油气长输管道安装技术关键点研究

周勇(中石化河南油建工程有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

油气长输管道安装技术研究持续深化，是完善国家能源输送模式，夯实输送基础的必然选择。油气长输管道的应用，不仅减少了能源输送成本，删除冗余操作环节，同时有效控制能源损耗，对国家能源输送工作开展具有现实意义。正因为如此，必须加大对油气长输管道安装技术关键点研究的力度，结合我国能源输送特点，克服地域空间大、输送环境复杂、运输困难等不利条件，梳理安装技术关键点去保证油气长输管道安装质量，提高油气长输管道应用安全性，为国家能源输送系统拓展与升级积累经验。

1 油气长输管道安装技术关键点研究的必要性

在我国，油气管道的建设发展，对我国的能源安全和国民经济发展起到了积极的作用。目前，我国的油气管道建设已有3 000 多公里，遍及全国。长输管线输送天然气、原油、成品油等占总输送量的40%以上，长输管线输送石油、煤炭、金属矿石等资源占总输送量的20%左右。油气长输管道的主要功能是将石油、天然气输送到用户手中，是国家重要的基础设施[1]。油气长输管道工程建设不仅需要强大的资金实力，更需要先进的技术和管理手段。由于管道施工现场环境复杂，在建设过程中容易出现管道腐蚀，加上长输管道沿线长、跨度大，管道焊接难度大，所以不可避免会出现焊接问题。因此，应该做好防腐工作，提高焊接水平等，处理好管道安装技术关键点，以保证管道正常运行。

2 油气长输管道安装项目概况

此次研究的管道项目所在地位于黑龙江省黑河市，地理位置优越，东临黑龙江，南临黑河，西靠穆棱，北临抚远。施工区域的地形条件相对理想，大部分为平原地形，地势比较平坦，整体以西高东低为主。管道一期工程起点位于穆棱市站前区站房附近(K035+749.7)，终点位于穆棱市站前区站房附近(K036+589.7)。管道全长约319.4 km，管径1 016 mm、1 219 mm、1 350 mm、1 530 mm 等多种规格。一期工程设计压力为10 MPa(81.8 MPa)。截至2022 年5 月31 日，已累计使用钢材102 673.3 t。管道施工主要选择槽车作为主要运输工具，并搭配吊车在施工现场灵活运输。为方便施工材料应用，将材料堆放区域设定在施工现场。堆放场地占地面积约为7 706 m2，其中主要材料堆场占地面积约为4 448 m2。

3 油气长输管道安装技术要点

3.1 三相分离器安装技术要点

油气管道在长距离、高压力和高温环境下运行，会对管道内的介质产生高温、高压作用，因此需要在管道内加装一定的设备来保障油气稳定输送。此次管道安装施工项目中，结合油气长输管道中三相分离器的作用及重要性，对其安装技术要点进行研究[2]。在安装过程中要重点关注设备的材质和规格尺寸以及设备在安装过程中的保护措施。三相分离器可以使液体介质形成三相流，避免油、水、气等三相介质对管道造成腐蚀，从而达到提高油气输送效率的目的。

3.1.1 设备材质

油气长输管道三相分离器的主要材质为不锈钢和碳钢，其中不锈钢材质为Q235-A，碳钢材质为Q345-A。在实际生产中，除特殊介质外，一般均采用不锈钢材质。在油气长输管道中三相分离器多用于清管作业，其材质要求为304 或316 L[3]。

3.1.2 三相分离器规格

(1) 三相分离器的规格主要有两种：一种是直径≥φ600 mm；另一种是直径≤φ600 mm。其中直径≤φ 600 mm 的设备一般选用内径为φ 1 000 mm 或φ 1 200 mm 的三相分离器。

(2)三相分离器规格型号由规格尺寸和公称通径两部分组成。规格尺寸主要包括设备尺寸、壳体尺寸、法兰尺寸等，公称通径指设备外径与管内径之比，常用的公称通径为3-4/6-5/10-12/20-25 等。

3.1.3 安装注意事项

三相分离器主要包括三个元件，其一是油水界面调节器；其二是捕雾器；其三是筒体。置换分离是三相分离器中筒体关键功能，组建期间筒体的安装必须遵循水平控制原则。筒体固定后安装鞍座，其间检查介质整体度，并保证排污池、排污管线之间连接到位。捕雾器的安装，根据其滤网检查功能，重点集中在管道口、管线操作方面，将其与气液分离器连接牢固，使其能够充分发挥出凝的作用[4]。油水界面调节器主要功能为油水出口调整，需要对油水浓度进行科学设定，以提高废水中的石油含量，确保出油的水分含量均达到了设计要求。此外观察液位计，随时确定液位高度。最常用的是磁性翻柱式水平仪和翻柱式水平仪两种，具体使用中要保证其和凸缘管道的连接是牢固的。

3.2 管道焊接技术要点

此次研究将对长输管道安装中遇到的问题进行分析，并提出解决方法，以提高管道安装质量，延长管道寿命。

3.2.1 焊接材料的选择

焊条的组成包含多种元素，如：硅、碳等，焊条的基体为黑色粉末状，施工中所应用的焊条均通过加水、干燥等调制而成。焊条包括常用、特殊两种型号，焊条型号的选择根据安装焊接要求决定。焊条运输之前必须按照要求包装处理，并在施工之前对焊条进行清水浸泡，时间设定为30 min，随后再次烘干[5]。

3.2.2 下管关键点

下管前必须用丙酮擦拭管子表面，然后用刷子刷净焊道表面的氧化物和铁锈等。下管前对焊道进行了除锈处理。下管时，焊工应该站在下管架上操作。焊工必须在管架上立着工作，不得站在地上进行下管工作。先将管道的管件连接好，然后用铁丝捆扎起来放在下管架上；每根管子必须由两个人操作，两人都要站在管道的下面；两人要抬起管子的一头并在另一头上放好。操作人员在放管子时应站成直角方向，并且要用手扶着管子一端；当管子放好后，操作人员应马上把管子放下，然后将下管的铁丝捆扎好再放下；同时下管时还要注意防止铁丝将管件缠住；当下管架上的铁丝被缠住时，要用力拉下来[6]。

3.2.3 焊接护理

在进行长距离输送管线的焊接时，所有焊接操作必须符合规范，以保证焊缝的施工技术达到设计要求。焊接施工质量受多种因素影响，如：焊接材料的选择、焊接施工环境、焊接工具的应用、技术人员技术专业性等，所以在焊接施工过程后，要有专门的人员进行仔细地检测，同时要有监理人员参与，随时掌握施工现场具体情况，同步检测焊接质量[7]。

3.3 泵机、阀门安装技术要点

以下分别提炼了泵机、阀门安装的技术要点，为规避安装问题，提高安装质量提供参考。

3.3.1 泵机安装要点

(1)泵及设备因为功能特殊，并且影响因素复杂，所以必须全方面检查，保证型号与油气长输管道施工匹配，设备功能正常。尤其是冬季施工期间，温度比较低，泵机若未及时防冻功能会受到影响。部分泵机处于长期停用状态，需仔细检修并保证正常运行情况下安装[8]。

(2)泵机主要以吊运的方式运输至施工现场，由专业机械辅助完成吊装，就位操作。

(3)对于在水平管道上进行泵机和阀门安装时，应考虑泵与阀组的相对位置(当泵组置于阀组之上时，则应将泵组置于阀组之下)；对于在竖直管道上进行泵机和阀门安装时，应考虑泵的竖直位置(当泵置于阀组之上时，则应将泵组置于阀组之下)。

(4)安装过程中，应注意控制好泵机的位置，确保其与管道保持垂直，并采取可靠的保温措施。此外，在安装过程中要注意确保泵机与管道之间没有任何干涉和摩擦。泵机组在管道上的安装位置应符合设计要求，且便于操作和维护[9]。此外，为了防止泵机组受到水锤等机械损伤，在管道上还应该设置有支托、吊架或安全拉索。泵机组与管道的连接处应焊接牢固，并采取可靠的保温措施。此外，在安装过程中还应该注意检查阀门是否可以灵活关闭，确保无泄漏。

(5) 泵机安装现场要求必须有专业队伍组织测量与监督工作，实时测量与记录泵机压力、流量、功能运行等信息。还应注意确保各仪表设备的安装位置准确、固定牢靠、调节灵活等问题[10]。泵类设备的安装过程中，根据实际情况设置相应的安全防护措施，如有必要还可以设置相应的报警装置等。泵类设备安装施工中应注意安全防火问题，同时还应设置消防设施和应急预案等。

(6)提前对泵机、阀组与管道连接材质进行分析，如果选择法兰，则选择的重点集中在法兰材料本身即可；如果选择螺纹，则选择中还需要对阀门密封垫综合考虑；如果选择直接焊接，则选择的重点集中于焊接材料。泵和阀门之间连接管道在布置时必须考虑介质流动方向。对于在水平管道上进行泵机和阀门安装时，有液体介质流向要求的部位(如放空阀)应设置在管道上部。

3.3.2 阀门安装要点

(1)阀门在现场进行组装前，必须进行检查、校正和试压，其允许偏差应符合相关标准要求。阀门安装方法灵活多变，可根据现场情况，选择整点吊装、支架法等，还可以多个方法搭配完成，如：支撑架支撑法-吊点式吊装-支架法。

(2)待阀门安装完毕，组织设计充水试验。充水试验初次压力设置为工作压力值×1.5，要求时间必须≥30 min。试压过程中，注意对阀杆、阀体间隙进行控制，要求必须≤10 mm。及时拆除临时支撑和固定设施，并对阀门进行清洗和除锈。待所有试压测试达到标准，才能够进入到正式投产阶段。

3.4 长输管道防腐保温技术要点

3.4.1 防腐技术要点

(1)分析腐蚀问题出现的原因

其一，设计方面管道本身强度设计不足、管材选取不当、连接方式不合理、焊接缺陷、外部因素影响。

其二，防腐处理方面防腐层防腐能力不足、防腐层质量不合格。

其三，长输管道运行方面没有严格按照标准进行管理，设计、施工、监理等环节出现问题，导致防腐处理不到位。

其四，长输管道维护方面维修保养工作不到位、管线设计没有考虑防腐要求。

其五，防腐工艺不合理与其他因素影响。

(2)防腐技术优化与关键点处理

防腐主要通过各种方法对管道进行处理，以防止腐蚀和发生化学反应。

①面防腐

主要用于油气长输管道外部环境较差区域，如：土壤腐蚀性强、湿度较大、环境温度变化较大等环境条件下的施工作业。主要方法有涂敷各种涂料、喷涂或热喷涂油漆、涂敷金属表面涂层和在金属表面涂刷各种涂料等。具体包括针对腐蚀性气体的防护涂料，另一种是针对腐蚀性液体的防护涂料。在我国，防腐涂层分为两种类型：一种是环氧粉末喷涂或缠绕在钢管表面，另一种是聚乙烯粉末喷涂或缠绕在钢管表面。石油天然气管道防腐涂层主要采用环氧粉末喷涂和聚乙烯粉末喷涂两种方式。此次工程项目应用环氧粉末的应用，主要采取加热固化方法，在长输管道的表层打造环氧涂层。聚乙烯涂料则省略加热固化过程，直接在管道表面喷涂。

因为油气长输管道实际应用中，长期接触腐蚀产物，一旦沉积过多必然会增加管道腐蚀风险，所以除管道内壁表面防腐之外，还需要针对防腐产物沉积打造防腐层。通常有两种类型的防腐层：一是环氧煤沥青防腐涂料；二是聚乙烯防腐涂料。油气长输管道以流体与烟气输送为主，因此两种防腐层均具有突出应用优势。此外防腐处理中涂料的选择，主要以环氧煤沥青涂料为主，还会应用到环氧树脂，合理搭配固化剂，去优化涂料性能。

②涂敷工艺

目前长输管道安装中，防腐涂层以现场加工为主，部分区域因为现场条件复杂，所以选择工厂预制。防腐涂层主要包括内外两层。防腐涂层的基体应用环氧树脂材料，并搭配外胶层，借此强化防腐涂层综合性能。当管道外防腐层为聚乙烯、环氧或聚丙烯时，可以采用单层或多层粉末涂装，也可以采用静电喷涂。

3.4.2 保温技术要点

(1)保温材料的选择

保温材料的选择应根据管道的施工条件，合理选择，并根据设计要求和工程特点，确定材料的性质、尺寸和性能。对于设计要求温度较低或所需保温温度较高的管道，应采用导热系数较低、吸水率低、密度较大的保温材料；对于设计要求温度较高或所需保温温度不高的管道，应选用导热系数小、吸水率小、密度适中的保温材料。

(2)保温层及保护层施工

保温层施工前，先清除管道表面油污和杂物，然后进行水泥砂浆找平或基层找平，使管道表面平整。结合工程实况与图纸设计，全面检查防腐层，一旦发现已损坏或存在损坏隐患的情况，必须及时维护更换。根据保温材料对防腐层的敷设与保温方法进行选择，此次工程中包括三种敷设方式，其一为架空敷设，该方法应用期间，需注意控制保温层、管道距离；其二为直埋敷设，施工期间注意点依然为保温层、管道距离控制；其三为地沟敷设，施工中注意点为保温层、地沟间距离的控制。

3.5 长输管道回填施工要点

油气长输管道安装施工，还涉及到下沟、回填处理。下沟与回填施工中，需应用到专用吊具，并保证管道两端在下沟施工之前完全封死。回填施工操作中，观察施工区域地下水情况，因为回填工期处于春季，降水量相对较少，所以工程采取回填与人工降水协同施工。期间注意，回填与降水需从两端进行。施工中包含多个穿跨越环节，不可避免会进行沟下连头施工处理，需积极克服沟下连头施工困难，灵活完善施工方案。首先需要对沟下连头两端进行处理，特别是直管段区域，要求直线施工必须≥50 m，若情况极为特殊无法形成直线，则控制直管段施工角度，必须≤3°。工作坑施工设计中，检查坑内积水情况，并设置集水坑，及时将工作坑积水抽干。连头下料施工阶段，因为管道本身受周围环境影响存在热胀冷缩现象，所以下料与焊接的时间必须科学控制。实时检测管道温度，跟随温度变化调整管道长度。完全控干管道水分，随即进入焊接环节，这是缩短施工周期的重要措施。为保证施工质量，需在沟下连头位置设置高水坝，测量管口、管道内距，要求在40 cm 位置设置挡水坝，并迅速将其烤干，待达到施工标准后对其进行焊接。

4 结语

综上所述，通过对长输管道安装技术关键点的梳理，认识到长输管道安装技术面临的挑战，并汲取管道安装经验。长输管道对能源输送发展意义重大，为达到提高能源运输效率、保证能源运输安全等目的，必须保证所有管道安装技术关键点施工落实到位，科学排除管道安装隐患，尤其是常见的防腐、焊接、设备运行等质量通病，从多方面提高油气长输管道应用安全性，科学选择施工材料，帮助油气长输管道节能降耗，保证管道安装质量的同时，延长管道使用寿命，充分发挥其经济与社会价值。