天然气高中压管道同沟敷设施工技术.pdf

化工设备与管道 第 4 o卷 天 然气 高 中压 管道 同沟敷设 施工技 术 石 宇熙 常 州技术 师范 学院 ， 常州 2 1 3 0 0 1 摘 要 天然气高中压管道同沟敷设施工中， 不仅有管道安装 、 防腐技术 还包含有阀门井等附属设施的设置与施工要求。 本文以西安 市天然气高中压管同沟敷设为例， 对管沟开挖 以及遇到特殊路段时如何进行顶管、 设置阀门井的施工技术加以介绍。 关键 词 天然气高中压管道同沟敷设施工 城市天然 气管 网主要沿 道路敷设 ，由于路 面下 各种 管线及 隐蔽设施 较 多 ， 将天然气 高 、 中压管道分 开敷设不仅工 程造价 大 、工期 长也不 利于使用 、维 护。在西安市 天然 气主体 管 网施工 中 ， 将 高 、 中压管 道敷设 在 同一管 沟 内 ， 高压输 气 、中压配气 ， 不仅减 少对路 面及地 下设施 的损坏 ， 节约 了工程 造价 ， 也 为 运行后 维护检修提供 了方便 。 高 、 中压管道 同沟敷设 是一 个复杂 的安装 工程 ，对天然 气管道 安装工艺要 求很 高。 本文通过对 不 同压力 值管道 高压管 网设计 压力 P NI ． 6 MP a ， 中压 管网设计压 力 P NO ． 4 MP a 同沟 施工技术 的探讨 ，为西气 东输 中各 沿边城 市对该项 技术 的利 用提供技 术及理论 参考 ，促使城市气化 工 程施工朝 更科学 、 更合理 的方 向发展 。 1 测 量 放 线与 开 挖 标 准 图纸测 量放线时 先打 百米桩及转 角桩 ，在地形 起伏及转角地段 应打加 密桩 。 控制桩 上标 明桩号 、 里 程及高程 ，同时对设计 中不 同规格或 不 同防腐 绝缘 等级的管材在放 线时应 在分 界点上做 出明显标 志。 当在雨 季或地下 水位较 高 的地区施工 时须采取排 水 或降低水位措施 ， 及时清除沟内积水。 根据城市规划 设计 图 ， 对沿线相 遇的地下 隐蔽设置 ， 放 线时特别注 意在 交叉 范围两端做 好标记 。 管 沟开挖 时 ，上 口宽 度为下 口宽度 深 度 边 坡系数 2 。 边坡 系 数 根据 土 壤 类 别 以及 物 理力 学 性 质 确 定 。以西安市 为例 ， 当管沟深 度 0 ． 7 5 ％ 、 含水率 1 2 ％的地 区 ． 管道 采用 特加强级 防腐 处理 。 西安地 区高 中压管线 按 3 O年使用 寿命设计 ，对 维普资讯 2 0 0 3年第 1期 埋 在一般土质下 的钢管采 用加 强级 防腐处 理 即环 氧 煤 沥青玻璃布共 三层 ， 厚 度 ≥5 ． 5 m m。同时在高压管 沿线 上相隔 3 0 0 m设 置一组 阳极 ， 相隔 3 k m设置一个 检查桩 、 6 k m设 置一个测试 桩 。高 、 中压 管线 尽量远 离 电力 电缆 ， 否则 要增加一 组牺 牲 阳极加 以保 护 ， 阳 极尽 可能远离 电缆 。管道 下做水 泥支墩时也 应设置 一 只阳极。牺牲 阳极 采用水 平方式 埋设在被保 护管 道 2 m以上距离 的土 中 ， 用来 保护钢管 和加强城市可 能产生 的杂散 电流 的排泄作 用 。设 置的检查桩 主要 用来测量管 道 的阴极保 护 电位 ，以 了解管道保 护状 况 ，而设 置测试 桩是 用来测 量牺牲 阳极 的各种 电参 数 ， 以便 了解管道 阴极 被保护 的工作 状况 ， 例 如测量 阴极 的混合 电位 、 阴极 与 阳极 的开路 电位 、 单 只阳极 和多极 的电流 发生量等 。 3 管 道 吊运 及 安装 1 钢 管 吊运 吊运 时注意保 护防腐绝缘层 和 管端 ， 严禁摔 ， 碰 ， 撬 等操作 ， 每层钢管 间放 置软垫 ， 捆绑时用外套胶 管 的钢丝 绳 ，绳 子与管外 绝缘层 间 放 置软垫。钢管 不得与尖 利 的石 子 、玻璃等 硬物碰 撞 ， 同时注意保护 管 口 ， 防止管 口变形影 响焊接 。下 沟及 组焊 前 用 电火 花 检 验 仪对 防腐 管 进 行仔 细 检 查 ， 发现漏点及 时修 补 。 管道下 沟时 ， 采用 专 门的吊具 ， 起 吊高 度 1 m左 右 ，尽量减少 管道受力 。管道 放置在 管沟 的中心线 上 ， 其允许 偏差 ≤1 0 0 m m，同时 沟底修 平防止管子承 受 附加应 力 。 中压 管 道 敷 设 时 尽 可 能在 地 面上 进 行 预 制组 装 ， 把适 当数量 的管 子 和管件 组合在一起 ， 放置在距 管沟边缘 l m 以外高 度 4 0 O～5 0 0 ra m的支撑上 ，然后 分段进行连接 以减少 固定焊 口。高压 管道 由于材料 本身重量大 ， 在 地 面上组装后 吊运 ， 会 引起应力 损伤 及焊缝 裂纹 ， 因此高压 管应先 吊运 至沟底 ， 布管 时首 尾衔 接 ， 相邻两管 口应呈锯 齿形错 开 ， 在管端边缘挖 操作坑进 行组焊 。 2 管道安装管子 及管件 的内部在安装前必 须进行除锈 、脱脂处理 ，同时管 内不得有杂物存 留 ， 脱脂后 的管道 应立 即封 闭 ，安装 时所用 的工 具必须 按脱脂 的要求 预先处理 。 安装时管 子 的中心线在 一条直线 上 ，管 子 的接 头必须对 直 ， 不允 许在接 头处 出现弯 曲。 对 口时不能 用强力对 正 ， 以免 引起 附加应 力 。 管段对 接焊 口如果 间隙过 大 ， 不 能用 加热法来缩小 间隙 。 对 口时多转 动 几次管 子 ， 使错 口值减小 、间隙均 匀 ， 否则焊接后 会 产生 因不 等收缩而引起 的额外应力 。 管子焊 接前先 固定好 ， 不能搬运或悬空 ， 避免管 子 处在 外 力作 用 下 施 焊 。焊 接 过程 中尽 可 能 地避 风 。 对 于可 以转动 的管 道如 中压管 ， 能采用转 动焊接 的尽量转动 ， 减少 固定 口， 减少仰焊 ， 这样可 以提高 焊接速度并保证焊 接质量 。 管道切 割时采用气 割法 ，管道 的坡 口加工 宜用 机械方法 ， 如采用气 割等热加工方 法 ， 除去坡 口表面 的氧化皮并 进行打磨 。管道对 接接头 的坡 口形式 为 V形 ， 焊前先清 理焊缝坡 口 2 0 m m范围内的水分 、 油 污及杂 质 ， 当下雨或 风速过 高时 ， 应加上 防护措施 。 对于高压管道 ， 上 向焊 时 坡 口角度 6 o 一7 O o 、 钝 边量 1 ． 62 ． 0 m m、 间隙 1 ． 52 ． 0 m m； 下 向焊 时 坡 口角度 5 5 6 5 。 、 钝边 1 ． 01 ． 6 m m、 间隙 1 ． 5 2 ． 0 。 对 于中压 管道 ，上向焊时 坡 口角度 6 o 一7 O 。 、钝 边量 1 ． 0 1 ． 5 m m、间隙在 1 ． 52 ． 0 m m；下 向焊时 坡 口角度 5 56 5 。 、 钝边 1 ． 01 ． 6 m m、 间隙 1 ． 0 1 ． 6 mm。 3 管道焊接与探 伤管 口对好后 ， 先用点焊 固 定 ， 点焊 的焊 条 、 焊接工 艺条件 、 是 否预热及对焊工 的要求等与正式焊 接相 同。每道焊缝应连续焊 完 ， 多 层焊缝 的焊 接起点 和终点要互 相错 开。焊接完 毕让 焊缝 自然缓慢地冷却 ， 不得 用冷水骤冷 。 高压管焊接时 上向焊为三层 、 下向焊为 四层 ； 中 压管上 向焊 、 下 向焊均 为两 层 。施焊 时 ， 层 间熔 渣应 清除 干净 ， 并进行外观检查 ， 合格后方 可进 行下一层 焊接 。 焊 接 材 料 选 用 E 4 3 0 3酸性 焊 条 ，焊 条 直 径 为 巾 3 ． 2 mm， 焊条 药皮要均匀 ， 没有 明显的裂纹 、 脱 皮 、 表面无孔 、 焊条 芯无 锈蚀 、 未受潮 等。焊前焊条烘 干 温度为 1 5 0 。 一2 0 0 。 ， 并放置在 保温箱里 ， 随取随用 。 当 采 用酸性焊 条时单 面焊双 面成 形 的焊缝 ，易 产生焊 瘤 、 冷收缩 孔 以及裂缝 ， 因此焊接 时应 控制好熔池 的 温度 ， 变换焊 接手法 和焊 条角度 以消除焊瘤 ， 同时减 慢 收弧动作或将 电弧 引 向坡 口两侧 收弧 ，以消除冷 缩孔及 裂纹 。 焊接 电源采 用 Z X 74 0 0 s 逆 变式直 流 电焊机 ， 维普资讯 4 6 化工设备与管道 第 4 0卷 双面成形打底焊 可采用灭 弧法或 连弧焊法 以便控制 熔 池温 度 ，焊接 时 电流 控制 为 仰 焊部 位 为 9 o到 1 2 0 A，立焊部位为 1 2 0 A， 平 焊部位为 1 6 0 A左右 ， 氩 弧焊时电流各增加 一倍 。 高 中压管分 段施 工完 毕后 ，管段 末端 均用临时 盲板封堵 ， 以防杂物进人 管 内。 由于高压 管道设计 中 考虑通球试验 ，因此 在管道 安装 中对于 9 O 。 弯头 ， 需 用两个 4 5 。 弯头代替处理 。 焊完后做外 观检查 ，焊缝上若 有飞溅及 焊渣时 进行清除 ，焊缝 宽度 以每边 超过 坡 口 2 ra m为宜 。其 外形 应平 缓过渡 ， 表 面不得有裂缝 、 气孔 、 夹渣等缺 陷 ， 咬 肉深度 ≤O． 5 mm。如果表 面有 严重的咬边 、 超 高和低于母材 的现象 时应及 时修 补后 ，才 能进行 无 损探伤检查 。 管道焊接完毕后要进行 1 0 0 ％的超声波探 伤和 X 射线探伤 ，法兰接 口采用磁粉探伤方式 。中压焊缝 X 射线探伤按 1 5 ％抽检 ， 高压焊缝按 2 0 ％抽检 。对于穿 越地裂带 、道路 、铁路 、管件接 头等处 均按 1 0 0 ％探 伤。 4 顶 管 、 管 沟 、 阀门 井 的设 置 与施 工 顶 管主要用在地 面上无 法开挖敷设 的路段 如高 等级公路 、 铁路 。高 等级公路车 流量大 ， 路 面规格 等 级高 ， 不允许开挖施 工 ， 因此需在路 面下 5 6 m处 采 用顶管 的方法 敷设管道 。 顶管 的作业 坑应选在 地 面标 高较低 的一侧 ，作 业坑要有足够 长度和宽度 ， 便于下 管及 焊接 。 承受顶 进反力的作业坑 的背 面应 采取相应 加强措施 。由于 管道上层土体 的荷载 较大 ， 为防止管道 受挤 变形 ， 因 此高 、 中压管 均设 置套管 。顶 进时用千斤顶 、 卷扬机 等没备 ，坑底 铺设枕 木 、导轨作 为套管前进 的轨道 ， 顶进工 作必须连续进 行不 能 中途停 止 。第一 节钢管 顶进方 向的准确性是 整个顶 管 的关键 ，因此 随时做 好测量 和检查 。 当套 管顶人后 ， 再将燃气 管放人套 管 内 ， 空隙及两端用 沥青油麻封堵 。 对于地下水位较高 的城市 需 采取 排 水 措 施 防止 水 流 人 作业 坑及 管道 内。顶管成 功后 ， 立即与干线 管线连接 。 当防腐 管穿越活 动等级 为一 、二级 的地裂缝 以 及市区 内的主要干道 时 ，需设 置砖混管 沟 ，管沟长 4 0 6 0 | n ， 管 沟两侧各配有波纹补偿器井 。 管沟底板 为 C 1 0混凝土垫层 ， 内砌支墩 ， 沟外壁用冷底子 油打底 ， 刷热沥青两度 防水 ，沟盖板 为 C 2 0的预制盖板 ，上配 有预埋 拉环便 于检修 。 管道安装完毕后在管沟内填满 中粗砂 ， 而两端 的波纹补偿井 内一定要保持干净不能 存有异物 ，同时波纹井 的盖板 上设置标志 ，即在 两侧 地面打钢筋桩 ， 以便观察 。考虑 到事故发生时能及时 切断 ，因此在距 管沟 2 9 03 1 0 m处 各设 置一座 阀门 井 ， 也可与管线上相邻 的阀 门井结合使用 。 管道穿越 活动等级三 、 四级 的地裂缝 时 ， 距地 裂 缝 5 0 m范 围内不 能设有支管 ， 管底埋 深控制在 1 ． 2 2 ． 1 m， 并 以中粗砂 回填至管顶 以上 3 0 0 mm， 长度前后 各 1 0 0 m， 其余不 作特殊处理 。 高 中压管道 同沟敷设 时 ， 阀 门井应单独设 置 ， 即 高压或 中压 管线 单独 引开 ，两管 轴心距在 6 m 以上 ， 然后设 置独立 的高压 阀门井 或 中压阀 门井 。出 口再 用弯头 、 管件 引 回 ， 这样 高 、中压 管又敷 设在 同一管 沟 里 。 ‘ 安装 阀 门前应按介 质流 向确定其 安装方 向。水 平管道上 的阀 门 ，其 阀杆 一般 应安装 在上半 周范 围 内。阀 门传动杆 伸 长杆 轴线 的夹角 不应大于 3 0 ， 其 接头应转 动灵 活。 阀门的操 作机 构和传 动装置应 进 行必要 的调整 ，使之 动作灵 活 ，有热位 移的阀 门， 传 动杆 应有补偿措施 。 安装铸 铁 阀f a n ,- J ， 应避免 因强 力连 接或受力不均 引起 的损坏 。安装高压 阀门前 ， 必 须 复核产 品合 格证 和试验记 录。 阀门的安装高 度应 方便操 作和检修 ，一般距地 1 ． 2 m。大 口径管道上 的 阀门应设有专用 支架 ，不能用 阀 门井 的井壁作 承重 支撑 。 波形 补偿 器 吊装 时不 能将 绳 索绑 扎在 波节 上 ， 也不 能将 支撑件 焊接在 波节上 。补偿器按 照管道 中 心线安装 不能有偏斜 。安装 时应 注意补偿 器 的方 向 性 ， 在水平方 向补偿器安装在球 阀下方 ， 即朝着气 流 方 向安装 以便 阀门的拆卸 和修 检 。安装时应 根据 补 偿 零点温度定 位 ，零 点温度 为管道设 计时考 虑 的最 高温度与最低 温度 的中点 。当环境 温度等于 补偿零 点 温度时 ， 安装补偿器 可不进行预拉 或预压 ， 如安装 时环 境温度高于补偿 零点温度 ， 要 预先压缩 ， 反之要 预先拉 伸 。 5 回填及试验 维普资讯 2 0 0 3年第 1 期 管沟 回填 前 ， 对管顶标 高进行测 量 ， 管道在 沟 内 不得有悬空现象 ， 管沟里 无积水 ； 对 管道进行外观检 查无 破损后 ，用 高压 电火花检 漏仪检查 管道 防腐绝 缘 层 ，查 出漏点 进行修 补 。检 查完毕后 立即进行 回 填 ，先 用细 土 回填 超挖 的部 分 ，然后 在 管 顶 上方 3 0 c m及 四周范 围内用细土 回填 ，并采用人工夯实 的 方法 ； 管顶上 5 0 c m可使 用机械夯 实 ， 每层厚度 3 0 4 0 c m。 回填时 由专业 实验室对 土壤作密实度 试验 ， 每 5 0 m分层 取 点 。所 有 地 段 回填 土 的 深 度不 能低 于 8 0 c m， 同时要将层 面按 原状恢复 。 管道 安装完 毕后 ，应按 设计 规定对管道 系统进 行 吹扫 、 强度 及严 密性试验 ， 以检查 管道 系统及各连 接部 位的工程质量 。 设 备 、 仪表及管道 附件等不参与 试验 ， 需用相应直 管做临 时连接 ， 待 试验 完毕后再拆 除。试验 过程 中如遇 泄露 ， 不得 带压修理 ， 缺陷 消除 后再重新试 验 。 高 、 中压管道进 行试验 时 ， 采用压缩气体做 试验 介质 时 ，压力表 的精 度大 于一级 ，其 表盘直 径大于 1 5 0 m m， 最小 刻度小于每 格 0 ． 0 2 M P a ， 压力表不少 于 两块 。 分 别安装于管道 两端 ， 温度计安在无 阳光照射 的地方 。 吹扫 时 ， 吹扫 口应 选择地形较 高 、 人 流较少 的地 方 ， 吹扫 口及放空管必 须有可靠 的接地装置 ， 以防静 电引起火灾 。严 禁在夜 问吹扫 ， 在 升压过程 中， 工作 人 员不得沿管线 检查 ， 吹扫时逐渐提 高风速 ， 稳定风 速 ≥2 0 m／ s ； 以吹 出气 流中无铁锈 为合 格 。每次 吹扫 的管道长度不宜超 过 3 k m，吹扫后对 阀门进行 清洗 、 检查 。 强度 和 气 密性 试 验 时 ，要 在 管 道 上敷 土 5 0 7 0 c m， 同时将焊缝 留 出以备补 口。强 度试 验时 ， 高压 管 为 2 ． 4 MP a 、 中压管为 0 ． 6 MP a ，试验压 力均匀缓慢 上升 ， 强度试验时每 升压 0 ． 1 MP a 稳压 l 0 分钟 ， 当压 力升至试验压 力时 ， 稳 压 1 小时 ， 沿线检查 管道 有无 断裂 、 变形 、 漏气 ，当压 降小 于 2 ％试验压 力时为合 格。 强度试验合 格后才 能进行 气密性试 验 ，试验压 力为 设计 压 力 的 1 ． 1 5倍 ， 即高 压 1 ． 8 4 MP a ， 中压 0 ． 4 6 MP a 。 气密 性试验开始 时应 向管道 充气至试验压 力 ， 保持 2 4小时 ， 用 肥皂水涂抹 所有 的焊缝 、 法兰结 合面 ， 以无漏气 ， 温度 、 压 力稳定 为合格 。 施 工时注意 不能将高 、 中压管道 同时打压 、 吹扫 。试验完毕后立 即用 临时盲板将管端封 堵 。 6 通球 试 验 通球试验只针对高压管 ，试验应在整体联合试 运前进 行。通球时 注意观察压 力表 ， 做好排 量及压 力 记 录。发球后 ， 可用放射线 同位素或低频信 号跟 踪仪 查找球 受阻位 置 ，当球 受阻时采 用逐步 升高压缩 空 气压 力的方式 ，但 最大 推球压力 不得大 于工作压 力 的 1 ． 2 5倍 。通球试验 由南郊储 气站为始点 ，终点 为 门站 ， 注意终 点处采取保护措 施 ， 收球点正 面 5 0 0 m， 侧面 3 0 m范围 内严禁 人员进 人防止球 飞 出伤人 。试 验时清 扫 的管道 的 口径必 须相 同 ，管子 的壁厚相差 不能过 大 ， 一般保持在 2 3 m m 以内； 钢管焊接应做 到 内壁齐平 ， 内壁错 边量不大 于 2 mm； 管道 的弯管应 采用 冲压或煨 弯的弯头 ，不能使 用焊接 与椭圆度较 大的弯头 。 沿线 管道上 的阀门必须采用球 阀 ， 且 阀门 全开否则 清管球无法 通过 。吹扫 时将 准备 好 的清管 球放人发球 筒 内 ，依 靠清管 球的 自重 和发球筒 的倾 斜作用 ， 清管球会 自动滚人被 清扫管道 的始端卡 紧 ， 处理待发射状态 ， 向发球筒压人 压缩空气 ， 由于清管 球在管道 中处于卡 紧密封状 态 ，于是球 的前后 产生 了压力差 ， 当压力差 达到一定程度 时 ， 清管球便 被压 缩空气推 动前进 。前 进状态 中的清管球 有时是 滑动 的 ， 有时是滚动 的 ， 在 前进过 程 中， 清管球将管道 中 的各种杂物 也推动前进 了 ，同时也将 清管球前 方的 空气挤 压 ， 将污 物从收球装 置的排 出口排 出。 通球 扫 线 时不 能将输 气 高压 管线 与 门站 内高 压管线 连 接 ． 待试验 完毕后 才能相接 ；同时考 虑到输气 高压管线 上 ， 连接三个调 压站支线 D N4 0 0 异径 三通对通球 有 影 响 ， 因此通 球前对三个支 管三通进行改 造 ， 在支 管 与干线连 接处焊接钢条拦 网 ， 吹扫完毕后 再拆 除。 参 考 文 献 1 石宇 熙 ， 天然气 管 道安装 与 防腐技 术 ， 上 海 化 工设 备 与管 道 第 2 0 7期 ． 2 0 0 1 2 D J J 3 3 8 9 ． 城镇 燃 气输 配 工程 施 工及验 收规 范． 北京 中国建 筑 工业 出版社 ， 1 9 9 0 3 石字熙 ， 天然气 门站工 艺 管道 安装技 术 ． 一 I- ． 海 一 It ． 海煤气 ． 第 3 3 4期 ． 2 0 0 2 ． 维普资讯