對于天然氣管道安裝技術(shù)的簡析
國外天然氣管道輸送技術(shù)發(fā)展的一些特點,主要表現(xiàn)為提高輸氣壓力、采用高鋼級管材、干線采用大口徑管道、輸氣干線呈網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展、采用高壓富氣輸送工藝、高度的自動化遙控和先進的通訊技術(shù)、采用先進快速的管道機械化施工技術(shù)和裝備等方面,這些經(jīng)驗和技術(shù)可供國內(nèi)管道研究和施工人員學(xué)習(xí)和借鑒。
我國天然氣管道的主要技術(shù)現(xiàn)狀是采用國際上通用的TGNET、SPS、AutoCAD等軟件進行工藝計算和特殊工況模擬分析;新建天然氣管道設(shè)計壓力高,并廣泛采用了內(nèi)涂層;主要工藝閥門大都采用氣動、氣液聯(lián)動球閥,增壓機組有離心式和往復(fù)式壓縮機,驅(qū)動方式有氣驅(qū)和電驅(qū)兩種;管道用鋼多為高強度、高韌性鋼,新建管道普遍選用X70等級管材;生產(chǎn)管理采用SCADA系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、在線檢測、監(jiān)控,通過在線或離線等不同工況模擬進行優(yōu)化運
行。天然氣管道敷設(shè)是比較復(fù)雜的安裝工程,管道埋設(shè)在地下,安裝與防腐是保證質(zhì)量的關(guān)鍵,本文結(jié)合文獻和筆者在天然氣管道施工中的經(jīng)驗,探討安裝技術(shù)并對施工中常見問題進行分析判斷,確保工程以更合理、更科學(xué)的方案進行施工。
2. 實際工作中的管道安裝技術(shù)及注意點:
目前國外主要是通過高鋼級管材的開發(fā)和應(yīng)用可以減小壁厚,減輕鋼管的自重,并縮短焊接時間,從而大大降低鋼材耗量和管道建設(shè)成本。此外,采用復(fù)合材料增強管道強度的技術(shù)也正在開發(fā),即在高鋼級鋼管外部包敷一層玻璃鋼和合成樹脂。采用這種管材,可以進一步提高管道的輸送壓力,降低建設(shè)成本,同時可增加管輸量以及提高鋼管抵抗各種破壞的能力和安全性。
?。?)管材選用
主要應(yīng)考慮管徑的大小、管壁厚度、材質(zhì)及焊接材料的性能。天然氣管道管徑的大小主要與流量、流速有關(guān),根據(jù)介質(zhì)的壓力值、管頂?shù)膹?fù)土深度及荷載的分布形式確定管材與管壁厚度。焊接材料的選用根據(jù)母材的化學(xué)成分,機械性能和使用條件綜合考慮。當(dāng)同種鋼材焊接時,焊接金屬的機械性能和化學(xué)成分與母材相當(dāng);異種鋼材焊接時,焊接材料應(yīng)按合金含量較低一側(cè)的鋼材選用。選用的焊條藥皮要均勻、無明顯的裂紋、脫皮、表面無孔、焊芯無銹蝕等現(xiàn)象;存放時注意防潮、防雨、防霜及油類侵蝕。例如在西安市天然氣高中壓管網(wǎng)的設(shè)計中,鋼管的材質(zhì)均為Q235,高壓管網(wǎng)設(shè)計壓力PN=1.6MPa,選用DN630×8的螺旋焊縫鋼管;中壓管網(wǎng)設(shè)計壓力PN=0.4MPa,管徑≥DN325×6時選用螺旋焊縫鋼管。
(2)管道及附屬設(shè)備的安裝及注意事項
前蘇聯(lián)掌握了一套先進的施工技術(shù),擁有一整套自動化和機械化程度極高的施工裝備,靠高度專業(yè)化的流水作業(yè),合理的工程方案和嚴(yán)格的組織管理,具體包括:模塊化施工技術(shù)。前閃光對接焊工藝;先進的移動式預(yù)制廠;先進的機械化施工裝備,包括高速焊接機組、系列挖溝機、系列冷彎彎管機、系列吊管機、特重型運管機、履帶式沼澤越野運輸車等。我們在實際的安裝過程中應(yīng)該注意以下幾個方面。
管道敷設(shè)布管時注意首尾相接,相鄰兩管口應(yīng)呈鋸齒錯開,組對前應(yīng)在距管溝邊緣1m以外做好支撐,其高度為40~50cm;同時要對管內(nèi)進行清掃,管內(nèi)不能有雜物。管道敷設(shè)應(yīng)盡可能在地面進行預(yù)制組裝,把適當(dāng)數(shù)量的管子和管路附件組合在一起,然后分段進行吊裝連接,以減少焊口。根據(jù)運輸和吊裝機具的能力,以及現(xiàn)場的實際情況,保證管段的各組合部分在吊裝時的牢固可靠,并使管道的撓度不超過管段長度的1/500。組裝時避免強力對口,防止產(chǎn)生附加應(yīng)力。管端如有輕度變形可用專用工具校正,不能用錘直接敲擊管壁;當(dāng)校正無效時將變形管段切除以保證管口橢圓度偏差在直徑1%之內(nèi)。
對口與焊接對口前應(yīng)將焊接端的坡口及內(nèi)外管壁20mm范圍內(nèi)的污垢、鐵銹,毛刺清除干凈,不能有裂紋及夾層等缺陷。兩管的中心線要在一條直線上,管子和管件對口做到內(nèi)壁平齊;等厚對接焊縫不超過管壁厚度的10%(≤1mm),不等厚對接焊縫不超過薄壁管管壁厚度的20%(≤2mm)。管子對口找正后,先用點焊固定。根據(jù)管徑大小確定焊點數(shù),每處點焊長度為8-12mm,點焊的高度為管壁厚度的2/3,點焊的操作工藝應(yīng)與正式焊接相同。管道焊接時要墊牢,不能將管子懸空以避免焊縫在焊接及熱處理過程中產(chǎn)生附加應(yīng)力。
管道多采用多層焊接方式,施焊時層間熔渣應(yīng)清除干凈,并進行外觀檢查,合格后方可進行下一層焊。每道焊口必須連續(xù)焊完,兩相鄰焊道起點位置應(yīng)錯開20~30mm。露天焊接時,必須采取適當(dāng)措施以保護焊接處不受風(fēng)、雨、雪的直接影響。管道彎頭的彎曲部分不允許有對接焊縫,焊縫與彎曲起點的距離大于管子外徑一般不得小于100mm。鋼板卷管對焊時,縱焊應(yīng)互相錯開100mm以上;并且焊縫上不能開孔連接支管。管道變徑時宜采用偏心異徑管,同時注意焊接時保持管底平齊。焊縫返修不能超過兩次,母材上的焊疤,擦傷等缺陷應(yīng)打磨平滑,深度大于0.5mm的缺陷應(yīng)修補。凡是可以轉(zhuǎn)動的管子,都應(yīng)采用轉(zhuǎn)動焊接,應(yīng)盡量減少焊口及仰焊,保證焊接速度與焊接質(zhì)量。焊完一道焊縫應(yīng)在介質(zhì)上游方向距焊口100mm處標(biāo)出焊工代號,但高強鋼不得打鋼印。管道穿墻基時應(yīng)設(shè)置套管,套管口應(yīng)與墻面相平,套管內(nèi)徑比管道外徑大20~30mm,間隙用瀝青油麻繩或石棉繩填塞。套管內(nèi)的主管上不允許有焊縫,套管不能當(dāng)作支架來支承管子,要保證天然氣管能在套管內(nèi)自由移動。
法蘭連接主要用于檢修時需要拆卸的部位與帶法蘭的閥件和設(shè)備等,如果過多地用法蘭連接,將會增加泄漏的可能并降低管道的彈性。天然氣高、中壓法蘭一般采用平焊法蘭,要求法蘭表面光滑、無砂眼、裂紋、毛刺等以保證法蘭強度和連接的可靠性。法蘭與管子焊接時,法蘭的密封面應(yīng)垂直于管子中心線,其偏差度可用角尺和鋼尺檢查。平焊法蘭與管道連接時,法蘭的內(nèi)外兩面都要與管子焊接,以防止單面焊接時造成整個連接的突然斷裂。法蘭與法蘭連接時應(yīng)保持在同一軸線,法蘭螺紋部分要求完整,無損傷,其螺孔中心偏差一般不超過孔徑的5%,并保證螺栓自由穿入。螺栓緊固后應(yīng)與法蘭緊貼,不得有楔縫,需要加墊圈時,每個螺栓所加墊圈不應(yīng)超過一個。法蘭連接應(yīng)使用同一規(guī)格螺栓,螺栓及螺母的螺紋應(yīng)完整,無傷痕、毛刺等缺陷,安裝方向一致,緊固螺栓應(yīng)對稱均勻,松緊適度,緊固后外露長度不大于2倍螺距。法蘭墊片要求質(zhì)地柔韌、無老化變質(zhì)、分層及表面無折損,一般采用橡膠石棉板等。法蘭不允許直接埋地或裝在套管內(nèi),一般法蘭連接處應(yīng)設(shè)置檢查井便于裝拆。法蘭與管道的焊縫或法蘭之間的連接處,應(yīng)離開支架200mm(個別對接焊縫允許離支架邊緣50mm),最好能放在兩支架間距的1/4至1/5處以保證最小彎矩。
波形補償器安裝一般在完成氣密性及強度試驗后才安裝補償器。波紋伸縮節(jié)安裝時必須注意方向,一定要安裝在球閥下方(按氣流方向),以便閥門的拆卸和修檢;同時根據(jù)當(dāng)時的氣溫用支撐裝置調(diào)整拉伸或壓縮量,并與支撐裝置一起安裝在管道上,待管道支架固定好后,再將支撐除去。
(3)焊縫檢查工作及形成焊縫缺陷原因
焊完后,對焊縫表面進行外觀檢測,焊縫表面不得有裂紋、未熔合、氣孔和夾渣等缺陷,形成這些缺陷主要是由于以下技術(shù)不當(dāng)造成的:①未焊透:主要是坡口開得不正確,鈍邊太厚,對口間隙太小,焊接速度太快,焊接電流太小,焊條熔點低,焊接表面有臟物等;②咬肉:出現(xiàn)咬肉會減小了焊接的基本金屬厚度,使應(yīng)力集中,降低焊件強度;③氣孔:由于焊接速度太快或電流太大,焊條潮濕或擺動不對,表面有油脂,鐵銹等;④夾渣:在多層焊接時焊渣清理得不干凈,熔化金屬粘度大;焊條藥皮太重,焊條擺動不當(dāng)而產(chǎn)生的;⑤裂縫:焊縫有硫、磷等雜質(zhì),或由于熱應(yīng)力集中,冷卻太快形成的。天然氣管道焊縫的內(nèi)部檢測要求進行100%的超聲波探傷和X射線探傷,對法蘭接口處要做磁粉探傷。中壓焊縫的X射線探傷數(shù)量按15%抽檢,高壓管按20%抽檢,抽查的焊縫中不合格者超過30%則加倍探傷,若仍不合格全部探傷,不合格的部位返修后仍按原規(guī)定進行探傷。對穿越道路、鐵路、斷裂帶、橋梁、管件接頭等處的管道均做X射線探傷。
(4)管道分段耐壓試驗
天然氣管道用壓縮空氣作為試驗介質(zhì),壓力表的精度等級不應(yīng)小于1級,而且壓力表不應(yīng)小于2塊,分別裝在管道兩端。對于地形起伏變化較大處以試驗壓力以最高點壓力為準(zhǔn)。吹掃的管道長度不宜超過3km,調(diào)壓設(shè)施不能與管道同時吹掃,吹掃的起點壓力為0.1MPa,逐漸提高風(fēng)速。強度水壓試驗壓力為設(shè)計壓力的1.5倍,當(dāng)試驗壓力為2~3MPa時,分兩次升壓,在壓力為50%試驗壓力時,穩(wěn)壓半小時,進行觀察,若未發(fā)現(xiàn)問題便可繼續(xù)升壓直到試驗壓力。當(dāng)試驗壓力大于3MPa時,分3次升壓,即在壓力分別為30%、60%試驗壓力。達(dá)到試驗壓力后穩(wěn)壓6h,并檢查管道有無斷裂、變形、滲漏等現(xiàn)象,壓降小于2%試驗壓力時強度試驗為合格[8]。強度試驗合格后方可進行氣密性試驗并要求兩種試驗分開進行。氣密性試驗壓力為設(shè)計壓力的1.15倍,壓力達(dá)到工作壓力時,恒壓保持24h,當(dāng)DN≤300mm時,允許壓降率為1.5%;若壓降率超過上述數(shù)值時,應(yīng)找到漏氣處將其消除,然后進行復(fù)試直到合格。
3. 結(jié)論
國外在天然氣管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計和優(yōu)化運行方面有成熟的技術(shù)和應(yīng)用業(yè)績。在管道設(shè)計方面,對管徑、壁厚、壓縮機站數(shù)、位置、站間距、每座壓縮機站的運行條件、最大允許工作壓力等進行優(yōu)化,以最大限度地降低管道建設(shè)投資和運行費用。目前,我國天然氣管道工藝設(shè)計還未形成以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)、工作站為中心、各專業(yè)計算機配套的集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境。本文主要結(jié)合實際工作,介紹天然氣高壓和中壓管道施工中選材、安裝、防腐、檢測技術(shù)及常見問題判斷與處理措施。