国内输油气管道施工装备存在的主要问题.pdf

2 01 1年 第 4期 管 道 技 术 P i p e l i n e Te c h n i q u e 5 设 备 a n d Eq u i p me n t 2 01 1 No ． 4 国内输油气管道施工装备存在的主要问题 张宝强 ， 江勇 ， 袁会赞 ， 张国权 ， 焦如义 1 ． 中国石油天然气管道科学研究院， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 ； 2 ． 中国石油天然气管道局维抢修分公司， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 摘要 管道施工一线反馈的信息表明 国内长输油气管道施工装备仍存在许多重要问题， 制约着管 道施工速度和水平。为此， 经过现场实地考察和管道施工专业化公司调研， 从沼泽地、 冻土融化区、 高 寒地区、 山区、 沙漠地区管道施工， 管道切割等方面总结了国内长输油气管道施工装备存在的主要问 题 。针对这些问题 ， 紧紧围绕工程技术需求 ， 提 出了管道施工技 术与装备的研 究方向和研究思路。这 些问题和研 究方向的提 出， 对提 高国内管道施工技术水平 ， 指明研 究方向具有指导性作用。 关键词 长输油气管道 ； 施工； 装备 中图分类号 T E 9 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 1 0 4 0 0 3 5一o 3 M a i n P r o b l e ms wi t h t h e Oi l ＆Ga s P i p e l i n e s ， Co n s t r u c t i o n Eq u i p me n t s Z HANG B a o q i a n g ， J I ANG Yo n g ， YUAN Hu i - z a n ， Z HAN G Gu o q u a n ， J I AO Ru y i 1 ． P i p e l i n e Re s e a r c h I n s ti t u t e o f C N P C， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． Ma i n t e n a n c e E me r g e n c y R e p a i r C o ． o f C h i n a P e t r o l e u m P i p e li n e B u r e a u ． L a n g f ang 0 6 5 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e i n f o r ma t i o n f r o m p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n s i t e s i n d i c a t e s t h a t t h e r e e x i s t s ma n y i mp o r t a n t p r o b l e ms w i t h t h e p i p e l i n e c o n s t ruc t i o n e q u i p me n t ， wh i c h r e s t r i c t p i p i n g c o n s t ruc t i o n s p e e d a n d l e v e 1 ． T h e r e f o r e ， t h r o u g h f i e l d a n d p r o f e s s i o n a l p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n i n v e s t i g a t i o n s ， t h e ma i n p r o b l e ms w i t h l o n g - d i s t a n c e o i l g a s p i p e l i n e s c o n s t ruc t i o n e q u i p me n t a r e s u mma r i z e d i n s o me a s p e c t s ， i n c l u d i n g p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n i n ma r s h t h a wi n g p e r ma f ros t ， c o l d a r e a， mo u n t a i n o u s a r e a s a n d p i p e c u t t i n g ， e t c ． T h e n， t h e d i r e c t i o n o f r e s e a r c h o n p i p e l i n e t e c h n i q u e s a n d e q u i p me n t i s p r o p o s e d， w h i c h c a n b e f o l l o we d a s r e f e r e n c e t o i mp r o v i n g t h e p i p e l i n e c o n s t ruc t i o n l e v e l an d p o i n t i n g o u t t h e d i r e c t i o n o f r e s e a r c h o n p i p e l i n e c o n s t ruc t i o n ． Ke y wo r d s l o n g - d i s t an c e o i l g a s p i p e l i n e s ； c o n s t ru c t i o n； e q u i p me n t s 0 引言 经过多年的发展 ， 国内的长输油气管道施工取得 了巨大的进步 ， 实现了机械化 、 流水式作业 。但是 ， 由 于国内管道施工距离 长、 沿线地质地形复杂 ， 导致 长 距离、 大口径管道施工装备仍存在许多重要问题， 制 约着管道施工速度 和水平。因此 ， 有必要对存在的主 要问题进行总结、 探讨， 提出新的研究发展方向， 使国 内的长输管道施工装备的技术水平迈 向新 的台阶。 1 长输油气管道施工存在的主要问题 1 ． 1 沼泽地 区或冻土融化地 区施工机械进 出场困难 国内建设的西气东输、 西气东输二线等长输油气 管道 ， 不可避免地 翻山越岭 、 穿越江河 ， 经过 山区、 丘 陵、 沙漠、 沼泽等多种地形。其中沼泽地段给管道施 工带来很大困难 ， 此类地 区具有施工机械进 出场和转 场困难、 管材无法运输、 管沟不易成型等特点。目前 ， 沼泽地施工时大都根 据现场实际情况采用 挖明沟排 收稿 日期 2 0 1 00 80 9 收修改稿 日期 2 0 1 1 0 22 0 水 、 作业带晾晒、 正常组对焊接 、 沉管下沟的方法进行 施工 j ， 还没有形成一套系列化的施工方法和专用施 工设备 。 冻土融化 区是 管道施 工 中遇到 的另一 大 问题 。 在该地区， 管道施工大型机械设备进入时地面返浆， 从而给运管、 设备转场和管道施工造成极大困难。 1 ． 2 高寒地 区挖沟困难、 施工设备难以低温启动 在俄罗斯和中亚等高寒地区的管道施工中， 经常 遇见 一3 0℃ 的低温天气 ， 甚 至达到过 一6 0 c 【 以下。 高寒地区管道施工存在的问题主要有两个。 1 高寒地区土壤坚硬， 挖沟困难， 国内高寒地区 挖沟主要采用先爆破后清沟的施工方法 ， 国外有 的采 用爆破方法， 有的采用专用挖沟设备进行管沟开挖， 如焖火烘烤法、 冻土松土器挖沟法等 。 2 高寒地区管道施工设备的启动十分困难。目 前采用设备不停车或安排专门人员定期发动设备的 方式保持运转。车辆启动时经常要烘烤水箱 、 发动 机、 齿 轮箱 、 液压管件、 阀门等部位 ， 启 动一次车辆至 3 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t J u 1 ． 2 0 1 1 少需要 2 h ． 该问题是高寒地区管道施工最现实 、 最难 以解决的问题 。 1 ． 3 山区岩石地段无管沟回填用细土 岩石地段缺乏 回填管沟用 细土一 直是管道施工 中的难题 ， 只能就近筛分或者远处运土， 增加了施工 工作量。国内 目前使用 的是筛分型管沟细土回填机 ， 非 自 行走， 由挖掘机拖动、 装料。该设备体积庞大、 运 转不灵活、 元爬坡能力 ， 仅能用于平坦地段 的管沟回 填作业 。 许多管道施工单位明确提出需要具有岩石粉碎 功能的管沟细土 回填机设备。 目前 的难点在 于国内 市场上岩石粉碎机效率低。据了解， 国内效率最高的 岩石粉碎机出料 1 0 m m时效率仅为3 5 m ／ h ， 而实际 中需要 的效率要求能达到 3 0 0 m ／ h ． 1 ． 4 沙漠管道施工存在的突出困难 沙漠地区管道施工是长输油气管道施工 中 比较 常见 的， 沙漠管道施工遇见 的突出问题 主要有 以下 2 个 沙漠抗剪强度小 ， 沙漠地 区地质条件差 ， 普通运管 车不能通行； 沙漠风沙对施工设备的损伤极大， 加速 了轮胎和履带 支重 轮油封 、 设备 汽缸及活 塞环 的磨 损 ， 导致机器经常出现故障。 1 ． 5 缺乏高效管道机械切割坡口机 在场站施工、 管道“ 碰死 口” 下短管和管道维抢修 时， 均需要 切割合适 长度 的短管用 于管道施 工 。 目 前， 国内管道维抢修、 施工现场还 主要采用火焰切割 和手工砂轮打磨坡口。此方法切割偏差大， 打磨工作 量大 ， 仅打磨就至少需要花费 1 h ． 尤其场站用管壁厚 高达 3 2 m m， 火焰切割也难 以割透 ， 采用机械切割坡 口 机是一个比较好的解决方案。 国内生产管道坡 口机的厂家众多 ， 但这些设备装 卡 、 对 中困难 、 费时费力 ， 且需大型 吊装设备 和许多人 员配合； 切割效率比较低， 切割一道口 1 2 1 9 至少 需要 1 h ． 国外大部分设备都是用于管道预制， 极少数 设备用于管道施工现场。国内还未见应用于长输油 气施工现场的报道 ， 仅少量用于管道维抢修作业 中。 2 长输油气管道施工装备的研究方向 2 ． 1 沼泽地 、 冻土融化 区管道施工车辆底盘的研制 针对沼泽地 、 冻土融化区管道施工遇到的实 际困 难 ， 可考虑采用工程技术方法或研制新型底盘 的方式 解决。 2 ． 2 水箱、 发动机 、 阀门和管路加热装置研制 加热、 保温装置的研制成功， 可以解决高寒地区 管道施工设备 的启动和运转 问题 。例如 ， 研 制水箱 、 发动机 、 阀门和管路加热装置 ， 如蒸 汽加热器及水 、 电 加热器等； 采用伴热原理对液压管、 冷却水管伴热。 2 ． 3 管沟细土回填机研制 在石方段管道的施工中， 欧美国家在 2 0世纪 8 0年 代后期便已开始使用 回填机进行 回填作业。经过多年 的发展， 国外管沟细土回填机 已经是一项成熟的设备， 生产厂商较多 J 。这些产品的名称和特点见表 l 。 表 1 国外细土回填设备产品名称和特点 这些管沟细土 回填机存在的问题 是 效率低 ， 具 有 岩 石 破 碎 功 能 的 岩 石 粉 碎 机 效 率 仅 为 2 5～ 4 0 m 。 ／ h ； 体积大 ， 不适于山区 、 狭小场地的岩石粉碎和 细土回填工作。 因此 ， 应研制一种适用于 山区施工 ， 自行式 、 具有 岩石破碎 功能的管 沟细土 回填机。该设备应具有体 积小 、 运转 灵活、 岩石破碎 能力强 、 爬坡能 力好 的优 点 ， 可在山区狭小场地 内完成岩石破碎和管沟 回填作 业 。此类型设备不仅解决 了山区施工坡 高 、 路陡 、 弯 道多、 场地狭小 ， 大型设备 回填进出场难的问题 ， 还解 决了山区管沟回填缺乏细土 的难题 ， 提高 了施工质量 和施工效率。 2 ． 4 沙漠运管车研制 在沙特阿拉伯 、 利 比亚 、 埃及 、 阿尔及 利亚等沙漠 管道上均采用 了一种低 比压 宽轮胎 车型的运输车辆 [ 4 1 o 这些沙漠运输 车的特点是体积大 、 投资 昂贵 ， 应 根据实际需要， 研制一种成本低、 体积稍小、 运转灵活 的沙漠运管车。 2 ． 5 高效管道机械切割坡 口机研制 高效管道机械切 割坡 口机要装 卡、 对 中容 易、 效 率高， 吊装、 切割、 坡口最好控制在 3 0 ra i n以内。为了 满足野外施工的需要 ， 要求管道机械切割坡 口机 以柴 油机为动力源 ， 液压站驱动 。 2 ． 6 折叠式液压防溜车设备研制 该设备是为 了防止长输油气管道 山区陡坡地段 施工时焊接工程车 、 吊管机等设备停靠不稳 ， 容易发 第4 期 张宝强等 国内输油气管道施工装备存在的主要问题 3 7 生溜车事故而提 出的。折叠式液压 防溜 车装 置要实 现机械化、 自动化， 将其置于车辆的轮胎或履带后方， 车辆停稳后按钮操作 ， 实现防溜车的功能_ 5 J 。 3 结束语 目 前 ， 国内管道建设面临着一个新 的建设高峰 期 ， 中亚管道、 西气东输三线、 中缅管道 已经开工或 即 将开工。这些管道 的特点是钢级 高、 口径大 、 距离长、 沿线地质地形环境复杂， 对国内管道施工技术和装备 提出了极大的挑战。这都迫切要求及时、 准确地解决 管道施工装备存在的主要问题 。 参考文献 [ 1 ] 曾多礼． 输油管道穿越沼泽河流的施工实践． 管道技术与 设备 ， 2 0 0 4 1 2 9 3 0 ． [ 2 ] 庞伯贤． 油气长输管道管沟开挖技术． 管道技术与设备， 2 0 0 3 5 1 92 1 ． [ 3 ] 郑光明， 徐振芳． 高寒地区的长输管道施工技术． 国外油 田工程 ， 1 9 9 8 9 3 5 4 1 ． [ 4 ] 毛云龙． 输气工程施工技术． 天然气与石油 ， 2 0 0 1 2 7 1 0． [ 5 ] 陈浩 ， 刘文乐． 管道施工岩石粉碎新技术． 今 日工程机械， 2 0 0 3 1 1 7 2 7 3 ． [ 6 ] 朱建 ， 孙力浩． 长输油气管道山区陡坡地段施工技术． 管 道技术与设备 ， 2 0 0 3 1 3 0 3 2 ． 作者简介 张宝强 1 9 8 0 一 ， 硕士， 工程师， 主要研究方向为管 道施工技术与装备。 上接第 2 9页 合 ， B扫描 与 C扫描显示缺陷长度均 为 2 7 m m， T O F D通道中此位置存在相应 的缺陷显示 ， 射线检测结果显示此位置存在缺陷。 3 结束语 通过管道外防腐层和管壁外腐蚀直接调查可直 接检查管道防腐保温层性能， 对管体外壁腐蚀点活性 进行评定 ； 超声导波检测方法对埋地、 穿越、 架空管道 进行腐蚀检测优势非常明显， 能够实现对检测设备难 以介入管段进行 1 0 0 ％检测 ， 在不开挖 的情况下实现 对埋地管段的内 ／ 外壁腐蚀情况进行快速检查； 超声 相控阵与时差衍射法 T O F D 结合使用， 仅用一次扫 查即可实现一次完整 的焊缝检测 ， 每次扫查仅需 3 5 m i n ， 检测效率大大提高。 3 种管道在线检测方法综合 使用， 检测内容涵盖了管道防腐保温情况、 管体腐蚀 情况和管道连接部位质量情况 ， 能够实现对站场管道 进行较为全面在线检测 。 参 考文献 [ 1 ] 王维斌， 艾慕阳， 赵卿 ， 等． 油气管道站场缺陷检测与安全 评价． 无损检测 ， 2 0 0 8 9 6 1 0 6 1 2 ． [ 2 ] 王海波， 贾巧玲． 管道超声导波腐蚀检测技术应用研究． 管道技术与设备， 2 0 0 9 3 2 7 2 9 ． [ 3 ] S Y ／ T 6 7 5 5 --2 0 0 9在役油气管道对接接头超声相控阵及 多探头检测． [ 4 ] S Y ／ T 0 0 6 6 --1 9 9 9钢管防腐层厚度 的无损测量方法 磁 性法 ． [ 5 ] S Y ／ T 0 0 6 3 --1 9 9 9管道防腐层检漏试验方法． [ 6 ] S Y ／ T 6 1 5 1 --2 0 0 9钢质管道管体腐蚀损伤评价方法． 作者简介 杨宏宇 1 9 8 3 一 ， 硕士， 主要从事无损检测专业工 作。 上接第3 4页 高等优点。由于该波纹管的层数比较 多， 波纹管成形后 ， 由于弹性回弹使波纹 管波距、 波深 都与设计要求有差异， 必须进行整形。波纹管整形有 手工整形和机械整形 ， 由于文 中设计 的波纹管层数较 多 ， 总厚度较厚 ， 手工整形 比较 困难 ， 因此， 采用机械 整形的方法。机械整形时， 在波纹管内外用一对厚度 等于波谷宽度、 间距等于波厚的滚轮， 2 个滚轮之间的 径向相对位置根据波纹管设计参数调整。在滚轮相 对旋转时带动波纹管转动 ， 波纹管在 内外滚轮 的挤压 下得到整形 。 2 ． 4 波纹管机J j - r 及膨胀节整体组对 成形后的波纹管与加强环 1 、 加强环 2组套后 ， 利 用工装对波纹管直边段 内径进行扩 口， 扩 口后 的内径 尺寸应符合与接管配合的精度要求。扩口后的波纹 管与专用切口法兰用拉紧螺杆连接成一体， 装夹在车 床上， 对波纹管直边段按图纸要求的长度进行切削加 工 。 加工好的波纹管、 加强环 1 、 加强环 2与接管组焊 在一起 ， 组成波纹管组件 。波纹管组件、 高颈法兰、 中 间接管及马鞍立板等零部件按焊接工艺规范要求， 根 据图 1结构的要求进行组对焊接。 3 结束语 通过现场使用， 该膨胀节结构满足设计和使用要 求。该波纹膨胀节的研制 ， 开辟 了波纹膨胀节应用的 新领域。 参考文献 [ 1 ] 徐开先． 波纹管类组件的制造及其应用． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 7 ． [ 2 ] 李永生 ， 李建国． 波形膨胀节实用技术设计、 制造与 应用． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 0 ． 作者简介 丁艳萍 1 9 6 3 一 ， 高级工程师， 主要研究方向为金属 波纹膨胀节研发及应用。