长输管道机械化施工装备研究与应用

解相国

摘 要：在目前长输管道施工中，很多工序仍旧沿用传统的施工方法，机械化程度不高，施工效率低;同时受各种新材料、新工艺和特殊环境的影响，传统施工方法无法满足施工技术要求，因此需要采用先进的管道机械化施工技术和装备，以提高施工效率和降低施工成本。

关键词：管道施工;机械化设备;使用原理;应用

1 管道施工现状

目前，在长输管道施工中，许多工序仍沿用传统的施工方法，机械化程度低，施工效率低，往往造成各工序连接时间不紧，严重影响施工进度。施工效率和施工成本。同时，由于受各种新材料、新技术和特殊环境的影响，传统的施工方法已不能满足施工工艺的要求，因此必须采用先进高效的机械化施工技术和设备，实现预期目标。

2 长输管道机械化施工研究建议

2.1 管口测量机械化施工

管口组对前，施工人员一般采用大型游标卡尺、内径千分尺、量规等工具手工测量直径，采用钢卷尺测量管口周长，以掌握和控制管口的变形量，做好标记，及时对管材做出调整。这种做法工效低，精度差，一般只测量管口某几个方向的直径，而且在测量大口径管道周长时需要两人配合。管口参数测量仪的研制和投入使用，实现了管口参数测量机械化。主要工作原理是通过电子感应和数字显示模块，测量管口周长，并测量直径的最大值、最小值。当两管口周长一致，直径的两个最值均不超出内对口器的撑胀能力时，即可进行组对，这样可以提高管道的组对精度，进而提高整体施工质量。该装置小巧轻便，一人即可完成D1422mm管口组对参数的快速测量，在中俄原油管道二期、中俄原油管道东线试验段应用中，通过焊口记录数据统计得出，错边量数值普遍降低30%，机组焊接合格率提高1.2%，机组平均每天增效2道口。测量仪自动存储管口的直径和周长信息，为以后管口质量分析提供数据。从大数据中可分析总结出合格率的趋势，为数字化和智能化管道建设提供基础，对机组的提质、增效起到了积极的促进作用。

2.2 管口组对机械化施工

在管道群对接焊接施工中，目前使用的内对应物不能在各种弯头内行走，影响了顺序施工。复杂地区管道固位体较多，制约了管道焊接质量和施工的综合进度。它借鉴气动内对口器的部分原理，汲取气动内对口器的优点，利用电-液压为动力，各工作单元柔性联接，采用PLC自控技术，无线遥控操作，可在弯管中行走，最大爬行角度达58°。经现场测验，使用外对口器组对时间为11min，使用电-液内对口器仅需2min，且无需修磨焊接接头，可实现山区施工管道组对流水作业，填补了山区管道沟下焊组对设备空白，提高了施工质量和工效，节省了施工成本，经济效益明显。

2.3 管道预热机械化施工

如何在短时间内将低温管道预热到工艺规定的温度，在管端建立足够的蓄热段，降低焊道的冷却速度，从而保证焊接接头的整体力学性能，是瓶颈问题在管道施工中遇到。人工预热已不能满足管道焊接的需要和工艺要求，管道预热机械化是发展的必然趋势。耐低温焊接预热装置是一种采用感应效应对焊前管道进行预热的装置，主要采用大功率柴油机为动力源，由与之相连的主发电机产生中频交流电，并将中频交流电直接输入感应加热线圈，加热焊口，通过自带预热系统、保温系统，满足焊接机组在低温环境下施工的要求，在-30℃的环境温度下，装置预热时间≤20min，并在5min内成功启动。使用该装置对D813mm×14mm的管端400mm宽的范围进行加热时，管材升温速度≥40℃/min。耐低温焊接预热装置的预热时间比常规逆变中频机组的预热时间短，这种快速预热和全自动的高效施工相匹配，可充分发挥全自动焊接施工优势，彻底解决焊前预热这一瓶颈问题，综合效益可观。

2.4 管道防腐机械化施工

在管道防腐施工中，管道防腐修复是保证管道防腐完整性的一项重要技术。一旦修复失败，很容易造成修复现场的腐蚀，甚至发生严重的事故。管道防腐涂料已从沥青和冷包胶带发展到高科技聚合物防腐涂料。管道防腐修复大多采用手动和半自动操作。如何改进修复工艺，研制自动防腐修复施工设备，提高修复质量和效率是防腐修复研究的关键内容。机械化维修工作站是管道建设从以人为本向技术创新转变的必然选择。集管道防腐系统、机械系统、检测系统、自动控制系统于一体，实现了现场管道防腐修复的全自动化，全面提高了修复的质量和效率。中国石油在西气东输三线开展了机械喷涂液体聚氨酯补口、中频加热辅助热收缩带安装工业规模应用和BK-1型机械化补口工作站试验，这些新技术有效保证了补口防腐层的一致性和可靠性，填补了我国管道建设领域的空白。随着科学技术的发展，管道防腐连接技术的自动化程度将越来越高。

2.5 沟底平整机械化施工

沟底平整机的研制对提高管道安装质量、提高沟底平整施工的速度、降低施工安全风险有重要意义。主要工作原理为自带刨铣鼓和推土铲装置，刨铣鼓具有自动调平功能，可按照既定的平面实现沟底土层的铣削平整。推土铲配置可上下调节的U型铲板装置，具有可将设备行进方向的土进行切削、平整的功能，最大可切削厚度为10cm的冻土。设备作业能力：单次铣削宽度为1400mm，平整范围内沟底基层起伏不大于70mm，单次最大铣削深度300mm;在强度为0.6MPa的冻土沟底，按最大的铣削深度作业时，作业速度不小于5m/min;可通过更换刨铣头进行强风化岩地段的作業。通过采用刨铣的形式，对成型管沟的沟底进行精细化处理，将沟底的局部隆起、鼓包等可能导致管材变形的部位进行刨铣，避免沟底坚硬的挖掘机斗齿刮痕、局部冻土突起等对管道3PE防腐层的破坏。沟底平整机还能刨铣出300mm的细土，减少了高寒地区冬季管道施工无细土回填的困难，节约了细土回填成本。

结束语

机械化施工正走在从引进到吸收再到创新的道路上，在今后的施工中，在消化、吸收国内外先进管道施工技术的基础上，还将不断地进行技术创新，探索、综合考虑施工效率和施工成本，从而研究出一套适应国情的机械化施工方法、工艺和模式。

参考文献

[1]陶志刚，王龙，赵建国.油气管道外防腐补口技术研究进展[J].油气储运，2014，33（7）：692-695.

[2]张垒，王进，牛志勇.长输管道机械化施工装备研究与应用[J].石油工程建设，2018，44（S1）：130-133.