18 m加长管在西气东输四线天然气管道工程中的应用*

刘 洋，杨建中，张 彦，李 超，李志奎，胡钰杰

（1.国家石油天然气管网集团有限公司 建设项目管理分公司，河北 廊坊 065000；2.中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

0 前 言

油气长输管线用钢管执行GB/T 9711—2017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》相关规定，钢管长度的交货状态包括定尺和非定尺两种。定尺钢管交货长度偏差应控制在±500 mm（20 in）范围内，非定尺钢管交货的长度范围应执行标准中表2.1-1 规定（表2.1-1 分别规定了6 m、9 m、12 m、15 m、18 m、24 m等组别的钢管长度偏差范围）。根据执行标准，钢管长度可选范围较大。

由于国内钢管的运输主要依靠铁路，受铁路运输车厢的限制，目前油气管道建设用钢管长度通常为12 m[1]，各钢管生产厂家的生产线也以12 m管为主。调研国外钢管主要生产厂家，如日本JFE Steel、俄罗斯CHELPIPE、美国Dura-Bond Pipe、欧洲EUROPIPE 等均可生产18 m 组别钢管[2-3]。18 m 管在加拿大、澳大利亚、泰国等长输管道工程中均有应用[4]。18 m 加长管的应用可以减少施工现场环焊缝数量，降低管道失效风险[5-6]，提高焊接效率，因此在西气东输四线长输管道建设高峰期，突破生产和运输瓶颈，推广18 m加长管的应用很有必要。

1 国内外管道工程中加长管应用现状

1.1 国内外已建管道工程加长管应用情况

在油气管道建设中，管道环焊是影响管道本质安全和施工效率的关键因素。提高单管长度，最大限度减少环焊缝数量，不仅能够降低环焊缝失效概率，提高现场施工效率，同时还能减少焊接、补口、检测等环节的耗材应用。基于上述优势，国内外部分工程逐渐开始采用加长管。通过调研，收集到国内外已建长输管道工程加长管的应用情况，统计结果见表1[7-8]。

表1 国内外已建管道工程加长管应用情况统计

国内珠海天然气管道、中俄东线南段、江苏滨海LNG管线部分段均已使用了18 m加长管，京—石—邯管线项目使用了15 m 加长管。国外加长管应用中，采用18 m 加长管方案较多，且应用国家主要为加拿大。收集到的项目主要应用于油砂输送，应用段普遍较短，无长距离应用的案例。

1.2 国内在建管道加长管应用情况

与西气东输四线同期开工建设的古浪—河口天然气联络管道、西气东输三线中段管道均布设了18 m 加长管应用段，其中西气东输三线中段管道工程应用长度为121.5 km，古浪—河口天然气联络管道工程应用长度为54.5 km，详情见表2。

表2 国内在建管道工程加长管应用情况统计

2 西气东输四线加长管适用性分析

2.1 地形条件和道路依托

西气东输四线工程起自吐鲁番联络站，止于中卫联络站，途经新疆、甘肃、宁夏3省区所辖17 个市（县），管道全长1 745 km，沿线经过地区大部分平坦开阔，地貌以戈壁荒漠为主。西气东输四线与西气东输一线、二线、三线及西部原油成品油管道处于同一廊带，整体伴行G30连霍高速、G312 国道、兰新铁路敷设，沿线可利用已建管道伴行道路，交通条件较好。平坦的地形条件和良好的道路依托为加长管的推广应用奠定了基础。西气东输四线新疆、甘肃境内荒漠戈壁段以及甘肃境内并行高等级公路段均适合加长管的运输和施工，总计段落长度1 200 km。

2.2 18 m加长管供货能力分析

西气东输四线加长管适用段落涉及Φ1 219 mm×18.4 mm 螺旋埋弧焊管和Φ1 219 mm×22 mm 直缝埋弧焊管这两种规格。Φ1 219 mm×18.4 mm规格钢管分布长度为992.1 km，约为54.6 万t；Φ1 219 mm×22 mm规格钢管分布长度为266.5 km，约为17.5 万t。

目前具备18 m 加长管生产能力的厂家主要包括宝鸡钢管宝世顺钢管有限公司和宝山钢铁股份有限公司，宝世顺年产能为12 万t，宝钢年产能为50 万t。除去2022 年同期开工建设的其他油气管道工程18 m 加长管的使用需求，能够为西气东输四线螺旋埋弧加长管供货10.3 万t、直缝埋弧加长管供货17.5 万t，该供货能力不能满足所有适用段，需根据加长管运输能力进一步分析。

2.3 18 m加长管运输能力分析

18 m加长管采用17.5 m半挂重型汽车公路运输[9-11]，Φ1 219 mm×18.4 mm 规格每车装载3 根，Φ1 219 mm×22 mm规格每车装载2根。

根据车辆保有情况的调研，宝世顺每天最大发货量为20 车，宝钢每天最大发货量为30 车，两家合计最大发货量为120根，每天每家公司最少发10 车，两家最少发货量为50 根。按照1年施工期计算，考虑天气、交通管制等因素，按照每年250天有效运输，可实现12 500～30 000根加长管的运输，可敷设管道长度约225～540 km。由于加长管潜在生产厂家均位于我国东部地区，因此适用段落越靠近东部地区则运输周期越短，运输能力越能保证。

2.4 18 m加长管应用方案

通过对沿线地形地貌、交通依托情况、供货能力、运输能力和经济性的对比分析，选取了甘肃东部6 个县级行政区划、14 个连续段落、共计296 km 管道进行了18 m 加长管的推广应用。其中，Φ1 219 mm×18.4 mm 螺旋埋弧焊管和Φ1 219 mm×22 mm直缝埋弧焊管分别为189 km和107 km，加长管应用方案见表3。

表3 加长管应用方案汇总表

3 加长管现场施工分析

3.1 现场施工工序影响分析

油气长输管道现场施工流程如图1 所示[12]。从钢管抵达临时堆管场至管道焊接完成，加长管对施工流程的前期准备工作（包括交接桩、放线、扫线等）无影响，当管道连接成段后，其对无损检测、补口、下沟、回填等流程也无影响。

图1 油气输送管道现场施工流程图

为分析18 m 加长管对施工的影响，对布管和焊接流程进行细化，可具体分为卸管、现场倒运、现场布管、组对和焊接5个工序[13]。

3.2 加长管卸管

卸管工序指钢管通过汽车发运到临时堆管场后，从货车转移至堆管场，并将其规则码放的过程。临时堆管场一般设置一台吊车用于卸管，吊车型号除考虑钢管单管质量外，还应考虑其甩管码放的能力。Φ1 219 mm×18.4/22 mm 规格12 m钢管和18m加长管单管质量见表4。

表4 同规格不同长度钢管单管质量统计

载重越大的吊车，吊装相同质量钢管时，其工作半径越大，越利于钢管的码放。以吊装12 m长Φ1 219 mm×18.4 mm 钢管为例，50 t吊车工作半径为12 m，35 t吊车工作半径不足10 m。通过西气东输四线施工六、七、八标段及西气东输三线中一标段的现场验证，满足临时堆管场卸管能力的设备配置为：①Φ1 219 mm×18.4 mm规格12 m 钢管，卸车采用35 t 及以上汽车吊；②Φ1 219 mm×18.4 mm 规格18 m 钢管，卸车采用50 t及以上汽车吊；③Φ1 219 mm×22 mm规格18 m钢管，卸车采用70 t及以上汽车吊。

目前，各施工单位都具备或者可租用相应的设备，无需对成品设备进行改造。不同型号设备的租赁费用，会对施工成本有所影响，通常35 t吊车一个台班租赁费用为2 400 元，50 t 吊车一个台班租赁费用为3 000 元，70 t 吊车一个台班租赁费用为5 000元。

3.3 加长管现场倒运

作业带倒运设备的选用同作业带地形和钢管长度有密切关系，作业带较为平坦、坡度较小时，采用平板车倒运；作业带坡度大、平整度差，或者倒运数量少时，可采用六驱炮车，现场六驱炮车倒运如图2所示。

图2 六驱炮车倒运现场

作业带较为平整时，运输钢管用的平板车无需改造。作业带不具备平板车运输条件时，采用炮车运输18 m 加长管，需要对其进行改造以提高炮车的运输安全性。改造内容包括传动轴加长加粗、轮胎加大加宽、车架整体扩大、动力增加等。

3.4 加长管现场布管

现场布管采用吊管机进行，吊管机选型主要考虑单管质量，根据现场验证情况，满足加长管现场布管能力的设备配置为：①Φ1 219 mm×18.4 mm 规格12 m 钢管，40 t 吊管机即可满足要求；②Φ1 219 mm×18.4 mm 规格18 m 钢管，需采用70 t吊管机；③Φ1 219 mm×22 mm规格18 m钢管，需采用90 t吊管机。

施工设备无需改造。虽然普通管可采用40 t吊管机，但是考虑现场吊管机还承担着组对、吊装下沟等任务，一般也配备70 t 及以上吊管机。因此，加长管布管工序适用设备与普通管一致，施工能力不受限制，对施工成本和效率的影响很小。

3.5 加长管组对

结合现场实际操作情况，组对采用的设备与管长无关，对于Φ1 219 mm管道工程，均采用2台70 t以上吊管机。加长管组对难度增加，工效下降约20%。常规机组普通管组对20 根/天，加长管组对16 根/天。但是从单日焊接长度来说，12 m 管单日焊接量为240 m/天，18 m 加长管单日焊接量为288 m/天，施工效率更高。组对施工现场如图3所示，施工设备无需改造。

图3 18 m加长管组对施工现场

3.6 加长管焊接

18 m 加长管的管口预热与其他长度管相同，通常采用的内焊机施工时不受管长限制，一般来说内焊机的控制线也能够满足不同管长的要求，但是需要进行简单改造。主要是通过设置加长杆，使内焊机的控制线（带快速接头）、混合气管（带快速接头）、加长反馈线、空压气管（带快速接头）等顺利对接。

加长管对单口的焊接效率无影响，无需考虑降效对费用的影响。

4 西气东输四线加长管应用经济性分析

4.1 评价基础

（1）用管规格：Φ1 219 mm×18.4mm 螺旋埋弧焊管和Φ1 219 mm×22 mm直缝埋弧焊管。

（2）应用长度：296 km （螺旋埋弧焊管189 km，直缝埋弧焊管107 km）。

（3）质量：16.7万t（螺旋埋弧焊管10.3万t，直缝埋弧焊管6.4万t）。

（4）供货厂家：宝鸡钢管宝世顺钢管有限公司（螺旋埋弧焊管），宝山钢铁股份有限公司（直缝埋弧焊管）。

（5）运输方式：18 m 加长管采用公路运输，12 m管采用铁路+汽车运输。

（6）交货地点：12 m管交货地点为甘肃景泰附近中转站，18 m加长管交货地点为施工作业带。

4.2 经济性分析

（1）制造成本。Φ1 219 mm×18.4 mm 规格18 m 加长螺旋埋弧焊管相比12 m 焊管，单位制造成本无增加；Φ1 219 mm×22 mm 规格18 m 加长直缝埋弧焊管相比12 m 焊管，制造成本增加415 元/t。根据西气东输四线18 m 加长管应用方案，制造成本共计增加2 656万元。

（2）运输成本。12 m焊管运输通常采用铁路+汽车联运的方式，18 m加长管只能通过汽车运输。经测算，宝世顺增加运输费用为220元/t，宝钢增加运输费用为570 元/t。西气东输四线运输成本共计增加5 944万元。

（3）道路措施费用。根据西气东输四线施工单位反馈，为实现加长管的现场倒运，需要额外增加部分道路整修、弯道扩宽、碎石铺垫等费用，合计成本增加261万元。

（4）施工成本。与管长有关的施工费用主要包括焊接、检测以及补口费用[14]，西气东输四线18 m加长管应用段落，减少焊口数量33%，施工费用减少约6 300万元。

（5）仓储费用。12 m管采用铁路运输时，需设置中转站[15]，而18 m加长管可直接运输至作业带，西气东输四线18 m 加长管的应用可节省仓储费用2 400万元。

通过以上分析，西气东输四线18 m 加长管的应用成本增加161万元，加长管方案的应用对工程总投资影响很小。

5 结 论

（1）18 m加长管的推广应用，可以提高现场钢管组装效率，降低因环焊缝失效导致的安全风险，尤其在地势平坦、道路依托较好的工程条件下，可有效控制工程投资，应用优势明显。

（2）18 m加长管在西气东输四线现场施工中卸管、现场倒运、现场布管、组对和焊接等工序的应用，对未来项目加长管的应用具有指导意义。

（3）在西气东输四线18 m 加长管供货过程中，厂家供货量不足，侧面反应出国内加长管生产能力有待提升；同时对于应用方案的制定，应提高设计、采购、施工一体化程度，以保证现场供管充足。