海洋石油管线施工质量控制及数字化

王朝，贾必玉，曾凡善，杨万广，徐景林 (海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

0 引言

海洋石油管线由于其输送的流体具有易燃易爆等危险性质，所以管线施工是海洋石油平台及FPSO建造的重点控制项目。本文结合目前国内海洋石油平台及FPSO[1]管线建造的特点，提出海洋石油管线质量控制流程及控制要点，并引入数字化程序，实现海洋石油管线质量控制的线上管理方式。

1 管线控制流程

管线控制流程如下：验货—材料确认—下料—组对检验，材料追踪—焊接监控—外观检验—NDT(无损)检验—管线释放—现场监控—现场组对—现场外观—现场NDT 检验—试压包准备—查线—法兰管理—关闭尾项—冲洗—试压—干燥内窥镜检验—恢复。

1.1 材料验货

根据到货清单、采办要求、材料标准和项目规格书的要求，核对到货材料外观、尺寸、数量、壁厚、标识。根据厂家证书核对材料元素含量、机械性能、检验项目、检验试验项目的完整性及证明文件齐全。目前很多国内厂家出具的证书，未附有检验项目的证明文件，只有检验项目下的结果合格，这需要改正。管线的承压件要满足 ISO 10474 或者 EN 10204 要求，证书类型至少满足 “TYPE 3.1”要求，即证书中取样试验的材料必须是从到货的这批材料中取样。检验材料标识、物料号满足采办料单并且和到货清单一致，不合格的出具不合格报告，并且把不合格品放置在特定的不合格区，防止不合格品未经处理进入项目建造过程中。尺寸、壁厚、偏差需要根据材料标准核对，确定是否满足材料标准要求。

1.2 材料确认

材料确认是保证领入到车间中的材料是经过验货合格的该项目材料，核对材料标识、物料号，进行材料验货数据库中数据比对，保证追踪的炉号和批号是材料数据中已验货合格材料。同时可以给材料分配一个特定的材料追踪号，这个号码可以反映项目名称、采办方、材料名称、等级、特殊要求等信息，方便项目后期的跟踪。

1.3 下料

按照排版图下料，过程中进行材料标识转移，保证材料具有可追溯性，一般图纸的材料表中都有材料的用量和材料信息，通过多途径去核实所用材料的正确性。不同的下料区域也要分隔开，碳钢区和不锈钢下料区分隔开，防腐材料和非防腐材料区分开，防止材料混用。

1.4 管线组对和材料追踪

根据图纸及下料尺寸选择正确管线管件，按照下料过程中转移的材料信息进行材料追踪。检验组对坡口间隙、钝边、错皮量、直线度、法兰偏转方向、图纸阴影部分转角，管线垂直度、平行度满足要求。追踪对象为焊口两端材料。管线组对要保证焊接接头型式满足焊接工艺要求，坡口打磨距离至少为20 mm，保证焊接时污垢、铁锈不会污染焊道，同时环焊缝需要一定距离，比如3 倍壁厚或者50 mm，防止应力集中。组对不锈钢的工具也要用专用工具，防止不锈钢和碳钢工具混用，导致污染使不锈钢生锈。对于热切割的焊口，要去掉氧化层，打磨出金属光泽，保证母材材料的纯净性。一般要求内错皮不大于1.5 mm，如果达不到要求。可以采用经过批准的堆焊去满足内错皮要求。对于现场加工的成品件，如把成品的45°弯头切割成现场需要的30°弯头，切口处需要做无损检测，防止母材分层裂纹等缺陷。

1.5 焊接监控

焊口预热温度满足电流电压热输入在焊接工艺指导书范围内。预热温度要均匀，要保证坡口100 mm范围内都是加热面，在加热源离开1 min 后，对母材进行测试，保证温度满足焊接工艺要求。预热过程中测量工具要经过校验，并校验合格在有效期内。一些项目只要求用接触式测温设备，这时非接触式测温枪就不能使用。对于精度要求严格的管线或者法兰，焊接过程中用水平尺和角尺进行控制，保证焊接完成后水平度、垂直度公差仍满足项目的要求。对于插焊焊口至少焊接两道。背部有保护气的焊接工程，一定要焊接到壁厚的一定范围，才能把保护气撤离。如果现场环境比较恶劣，就需要采取挡风措施。

1.6 外观检验

焊缝外观饱满，无咬边、未焊满、飞溅、气孔等缺陷，焊缝内外余高满足要求，在焊口附近位置画上焊接信息框，记录焊工、焊接工艺信息。测量管线水平、法兰垂直度满足要求，焊接完成后总长度公差满足要求。外观检验要具备相应资质，比如美国焊接协会注册检验员、欧标国际焊接检验员。这些要求应在项目规格书中体现。

1.7 NDT(无损检验)抽检

按照设计管线清单(linelist)，对焊口进行射线、磁粉、渗透、硬度、铁素体、合金元素分析等的NDT 抽检，建立焊口批次，保证每个焊口批次抽检比例，追加的焊口数量满足要求，追加口具有可追踪性。对于项目特殊要求，如比例覆盖要同时满足：管线系统、管线材料、管线等级、壁厚、尺寸、焊接工艺、焊工。对于生活楼附近30 m 内管线，进行100%NDT 抽检。无损检验可以统计焊工的合格率，找出不合格原因，为后期避免类似缺陷发生提供资料。当然能力不合格焊工，连续达不到项目合格率焊工会被开除，或者停工培训，合格后才能再次进入项目施工。

1.8 管线释放

管线外观检验完成、NDT 比例抽检完成、结果合格、管鞋等附件完成[2]，可以进行管线释放，进入油漆环节。按照图纸测量管线长度，测量合格后进行管端挂牌，保证油漆完成后管线的可追溯，分配二维码[3]进行跟踪。管线释放前要做焊口追踪记录表，把放行管线的焊口、材料、组对、外观、NDT 信息、NDT 结果、抽检比例覆盖等都安排专人核实一遍，确保都已满足项目要求，才能释放。

1.9 现场监控

现场监控包括管线组对、外观、NDT 抽检、安装尺寸控制[4]等内容，要参照车间预制的要求执行。

1.10 试压包准备

试压前要具备以下条件：批准的试压程序、试压图、安全阀能力及安装、压力表和检验证书、P&ID 和三维图、管线清单和焊口追踪表、查线尾项清单、恢复尾项清单、法兰管理报告、干燥方法、管汇试压证书。设计部出完试压包后下发给检验人员和施工人员，检验人员和施工人员根据试压包中的P&ID 和三维图进行查线，记录尾项。试压包一般由设计部准备，准备过程中要把试压包中的所有图纸全部核查一遍，确保都是最新版次，并且把试压包的试压介质、试验压力、特殊检验要求，如：内窥镜检测等都要写到试压包封皮上，方便施工人员获取上述信息。

1.11 法兰管理

要对管线上的法兰节点进行法兰管理。法兰管理操作人员要取得相应资质(可以是具有资质的第三方培训颁发，或者公司内部培训颁发)，工机具校验合格并在校验期内，螺栓垫片规格、材质、型号和图纸一致，扭矩顺序满足要求(一般为十字线法)，根据法兰管理程序确定是否需要涂抹润滑油。记录30%、60%、100%扭矩扳手或者拉伸工具扭矩值，做完合格后挂上标识牌或者铅封。法兰管理也需要建立跟踪表，方便后期查找问题节点的施工人员和施工机具信息。

1.12 关闭尾项

对于管线修改或者动火的尾项，需试压前修改完成，避免重新试压，同时施工方、检验、业主三方签字认可。尾项要写得清晰，如可采用图纸号或者管段号去跟踪尾项，方便后期现场处理尾项。

1.13 清洁

试压前，需要按照清洁程序，进行水冲洗，或者进行高压水冲洗，去除管线内部杂质、脏污。清洁工作贯穿整个施工工程中，在车间施工过程中要对管内部杂物进行清理，预制完成后进行管帽防护，在管线现场安装吊装前要进行清洁，保证管线内部无杂质，以保证后期现场焊接完成后进行水冲洗或者高压水冲洗时，较容易达到清洁标准。清洁过程中，需要把软密封阀门移除，防止杂质进入到阀门中，对于球阀是否在线，根据厂家要求执行。

1.14 试压

试压水质须满足要求，至少在管线高点和低点安装压力表，低进高出，保证空气排出。试压按照试压图步骤进行试压，稳压时间满足要求。用机械式或者电子式记录仪进行记录，压力降满足要求，对于温度低于5 ℃时，脆性材料需采取措施，对于管线尺寸较大的，核实是否需要支撑。试压完成后，把水排放干净。

1.15 干燥/内窥镜检查

管线试压完成后需把试压水排放干净，并用低于空气露点的干燥空气进行吹扫，保证管内水被吹干，并且露点满足要求。吹扫顺序先分支后主管，可以放置一块白布在管端，白布上无吹扫出的杂质为合格，对于关键性管线，需要进行内窥镜检查，保证里面的焊缝，清洁度满足要求，对于走向弯曲较多管线，从管线两端进行内窥镜检查。

1.16 恢复

对于试压或者干燥过程中移除的阀门、流量计进行复位，去除管线两端的临时盲板，保证管线交工。

2 管线施工控制数字化

粗放的管线施工管理是建立一个数据表，把每次检验数据汇总。该做法无法保证数据的完整性，并造成耗费人工成本高、出错率高等缺陷，不满足项目日益严格的管理要求。引入软件管理，把管线施工控制通过软件系统来实现。以数据表为依据实现完整性检查和逻辑性检查，并通过施工进度界面可视化实现管线施工和质量控制。该软件底层控制逻辑是材料表和焊口表联接扩充。

2.1 建立材料和焊口两个数据表

材料验货完成后，建立材料表，完善材料数据库；以三维图建立焊口数据表。这个两个表的连接点为图纸焊口号，通过材料追踪检验实现材料和焊口数据表联系。以图纸焊口号为唯一追踪标记把组对外 观NDT 检验等检验项串联形成数据总表。数据总表可实现管线释放和批次管理等具体要求，也可以形成焊工合格率的周统计、月统计等报表。同时系统可直接提取信息生成验货报告、材料追踪报告、组对外观报告，铁素体、热处理等检验报告和施工进度直方图等。

管线施工过程对焊口管理越来越严格，ASME B 31.3 引入了焊口批次管理的概念对焊口进行批次管理。批次管理可以缩短管线焊口释放时间。如果不定义焊口批次，当一个管线系统中后期施工中出现一道口返修，就需要追加焊口。该追加焊口极端情况是已经油漆完成并释放到安装现场。这种情况需要去现场找到该管端并去除焊口油漆导致工作量成倍增加。焊口批次管理可以解决该问题，焊口批次定义为“一天所焊接完成焊口为一个批次”(也可以根据需要定制)，把这个周期内的焊口分配批次，分批次检验合格释放。该软件可实现批次管理功能。

2.2 在法兰数据库中建立法兰管理节点数据表

法兰管理检验通过法兰管理节点数据表去控制，数据表中以法兰节点为追踪项，上面有每个法兰节点的法兰材质信息、所用螺栓材料信息、垫片信息、扭矩信息。法兰数据库里需要报检填入的信息为：操作人员信息、力矩扳手、液压工具信息、挂牌时间、有无重新打开、二次法兰管理完成时间等。

2.3 建立试压包清单跟踪表

以试压包清单去控制试压环节中的查线、清洁、试压、干燥、恢复等检验项目。试压表的管理条目，可以以试压包号为单位，去管理尾项和试压工序，记录每个步骤的检验时间，可以形成项目进度的可视化管理。结合焊口追踪记录表，可以直接生成试压包的焊口跟踪表，这样在整个项目施工的过程中，就自动完成了文件类工作，减少文控人员的工作量，也减少人为出错的概率。

2.4 数据库的配置

可以根据项目或者项目的组块单个配置，以利于分项目、分组块统计。单个项目可以导出总的报告列表，也可以导出分项的单个报告。比如射线委托，可以导出总的委托总表，也可以把单个委托的报告逐一导出。同时也可以按照项目报告格式配置报告，也可以按照自己喜欢的方式配置焊口信息追踪表，供检验人员、独立审核的第三方使用，真正做到检验项目都有记录和跟踪。

在每个控制逻辑下，建立相应的报检申请和检验确认，及出具报告，同时系统也可以设立焊工表、WPS 表，形成焊工有效期、资质覆盖、焊接工艺有效性等管理。

3 结语

海洋石油管线材料种类多样，等级比较复杂，质量控制流程也比较繁琐，而且环环相扣，每一步都会影响下一步的工作。所以在管线质量控制过程中，每一个步骤都必须充分重视，才能保证管线的质量。通过把控管线控制重要环节，运用数字化管理可以保证管线的施工质量，同时提高工作效率。