管道工厂化预制技术在LNG 接收站码头安装中应用

赵云龙

中石化天津液化天然气有限公司 天津 300457

管道工厂化预制是指通过详图设计软件对管线进行排料和分段轴测图设计[1]。管道是能源、石化领域建设完成项目目标的关键步骤。管道工厂化预制可以提供各种需求的制作，可按照GB、SH、ASME/ ASTM、PED、JIS、GB、TS 等各种材料和制造标准完成制作工作。管道工厂化预制可涉及材料采购、切割、装模、焊接、涂装、内衬及涂装等全方位工作。预制厂一般配备有高技能焊工，能从事高强钢、合金钢和各种不锈钢等的加工。

1 LNG接收站码头管道工程特点

1.1 LNG接卸

这个系统通过特殊类型的不锈钢管道将LNG 码头和储罐连接，在极低温度（- 160℃）下将LNG 货船上的LNG 通过码头输送至储罐。由于LNG 货船吃水较深，LNG 码头设置在离岸较远地带，LNG 码头从海岸边向海里延伸能达到数公里之多。

1.2 LNG罐内储存

所有从LNG 货船上来的液化天然气都将储存在LNG 储罐内。LNG 储罐为专门为储存极低温度（- 160℃）介质设计的低温储罐，采用了两层罐体加绝热层，通过防止LNG 沸腾，使其维持在液态。储罐的外墙采用预应力钢筋混凝土或钢制，以达到LNG 的最佳保温效果。尽管有如此高的绝热性，LNG 储罐内仍会发生微小蒸发。LNG储存系统一般配备压缩机和再冷凝系统用来收集这种气体，并将其液化。

1.3 LNG增压和气化

增压气化是将LNG 提供压力后从液态转化为气态的过程。LNG 从储罐中抽出后增压到70～100bar 后通过换热器气化。一般来说，海水用于气化的热源，高压泵用于增压LNG。还有一些LNG 接收站配备有燃烧式汽化器，通过燃烧天然气来加热LNG，使其转化为气态。

1.4 气体外输

一旦回到气态，天然气在输送到天然气输送系统之前，要经过计量、气味化、分析等过程。由于天然气没有气味，故需要通过往天然气中加入四氢噻吩（THT）等气味剂，以检测最轻微的泄漏。

码头对于一个LNG 接收站至关重要,LNG 接收站很大一部分管道都分布在码头上。由于码头延伸海里较长、运输道路狭窄且管道工程量大，因此码头管道施工也是整个LNG 工程的一个重难点,下面介绍通过管道工厂化预制技术在某LNG 接收站码头安装中应用。

某LNG 接收站码头安装工程包含工艺管48km,给排水管道共28km。码头管道分布在2 层栈桥管廊上,栈桥管廊第一层设置有管径从DN10500～DN200 的四条LNG 工艺管线,此外还有一条DN600 的消防水管线。第二层设置有DN100 和DN50 的管线, 分别输送氮气和仪表风介质。

这些管道涉及的材质有4 种, 分别为GB/ T816320 GALV、GB/ T816320、A312TP304/ 304LCL1500- 96℃ 、A358GR304/ 304LCL1500- 196℃。这些不同类型的管道施工所涉及的技术标准、规范较多,技术性强、质量要求高。特别是整条管道安装为临海作业,常年处在海风环境中，作业安全风险大,焊接环境差,给焊接质量带来很大的挑战。特别是码头上的大口径DN1050 不锈钢管线,此管线位于栈桥管廊一层,跨越整个码头，该条管道的安装是LNG 接收站码头施工的重点和难点, 在施工前根据现有施工车辆性能、码头承载能力及道路条件,合理规划作业流水，提前预制管道。

2 管道工厂化预制的特点

管道工厂化预制一般可分为两种管道预制方式，一种方式是固定式管道预制方式，另一种方式则是移动式管道预制方式，这两种方式分别适用不同的工作环境中。所谓固定式管道预制方式为设置固定的管道加工预制厂区，虽然其占地面积较大，但设施齐全、生产能力大，能够允许多条管道预制流水线同时作业、集中加工，一般适用管道安装量大、需求集中且稳定的情况。相较于固定式管道预制方式，移动式管道预制方式没有固定的生产预制厂区，而是将“切割/ 坡口”“组对”“自动焊接”都分别集成在便于布置较快、移动方便的集装箱内。这种方式一般服务于施工周期较短项目，每个集装箱就是一个模块化单元，设置灵活，不受场地限制，可以方便地随着项目变化而灵活调整。各个集装箱单元之间还可以通过合理组织物料流动搭接实现更有效的作业衔接，提升整体预制效率。这种方式既可以满足管道预制需求又能节省施工成本，具有极高的性价比。管道工厂化预制方式选择需要根据现场布局、管道特点、工艺要求、焊接工作量等实际情况来确定。相对于传统的管道工程施工方式，工厂化预制优势明显，主要有以下几方面:

（1）管道在工厂化预制处理将下料、坡口加工、组对、焊接、标识、检验、封闭等各个工序组合在一起,形成流水作业。

（2）管道预制厂内的作业,可以最大可能地应用新技术、新工艺,可以更有效使用先进的机械设备和机加工工具，如等离子切割机、叉式起重机、龙门吊等。

（3）可大幅度加强预制的深度与规模，利用预制工作台上先进的设备,进行各类形状复杂不规则管道部件或工艺阀组等焊缝集中部件制作,整个焊接质量控制更能达到标准要求，保证了焊接质量的稳定性。

（4）能加快施工进度，管道工厂化预制不受施工现场空间限制允许多个作业班组在预制工作台上进行制作,减少管道作业时间，同时不受土建作业条件的限制，可以实现安装作业与土建作业同时施工，缩短工期。

（5）减少了某些工序中工时的浪费现象，减少了作业过程中人员、设备的移动。

（6）施工环境不受外部或外界天气气候的影响,大幅度改善作业环境，劳动效率高，同时降低人员由于暴露在外造成的损伤。

（7）节省管材和消材料，这是由于预制厂区内有几个作业班组一起施工，剩余材料和消耗材料可以充分利用，降低施工损耗，减少浪费。

（8）由于机械设备和机加工工具集中在一个地方，便于施工机械维护保养管理。

3 管道预制加工工作流程

图纸审核：审查设计单位给出施工图文件、管道平面布置图、工艺流程图、材料清单表、设计说明及其他设计规定等，理解设计意图并对设计内容进行现场复合。

设计深化：根据设计蓝图对单线图实施分段划分，达到直接施工深度，按作业习惯、工艺选用节点，绘制预制用管段图。

材料检验：检查管道组成件质量证明书上涉及产品标准、设计文件和订货合同中规定的各项内容和检验、试验结果。检验合格后的管材、配件按相关规定做标记，使其能被作业人员识别出来，防止与未检验材料或检验不合格材料混用。管道组成件在使用前应按国家现行标准进行100%外观检验。

下料：应根据现场实际误差判断下料尺寸。或在便于施工的合适位置预留调节段。

坡口加工：对于GB/ T 8163 20 GALV、GB/ T 8163 20 这些碳钢材质管线，采用氧乙焕焰或等离子切割加工；高温切割碳钢管线会在热影响区内出现渗碳层，需要在坡口打磨时将其打磨处理掉，并修整出所要求的坡口。对于 A312TP304/ 304LCL150- 196℃、A358GR304/ 304L CL150- 196℃不锈钢材质管道采用等离子或机械切割，切割前确认采用的砂轮机切割片为规定允许的切割不锈钢的砂轮片，避免不锈钢管道铁离子污染发生。每个坡口加工完后进行尺寸检查和加工精度检查，坡口表面不得有裂纹、缩孔、重皮等缺陷。不锈钢管道开孔使用等离子或机械开孔、碳钢管线开孔采用氧乙焕焰或机械开孔。

焊口组队：焊口组对前用角向磨光机和棒式砂轮机将坡口及两侧内外各20mm 范围内的母材表面打磨光亮。焊接接头不得采用强力组对。组对时要内壁平齐，其错边量不应超过壁厚的10%。应用可灵活调节高度和翻转的电动工作台，开展管与管头、弯头及法兰等配件的组对作业[2]。

定位点焊：采用锐弧焊，定位焊缝长度10～20mm,高度2～4mm，沿焊缝均布，并根据管径情况增加定位焊点和定位焊缝长度。焊件组对需使用卡具时，卡具材质应与母材材质相同。焊接卡具应采用合格的焊接工艺。焊接在管道上的组对卡具不得用敲打或掰扭的方法拆除。采用火焰切割时，应在离管道表面2～3mm 处切割修磨。

焊接：除采用定型弯头外,管道焊缝的中心与弯管起弯点的距离不应小于管子外径,且不小于100mm。需要热处理的焊缝,外侧距支、吊架边缘的净距离宜大于焊缝宽度的5 倍,且不小于100mm；直管段上两条对接焊缝间的距离,不应小于3 倍焊件的厚度,需焊后热处理时,不应小于6 倍焊件的厚度。

外观检验：施焊完毕后，经现场焊接工程师外观合格后，在规定的位置写上焊口号、焊工号、管线号等焊接标记，填写焊接记录上报质检员，通知无损检测人员检测。

无损检测：管段预制完成后，要及时收集焊口信息，录入焊接控制系统，及时确定无损检测焊口，并现场标识，进行无损检测[3]。

4 管道预制质量保证措施

LNG 接收站对码头工艺管道要求严格遵守《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》（SH 3501—2002），对于其他介质的管道施工安装遵守《现场设备、工业管道焊接工程施工期验收规范》（GB 50236—98）和《石油化工金属管道工程施工质量验收规范》（GB 50517—2010）。特别是对于口径大于DN200 的气动控制阀通常带袖管，管道预制时需注意阀门袖管的轴向焊缝和预制连接管轴向焊缝的相对位置，避免形成十字缝。奥氏体不锈钢管道焊接时禁止使用可溶纸。LNG 接收站对工艺管道焊接质量合格率有特别要求，尤其是码头LNG 管道焊接一次合格率98%以上。

（1）在施工前需要完成工艺评定，确保工艺评定覆盖率为100%, 由焊接工程师根据设计对管材要求具体确定焊接工程所需工艺评定参数，并逐层上报审批。焊接前，焊接责任工程师向施工人员进行交底。

（2）焊接质检员审查焊工资格证，并提前做好特殊工种施工人员资质审查，将合格证复印件留存备案，做好焊工岗前培训及考试工作。

（3）材料控制：材料工程师做好焊接材料的验收、保管工作。要严格按照合同相关文件，对质量证明书检查，并与产品标准、设计文件中规定的内容一一核对，对检验、试验结果有异议的可以请第三方检测单位现场检测，验证检验结果。加强对合金阀门、关键等配件的质量抽查，坚决剔除不合格的材料，排除质量安全隐患[4]。验收后的管材、配件按相关规定做标记。

（4）严格对焊材烘干、发放、回收进行管理，现场焊材库配备温湿度仪，建立焊材领用、保管、烘烤、发放、回收制度，并做好记录。

（5）工艺管线施工应严格依据图纸，专业施工员负责管线标识，并随时填写施工记录。向质检员报焊接日检日报单，质检员负责对外观进行检验，并根据专业施工员下达的“工艺管线无损检测委托”进行点口，通知探伤进行无损检测，按设计说明书提出的规范要求执行检测制度。

（6）焊接过程中，质检员要随时抽查焊材使用情况，以确保焊材使用正确，避免出现用错焊材的情况。同时，严格监督焊工执行工艺纪律，检查焊工的实际操作水平，对焊缝返修部位进行重点监督。

（7）潮湿天气作业要采取防护措施，使用火焰烘烤焊件表面，去除湿气水汽。

（8）组对点焊或施焊时，零线要接在被焊件上，钳口接线可靠，防止电弧烧伤施焊件。电焊引弧宜采用引弧板，不得在管件坡口外母材上直接引弧。

（9）工艺管线施工应严格依据图纸，专业施工员负责管线标识检查，并随时填写施工记录。向专职质检员报焊接日检日报单，专职质检员负责对外观进行检验。

5 结语

综上所述，管道工厂化预制能满足切割、装模、焊接、涂装、内衬及涂装等一整套加工需求，能够形成流水作业，应用新技术、新工艺，加强预制的深度与规模，保证焊接质量稳定，加快施工进度，减少工时浪费，节省管材和消材料，优势独特。对于LNG 接收站码头工程，采用管道工厂化预制技术，合理划分预制管段，选择合适工厂化预制系统，合理规划管道预制加工的流程，严格执行预制质量保证措施，可以在进度、安全、质量方面提高建设管理水平，大幅度改进LNG 接收站建设施工方式，利于达成LNG接收站工程建设目标。