工业管道施工技术探讨

史兆纳

(山西省安装集团股份有限公司，山西 太原 030025)

随着我国经济的快速发展，工业生产活动中对管道的需求也随之增多，工业管道可以分为高压管道和低压管道两大类，其中低压管道是指输送介质为空气、氮气、氧气、压缩空气或其他气体时使用的管道，高压管道是指输送介质为高压液体或气体时使用的管道。在工业生产中，常采用金属管和非金属管两种类型。金属管具有较好的耐压性能，但由于金属材料本身质量不稳定，容易造成腐蚀，同时设备部件寿命短，维修费用高。非金属管具有良好的耐腐蚀性能和较好的耐老化性能以及操作方便等特点，其主要由钢管、橡胶套管、管件和法兰等组成，这两种管材在施工中也有许多不同之处，需要结合工业生产活动要求，对管道的材质和规格进行合理选择，满足工业生产活动的安全性要求。

1 工业管道安装施工概述

工业管道工程施工包括以下几个环节，即施工前的准备工作、预处理、管件安装、焊接和水压试验，管道防腐蚀和保温处理等，石油化工工业是国家重要行业，其生产装置直接影响着国民经济发展水平和人民生活质量。从20世纪80年代开始，我国相继出现了多套千万吨级炼油工程及一批百万吨级乙烯工程，炼油装置中使用的管道种类繁多、材质各异、数量庞大，生产装置中使用的管道包括低压管网、中压管网及高压管网，装置内所使用的设备包括压缩机组、泵类及热煤炉等设备，而以石油化工工艺过程所需要设置的工艺管道包括各种原料管线、中间介质管线及产品输送管线等。为保证石油化工工艺过程安全可靠运行，必须对其进行严格监控，对影响安全性和经济性的问题及时进行处理或修复，否则容易发生事故导致无法挽回的损失，因此在石油化工工业生产中，对其生产设备以及装置内部管道进行设计、加工及安装等就显得尤为重要[1]。

目前工业管道通常是以钢结构材质为主，按材质可分为压力管道和普通管道两大类，由于石油化工行业是一种危险行业，所以要求施工人员在安装之前，必须严格进行施工工艺及质量控制，确保不发生质量事故，因此需要设计人员具有较高的专业水平，同时设计人员在进行工程设计时应充分考虑到各种可能发生的情况及特殊要求，尤其是对管线系统压力及温度变化较大或输送介质易燃易爆、有毒有害物质等情况，要进行必要的分析和计算，以确保工程安全可靠。在石油化工工业中，不同种类的管道有着各自不同的特点，在实际应用中也会有所不同，低压管一般采用碳钢材质，中压管一般采用合金钢材质或不锈钢材质等；高压管一般采用碳素钢或低合金钢；工艺管道则以不锈钢为主[2]。

随着现代工业生产水平和科学技术的发展与进步，工业管道施工技术也在不断地发展与完善中，工业管道工程在建设过程中不同于其它工程类建筑，它更注重于防腐性、安全性以及使用寿命等方面的要求。工业管道施工技术涉及工艺设计、材料选择及施工工艺等诸多方面内容是一个系统工程，不同类型、规格、直径和材质的工业管件或设备也需要应用不同材质和型号，同时加工过程中对每一个环节都应严格要求。此外，在安装过程中还必须遵守相关规定，其中控制点包括材料质量控制点和安装质量控制点两方面内容，材料质量控制点指原材料检验，主要是从采购原料时就应该进行严格控制以确保产品质量符合要求，采购后要对原材料进行相应检测确认其合格性，安装质量控制点指在施工过程中应该按照有关标准及规定来执行，工艺技术要求包括管件制作、焊接设备及工艺参数等相关内容。另外，要注意区分不同直径和材质的管件产品，以确保选择合适型号或规格的焊机和焊接工艺参数及工艺方法来对其进行有效安装，还要对加工后的管件进行探伤检查以确保其符合标准要求，同时要在施工过程中严格按照工程技术要求来执行相关规定，并严格把控安装过程中各个环节质量，在出现质量缺陷问题时需要及时进行解决。

2 现阶段工业管道施工技术的应用现状

我国现阶段的工业管道施工技术虽然已经有了一定程度的发展，但仍然存在许多问题，例如我国管道施工技术起步较晚，与发达国家相比仍存在差距。对于一些施工人员来讲，由于对管道施工技术的认识不深或思想意识的落后，导致了对管道设计、加工、安装等环节中出现诸多问题。另外，在工业管道安装中，由于缺乏相应的技术指导或行业规范而造成了混乱，导致一些小厂家开始生产不符合要求或质量低劣的工业管道产品，还有一些企业为了节约成本而将不符合规定的产品，通过制造后以低价卖出获取利润，这一问题会扰乱市场秩序并且严重侵害了消费者合法权益[3]。随着科技不断发展和社会进步，工业管道施工技术也逐渐得到了极大地提升，目前我国大多数企业都配备了专业的工程管理人员以及相关工作人员，通过加强管理规范施工过程以提高工业管道安装质量。现阶段，工业管道施工中对于管材和管件等原材料质量检测和验收方法，主要有目视检测、射线探伤以及超声波探伤等方法，其中目视检测是通过肉眼对管材表面进行检查，射线探伤是通过使用射线装置对管材进行检验，超声波探伤是利用声波在金属内部所产生的反射及干涉作用检查管道内表面缺陷，通过这些检测方法可以发现工业管道施工中存在的问题并及时解决。但是在现实发展过程中，由于受到市场利润驱使，很多小厂家为了降低成本往往会用废旧管，或质量差的钢管替代符合国家标准要求和规定的工业管道材料进行生产。目前我国大多数企业由于受管理水平、资金投入等因素影响而达不到相应标准要求和质量标准，导致其产品质量较差从而严重影响了工业管道安装施工质量及工业发展水平。另外，小厂家在生产过程中往往存在偷工减料、以次充好等不合理行为，会给行业发展带来不利影响，并且一旦发生质量问题会造成非常恶劣的社会影响及经济损失。

3 工业管道施工技术分析

3.1 工业管道安装技术的基本要求

1)管道安装前应认真审查施工图纸，了解设计意图及要求，熟悉施工工艺标准和有关技术文件。在正式进行管道安装前，应将所有的图纸和有关文件送质量监督部门进行技术审核；2)管道安装应以焊接为主，射线或超声波探伤检测作为最后一道工序，对无焊缝的管段可采用无损探伤检测，对有焊缝的管段应进行100%射线或超声波探伤检测。当采用无损检测方法时，有一处或多处缺陷时不能进行射线探伤，当采用射线探伤不能确定缺陷位置时，应优先选用超声波探测方法；3)管道安装后应进行强度试验和严密性试验。管道的强度试验压力按设计压力的1.5倍计算，管道安装中当工作介质为蒸汽或热水等低温介质时，其低温试验压力应提高一级并做好记录。当工作介质为气体时，其低温试验压力应提高一级并做好记录，工作介质为气体、蒸汽和高、低温液体时，其温度每升高10℃、工作压力增加0.1Mpa；4)在管道安装过程中，管口处理必须严格按照设计要求进行操作，所使用的焊接材料、坡口型式及填充金属等必须与设计相符[4]。

3.2 施工前准备工作

1)在正式开始施工之前需要熟悉图纸，确定施工方案，施工前应对管道系统进行详细的勘察，并将工程实际情况与设计图纸相对比，确定设计是否满足要求。如有疑问可请设计院有关人员或请设计单位专业人员进行技术指导，以确保管道系统的正常运行和施工质量；2)施工现场勘察。对管网的位置、走向、管径大小、弯头数量等进行调查并根据实际情况选择出合理的方法进行放样和开挖沟槽。对地下管线情况如：管道的走向、管径、连接方式等进行详细的调查，并做好相应资料以备检查。测量管网中心线及各管段底标高，以确定各管段位置坐标(在管线上设点)及标高(在管道上设点)，并按图进行放样。对于地下管线或穿越道路的管线，要提前了解并做好标志。将管线及地下设施的坐标等资料张贴于明显处或编制标识牌一并放置于显著位置，使施工人员易于观察和辨认。对于隐蔽工程还要做好相应的标识。管道焊接前要做好保护工作，严禁无关人员进入施工现场，施工中遇有下雨等恶劣天气时要停止焊接工作，高空作业时也要做好安全防护措施或采取安全措施方可施工，在已完工管道上进行焊接作业时，也要做好相关保护工作，所有操作人员都要穿戴安全防护用品才能进行焊接作业[5]。

3.3 检测入场材料质量

检测材料质量是保证施工质量的关键，首先要保证进场材料质量合格，在入厂检验过程中应按照技术标准和相关设计规定的要求进行验收。首先对各种原材料、外购件、中间产品及半成品等进行必要的复验，对于不符合有关标准规范的材料不得使用，在施工中发现不合格材料时要及时提出并采取措施进行处理。其次要做好管材的表面质量检验工作，通常情况下应对钢管表面进行X射线检查，对于壁厚小于4 mm的钢管则应采用超声波检查，在外观检查中如发现有异常情况或存在缺陷，应根据情况采取相应措施进行处理。在施工中，对管道材质及焊口质量的检测尤为重要，为了防止焊接过程中出现脱焊、错焊以及焊缝强度不合格等缺陷，应在焊接前对母材和焊口进行无损检测或100%射线检测，在焊接后应采用超声波探伤来检验焊缝内部质量、100%射线探伤来检验母材内部质量。通过对管材表面质量及焊口质量等方面的检测，可以有效地保证管道材料本身质量是合格产品。

3.4 安装架空管道支架和吊架

安装支架时，应注意以下事项：1)支架上的吊杆与管道中心线应保持垂直，安装后的吊杆要平整、不垂直，防止产生应力；2)支架上应标明管号、序号和弯头、三通等附加设备的标高；3)安装在管上的支架，应按设计规定调整好管段轴线位置，使管口中心线与支吊架中心线对齐；4)在直线上和转角45°范围内有建筑物时，支架可利用建筑物柱子或其他固定件作为支撑点。无建筑物时，可利用基础柱作为支撑点；5)管道支撑点间距：刚性固定件不超过1.5m；柔性固定件不超过2m；水平支吊架不超过1.5m。当采用弹簧支座时，吊架间距可取无弹簧支座情况下2～3倍的设计值；6)管道支架间距：当热力管道无热位移时，支、吊架间距按相邻两个热位移值的最大值确定。当有热位移时，支、吊架间距应按各热位移值的半倍左右确定。直线上无热位移或位移较小时(小于0.1 mm)。

3.5 管道焊接安装施工

管道焊接安装是整个施工环节中的重要一环，必须要掌握这一环节的技术要点，确保管道焊接的质量。首先，应该了解所采用焊接工艺方法与管材、管件生产厂家提供的材料、性能指标等有关资料，然后在设计要求和施工规范允许的范围内确定焊接方法。具体如下：1)管材有专用焊接方法和焊接材料，必须按规定选用；2)选择焊缝坡口形式。根据所焊管道的宽度选择合适坡口形式；3)预热是确保焊缝成型均匀一致的重要措施，预热温度应根据母材和管件材料性能确定；4)合理选用热输入值，不得过高或过低；5)正确选择焊条型号、规格和焊接工艺参数。采用氩弧焊时，应合理选用焊条或焊丝，并采取适当措施防止咬边及熔合区过热；6)必须做好焊缝检测工作。焊接完成后进行检查、验收和记录，对焊缝要进行外观检查、射线探伤和超声波探伤检测。焊缝及热影响区母材不得有裂纹、未熔合、折叠和夹渣等缺陷。不合格部位应及时修整或重焊[6]。

3.6 安装阀门法兰

法兰安装前应进行外观检查，包括表面的清洁度、有无锈蚀和机械损伤等，并进行外观检查标记。法兰安装时，螺栓要对称地均匀拧紧；两法兰垫片间要用密封垫片填充密实，密封面应垂直于管道轴线。阀门安装时，法兰的中心线与管道中心线要对中；阀门与管道轴线应平行；阀体内腔用膨胀节(或膨胀套管)填实。阀门应垂直于阀杆中心进行安装，前应使阀门的手柄处于垂直位置。螺栓孔处应用专用垫圈垫牢，并在其顶部露出部分涂以黄油或石棉布；同时还必须注意法兰密封面的平整光滑。法兰螺栓紧固时应均匀对称地拧紧。如果扭矩过大将会造成法兰脱开或泄漏；扭矩过小则会造成法兰被拉断或者未完全拧紧。

3.7 试压和冲洗

管道试压前必须进行水压试验，检验合格后方可试压，根据工程经验低压管道在安装完成后都要进行一次水压试验。首先，用空载试压方式进行升压，再用标准试验压力稳压12h后降压至试验压力然后进行冲洗，直到内表面没有渗漏现象为止。对于连接的不同接口，其试压方法和要求也有所不同，金属管道系统一般采用静压方法或升压法试压法进行压力试验，对于焊接结构的管道系统试压宜采用内外坡口无损探伤检验法，对于球阀、旋塞阀等弹性元件连接的管件，应先将管接头处封闭后再进行升压法试压，低压管道系统在试压时内径尺寸允许偏差为±1%。在进行低压管道系统试压时应注意其精度和焊接质量[7]。

3.8 管道防腐蚀处理方法

工业管道由于其使用环境的特殊性，在长时间的使用过程中经常需要运输一些具有强烈腐蚀性的物质，因此需要对工业管道实施必要的防腐蚀处理，避免管道材料受到严重的腐蚀破坏而形成巨大的安全隐患。聚氨酯直埋保温管自30年代聚氨酯合成材料诞生以来，一直作为一种优良的绝热、防潮、防腐材料而得到迅速发展，其应用范围也越来越广泛，更由于其施工简便、节能防腐效果显著而被大量地用于各种供热、制冷、输油、输气等多种管道。如何设计和制作保温管是一个技术活，需要设计人员和施工人员具有较高的技术水平。保温管道的材质有很多，常用的有钢质聚氨酯保温管、钢质架空聚氨酯保温管、钢木复合保温管以及不锈钢预制保温管等[8]。钢管表面处理方法：1)脱脂：采用化学酸洗和高温热浸洗相结合的方法去除表面油污；2)抛丸除锈：采用抛丸除锈设备对钢管表面进行抛丸除锈，使钢管表面达到一级标准；3)喷砂除锈：采用喷砂设备对钢管表面进行喷砂处理，形成良好的粗糙面；4)静电喷涂法：采用静电喷涂设备对钢管表面进行静电喷涂环氧粉末。其特点是将环氧树脂和聚乙烯所共有的耐候性及耐磨性等性能融为一体形成优异的复合材料，适用于石油天然气化工热力电力化工供水等行业，输送腐蚀性介质的工艺管道和特种设备。该产品由底漆和面漆组成，由环氧树脂、煤焦油沥青、颜料及填充料等组成；5)环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基团，赋予环氧固化物特殊的性能及较高强度，适用于中低压煤化输送管道工程造价低，该产品有良好的机械性能和绝热性能、耐环境应力开裂性能好，因此在工业管道的防护处理工作中应用优势非常明显。

4 工业管道施工注意事项

从目前的应用来看，管道连接方式主要有三种：现场安装、现场焊接和管件连接。不管采用哪种方式，都需要用到阀门，特别是球阀和蝶阀，其功能都是起到关闭严密、释放压力的作用。在阀门和管道的连接中，管件连接方式主要有两种：焊接连接和法兰连接。随着工业发展以及制造工艺要求，工业管道也越来越多采用管件连接。不过，在很多情况下需要焊接连接。现场安装指的是先要把管件的端口找好，再把对应的阀门、法兰以及固定用的夹具安装到位，目前除了化工管道外，大部分管道都采用现场安装方式，因为这种安装方式需要专业人士来完成，同时还需要安装单位提供专业的服务保障。管道内防腐工艺分为两种：物理防腐和化学防腐，其中以化学防腐为主[9]。在制造工艺中，焊接接头是管道内防腐工艺中一个非常关键的环节。工业管道一般不会出现泄漏问题，但是如果出现泄漏后果也比较严重，所以一般都会采用应急处理方式解决泄漏问题。目前很多企业已经使用管道内腐蚀检测仪来检测工业管道是否存在内腐蚀问题，管件连接时也有一些细节要注意，比如在现场施工时要根据实际情况确定使用管件类型，避免不同厂家生产不同类型产品，在施工前要先检查外观是否完好，如发现有损坏或变形必须及时修理并重新焊接，需要采取必要措施防止应力集中出现裂纹等缺陷，保证工业管道整体结构的稳定性，防止出现管道严重破裂或者其他的安全隐患问题。

5 结语

工业管道工程施工是我国工业产业发展过程中非常重要的组成部分，通过上述分析可以看出工业管道的使用环境比较复杂，经常需要运输一些易燃易爆、强腐蚀性和有毒性物质，因此对于管道施工的密闭性、抗腐蚀性和安全性要求标准相对较高，要求工程施工单位需要结合实际施工情况，对工业管道施工中的注意事项以及关键性的施工技术要点进行全面把控，保证工业管道工程施工顺利完成，并且达到预期的工作目标，实现工业产业的更高经济效益和社会效益。