第2章　長輸管道施工工藝簡介

2.1　長輸管道施工工藝流程

長輸管道的施工工藝流程，由于管道輸送介質的不同、施工方法的不同、施工地形的不同，施工工藝流程存在著一定的差異。如長輸管道一般地段的施工采用的是：先進行管道的組裝焊接，后進行管溝的開挖。而石方地段、山區地段，由于管溝的爆破和管道整體下溝困難等原因，而采用的是：先開管溝，后組裝焊接的工序。還有輸送氣體介質的管道，需對管道進行干燥處理，而輸送液體的管道一般不需對管道進行干燥處理。長輸管道施工工藝流程如圖2-2-1所示。

2.2　施工準備

施工準備是在工程開工前，為工程施工做的所有工作。施工準備是一項非常重要的工作，一定要認真細致地做各項準備工作。施工準備工作直接影響著工程質量、施工安全和施工進度。

2.2.1　公共關系準備

（1）處理好與地方政府和上級主管部門的關系　調查地方政府和上級主管部門下發的與本工程施工有關法規、文件等，并認真閱讀，將重要條款摘錄下來嚴格遵守。

與當地政府和上級主管部門簽訂與工程施工有關的合同、協議。

積極與當地政府和上級主管部門進行溝通和聯系，征求他們的意見和建議，爭取他們的理解和支持。

（2）民俗民情調查　調查當地居民的風俗習慣、生活和生產情況，避免產生違背風俗習慣的事情發生。在施工過程中，盡量減輕對居民生活和生產的影響。

（3）對當地的資源進行調查　對勞動力資源和物資資源進行調查，以備工程需要時，可以征用。

（4）辦理水、電、路和通信使用證　用水包括生活用水和施工用水，電也包括生活用電和施工用電，道路的通行許可和通信的使用許可，都需要辦理相應的手續和準用證。

（5）辦理施工許可證　一個施工企業不論到哪里施工，都需到工程所在地辦理施工許可證。無施工許可證，絕不允許施工。

（6）辦理開工報告　工程開工前必須辦理開工報告，并經有關部門批準后方能開工。

2.2.2　人員準備

（1）根據工程情況編制勞動力組織計劃。

（2）對所有參加施工的人員進行身體檢查。

（3）對施工人員進行培訓

①對所有人員進行HSE知識的培訓。

②對特種作業人員，進行安全技術的培訓，并應取得相應的資格證書。

③對焊工進行技術培訓，并應經考試取得與工程焊接相適應的焊工資格證書。

2.2.3　設備及物資準備

（1）根據工程情況編制設備需用計劃和物資供應計劃。

（2）對設備進行維護、維修和保養。

（3）對計量器具、儀表等進行鑒定。

（4）采購技措用料及開工初期的工程用料。

（5）非標件的加工。

2.2.4　編制施工進度計劃及對施工任務進行劃分

（1）編制施工進度計劃。

（2）設置里程碑事件。

（3）編制詳細的施工準備計劃。

（4）編制人力組織計劃。

（5）編制設備采購及調遣計劃。

（6）編制物料供應計劃。

（7）對施工任務進行分解。

（8）編制橫道圖、網絡計劃。

2.2.5　技術準備

（1）編制施工組織設計。

（2）備齊施工用的各項法律、法規和施工標準。

（3）備齊施工用的各種表格。

（4）進行焊接試驗和焊接工藝評定，編制焊接工藝規程。

（5）對焊工進行培訓和考試。

（6）對采用的新材料、新設備、新工藝進行試驗、檢定和人員培訓。

（7）組織相關人員認真學習法規和標準，學習設計說明和設計要求，掌握本工程的技術要求和工程特點。

（8）對設計圖紙進行會審。

（9）對工程中的重點、難點的施工方案進行討論研究。

2.2.6　對施工地區的自然狀況進行調查

（1）對降雨情況進行調查，由于管道施工是野外作業，所以降雨對工程的施工影響較大。應盡量避免在雨季施工，特別應避免在雨季進行管道的焊接。

（2）對風季進行調查，對一年中影響焊接作業的風季時間進行調查。盡量避免在大風天施工，如果由于工期緊，無法避免在風季施工，則需采取防風措施。

（3）對氣溫進行調查，高溫季節會降低施工人員的勞動生產率，低溫季節施工除降低施工人員的勞動生產率外，還會對施工設備和焊接質量等產生不良影響。

（4）對施工地形進行調查，是平原、山地、水網還是沙漠、戈壁，各種不同的地形需采取不同的施工措施。

（5）對交通條件進行調查，主要影響鋼管和施工機械的運輸，應根據交通條件的具體情況，采取相應的運輸措施。

（6）水源調查，主要是管道試壓用水水源。對水源水質、儲量和距用水點的距離及是否準用等情況進行調查。

2.2.7　營地建設

（1）根據工程量的大小和社會依托等條件，一般設立一個主營地和幾個分營地。營地距施工地點的最遠距離不應超過50km。

（2）主營地應設在施工管道的中間，社會依托條件好、交通方便、通信條件好、供水供電條件好的位置。

（3）主營地應設立職工宿舍、食堂、衛生間、辦公室、會議室、職工文體活動室、醫務所、材料庫（場）和停車場等。

（4）分營地一般設立職工宿舍、食堂、衛生間和簡易辦公室即可。分營地的生活用品和生產材料由主營地負責供應。

2.3　測量放線及作業帶清理

測量放線是長輸管道工程正式施工的第一道工序，它決定著管道的敷設位置是否符合設計要求。為了方便管道工程的施工，必須對作業帶進行清理。

2.3.1　接樁

這里所說的“樁”是管道設計單位把管道的走向、管道特征、管道里程、管道所經過的地下障礙物等，用木制、水泥、石制等的標志物將管道經過的實際位置標出，這些標志物就是“樁”。

接樁就是由設計單位把管道的樁的位置、性質交給施工單位。

2.3.2　補樁

補樁的主要工作內容如下。

（1）把設計上原有的樁，由于各種原因而丟失的樁補齊。

（2）增設加密樁，設計給的樁的距離一般比較遠，施工單位為了方便管道的施工，在原樁間增加加密樁。

（3）在管道轉角處，設計上一般只給一個轉角樁，而管道在這里的實際走向是一個圓弧。這里的樁要增補得更密些，以保證管道按正確的走向敷設。

2.3.3　測量放線及設立標志樁

（1）管道的中心線　管道的中心線，即管道軸心所通過的線，這是管道敷設的基準線。在管道的直線段，管道的中心樁就是管道的中心線。而在管道的曲線段，在轉角樁處并不是管道的中心線，管道的中心線是在其內側相距一個外矢矩的位置。曲線段管道中心線的位置，應根據設計的曲率半徑確定曲線段的起點、頂點和終點三樁，在三樁的中間加設間距不大于10m的中心樁。

（2）作業帶邊界線　施工作業帶的寬度，應根據敷設管徑的大小、管道的埋設深度和施工方法等因素來確定。作業帶的邊界線分為管溝堆土一側和組裝焊接一側。堆土一側的寬度，以能堆放管溝挖出的土的寬度再加1m。其余部分的寬度就是管道組裝焊接一側的寬度。

另外，每隔1～2km應設一個回車場，回車場的占地寬度，以車輛能順利回車為準。

（3）管溝邊線　管溝的邊線應根據設計的溝底寬度、溝深和根據不同的地質條件的邊坡比，來確定溝頂的寬度。從管道的中心線向兩側各沿半個溝頂寬度，就是管溝的兩條邊線。管溝邊線的直線段要直，曲線段要按曲率半徑圓滑過渡。

（4）管道特征標志　管道通過不同的地質條件，通過人口居住區，穿越道路、河流及建筑物等，鋼管的材質、壁厚、防腐等級和焊縫檢測等級等均可能有所不同。在這些發生變化的位置，要設置標識明確的特征樁。

（5）里程樁和測試樁　按設計要求確定里程樁和測試樁的位置。

（6）地下障礙物標志樁　根據設計圖紙和現場勘察到的管道要穿越的原有管道、電纜及其他障礙物等，都應設標志樁，以便施工時采取相應的措施。

2.3.4　移樁

管溝在開挖前，應將管溝開挖范圍內的管道中線樁、特征樁、里程樁、標志樁等平移到管溝的一側，以便核對管道敷設的位置。

2.3.5　施工作業帶的清理

（1）施工作業帶上附著物的清除　施工作業帶上一切影響施工的農作物、樹木、雜草和構筑物等均應清除。

（2）施工作業帶的平整　施工作業帶的平整，是為了方便鋼管和施工用料的運輸及工程的施工。作業帶平整得好，有利于提高管道工程的施工效率和保證工程的施工質量。

2.3.6　施工便道的修筑

施工便道是施工過程中，為運輸工程材料、設備及施工人員上下班修筑的臨時性道路。

施工便道的修筑原則如下。

（1）盡量利用原有的道路，如果原有道路的寬度不夠應對其進行加寬。

（2）施工便道應每1km，加修1個會車道。

（3）施工便道應具有較強的承載能力。

（4）對道路原有的小橋，進行承載能力核算和安全評估。對承載能力不足的應進行加固。

（5）施工便道通過小河、溝渠時，應修筑臨時的涵橋或涵管，以滿足水的流量為準。

（6）修筑施工便道還應考慮地下的構筑物，不會因車輛的重壓而造成破壞。應考慮到地上的構筑物（如動力電纜、通信電纜、架空的管道等）的高度是否影響車輛的通行。

2.4　管道的組裝焊接

2.4.1　布管

將鋼管以一定的距離放置在作業帶上就是布管。

鋼管要布成如圖2-2-2所示的形式，鋼管的首尾間不能直接相連，要錯開鋼管直徑+（200～300mm）的距離。這便于坡口的加工、管內雜物的清理、坡口的清理和修整。

2.4.2　鋼管的組裝

（1）組裝前的清理　鋼管組裝前應將管內的雜物清理干凈。坡口及兩側的油、銹及其他雜物清理干凈，坡口及兩側20mm范圍內應見金屬光澤。

（2）坡口的檢查及修整　管口組裝前應檢查坡口角度、鈍邊等尺寸，存在缺陷應進行修整。如果采用管道自動焊進行焊接，建議采用坡口機現場加工坡口，盡量做到當天加工的坡口當天焊接，這樣可有效地保證坡口的質量。

（3）組裝　管道的組裝應采用對口器，對口器分為內對口器和外對口器。當管徑大于300mm時，應采用內對口器組裝管口；當管徑不大于300mm或連頭的管口應采用外對口器進行組裝。

鋼管上的制管焊縫必須錯開100mm以上。當采用直縫管時，制管焊縫應放置在圓的上半周。

按焊接工藝規程的要求調整組裝間隙。當管口存在不可避免的錯邊時，應盡量將錯邊均布在整個圓周上。

2.4.3　鋼管的焊接

（1）根焊焊道的焊接　管與管、管與管件及管件與管件間的第一層焊道稱為根焊焊道。

當采用定位焊縫定位時，定位焊縫的焊接應采用正式焊接所用的焊接設備、焊接材料和焊接工藝。當焊接工藝規程要求預熱時，焊前應對管口進行預熱，達到預熱溫度后方可進行定位焊縫的焊接。

當采用內對口器時，應將根焊焊道全部焊完后，方可撤離對口器。當鋼管的強度等級高、壁厚大、施焊環境溫度低時，應在焊完熱焊焊道后，方可撤離對口器。

當采用外對口器時，至少應焊接完成根焊焊道的50％，且焊道均布在圓周上，對口器方能撤離。

（2）熱焊焊道的焊接　為防止根焊焊道產生裂紋，根焊焊道完成后，在盡可能短的時間內焊接的根焊后的第一層焊道，就稱為熱焊焊道。

根焊焊道焊接完成后，應盡快對根焊焊道進行清理。一般采用砂輪機和鋼絲刷進行清理，應將熔渣及飛濺清理干凈，但不要傷及坡口和鋼管的表面。根焊焊道與熱焊焊道的間隔時間應控制在10min內。

熱焊焊道的焊接應采用大電流、快焊速，在短時間內完成。

（3）填充焊道的焊接　熱焊焊道后，蓋面焊道前的所有焊道均稱為填充焊道。

填充焊道采用窄、薄和快速的焊接原則。下向焊焊道的寬度一般不超過10mm，上向焊焊道的寬度一般不超過15mm。

（4）蓋面焊道的焊接　焊縫的最后一層露在表面的焊道稱為蓋面焊道。

管道下向焊蓋面焊道的寬度應控制在15mm范圍內，當焊縫寬度超過15mm時應采用多道焊；管道上向焊蓋面焊道的寬度應控制在18mm范圍內，當焊縫寬度超過18mm時應采用多道焊。

2.4.4　表面的清理及外觀檢查

（1）表面清理　蓋面焊道完成后應對焊縫的表面及焊縫兩側的熔渣、飛濺等進行清理。

（2）焊縫的外觀檢查　焊縫的外觀應符合下列要求：焊縫及兩側應清潔；焊縫的寬度、余高應符合技術要求，焊縫的表面應與母材圓滑過渡；焊縫的表面無裂紋、未熔合、表面氣孔、表面夾渣等缺陷；焊縫的咬邊深度和長度應符合技術要求。

（3）焊縫表面的修磨　當焊縫表面存在余高超標或焊縫表面不能圓滑過渡的現象，應對焊縫的表面進行修磨。修磨后應使焊縫表面圓滑過渡，并使焊縫的余高達到技術要求。焊縫修磨時應避免傷及管表面。

（4）焊縫表面的修補　經外觀檢查存在除裂紋和未熔合外的其他焊接缺陷，應將缺陷清除后進行修補。修補后的表面焊道應進行修磨，修磨至與原焊道和管表面圓滑過渡。

2.4.5　焊接接頭的無損檢測

（1）無損檢測方法　長輸管道常用的無損檢測有兩種：一是射線檢測，二是超聲波檢測。

（2）無損檢測標準　主要檢測標準如下。

SY/T 4109《石油天然氣鋼質管道無損檢測》

SY/T 4103《鋼質管道焊接及驗收》

SY/T 0327《石油天然氣鋼質管道對接環焊縫全自動超聲波檢測》

（3）無損檢測人員資格　從事無損檢測的人員必須持有國家技術監督部門頒發的并與其工作內容相適應的無損檢測人員資格證書。

2.4.6　焊縫的返修

經無損檢測發現的超標缺陷或外觀檢查發現的裂紋、未熔合，應對其進行返修。

（1）缺陷位置和尺寸的確定　根據射線照片和評片記錄、超聲波檢測記錄、外觀檢查記錄確定焊接缺陷的位置和尺寸。

（2）制定焊縫返修工藝　根據焊縫返修焊接工藝規程，并結合缺陷的性質、尺寸及存在的位置，制定詳細的返修焊接工藝。返修焊接工藝至少應包括下列內容：焊工資格、焊接設備、焊接材料、缺陷的性質、缺陷尺寸及存在的位置、缺陷的清除方法和焊后檢驗要求等。

（3）焊縫的返修　從事返修工作的焊工應持有與其相適應的焊工資格證；整個返修過程應嚴格按照返修工藝的要求進行。

返修后的焊縫表面應修磨至與原焊縫和母材圓滑過渡，返修焊縫經外觀檢查合格后應按原無損檢測標準進行檢測。經外觀檢查或無損檢測不合格的焊縫應重新進行返修，但同一部位的返修次數不應超過2次。

2.5　管道的防腐補口

2.5.1　金屬腐蝕的基本原理和分類

（1）腐蝕的定義　物質的表面因發生化學或電化學反應而受到破壞的現象稱為腐蝕。

（2）腐蝕的分類

①按腐蝕的機理分類　分為化學腐蝕、電化學腐蝕和物理腐蝕等。

化學腐蝕——金屬表面與非金屬電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。

電化學腐蝕——金屬表面與離子導電的介質發生電化學作用而引起的破壞。

物理腐蝕——單純的物理溶解作用而引起的破壞。

②按腐蝕的環境分類　分為化學介質腐蝕、大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、電流腐蝕、細菌腐蝕、磨損腐蝕、應力腐蝕和接觸腐蝕等。

2.5.2　埋地管道的腐蝕

（1）土壤腐蝕　埋地金屬管道的腐蝕屬于電化學腐蝕，按照電化學腐蝕的機理，電化學腐蝕反應有陽極反應和陰極反應，并由金屬內部電子和電解質中的離子導電構成電流的循環回路。陽極反應是金屬失去電子變為離子轉移到介質中，即氧化反應；陰極反應則為介質中的離子吸收電子的還原過程。

土壤是具有固、液、氣三相的毛細管多孔性的膠質體，土壤的空隙為空氣和水所充滿，而土壤中的水含有一定的鹽，使土壤具有離子導電性，成為電解質。土壤的理化不均勻性加上鋼材的電化學不均勻性，這就構成了腐蝕電池的條件。對土壤腐蝕性影響較大的因素如下。

①土壤的電阻率　土壤的電阻率越小，腐蝕性越強；土壤的電阻率越大，腐蝕性越弱。

②土壤中的氧　由于土壤的結構和濕度的不同，其含氧量有很大的區別，這就會形成氧濃差電池腐蝕。

③土壤中pH值　一般來說酸性土壤較堿性土壤腐蝕性強。

④土壤中的微生物　土壤中的微生物對金屬的腐蝕影響很大。

（2）細菌腐蝕　在一些缺氧的土壤中，細菌參與了腐蝕過程。這些菌主要是硫酸還原菌，它是一種厭氧菌，它參加電極反應的作用是將可溶的硫酸鹽轉化為硫酸氫根，并和鐵作用生成硫化亞鐵。

（3）雜散電流腐蝕　雜散電流是在地下流動的設計之外的電流，如電氣化電路、各種用電設備接地等散布的電流都可稱為雜散電流。這種電流也能對地下的金屬管道產生腐蝕。

2.5.3　防腐前對鋼管表面的處理

對鋼管表面的處理方法主要有如下幾種。

（1）清洗

（2）工具除銹

（3）噴射除銹

（4）酸洗

2.5.4　管道防腐的常用涂料

管道防腐的常用涂料有如下幾種。

（1）防銹漆和底漆

（2）油脂漆和天然樹脂漆

（3）生物和漆酚樹脂漆

（4）醇酸樹脂漆

（5）酚醛樹脂漆

（6）瀝青漆

（7）過氧乙烯漆

（8）乙烯樹脂漆

（9）環氧樹脂漆

（10）聚氨基甲酸酯漆

（11）有機硅漆

（12）無機富鋅漆

2.5.5　防腐涂層的主要特性

（1）具有良好的電絕緣性。

（2）具有足夠的機械強度。

（3）具有良好的穩定性。

2.5.6　管道防腐補口的一般步驟［以熱收縮套（或帶）為例］

（1）對管表面進行處理，一般采用噴砂除銹的方法。

（2）對鋼管進行預熱，預熱溫度應符合標準和廠家的技術要求，整個管口的預熱溫度應均勻一致。

（3）將收縮套（或帶）放在管口的中央，兩側與管原防腐層的搭接寬度應基本相等。

（4）用火焰從中間沿環向均勻加熱，使中間部位先收縮，然后再往兩邊均勻加熱。用輥子碾壓擠出空氣，直至端部有膠溢出。

（5）一側加熱收縮完成后，再用相同的方法加熱另一側。

2.5.7　管道防腐的一般要求

（1）防腐材料必須有質量證明書和合格證。

（2）應對管表面進行清理，做到無銹及其他污物。

（3）經防腐的管表面應光滑平整，無氣泡、無鼓包、無針眼、無皺褶，搭邊應結合良好。

2.6　管溝的開挖管道下溝回填及地貌恢復

2.6.1　管溝開挖

（1）管溝的位置及幾何尺寸　管溝在開挖前應重新核對管溝的位置是否正確。管溝的開挖者要掌握管溝的幾何形狀和尺寸，并根據地質狀況控制好邊坡比。

（2）選擇開挖方法　根據地質狀況、地形狀況、氣候狀況、設備狀況及地下障礙物等因素確定采用開挖方法。

常見地質條件采用的開挖方法如下。

①沙漠地段，通常采用推土機和單斗挖土機進行管溝的開挖。

②對于較軟又能較好成溝的地段，可采用輪斗挖土機進行管溝的開挖。

③對于較硬的地段，一般采用單斗挖土機進行管溝的開挖。

④凍土地段，采用松土機和單斗挖土機進行管溝的開挖。

⑤巖石地段，采用爆破的方法進行管溝的開挖。

2.6.2　管道下溝

目前管道施工通常采用溝上組裝焊接、防腐補口后再將管道整體下溝的施工方法。

管道下溝前，應完成焊縫的焊接，焊縫經外觀檢查和無損檢測合格，并完成防腐補口后方能進行管道的下溝。

一般采用吊管機進行管道的下溝，應根據管徑的大小選擇吊管的起重能力和臺數。下溝用吊管機的臺數一般不應少于3臺。

2.6.3　管道回填及地貌的恢復

管道下溝后應檢查管子的標高是否符合設計要求，檢查合格后方可進行管道的回填。回填土的粒徑應符合要求，管道的四周必須墊有一定厚度的細土或細沙。細土或細沙墊好后，一般采用推土機加填其他回填層。回填后，回填層的高度應高出地面約300mm。

回填完成后，應對地貌進行恢復。溝渠、田埂、小路等應壓實或疏通。

2.7　壓力試驗及通球掃線

2.7.1　壓力試驗

（1）試壓介質為水。當管線附近沒有水源，也可采用空氣作為試壓介質，但應加強安全措施。

（2）壓力表的精度不得低于1.5級，表盤直徑不得小于150mm。壓力表的標定刻度應為試驗壓力的1.25～1.5倍。

（3）試壓用的壓力表不得少于2塊。

（4）試壓的分段：一般地段試壓的管線的分段長度通常為20～30km。

（5）當采用液體作試壓介質時，每一段的高差不宜超過30m。

（6）強度試驗壓力應為設計壓力的1.25倍，嚴密性試驗壓力應與設計壓力相等。

2.7.2　通球掃線

（1）通球掃線的目的　通球掃線的目的就是將管內的所有污物清理干凈。

（2）清管工序

①通球掃線一般在分段試壓合格后，整體聯合試運前進行。

②清管球分為球形、橄欖形、皮碗形及清管跟蹤球等。

③清管介質為清水或空氣。

④推球的介質壓力一般為0.5MPa。

⑤根據管線內污物的多少及清管效果，確定通球掃線的次數，直至管內的清潔度達到設計要求為準。