践中主要使用手持电动砂轮机打磨管道的坡口位置，打磨坡口时要根据焊接工艺特点控制好坡度及坡口宽度。

（3）安全管理。无论是机械切割还是气割，都存在一定的安全风险。例如，电动砂轮机的砂轮片在切割过程中可能会破裂飞溅，因此要求作业人员必须佩戴必要的护具，其中最主要的护具是面罩；气割中使用的乙炔瓶和氧气瓶需保持足够的安全距离，防止泄露后发生气体爆燃[5]。

2.2 焊接工段

2.2.1 焊接管道的组对施工

直径较大的碳钢管道需要使用专门的支架将其架设至一定高度，常用方法是将倒链固定在支架上，然后利用倒链将大型工艺管道吊起，并调节其高度。还可以使用自制管托将管道支设至施工所需高度，并成不同管节的组对，然后进行管道打底。

2.2.2 焊接施工

（1）检查管口组对的效果。在焊接前需再次确认管口的组对质量，重点控制坡口钝边、坡口间隙、管口顶部以及底部的错边量等，确保所有误差都在合理范围内。

（2）管口定位焊。在实施满焊前通过点焊的方式固定管道，定位焊施工时可使用U 型卡辅助管口固定。

（3）根焊。如果管道壁厚较大，在坡口形成后难以一次性焊接到位，应按照从根部到表面的顺序逐层施焊。普通的低碳钢管道在焊接前要进行预热，主要目的是防止管道在焊接过程中出现裂纹。预热时的加热区域位于坡口及焊接部位附近，温度通常控制在100 ℃～200 ℃（不同管材存在差异）。焊缝的根部焊接可采用多种运条方式，如直线形前后往复运条、“V”字形运条、小锯齿形运条等，运条方式的选择取决于作业人员的焊接习惯。以直线形前后往复运条方式为例，其施工要点是焊接时焊条不做横向摆动，只做直线形前后往复摆动。这种运条方式的优点是焊条可直接深入焊缝根部，以极短的焊接电弧融化焊缝坡口两侧的钝边[6]。

（4）填充焊。焊接前先清理根焊时产生的飞溅和熔渣，若焊缝上存在不平整的焊瘤，则应将其打磨平整。填充层焊接的运条方法是横向摆动，并且摆动幅度略大，摆动方向为坡口一侧到另一侧，摆动速度较快，防止部分位置焊缝过厚。如果填充层焊接时采用多层焊接的工艺方法，那么焊接时要将每一层上的焊渣彻底清理干净，必要时使用钢丝刷清理焊渣，然后在这一基础面层上继续施焊。从根部向上填充时，填充层的宽度逐渐增加，当宽度较大时可采用排焊的焊接方法，此时要确保焊道饱满、均匀，尤其是侧边要充分熔合。

（5）盖面。盖面工序直接影响焊缝的美观性，盖面焊接的技术要点如下。第一，控制焊条角度。焊条与母材下方的夹角需控制在60°～70°，以便于焊条托住铁水，防止铁水下淌。第二，运条方法。管道盖面焊接时采用斜拉锯齿的运条方法，焊条在母材两侧稍作停留，中间部位一带而过，尤其是管道仰焊部位，运条速度要快。第三，避免上侧咬边和焊道中间过厚。在管道盖面焊接中容易出现焊道中间过厚、上侧咬边的质量缺陷，关键是要控制焊接工艺和操作手法[7]。

（6）无损检测。管道工厂预制要确保其焊接质量100%达标，因此在焊接结束后需全面开展无损检测，若检测出焊接缺陷，则需切开焊缝重新焊接。

2.3 成品保护工段

预制管段的成品保护是非常重要的一项工作，成品存储时要做好防锈、防污染以及分类标识等。预制完成的管段上要标识清楚基本信息，具体包括编号、管道规格以及管道工段等。进行成品保护时，先要将管道内壁清理干净，尤其是开孔的管道内部会沉积一定量的气割熔渣，必须做好清理和防腐处理，然后再使用塑料布将管道的两个端口封堵起来。如果管道上存在法兰，那么应采用硬防护措施，避免灰尘、雨水污染管道内部。同时，管道存储时要在其下方支垫木方，并且在木方底部提前铺设防潮篷布，防止潮气侵蚀管道外壁。另外，部分管道预制时会提前在管口位置打磨出坡口，运输至现场后再组对焊接，这是为了降低管道运输的难度。对于打磨过的管口，在存储和运输时也要采取硬围护，尤其是与阀门焊接的坡口。

3 建筑机电安装中管道工厂化预制的质量控制要求

3.1 按照规范使用焊条

焊条对管道的焊接质量具有深远的影响，使用时要保持足够的干燥度，潮湿的焊条容易引发各种类型的焊接质量缺陷，如飞溅、气孔等。焊条管理的重点是烘干，借助烘干措施可去除焊条中的水分。在预制工厂中制造加工管道时要规范烘干和存储焊条，不可将焊条随意放置在地面上，否则会导致焊条吸水受潮。规范的做法是将焊条保存在专门的焊条保温桶内，取焊条时打开保温桶的盖子，取完后立刻合上盖子，保证焊条始终处于干燥状态[8]。

3.2 严格控制管道预制的施工条件

管道工厂化预制对环境条件、管道切割以及打磨等都提出了严格的技术要求。环境条件方面要求管道预制场应具备防雨、防风、防潮等基本功能，若为封闭式厂房，则施工条件相对较好，防风、防潮效果优异；若作业环境为开放式场地，则雨雪、大风和大雾等气候条件下不可开展管道预制作业。对于管道切割、打磨以及焊接等关键工序，需做到严格的工序验收。

4 结语

管道工厂化预制是机电安装作业中加工管道的常用方式，在预制过程中要根据图纸合理划分管件，编制作业指导书。进入施工阶段后，重点做好管道下料、坡口打磨、打底、组对、焊接等关键工序，并根据不同的管道材质、管口直径采取正确的焊接工艺，通过无损检测技术检查管道焊缝中的质量缺陷。